基于嵌入式单片机的电机控制系统设计

金巨波

（黑龙江财经学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

基于嵌入式单片机的电机控制系统设计

金巨波

（黑龙江财经学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

随着社会的全面发展，电机控制系统基于嵌入式单机片的设计十分重要.其不仅能够让电机的控制效率得到相应的提升，还能让整体的控制体系得到相应的优化.本文主要针对电机控制系统基于嵌入式单片机的设计进行相应的分析，并提出了相应的优化措施.

电机控制系统；嵌入式单片机；硬件设计；软件平台设计

电机控制系统在嵌入式单机片的整体设计十分关键.其能够让硬件平台设计与软件平台有效地结合在一起.在电机进行运行的过程中，其主要是以电机作为动力系统进行单机的整体运转.而单机片与电机的契合性将直接决定电机控制系统的整体运用效率.因此，电机控制系统基于嵌入单机片的设计意义深远.

1 电机控制系统基于嵌入式单机片设计的内容

1.1 单机芯片体系的构建

在进行单机芯片的基础构建时，首先需要对电机的基础结构进行相应的分析.一般情况下，其会使用三相异步电动机.其内部电力体系通常可以分为主电路、控制电路以及辅助电路.相对而言，主电路系统较为简单，并没有过多的结构变化.而控制电路则是电机与单片机的连接中枢.其不仅能够控制电机的正转以及反转，还能对单机片的停止以及运转进行明确的控制.而且嵌入式单片机相对而言还具有多方面的特性.尤其是在51芯片逐步地发展为DSP芯片的过程中，单片机的设计已经逐渐地得到了完善.其数字芯片控制也逐渐地变得简单以及牢靠.但在单机芯片体系的整体构建过程中，其电机的控制与单片机还存在协调性的问题.尤其是在电机高速的运转的过程中，其芯片体系结构还需要采用多种不同的方法进行相应的改善.其单片机也时常会出现运行不够稳定的情况.所以，在进行设计的过程中，其需要做好电流的过流保护工作.从而让单机片芯片的驱动功率逐渐地变大.并且有一个良好的运转.

1.2 嵌入式单机片设计的意义

嵌入式单机片在电机中的应用十分的广泛.其不仅具备稳定性好，实践性能方便等诸多的特性，而且其还能通过软件以及硬件的结合，实现电机多方面的功能.同时其还能将数字电路全面的应用到嵌入式单机片的整体设计之中.这样，电机在运行的过程中，就能通过单机片以及数字电路的共同作用实现自动化的控制.而且随着高级单机片的面世.用极其简单的硬件结构去实现较为复杂的电机功能也成为可能.其能够让电力体系结构的整体运行效率得到显著性的提升.这样不仅能够降低电机的运行成本，还能让复杂的控制电路化繁为简.突破了电路集成的范畴.使得单片机的抗干扰性以及稳定性得到了全面性的提升.

2 电机控制系统基于嵌入式单片机的硬件设计

2.1 对MCU进行选型

我们在选择单片机的时候，控制功能较强的单片机是很受欢迎的，因为们可以够完善电机的控制功能，这里用到的是daPIC20F芯片.dsPIC20P系列的芯片是一款将单片机与DSP技术相结合的高性能16位数字的信号控制器.dsPIC20F系列芯片主要以l6位单片机为核心，在拥有功能强大的外混设备的时候，他们有着快速中断处理的能力，还可以通过高速的信号处理器进行计算.与此同时，dsPIC20F系列芯片在软件开发环境中，有着很多强的处理性能，尤其是对那些异常事件.由于dsPIC20F芯片拥有较为丰富的内部资源，基于dsPIC20F平台开发的电机控制系统，在硬件整体设计方案中，仅仅需要很少的外设，这样不仅能够满足装置的可靠性和抗干扰性，还能够实现总线不出芯片的设计，在各种环境及工况下运行的要求下，在降低开发成本、缩短开发时间的同时，还需要提升系统的灵活性.在进行选型的过程中，还要结合其整体的体系结构进行综合性的选型.从而使得芯片的整体运行以及计算效率得到整体性的提升.

2.2 硬件电路的设计

2.2.1 总体硬件结构设计

基于dsPIC20F的结构设计非常重要，电机控制系统可以检测电机转子的情况，当这主要是有电子转子位置的传感器来检测的，在电子转子通过控制芯片时，把它的位置细心发送到驱动模块上，用早就设置好的指令，让控制芯片决定向驱动模块输出的驱动逻辑电平情况，通过驱动电机的旋转，对转子位置进行检测，根据实际的运作条件，让合适的电机转速进行输出，通过转子位置的传感器信号的强度，由主芯片将电机的速度核算出来，然后，对实际的速度和起初设计的速度进行对比，就会出现转速偏差，通过主控芯片的传输，可以将这个偏差的信号，转变成相应的控制信号，最后，将得到的控制信号发送给电机.这种闭环控制的应用，能够准确的核算实际的控制信号.

