微型直流电机智能调速器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种微型直流电机智能调速器，属于直流电机控制领域。
【背景技术】 阳〇〇引直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调 速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。目前直流电动机的控制均W模拟电 路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路W及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部 分复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和 应用范围的推广。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种能够快速、可靠、精确地实现直流电机大范围无 级调速和稳速的智能调速器。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为： 阳〇化]微型直流电机智能调速器，包括单片机、晶振模块、按键模块、电源模块、PWM数字 信号发生电路、直流电机驱动电路、霍尔转速检测电路和显示模块，所述单片机分别与晶振 模块、按键模块、电源模块相连接；所述PWM数字信号发生电路的输入端与单片机相连接， 其输出端与直流电机驱动电路相连接，直流电机驱动电路连接到直流电机；所述霍尔转速 检测电路将直流电机转速的反馈信号输入到单片机，所述显示模块与单片机相连，用于显 示当前速度与设定速度。
[0006] 所述单片机采用AT89C51忍片。
[0007] 所述PWM信号发生模块由两片比较器和一片计数器组成。
[0008] 进一步地，所述霍尔转速检测电路由霍尔传感器和滤波整形电路连接组成，其中， 霍尔传感器安装在直流电机内部，滤波整形电路与单片机相连。
[0009] 进一步地，所述PWM数字信号发生电路与直流电机驱动电路之间还连接有放大电 路。
[0010] 本实用新型提出一种W单片机为控制忍片，霍尔传感器为测速元件的直流电机闭 环调速系统，可W实现直流电机的无极调速和稳速控制，具有结构简单，稳定性好，超调小， 响应快，高精度等优点。
【附图说明】
[0011] 图1是微型直流电机转速控制原理图；
[0012] 图2是PWM数字信号发生电路；
[0013] 图3是电机转速检测电路；
[0014] 图4是直流电机驱动电路。
【具体实施方式】
[0015] 如图1所示为转速控制原理图，设计为闭单环负反馈控制结构。在直流电动机运 转之前，首先从键盘输入给定转速N1，单片机将其转换为数字电压信号，该数字信号经 PWM发生电路生成PWM控制信号，然后经放大器放大输出电压，输出电压经Η桥驱动电路 驱动直流电机。由于存在各种干扰和误差，电动机的实际转速并不完全等于给定转速，为 此加一反馈回路，由霍尔测速装置将所测得的转速脉冲信号经555整形电路后转化为数字 信号，送入单片机与给定的转速信号进行比较，若Ν1=Ν2,则表示电机转速稳定到给定转 速；否则将得到偏差信号，经PID算法处理后，再由计算机输出，并重新加到电机电枢的 两端W改变电机转速，直到电动机的实际转速与给定转速的偏差值保持在允许范围。
[0016] 如图2所示为PWM数字信号发生电路，由两片比较器4585和一片计数器4040组 成。单片机的Ρ1 口分别与两个比较器4585的Β组连接，计数器4040的Q端口从序号2到 9分别与比较器U1和肥的A组端口相连接。单片机的XTAL1端口与计数器4040的时钟 端口相连接，同步两忍片的工作频率。单片机一个机器周期有16个脉冲组成，当晶振电路 每产生8个脉冲时，计数器的输出端电位就改变一次，从Q2端口到Q9端口加1。当单片机 P1 口输出的8位二进制数X的值大于或者小于计数器的计数值时，计数器U2的（A〉B)输出 端为低电平，反之单片机P1 口输出值X小于计数器的计数值时，计数器肥的（A〉B)输出 端为高电平。随着计数值的增加，计数器的Q端口全由高电位变为低电位时，计数器U2的 (A〉B)输出端又变为低电平，于是PWM信号就由计数器U2的（A〉B)端产生了。如公式（1) 所示，它的占空比D为：
