直流电机稳速控制电路及割草机的制作方法

本实用新型涉及到电机控制技术，特别是涉及直流电机稳速控制电路及割草机。

背景技术：

现代工业生产中电机分为交流电机和直流电机，而直流电机能够在较大范围内调速，因此直流电机应用依然广泛。

现有的割草机电机多为直流电机，直流电机通过两个磁场的相互作用产生旋转。现有割草机为使电机转速稳定于设定值，常用的控制电路为电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器，霍尔传感器中流过的霍尔元件电流同电机转速偏差成比例的力矩，作为速度闭合回路控制，同时也作为速度检测控制器件，但带有霍尔传感器的电路会引起电量的额外损耗，降低了工具的有效工作效率。

因此现有技术还有待改进。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的为提供电机稳速控制电路，旨在解决使用霍尔传感器的电机稳速控制电路电量损耗高，电源有效工作效率低的问题。

本实用新型提供了一种直流电机稳速控制电路，包括：电机转速检测模块、电机稳速控制模块、单片机控制模块；

所述的电机转速检测模块、电机稳速控制模块分别与单片机控制模块相连；

所述电机转速检测模块包括直流电机电枢两端电压检测单元、取样电阻单元、电流检测单元，时时检测电机电枢两端的电压信号、流经电机电枢的电流信号，并将所述电压信号、电流信号输入到单片机控制模块；

所述单片机控制模块接收电机转速检测模块输入的所述电压信号、电流信号，并经单片机控制模块控制程序得出直流电机转速电动势耗量及转速，并将所述电动势耗量及转速与单片机控制模块预设电动势耗量及转速进行比较，根据比较结果输出直流电机电枢两端电压调控信号；

所述电机稳速控制模块获取所述直流电机电枢两端调控信号调控电机电枢两端的电压，进而调控电机转速。

优选地，所述电机转速检测模块中的直流电机电枢两端电压检测单元、电流检测单元通过两个AD转换口分别与单片机控制模块相连。

优选地，所述电机稳速控制模块包括电压调控信号输出单元、开关电路单元；所述开关电路单元串联于电机回路；所述电压调控信号输出单元输出调控信号，驱动开关电路单元调控电机电枢两端的电压。

优选地，所述电压调控信号输出单元为PWM输出单元，所述PWM输出单元与单片机控制模块、开关电路单元相连，输出PWM方波调控信号。

优选地，所述开关电路单元为N-MOS管，N-MOS管接收PWM输出单元输出的PWM方波调控信号，并根据PWM方波调控信号驱动开关连接件以调控电机电枢两端的电压。

本实用新型还提供了一种割草机，割草机的直流电机稳速控制电路为上述的直流电机稳速控制电路。

优选地，所述供电电源为锂离子电池模组、镍氢电池模组以及铅蓄电池中的一种。

优选地，还包括供电控制模块，所述供电控制模块一端与供电电源相连，另一端与单片机控制模块相连。

优选地，所述供电控制模块包括供电电源信号检测单元、电源电压检测单元、温度检测单元、串联稳压单元、电池电量指示灯单元、负温度系数热敏电阻单元。

本实用新型有益效果：本实用新型的电机稳速电路，电机转速检测模块中省去了常用的测速元件霍尔传感器，可以根据负载阻力的大小进行相应的转速变化调控，降低了电路复杂度，降低了电路总能耗，提高了电池有效工作效率，延长了电池的使用寿命；同时本实用新型的稳速电路可兼容所有型号的直流电机，制作工艺简单、方便、快捷、性价比高。

附图说明

图1本实用新型一实施例中直流电机稳速控制电路模块示意图；

图2本实用新型一实施例中直流电机稳速控制电路整体模块示意图；

图3本实用新型一实施例中省略霍尔传感器的直流电机稳速控制电路示意图；

图4本实用新型一实施例中割草机的直流电机稳速控制电路模块示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本实用新型一实施例提供的直流电机稳速控制电路，包括：单片机控制模块20、电机转速检测模块21、电机稳速控制模块22；

所述的电机转速检测模块21、电机稳速控制模块22分别与单片机控制模块20相连；

所述电机转速检测模块21包括直流电机电枢两端电压检测单元2、取样电阻单元11、电流检测单元9，时时检测电机电枢两端的电压信号、流经电机电枢的电流信号，并将所述电压信号、电流信号输入到单片机控制模块20；

所述单片机控制模块20接收电机转速检测模块21输入的所述电压信号、电流信号，并经单片机控制模块20的控制程序得出直流电机转速电动势耗量E_a及转速n，并将所述电动势耗量E_a及转速n与单片机控制模块20预设电动势耗量E_a`及转速n`进行比较，根据比较结果输出直流电机电枢两端电压调控信号；

所述电机稳速控制模块22获取所述直流电机电枢两端调控信号调控电机电枢两端的电压，进而调控电机转速。

电机转速检测模块21中省却了直流电机中常用的高耗能测速部件霍尔传感器，而通过直接检测直流电机电枢两端的电压值，然后依据直流电机特性方程间接测得电机转速。节省了使用霍尔传感器测速引起的额外电量损耗，提高了电机电源的有效工作效率。

本实用新型实施例根据直流电动机转速特性，其转速电动势耗量公式：E_a＝C_enΦ，其中，Φ为磁通量，C_e直流电机常数，n为电动机转速，E_a为一定转速下直流电动机转动电动势耗量。结合直流电动机电枢两端电压方程：U＝E_a+R_aI_a，可得n＝E_a/C_eΦ＝U/C_eΦ-R_aI_a/C_eΦ，即直流电动机转速特性曲线为一斜率为R_a/C_eΦ的直线，其中，U为直流电机电枢两端电压，R_a电机空载内阻，I_a为流经直流电机电枢的电流。所以直流电机电枢两端电压与其转速有对应的关联方式，可通过直接检测直流电机电枢两端的电压值，间接测得电机转速。