2.2.2 电机转子位置检测电路的设计

霍尔位置传感器是可以电机转子的位置进行检测的.霍尔位置传感器可以分为转动和静止两个部分，首先，把静止的那部分牢牢地固定在机座上，而转动的部分固定在转轴上，转动部分随着转子一起转动，对遮光盘齿部的遮挡进行操作，可以产生高低不同的电平信号，这样，就可以把转子的位置信息提高给电动机了，利用三个霍尔元件的三种不同的输出状态，将转子的磁极信息记录下来，用霍尔位置传感器，可以实现对电机转子的信息监测，把基本的调整参数和控制参数提供给电机，保证了数据的精准，有利于提升整个电机的控制系统.

2.2.3 驱动电路的设计

驱动系统是由电动机、功率变换器和控制器这三个部分组成的.使用比较广泛的是直流电动机，它的操控较为简单，在实际操作中，直流电源也较容易实现，这使得直流电机拥有较为出众的性能.对于直流电机的驱动，在本论文中主要采用对是专用数字驱动芯片.一般情况下，控制电路的是用数字集成芯片LMD18200电机控制芯片进行设计的直流电机.

3 电机控制系统基于嵌入式单片机的软件平台设计

3.1 软件功能的划分

在平时的操作过程中，一般使用系统uClinux来操作，这个系统可以对多个任务进行调度，因为它具有操作多个任务的程序，系统的任务中断决定着他的实时性，调用pClinux的任务调度函数，用户也就可以从就绪任务中调度函数，找到优先级最高的任务.进行切换操作.结合电机的实际控制的具体要求，按照基本的任务划分原则，能够将应用软件分为以下几类任务：

①人机交互功能：电机转速和温度显示器显示等.

②有超前的预防性：对电机进行保护，一旦出现故障，它具有报警的功能.

③测控性强：测控数据的可靠性强，实时的操作性高.对数据可以进行预处理.

3.2 软件控制程序设计

对于电机控制的系统任务而言，通过本地数据的采集程序能够实现系统任务.根据实际任务的不同，可以将本地数据的采集程序分为以下几个模块，例如：数据保存模块、LCD模块、数据处理模块、数据采集模块等，按照不同用户设定的不同控制参数，利用数据采集模块能够直接进行操作，例如：采集频率、A/D通道等，对外部的信号实际采集，可以用以上两种方法进行具体实施，对于采集到的数据可以送到数据处理模块；对于采集到的实际数据可以利用数据处理模块进行数字滤波操作，在本系统中主要采用取相邻10个数据平均值的滤波方法，这样能够取得较为准确的结果，数据处理模块能够将滤波后的数据存入公共的数据缓冲区，这样可以提供LCD模块显示或者供网络服务程序进行使用；LCD模块的主要职能是按照用户的实际需求，可以将公共数据缓冲区的数据显示出来；按照一定的格式，可以对采集到的数据进行保存，使用数据保存模块保存到Flash中；另外，可以在LCD模块外还可以配置键盘模块，这样方便用户进行实际操作体验，提供给用户在现场对电机设备进行控制的手段，能够方便用户快捷的获取需要用到的设定采集的参数.

4 结语

电机控制系统基于嵌入式单片机的设计十分重要，其能够让电机的运行效率得到相应的提升.在进行整体的设计过程中，其首先需要明确单片机的设计内容.有针对性的进行芯片体系的设计，并完善电机的电力体系结构.然后要做好嵌入式单片机的硬件设计，让各种硬件设施的搭配更为合理.最后还要不断优化软件设计体系，其需要利用软件的控制功能对软件程序进行基础的模拟，并实现多种不同的运行功能.从而使得电机控制系统中嵌入式单机片的设计更加科学合理.

〔1〕李玉波.基于嵌入式单片机在电机控制系统中的应用[J].数字技术与应用，2016(08).

〔2〕陈华林.基于单片机的电机控制系统研究[J].硅谷，2014(17).

〔3〕尹一帆.基于嵌入式单片机的电机控制系统设计[J].信息技术与信息化，2015(09).

〔4〕邵雪琳,王亚君,刘海辉,徐源博.智能电机控制系统[J].电子世界，2016(22).

〔5〕朱国勇.电机控制系统中嵌入式单片机的应用[J].自动化应用，2016(05).

TM301.2

A

1673-260X（2017）09-0047-02

2017-05-14

黑龙江省教育科学规划课题（GJB1316070）