新型主要是利用PID控制技术对直流电机转速的控制。以STC89C51单片机为控制核心，产生占空比受PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用光电开关将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中。在系统中采用两块4位数码管显示器作为显示部件，通过矩阵键盘设置电机运行的参数，启动后通过显示部件了解电机当前的转速和运行时间。
[0034]该系统采用STC89C51作为本使用系统的控制系统。STC89C51单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。它的芯片引脚少，在硬件很容易实现。并且它还具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，在各个领域中应用广泛。采用STC89C51作为控制器处理输入的数据并控制电机运动较为简单，可以满足设计要求。因此在本次设计采用该方案。
[0035]本实用新型主要是控制电机的转速，因此电机驱动模块是必不可少，采用专用的电机驱动芯片，由于它内部已经考虑到了电路的抗干扰能力，安全、可靠行，所以我们在应用时只需考虑到芯片的硬件连接、驱动能力等问题就可以了，所以此种方案的电路设计简单、抗干扰能力强、可靠性好。设计者不需要对硬件电路设计考虑很多，可将重点放在算法实现和软件设计中，大大的提高了工作效率。
[0036]本实用新型是一闭环控制系统，在调节过程中需要将设定与当前实际转速进行比较，速度采集模块就是为完成这样功能而设计的，采用对射式光电传感器。其检测方式为:发射器和接受器相互对射安装，发射器的光直接对准接受器，当测物挡住光束时，传感器输出产生变化以指示被测物被检测到。通过脉冲计数，对速度进行测量。
[0037]本实用新型在电机转速控制系统中，系统需要对参数、工作方式以及电机当前运行状态的显示，因此在整个系统中必须设计一个显示模块，考虑方案为:使用两块四位七段数码管显示。数码管具有亮度高、工作电压低、功耗小、易于集成、驱动简单、耐冲击且性能稳定等特点，并且它可采用BCD编码显示数字，编程容易，硬件电路调试简单。
[0038]本实用新型在电机转速控制系统中，系统需要按键进行参数的输入、工作方式的设定以及电机起停的控制，因此键盘在整个系统中是不可缺少的一部分，采用行列式键盘即本次运用矩阵式键盘，这种键盘的特点是行线、列线分别接输入线、输出线。按键设置在行、列线的交叉点上，利用这种矩阵结构只需m根行线和η根列线就可组成个按键的键盘。
[0039]如图2所示，单片机的Ρ3.2和Ρ3.3 口给直流电机提供PWM脉冲信号，通过PC817驱动模块送入直流电机中驱动直流电机运转，同时通过PID检测算法将电机当前运转速度通过Ρ3.5 口送回单片机进行处理，不断将电机当前速度与设定速度进行比较其转速的控制与检测驱动电路如图3所示，本系统采用8位数码管显示速度，前4位显示设定速度，后4位显示电机当前速度，在设计时采用单片机的PO和Pl端口作为8位数码管的链接端口其电路原理图如图5所示。矩阵键盘作为人机接口用于设定电机速度、开启、停止电机等操作，占用单片机的Ρ2 口其电路原理图如图6所示。
[0040]在本系统中由于要将电机本次采样的速度与上次采样的速度进行比较，通过偏差进行PID运算，因此速度采集电路是整个系统不可缺少的部分。本次设计中应用了比较常见的光电测速方法来实现，其具体做法是将电机轴上固定一圆盘，且其边缘上有4个等分凹槽如图4所示，在圆盘的一侧固定一个发光二极管，其位置对准凹槽处，在另一侧和发光二极光平行的位置上固定一光敏三极管在这里需要说明的是用光电开关模块代替这一套组合，如果电动机转到凹槽处时，发光二极管通过缝隙将光照射到光敏三极管上，三极管导通，反之三极管截止，从图中可以得出电机每转一圈在Tl的输出端就会产生4个低电平。这样就可根据低电平的数量来计算电机此时转速了。例如当电机以一定的转速运行时，若知道一段时间t内传感器输出的低脉冲数为n，则电机转速V = r/so
【主权项】
1.一种直流电机转速检测与控制系统，其特征在于:包含依次连接的光电传感器、脉冲整形放大电路、微控制器模块，以及与微控制器模块连接的转速显示单元、驱动电路单元、键盘输入单元和电源模块，所述微控制器模块还包含比较单元和控制单元，所述光电传感器包含红外发射器和红外接收器；所述电源模块用于提供红外发射器、红外接收器、微控制器模块、显示单元、驱动电路单元和键盘输入单元所需电能； 其中，键盘输入单元，用于设定电机转速正常参数阈值； 比较单元，用于根据实际转速与设定转速进行对比，若实际转速大于设定转速，则发送信号至控制单元； 控制单元，用于根据比较单元发送的信号，通过驱动电路单元控制电机转速； 显示单元，用于实时显示电机转速。
2.根据权利要求1所述的一种直流电机转速检测与控制系统，其特征在于:所述微控制器模块采用STC89C51单片机。
3.根据权利要求1所述的一种直流电机转速检测与控制系统，其特征在于:所述光电传感器采用对射式光电传感器。
4.根据权利要求1所述的一种直流电机转速检测与控制系统，其特征在于:所述显示单元采用4位数码管显示器。
5.根据权利要求1所述的一种直流电机转速检测与控制系统，其特征在于:所述电源模块为可充电蓄电池。
【专利摘要】本实用新型公开了一种直流电机转速检测与控制系统，包含依次连接的光电传感器、脉冲整形放大电路、微控制器模块，以及与微控制器模块连接的转速显示单元、驱动电路单元、键盘输入单元和电源模块，所述微控制器模块还包含比较单元和控制单元，所述光电传感器包含红外发射器和红外接收器。本实用新型结构简单，应用广泛；控制精度高，具有很强的抗干扰能力；将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速比较精确的获得和测试目的。
【IPC分类】H02P7-00, H02P7-29, G01P3-36
【公开号】CN204517711
【申请号】CN201520053413
【发明人】何乃龙
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年1月26日