[0017]
(1)
[0018] 设定不同X的数值，就W得到具有不同占空比的PWM信号。加速时只需将X的数 值减小，而减速时只需将X的数值增大，从而实现了对直流电机的转速控制。
[0019] 如图3所示是电机转速检测电路，直流电机的转轴上安装一片磁钢，在一个周期 内，霍尔传感器的输出量将出现2次状态变化，运种变化可W用来测量转速。霍尔传感器采 用A3244E霍尔传感器，安装在电机内部，受电机干扰比较严重，因此霍尔输出信号上会出 现很多毛刺和高频干扰，其中一些干扰比较大，很可能会影响控制器的判决，因此必须对霍 尔输出信号进行滤波整形。霍尔器件的out输出端经过RC滤波电路后与555定时器组成的 施密特触发器输入端连接，施密特触发器的输出端与而贡外部中断端口相连。一般的霍尔 传感器是开漏输出，为了保证传感器输出有效信号，必须外加上拉电阻R1。电阻R2和电容 C2构成了 RC滤波器，其截止频率很高，用来消除霍尔信号上的高频脉冲干扰。为获取较好 的数字信号，脉冲信号经由555组成的施密特触发器进行波形整形，最终被单片机的而商 外部中断端口接收。单片机根据程序将单位时间内接收的脉冲数计算出每分钟电机的转 速。
[0020] 如图4所示是直流电机驱动电路，驱动电路采用复合晶体管构成的Η型桥式驱动 电路，6个晶体复合管W对角方式分为两组，两组的高低电平控制晶体管是否导通或者截 止。Q5、Q6晶体管的作用是放大PWM信号，Q1、Q2晶体管的通断控制电机的正转，Q3、Q4晶 体管的通断控制电机反转。4个续流二极管在电路中的作用是消除反向电动势和防止晶体 管的电流过大。
[0021] 本实用新型系统工作时，单片机和显示器先进行初始化，初始化后调用按键子程 序，设置所需要的电机转速N1，单片机根据N1的值计算出PWM信号所需设定值X，将其发送 到PWM信号发生电路生成PWM控制信号，然后经驱动电路驱动直流电机。霍尔测速电路将 测速结果N2送给单片机，单片机将所测转速N2和设定值N1比较后，将N1与N2的偏差量 调送到PID算法程序，计算出相应的PWM输出信号去控制电机的转速，多次循环W趋于设定 值，达到调速的目的。
【主权项】
1. 微型直流电机智能调速器，包括单片机、晶振模块、按键模块、电源模块、PWM数字 信号发生电路、直流电机驱动电路、霍尔转速检测电路和显示模块，其特征在于，所述单片 机分别与晶振模块、按键模块、电源模块相连接；所述PWM数字信号发生电路的输入端与单 片机相连接，其输出端与直流电机驱动电路相连接，直流电机驱动电路连接到直流电机；所 述霍尔转速检测电路将直流电机转速的反馈信号输入到单片机，所述显示模块与单片机相 连，用于显示当前速度与设定速度。2. 根据权利要求1所述的微型直流电机智能调速器，其特征在于：所述单片机采用 AT89C51 芯片。3. 根据权利要求1所述的微型直流电机智能调速器，其特征在于：所述PWM信号发生 模块由两片比较器和一片计数器组成。4. 根据权利要求1所述的微型直流电机智能调速器，其特征在于：所述霍尔转速检测 电路由霍尔传感器和滤波整形电路连接组成，其中，霍尔传感器安装在直流电机内部，滤波 整形电路与单片机相连。5. 根据权利要求1所述的微型直流电机智能调速器，其特征在于：所述PWM数字信号 发生电路与直流电机驱动电路之间还连接有放大电路。
【专利摘要】本实用新型涉及直流电机的控制技术领域，提供一种微型直流电机智能调速器。该调速器包括单片机、晶振模块、按键模块、电源模块、PWM数字信号发生电路、直流电机驱动电路、霍尔转速检测电路和显示模块，PWM数字信号发生电路的输入端与单片机相连接，其输出端与直流电机驱动电路相连接；霍尔转速检测电路将直流电机转速的反馈信号输入到单片机，显示模块与单片机相连用于显示当前速度与设定速度。本实用新型提出一种以单片机为控制芯片，霍尔传感器为测速元件的直流电机闭环调速系统，可以实现直流电机的无极调速和稳速控制，具有结构简单，稳定性好，超调小，响应快，高精度等优点。
【IPC分类】H02P7/28, H02P1/22, H02P7/00
【公开号】CN205123639
【申请号】CN201520881753
【发明人】陈金威, 周晨, 李智, 陈世哲, 范育奇, 张金龙
【申请人】南京师范大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月6日