基于单片机的直流电机控制方法研究

news2024/11/17 15:47:37

摘要：分析表明，我国用电设备应用数量的持续增加，单片机在电力领域的应用范围也在不断扩大。基于对电动机运行转速的有效控制，成为自动控制系统关注的重点。研究单片机控制直流电机运行状态的方法。

关键词：单片机；直流电机；自动控制。

1 引言

随着我国的快速发展，电动机运行转速的控制问题已经成为电力领域中人们所广泛关注的重点。当前，随着我国电动机应用的不断普及，在一定程度上缓减了我国电力领域的电能问题。现阶段，我国的电动机主要包括交流电动机以及直流电动机两种。在实际应用过程中，相比较交流电动机，直流电动机的应用性能更佳。不论是在电动机的调速功能上，还是在电动机的启动功能上，都远远领先。随着我国用电设备需求不断增加，在电力领域，直流电机的应用更加广泛。由于在实际应用过程中，不同的场合环境对于电机的性能都有着不同的要求。这对电机的应用带来了全新的挑战。传统直流电机在实际应用过程中，由于受到功耗等多方面的不利影响，会令直流电机的应用效果大打折扣。但是，在直流电动机应用过程中引进单片机技术，通过将单片机直流控制与直流电机进行有机结合，从而可以缓减直流电动机在应用过程中所受的不利影响，交换两个控制端所连接的电压，还能够有效地对直流电机转向进行控制，而且在实际应用过程中具有诸多优势。

2 单片机直流电机控制系统的分析

2.1 直流电机控制技术

由于单片机直流电动机在实际应用过程中相比于传统的交流电动机更具优势。本文主要针对直流电动机控制（图 1）进行研究，在将单片机技术引进到直流电动机控制工作中时，首先应明确直流电动机的控制原理。在实际使用过程中，直流电动机由于机械换向器在工作时会具有一定的噪声干扰，时常会出现电磁干扰以及火花等问题。

本文为了有效避免此类干扰问题，降低干扰因素对直流电机工作所造成的一系列影响，借助 PID 以及模糊控制，将二者进行结合，从而实现对直流电机运行控制的最终目的。此种控制方法在实际应用中局限性较小，而且应用的范围较广。

2.2 单片机直流电机的设计方案

单片机的直流电机控制工作主要是对直流电动机的运行转速进行调控。在实际运行过程中，任何一种影响直流电动机正常运行的因素都有可能导致电机的运行状态发生改变。为了更好地对单片机直流电机运行转速进行控制，应保证直流电动机运行转速的可视化操作。当前，我国大部分电动机在启动过程中需要通过输入脉冲的方式来实现软启动，这就造成了电机在启用时，可能出现数据上的偏差。通常，合格的电机启动误差一般不超过 2%。单片机直流电机应用过程中，人们都会将目光转向电动机转速控制问题上。借助单片机对直流电机的转速进行控制，并且能够在直流电机运行过程中通过检测和控制这两个方面得到的转速进行分析。在电力传感器的作用下，能够将直流电机的转速信号进行转变，从而使之变为数据信息，反馈到相应型号的单片机中。在这一过程中，通过对数据信号的一系列加工处理，最后并对其进行计算、输出，能够对直流电机的实际转速进行控制，从而实现直流电动机的转速与设计转速一致。而且，在控制直流电机运行转速时，电机转速会在数码管上实时显示出来，这样更便于对直流电动机的运行进行控制。在对电机转速进行重新测量时，只需按下清除键，将记录的数据进行清除，就能够实现对直流电机转速的重新测量。

3 单片机直流电机控制的应用

3.1 驱动电路的设计

利用单片机对直流电机运行转速进行控制的过程（图 2），由于单片机的驱动方式有所不同，控制效果各不相同。一般来说，驱动电路的设计实现主要分为以下几种方法：

（1）传统的三相桥单片机中以 NMOS 管作为主功率管，在控制电路中， NMOS 管与相邻二极管的单向导电性，并将正向高电压输送至另一端，在正极电源的作用下实现驱动。

（2）在单片机无驱动电源的情况下，可以通过模拟双极性的三极管的方式，从而实现对电机内部芯片驱动的目的。（3）单片机芯片为光耦隔离时，由于芯片的外观较小，而且性能较为优良。光耦隔离单片机芯片驱动仅需借助专门的电路就可以实现。但是在实际应用过程中还需根据芯片的实际需求以及特点，从而选择合适的电路。

3.2 电源电路

直流电机系统的传感器电压一般在 5～15 V 之间。在电机的驱动电路中，为了能够保证直流电机的电压可以正常的起动，电机的电压至少应维持在 12 V 以上，这样才能够确保直流电机能够正常驱动。考虑到直流电机的驱动问题，在选择单片机电源电路时，应保证单片机的电源电路至少在 20 V 以上，这样才能够保证单片机可以在直流电机运行过程中进行良好的控制。在基于单片机的直流电机控制工作中，应结合直流电机的驱动电路实际电压参数、传感器的实际电压进行确定。同时，结合磁敏电阻法，对单片机的电阻进行采样，可以实现基于单片机的直流电机控制中的电阻检测。在进行直流电机电流检测时，应根据电机的成本以及实际运行过程中的各项性能，进行综合评定。针对直流电机的不同检测性能，应采用不同的检测方法，这样才能够保证检测到的最终数据符合直流电机真实的运行情况。例如，采用电阻采样法进行测量时，就需要考虑到首先应对已知的电阻进行检测，再对其余两端的电压数值进行检测，这样才能够确保最终结果精准。

3.3 直流电机控制软件

直流电机控制软件主要基于对电动机的各项软件进行控制。直流电机控制软件在单片机的应用中具有重要作用。直流电机控制软件的设计包括数据的初始化设置、系统的中断服务设置、系统程序设置、电机转速控制、电机转向控制等等。其中，系统的主控程序主要是在单片机运行过程中，设置相应的程序。程序的编写主要基于运行状态下的直流电机运行情况，并不断的堆砌进行调试，优化程序的性能，最终实现对直流电机系统的全部控制。在这一过程中，根据数码管上数据显示情况，对直流电机运行的转速进行调试。与此同时，在单片机中所编写相应的程序，并根据引脚所接入电压的实际数值，从而确定对直流电动机的转向以及转速进行专门设置。在设置完成后，还应根据电机芯片的驱动情况以及特性，完成接下来的系统参数检测。将直流电机调设为初始化状态，准备完成后，根据不同功能操作按键，对电机的相应变化状态进行调控，完成对电机各个程序的指令调节。

4 结语

直流电动机的应用十分广泛，随着我国科技的发展，单片机技术被引进到直流电机运行转速控制工作中，且取得了一定的成绩。通常情况下，在直流电机应用过程中，对于电机的性能有着很高的要求。而将单片机技术引进到直流电机应用工作中，能够有效减少直流电机运行转速的失误。将单片机系统中的硬件设备以及软件设备进行结合，可以通过对电机主电路进行控制，同时对其他驱动、检测、电源电路进行全面操控，有效的提升直流电机在运行过程中的安全性以及稳定性。与此同时，还可以通过编写程序，来实现对直流电机运行性能指标的调控，保证直流电机能够高效的运行。

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