本实用新型实施例依据上述理论布局了省却霍尔传感器的直流电机测速模块，相应改变单片机控制模块中的数据处理模式，使得本实用新型实施例在省却高耗能霍尔传感器的前提下，依然实现了对直流电动机的稳速控制，极大的提高了直流电机电源的有效工作效率，节省了电能资源。

本实用新型实施例中所述单片机控制模块20是系统控制命令的处理模块，是系统的控制核心。单片机控制模块20负责接收电机转速检测模块21输入的直流电机电枢两端电压U、流经直流电机电枢电流I_a，并根据单片机控制模块20数据处理程序得出电机转速电动势耗量E_a以及转速n，单片机控制模块20对预设E_a`及转速n`与检测E_a及转速n进行比较，并根据比较结果向电机稳速控制模块22输出直流电机电枢两端电压U的调控信号。

进一步地，本实用新型实施例中所述电机转速检测模块21中的直流电机电枢两端电压检测单元2、电流检测单元9通过两个AD转换口分别与单片机控制模块相连。

单片机控制模块20只能对数字信号进行处理，处理的结果还是数字量，但在本实施例电路自动控制中，所要处理的变量为电压信号、电流信号，电压信号、电流信号要先经转换成数字量才能够被单片机控制模块进行处理。所以单片机控制模块20通过两个AD(Analog to Digital简称AD)转换口分别与电机转速检测模块21中的直流电机电枢两端电压检测单元2、电流检测单元9相连，将电压信号、电流信号转换成数字信号，并根据两个AD转换口转换后的电流、电压信号进行信息处理，并将处理后的信息结果输出。

本实用新型实施例中直流电机稳速控制电路整体模块中，所述电机稳速控制模块22包括电压调控信号输出单元、开关电路单元；所述开关电路单元串联于电机回路；所述电压调控信号输出单元输出调控信号，驱动开关电路单元调控电机电枢两端的电压。

参照图2，本实用新型实施例中直流电机稳速控制电路，所述电压调控信号输出单元为PWM输出单元10，所述PWM输出单元10与单片机控制模块20、开关电路单元相连，输出PWM方波调控信号。

所述开关电路单元为N-MOS管1，N-MOS管1接收PWM输出单元10输出的PWM方波调控信号，并根据PWM方波调控信号驱动开关连接件以调控电机电枢两端的电压。

PWM输出单元10输出PWM方波，以其占空比对应于所需速度。PWM方波脉宽调制(Pulse Width Modulator简称：PWM)是常用的一种调速方式，即通过改变电机电压的接通和断开的时间控制马达的速度。在PWM调速系统中，当电机通电时，马达速度增加，电机断电时，其速度减小，因此，按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的转速达到并保持一稳定范围。

由于直流电机正常工作时对电机电源的干扰很大，本实用新型实施例中为保护电机电源正常工作，同时选用单片机控制模块20具有控制供电电路功能。所以单片机控制模块20另一端与供电控制模块25相连，控制供电电源工作状态。

供电控制模块25包括供电电源信号检测单元5、电源电压检测单元6、温度检测单元7、串联稳压单元8、电池电量指示灯单元9、负温度系数热敏电阻单元10(Negative Temperature CoeffiCient简称NTC)。供电控制模块25一端与供电电源23相连，另一端与单片机控制模块20相连。供电控制模块25用于控制供电电源23的工作状态，以保护供电电源23的使用寿命。

参照图3，本实用新型实施例中直流电机转速测试模块中省却了霍尔传感器，而直接通过直流电机两端电压值与转速值的对应关系，检测电机转速。节省了霍尔传感器的额外耗能，同时简化了电路连接复杂度。

现有直流电机稳速控制电路中，内部装有能感应磁场的霍尔传感器，霍尔传感器中流过的霍尔元件电流同电机转速偏差成比例的力矩，作为速度闭合回路控制，同时也作为速度检测控制器件，但霍尔传感器耗能高引起电源电量的额外损耗，降低了电池的有效工作效率，而且霍尔传感器各接口连接复杂，电路用线繁杂。

参照图4，本实用新型实施例还提供了一种割草机，割草机的直流电机稳速控制电路为上述的直流电机稳速控制电路。节省了使用霍尔传感器测速引起的额外电量损耗，提高了割草机电机电源的有效工作效率。

本实用新型实施例提供的割草机的供电电源为锂离子电池模组。为保护供电锂离子电池组的使用寿命，单片机控制模块20中有供电电路控制功能，与单片机控制模块20相连的供电控制模块25包括供电电源信号检测单元5、电源电压检测单元6、温度检测单元7、串联稳压单元8、电池电量指示灯单元9、NTC10。供电控制模块25用于控制供电锂离子电池组的工作状态，以保护锂离子电池组的使用寿命。

本实用新型实施例提供的割草机的供电电源可替换为镍氢电池模组、铅蓄电池等可充电的电池模组。

本实用新型实施例中的割草机带有稳速控制电路，可以根据负载阻力的大小进行相应的转速变化，减少了不必要的电源电量的损耗，增加了供电割草机的使用时间，提高了作业效率，更是提高了电源的使用寿命，符合环保的需求。本实用新型实施例中的割草机稳速控制电路在电机转速检测模块中省去了常用的测速元件霍尔传感器，而直接通过直流电机两端电压值与转速值的对应关系，检测、控制电机转速。降低了割草机电路复杂度，降低了电路总能耗。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。