单片机的闭环直流调速系统
摘 要电子技术的高速发展，促使直流电机调速逐步从模拟化转变为数字化，尤其是在单片机技术上的应用,本设计由单片机控制闭环直流电动机的调速控制系统。为实现控制，本设计通过4*4的矩阵式键盘设置电机的转速以及电机的运行状态， AT89S52作为整个系统的控制核心，以12864LCD作为显示，采用L293D芯片驱动以控制直流电机转动，同时采用霍尔传感器为速度采集器进行反馈，反馈数据利用数字PID算法得出当前的PWM脉冲占空比，构成转速闭环控制系统，达到实时转速控制目的。
目 录
1. 绪论 1
1.1 直流调速系统概述 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题研究的目的和意义 1
2. 系统的方案论证与选择 2
2.1系统的设计方案 2
2.2 控制模块的设计方案及选择 2
2.3驱动模块的设计方案及选择 2
2.4检测模块的设计方案及选择 3
2.5电源模块的设计方案及选择 3
2.6键盘模块的设计方案及选择 3
2.7 显示模块的设计方案及选择 4
2.9 PWM软件实现方案 4
2.10 系统总体框图以及采用方案 5
3. 系统硬件的具体设计 6
3.1单片机最小系统 6
3.1.1 AT89S52单片机 6
3.1.3 晶振电路的设计 7
3.1.2 复位电路的设计 8
3.1.4 电源电路设计 9
3.2 电机驱动电路的设计 9
3.3速度检测电路的设计 10
3.4 键盘电路的设计 11
3.5 显示电路的设计 11
3.5.1 液晶显示器12864简介 11
3.5.2 显示模块与单片机的连接 13
4. 系统的软件设计 14
4.1 系统的总程序流程 14
4.2 键盘和显示程序流程 15
4.3 PID反馈调节流程 15
4.4 算法实现 16
4.4.1 PID算法 16
4.4.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
2 速度检测算法 17
4.5 PID参数整定 17
4.6 编程的语言 17
4.7 系统设计的仿真 18
4.7.1仿真软件简介 18
4.7.2仿真流程以及仿真图 18
5. PID的算法以及PWM控制概述 19
5.1 PID的算法 19
5.1.1 数字PID 19
5.1.2 数字PID参数整定方法 21
5.2 PWM脉冲控制技术 22
5.2.1 PWM控制的基本原理 22
5.2.2 PWM控制技术 23
6. 实物的调速实现与调试 25
结束语 27
参考文献 28
附录I 部分程序 29
附录II 系统原理图 40
附录III 元件清单 41
致谢 42
1. 绪论
1.1 直流调速系统概述
现代生活中，各行各业对生产工艺以及产品质量要求的不断提高以及产量需求的不断增长，越来越多的机械生产要求的便是自动调速系统的应用。按照电动机可以分为直流与交流，交流电动机相较于直流的来说，价格便宜、结构简单以及维护方便，但直流调速系统有良好的启停、正反转及其调速等的性能，且直流的调速系统一直占领着主导地位。
采用模拟控制电路作为基础运用是早期中的直流控制系统，其控制系统的硬件设计较为复杂，系统功能单一且调试困难，对于直流电机广泛应用以及电机控制方面的技术发展带来了阻碍。随着电子技术在自动化行业的快速发展，直流调速系统的应用从早期的模拟化逐步走向了数字化的发展，而直流调速系统的应用在单片机技术中已趋于高可靠及智能化的发展趋势。
1.2 国内外研究现状
就直流调速的产品研发来讲，国内虽然取得了一定的成绩，但是相比较于国外而言仍然有较大的差距。目前而言，国内的直流调速装置全数字化自动控制还未普遍趋于商用，相比于国外直流调速装置的功能还有很大的欠缺。虽然如此，但国内所产的全数字化的直流调速装置在价格上取得了较大的优势，为国内产品的深层研发提供了良好的发展空间。
而在电气传动的系统控制中，发达国家已经全面实现了数字化的产品研发以及普遍商用，已有数十家公司具有成熟的应用产品，在技术上又具有一系列标准的产品来供应选择。
