基于嵌入式单片机在电机控制系统中的应用

李玉波

摘要：在集成电路技术及电子技术的飞速发展的时代中，嵌入式系统的应用成为当今电子信息技术中的一大潮流。嵌入式单片机应用在电机控制中，不仅极大的提高了电机的运转速度、运行效率、电机使用的安全性和稳定性，还使得电机的功能走向多样化。本文从硬件应用和软件应用这两个方面来介绍嵌入式微控制器（单片机）在电机控制中的应用。

关键词：嵌入式系统 单片机 电机控制

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0009-01

单片机嵌入到电机控制系统中，可以减少电机系统体积能量消耗。近年来，嵌入式单片机在移动计算机平台、智能手机、电子商务平台、只能工控设备、数字电视等领域都有巨大的吸引力。单片机嵌入单片机中可以改善电机控制系统的性能，主要体现在软件部分和硬件部分中。

1 硬件应用

1.1 整体硬件结构

电机转子的位置能通过电子转子位置传感器来检测。CPU控制芯片通过先计算电机转子位置再把计算得到的结果转化成电信号，这种电信号让驱动模块驱动电机旋转。在电机旋转之后，CPU控制芯片则又会依据电机那个时候的速度运转情况选择最适合的电机转速。而根据电子转子位置传感器脉冲信号的宽度就能计算出电机在那个时候的速度。原理如图1所示。

1.2 电机转子位置检测电路

电机转子位置的检测是由霍尔位置传感器来进行的。霍尔位置传感器具有固定在电机转轴上的转动部分和固定在电机座上的静止部分。转子位置是通过比较静止部分、转动部分以及固定在电机转轴上的遮光片这三部分的输出状态以及电平信号来确定的。霍尔位置传感器的使用使得转子位置有了高精度定位的效果。这在一定程度上极大的提升了电机控制系统的在转速控制方面的性能。

1.3 驱动电路

驱动模块在系统中充当被测模块的主程序，是用来模拟被测试模块的上一级模块。它由控制器、功率变换电路和电动机这三个部分构成的。电机的驱动作用是由数字驱动芯片来完成。MCU发出的指令传入信号器，导致信号器的频率变化，从而改变电机速度。

1.4 单片机应用系统设计

单片机应用系统的研究开发步骤可以分为以下的三个大阶段：第一阶段，策划阶段，决定研发方向。进行项目需求分析，清晰系统设计要做什么，做到什么程度，以及怎么做，还要划分硬件和软件的设计内容，同时还要注意所借鉴的技术，力图让设计进度也更具可预测性。第二阶段，实施阶段，落实硬件和软件设计。在这一阶段的工作主要是通过将策划阶段给出的设计方案这一概念方案转化成电子产品的设计概念，然后也就是设计单片机直接接口的电路芯片相关数字电路以及设计模拟电路的相关电路。第三阶段，验证阶段。这一阶段主要有：软硬件联调、脱机调试、验证设计以及完整的文档记录。

1.5 硬件设计

单片机应用系统的硬件电路设计主要分成系统扩展和系统的配置。系统扩展，也就是当单片机内部的功能单元，例如：中断系统、定时器/计数器、数据存储器、程序存储器、输入输出端口等不满足应用系统的要求时，在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。

1.6 例子分析

在采用数字集成芯片LMD18200的直流电机驱动控制电路中，电机的运转状态是可以通过对LMD18200的引脚的输入和输出的信息进行相关的调节。例如：LMD18200的3号引脚的高低电平的变化可以达到对电机的正反转进行控制，而LMD18200的5号引脚的 PWM波输入端的占空比的变化可以达到调节电机的速度。

2 软件应用

作为软件平台的灵魂组件的系统多任务的管理以及调度是借助嵌入式实时操作系统μCLinux来实现的。用户根据电机控制的相关的详细要求，调用μCLinux的任务调度函数来对任务进行处理、切换操作，保证能够及时处理就绪任务中的优先任务，再完成电机的实际控制需要。

在这个过程中，在驱动输出之前要秉着测量的可靠性和实时性的原则，然后再低通滤波处理测量得到的数据以及预处理采样得到的数据。电机故障报警功能有很强的故障保护能力。具有显示器显示电机转速和温度的人机交互功能的优先级最低。嵌入式实时操作系统μCLinux工作时，会先进行一系列操作。

3 结语

将不同的单片机嵌入到电机控制系统当中，不仅可以提高电机的抗干扰性、控制性、运行速度，还可以节能减耗，丰富电机的功能。在现实生活中，将嵌入式单片机在电机控制中的使用需要综合考虑多种因素。

参考文献

[1]李探，李双双.电机发展历史及未来趋势[J].电子科技，2010（5）；211.

[2]重庆邮电大学汽车电子与嵌入式工程中心.单片机系统中多任务调度设计[J/OL].电子技术与软件工程，2014（28）.