直流电机双向可逆控制系统设计

王雷猛

【摘  要】近年来，随着科技的进步，直流电机较之于交流电机具有很强的优势在很多情况下应用非常广泛，可以在不同情况下满足人们对自动化系统的要求。本系统以STC89C52单片机为核心，通过内部定时器产生PWM波形，控制LN298大功率H桥路驱动直流电机已达到控制转速的目的。通过数码管将速度等级显示出来，此外分别从主控制芯片的选择、显示电路的比较与选择、电机调速控制模块、电源电路与电机驱动电路四个方面进一步确定系统的总体设计方案，最后通过数码管LED显示程序设计以及电机控制子程序完成实验步骤，并在结论部分对系统调试过程中的常见的故障分析和注意事项做出了摘要说明，具有一定的理论和实际意义。。

【关键词】STC89C52;双向可逆控制系统;PWM调速;

近些年来，社会在飞速发展，生产力在不断的提高。直流电机的因为应用的范围广，并且可以满足不同情况下人们对电机的各种近乎苛刻的要求，所以直流电机的优势地位越来越明显。现在的生产力越来越高就离不开人们对电机的高质量的要求。如果仅仅通过改变电枢、改变电压等远远满足不了人们对电机的要求，生产力也跟不上，所以这时用PWM方调控直流电机运转速度的办法就由此产生。

现在的工业生产中，电动机主要提供动能，人们在不断的做出尝试新的电动机来满足生产的需要，旧的电动机不断地接受时间的检验，遵循优胜劣汰的市场法则。现在的直流电机采用的是晶闸管成功的取代了之前笨重的发电机系统。现如今电子技术越来越成熟，这使得直流电机的调控速度向数字化转变。单片机技术应用于直流电机，使得直流电机的调速进行到一个新的高度。直流电机较之于交流电机的调速的原理是类似的，可以通过改变电压来改变速率。PWM的基本运作原理其实在上个世纪人们就对此进行了深入的研究和探讨，但是那个年代的的电器发展还处在萌芽的阶段，所以该技术一直没有得到广泛的应用。直到一九八几年，电子技术越来越成熟，人们已经能够有足够的生产力去运用，所以PWM技术才被发现和利用起来。现在也出现了新的理论和理论方法，PWM技术发展的局限性和绊脚石瞬间荡然无存。所以人们pwm技术发展的速度非常快，直到现在，以PWM技术变形的多种技术已经在不同领域得到运用[1]。

1系统总体方案

系统总体设计方案的步骤为先选择主控制芯片，然后通过显示电路的比较与选择、电机调速控制模块、电源电路与电机驱动电路三个方面逐步确定系统的软硬件指标，最终将设计分为硬件和软件两个部分分别详细概括，本文的设计原理是主要以单片机为核心，通过内部定时器产生PWM波形，控制LN298大功率H桥路驱动直流电机控制转速，并且将结果通过数码管将速度等级显示出来作为具体分析概述。

1.1 主控制芯片的选择

本次设计采用STC12C5A60S2单片机作为控制元器件，该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一。其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前市场上有很多公司都推出了51系列的兼容机型，占据了市场上大部分的份额。并且这种现状还会持续很久。其中51单片机的应用范围是最广的。而且因为有其他的系列相继推出，所以51单片机的成本也不高，对企业来说使用非常划算[2]。

1.2 显示电路的比较与选择

数码管显示具有亮度高、显示简单简洁、成本低廉，可靠性高、响应速度快等有点。在实际工程中，人即便站在很远的位置也能看清楚数码管显示的信息。而且数码管驱动简单，采用硬件驱动即不需要程序控制，完全不占用CPU的資源。因此我们这里采用LED数码管显示信息。

1.3 电机调速控制模块

采用由三极管组成的H型PWM电路。用单片机控制三极管使之工作在占空调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路是在管子的饱和下运行，所以运转的速度非常的高。H型线路了直流电机改变素的方向和调节转速的大小。电子开关就不具备这种优势，虽然开的速度快，但是不能很快的到达工作状态，稳定性也不好。所以，在实际的生产过程中，直流电子运用的是H型电路，采用的是PWM调速技术[7]。

1.4 电源电路与电机驱动电路

本设计电源选择直流稳压电源模块。将插线板电源经过变压、整流、滤波、稳压后输出。为系统提供稳定可靠的电源。虽说会有一些不稳定因素但携带方便，所以选择锂电池来负责电源。电机驱动我采用大功率电机驱动专用芯片。L298内部继承大功率H桥路。具有稳定性高、使用简单，驱动力大等特点。能够驱动大功率电机和控制电机的正传和反转，同时对于电机调速也是非常理想的选择。因此采用此种方法。

2 系统调试

2.1 常见的故障分析

单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分不开的.许多硬件故障只有通过软、硬件一起调试才能被发现，但是在使用这种方式之前我们要确认是否属于仅仅通过硬件调试或通过软件调试就能发现故障的情形。入股不行的化话，我们才采用联合调控的方式来找故障。

（1）逻辑错误

样机硬件的逻辑错误是由于设计错误和加工过程中的工艺错误而造成的。就包括错线、开路等等，我们经常遇到的就是短路。

（2）元器件错误

元器件错误的原因有器件被损坏或者型号等匹配不上等原因，或者极块可能装反了的原因。

（3）可靠性差

应用系统容易受到外部电波、器件负载、金属孔等干扰，并且应用系统抵制这种干扰的能力非常弱。除此之外，如果线路设计的不合理也会是造成系统稳定性差的原因。

（4）电源故障

电源故障包括：电压值不符合设计要求、电源功率不足、负载能力差、纹波太重等。

2.2 系统调试注意事项

在接通电源之前，我们一定要确保样机的线路和零件等细节完全正确。所以最好在测试之前就比照图纸核对一下来确保万无一失，争取不犯低级错误，特别是注意最常见的短路故障。需要对精细的零件进行核对时可以利用辅助工具。在进行程序编写时，每一个环节都值得被认真对待，因为很多的细节如果不注意的话可以毁坏系统调试的结果。所以，我们一定要在调试的过程中注意细节。

3 结论

PWM技术是直流电机调速中最为有效的方法。本文在采用的是用PWM技术的H型桥式驱动电路，这在一定程度上提高了机器的运行效率。在设计软件进行编程时，采用的算法和系统结构也非常适合，这些都提高了单片机的工作效率和使用寿命。本文的研究的基础是价格低廉的单片微机STC89C52直流电机，并且在本文笔者也论述了单片机的几种调节控制速度的方法，和其他的采用硬件或者硬件与软件或者两者相结合的方式调控具有明显的优势。采用PWM软件的调节控制速度的方法灵活性更强和成本更加低廉。这样在无形之中为企业节约了一笔不必要的成本，同时也不影响单片机发挥其效率，这是一种通过简单的方法来研究出速度控制系统成为可能。

参考文献：

[1]孙浩.电动汽车无刷直流电机驱动用双向准Z源逆变器的研究[D].江苏大学，2016.

[2]郭金虎.新型交直流双向电机演示仪[J].物理教师，2015，36（03）：46-47.

（作者单位：德州蓝博建筑工程有限公司）