1.3 课题研究的目的和意义
本课题设计应用的是直流电机调速，直流电机系统具有良好的起动性能，可在范围较广的情况下实现平滑调速，而这些性能使直流调速系统具有极其广泛的应用以及在传动的领域中占领着主导地位的原因。在基于单片机的控制中，利用软件的设计可以完成多种控制的算法以及控制的功能以实现直流电机控制的高灵活性，使系统性能得到进一步的提高。系统设计时，控制系统采用单片机来完成，可以大幅度的减少成本和人力资源从而有效的提高工作效率.本系统的设计主要是通过单片机来控制电机的转速，采用检速模块反馈运算得出实时的电机转速，运用单片机的内部运算比较进一步使电机实时数据越来越趋向于设定数据，构成闭环系统实现直流调速系统的控制。
2. 系统的方案论证与选择
2.1系统的设计方案
本设计中以控制模块为核心部件，通过键盘模块将需要的设置参数以及所需要的状态输入到单片机当中，再由控制器模块传输到显示模块的显示屏上。在运行过程中，控制器经过一些列的运算得出占空比传输到驱动模块得以控制直流电机转速，同时检测模块将电机的实时转速传输到控制器中，利用内部的计算进行比较以便控制电机转速实时数据趋向于设定值的目的。
2.2 控制模块的设计方案及选择
在基于单片机的控制系统中，控制模块就是系统的核心，它通过内部运算得出电机的转速并且将计算所得出的数据和设定数据相互进行比较，经过计算处理得出相应的控制信号，由此信号得以控制电机转速。
单片机主要有以下两种芯片控制方案：
方案一：采用AT89S52芯片作为系统的控制，此芯片的算术功能强大，程序存储空间较大以及灵活性高，体积小，功耗低,高性能等优点，但成本相较于以下两种方案较高。
方案二：采用STC89C52作为系统的控制，此芯片软件编程灵活，和AT89S52一样都具有相同的程序存储空间且体积小，功耗低，高性能等优点，但是它的数据存储空间相比于方案一的大且成本低廉。
通过以上两种方案，采用STC89C52作为控制器处理输入数据并控制电机的运行较为简单，虽然可以满足设计要求，但是在实际操作中控制模块采用的是方案一。
2.3驱动模块的设计方案及选择
在电路设计中，电机需要的电流控制芯片的IO口不能提供，而采用驱动电路可以起到放大的作用以及调节电机的正反方向的运转。
目 录
1. 绪论 1
1.1 直流调速系统概述 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题研究的目的和意义 1
2. 系统的方案论证与选择 2
2.1系统的设计方案 2
2.2 控制模块的设计方案及选择 2
2.3驱动模块的设计方案及选择 2
2.4检测模块的设计方案及选择 3
2.5电源模块的设计方案及选择 3
2.6键盘模块的设计方案及选择 3
2.7 显示模块的设计方案及选择 4
2.9 PWM软件实现方案 4
2.10 系统总体框图以及采用方案 5
3. 系统硬件的具体设计 6
3.1单片机最小系统 6
3.1.1 AT89S52单片机 6
3.1.3 晶振电路的设计 7
3.1.2 复位电路的设计 8
3.1.4 电源电路设计 9
3.2 电机驱动电路的设计 9
3.3速度检测电路的设计 10
3.4 键盘电路的设计 11
3.5 显示电路的设计 11
3.5.1 液晶显示器12864简介 11
3.5.2 显示模块与单片机的连接 13
4. 系统的软件设计 14
4.1 系统的总程序流程 14
4.2 键盘和显示程序流程 15
4.3 PID反馈调节流程 15
4.4 算法实现 16
4.4.1 PID算法 16
4.4.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
2 速度检测算法 17
4.5 PID参数整定 17
4.6 编程的语言 17
4.7 系统设计的仿真 18
4.7.1仿真软件简介 18
4.7.2仿真流程以及仿真图 18
5. PID的算法以及PWM控制概述 19
5.1 PID的算法 19
5.1.1 数字PID 19
5.1.2 数字PID参数整定方法 21
5.2 PWM脉冲控制技术 22
5.2.1 PWM控制的基本原理 22
5.2.2 PWM控制技术 23
6. 实物的调速实现与调试 25
结束语 27
参考文献 28
附录I 部分程序 29
附录II 系统原理图 40
附录III 元件清单 41
致谢 42
1. 绪论
1.1 直流调速系统概述
现代生活中，各行各业对生产工艺以及产品质量要求的不断提高以及产量需求的不断增长，越来越多的机械生产要求的便是自动调速系统的应用。按照电动机可以分为直流与交流，交流电动机相较于直流的来说，价格便宜、结构简单以及维护方便，但直流调速系统有良好的启停、正反转及其调速等的性能，且直流的调速系统一直占领着主导地位。
采用模拟控制电路作为基础运用是早期中的直流控制系统，其控制系统的硬件设计较为复杂，系统功能单一且调试困难，对于直流电机广泛应用以及电机控制方面的技术发展带来了阻碍。随着电子技术在自动化行业的快速发展，直流调速系统的应用从早期的模拟化逐步走向了数字化的发展，而直流调速系统的应用在单片机技术中已趋于高可靠及智能化的发展趋势。
1.2 国内外研究现状
就直流调速的产品研发来讲，国内虽然取得了一定的成绩，但是相比较于国外而言仍然有较大的差距。目前而言，国内的直流调速装置全数字化自动控制还未普遍趋于商用，相比于国外直流调速装置的功能还有很大的欠缺。虽然如此，但国内所产的全数字化的直流调速装置在价格上取得了较大的优势，为国内产品的深层研发提供了良好的发展空间。
而在电气传动的系统控制中，发达国家已经全面实现了数字化的产品研发以及普遍商用，已有数十家公司具有成熟的应用产品，在技术上又具有一系列标准的产品来供应选择。
1.3 课题研究的目的和意义
本课题设计应用的是直流电机调速，直流电机系统具有良好的起动性能，可在范围较广的情况下实现平滑调速，而这些性能使直流调速系统具有极其广泛的应用以及在传动的领域中占领着主导地位的原因。在基于单片机的控制中，利用软件的设计可以完成多种控制的算法以及控制的功能以实现直流电机控制的高灵活性，使系统性能得到进一步的提高。系统设计时，控制系统采用单片机来完成，可以大幅度的减少成本和人力资源从而有效的提高工作效率.本系统的设计主要是通过单片机来控制电机的转速，采用检速模块反馈运算得出实时的电机转速，运用单片机的内部运算比较进一步使电机实时数据越来越趋向于设定数据，构成闭环系统实现直流调速系统的控制。
2. 系统的方案论证与选择
2.1系统的设计方案
本设计中以控制模块为核心部件，通过键盘模块将需要的设置参数以及所需要的状态输入到单片机当中，再由控制器模块传输到显示模块的显示屏上。在运行过程中，控制器经过一些列的运算得出占空比传输到驱动模块得以控制直流电机转速，同时检测模块将电机的实时转速传输到控制器中，利用内部的计算进行比较以便控制电机转速实时数据趋向于设定值的目的。
2.2 控制模块的设计方案及选择
在基于单片机的控制系统中，控制模块就是系统的核心，它通过内部运算得出电机的转速并且将计算所得出的数据和设定数据相互进行比较，经过计算处理得出相应的控制信号，由此信号得以控制电机转速。
单片机主要有以下两种芯片控制方案：
方案一：采用AT89S52芯片作为系统的控制，此芯片的算术功能强大，程序存储空间较大以及灵活性高，体积小，功耗低,高性能等优点，但成本相较于以下两种方案较高。
方案二：采用STC89C52作为系统的控制，此芯片软件编程灵活，和AT89S52一样都具有相同的程序存储空间且体积小，功耗低，高性能等优点，但是它的数据存储空间相比于方案一的大且成本低廉。
通过以上两种方案，采用STC89C52作为控制器处理输入数据并控制电机的运行较为简单，虽然可以满足设计要求，但是在实际操作中控制模块采用的是方案一。
2.3驱动模块的设计方案及选择
在电路设计中，电机需要的电流控制芯片的IO口不能提供，而采用驱动电路可以起到放大的作用以及调节电机的正反方向的运转。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/3144.html
