摘要：电机在工业领域内得到了广泛的应用，所以近些年，工业领域内的许多研究人员，把研究重点放到了电机的控制系统上。传统的电机控制系统应用了模拟器来实现整个系统的控制工作，其组成结构简单，可操作性强，且成本低廉，受到了一些业内人士的青睐，但我们也发现，传统电机的控制系统工作可靠性低，且不利于使用中的不断升级完善，因此，近些年数字式控制系统得到了较大的发展，逐步取代了传统的形式。以嵌入式单片机作为控制核心的处理器，是一种较为先进的数字式控制技术，可以简化控制的同时，增强功能，提高可靠性。
关键词：嵌入式单片机；电机控制系统；应用
一、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。
二、嵌入式单片机控制系统的硬件设计
2.1择合适型号的主MCU
为了进一步完善电机控制系统的功能，可以利用单片机控制功能强的特点，这里，我们以dsPIC20F芯片为例进行设计。该型号的芯片采用了单片机与DSP技术的融合，具有较高的性能，是一款16位数字信号的控制器。以这种技术为依托的芯片外围设备功能丰富，对信息中断情况的反映较快，并采用了高性能计算能力的处理器。不仅如此，该芯片在处理特殊情况和配套软件的开发环节上也拥有一定的优势。在dsPIC20F芯片强大功能的支持下，以该芯片为基础设计出的电机控制系统，可以在外界设备较少的情况下正常工作，在设计中也可实现所有接线都在芯片范围之内，这样，就可以提高整个装置的抗干扰能力和可靠性，可以应用于多种情况，并且系统的灵活性也有了很大的提升，节省研究时间，从而达到降低成本的目的。
2.2硬件电路的设计
采用dsPIC20F芯片单片机的电机控制系统结构可以按照图1进行设计。分析整个电机控制系统，其工作的主要流程为：开始由系统内的感应器感应出电子转子的及时位置在经过控制芯片的快速计算，将结果传送到相应的驱动模块，由于控制芯片预先设定了控制指令，其会向驱动模块发出特定的信号，控制电机的旋转。当这一工作顺利完成后，还需要依据工作环境的不同选择一个合适的旋转速度，这一过程的实现是控制芯片根据感应器所传递的转子位置信号，经过与设定速度的比较计算，得出了两者之间的转速差，并转化为相应的信号，传递到控制芯片，控制芯片根据接收到的信号，发出控制指令，反馈给电机，从而完成一个完整的控制过程。
转子位置检测电路也需要经过一定的设计，其实现基础是安装霍尔原件，该电路中使用的是位置传感器。传感器对电子转子位置的测定，其工作过程可以简述为：该传感器分为静止和转动两个部分，固定在电机机座上的部分处于静止状态，转动部分则位于转子上，与转自保持相同的频率选转。通过遮光盘的变化，可以相应的使感应器产生高低两个不同的信号，就可以提供出相应的转自运动信息，根据不同感应器传输过来的信号，可以准确完成对转子磁极的定位工作。霍尔感应器的应用，可以对转子位置进行精确的检测，从而可以有效的控制电机，对其做出及时的调整，提高了电机控制系统的精确性和工作可靠性。
.png)
三、嵌入式单片机控制系统的软件设计
在软件的设计过程中，可以应用嵌入式实时操作系统LClinux对系统进行统一的协调管理。在此项控制系统中，实时性的高低主要由任务或是中断的处理情况决定。使用者可以根据自己的实际需要，调节LClinux系统中的函数，在各个任务中进行切换。根据电机的控制要求和人物划分原则，应用软件主要包含以下几种：
（1）实现检测和控制等基本功能：这项任务包含对电机的监测、对数据的处理，并输出相应的驱动信号。由于此项任务可靠度较高，对特殊情况的反应迅速，所以它的优先级别最高。数据的处理工作主要是数据的预处理，是根据使用者的需要和设定，对检测手机的数据进行低通滤波处理。
（2）完成保护任务：这项任务主要的主要功能是及时对电机出现的故障发出警报，使得相关人员可以尽快的得知故障，并作出维修，其核心要求就是警报的及时性。
（3）操作者与系统的人机交互能力：此项任务主要是显示出当前的电机转动速度和工作温度，其重要性较小，所以相应的优先级别最低。当采用LClinux系统进行控制工作时，第一步工作就是要完成对CPU的初始化工作，然后完成对操作系统的初始化工作。
电机控制系统的软件系统主要包含主程序和中断服务程序两个部分。主程序完成正常情况下的数据采集、计算等功能，中断服务程序则应用于故障诊断等情形。电机控制系统的主要目的就是通过信息的采集，完成对电机的控制作用，其中数据的采集是一个尤为重要的环节。
四、结语
因此，将单片机的嵌入式技术应用在步进电机控制的相关应用领域都极其重要，同时结合嵌入式控制器的网络应用、终端状态监控功能与其它智能系统，有效地提高工业生产的自动化、数字化和信息化，更好地满足了市场的需求。
项目号：2019-ZD-0522
参考文献：
[1]陈德益.基于嵌入式单片机的电机控制系统设计[J].计算机仿真,2010,27(1):359-362.
[2]王娃女.基于嵌入式Linux的GPRS远程监控系统研究[D].青岛大学,2011.
[3]王鹏.基于嵌入式单片机的电机控制系统设计[J].科技创新与应用,2013,(25):20-20.
[4]张国栋.基于嵌入式单片机的步进电机控制系统设计[J].电脑知识与技术,2011,07(24):6017-6019.
论文作者:周璐,樊爱龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/2
标签：电机论文; 控制系统论文; 单片机论文; 芯片论文; 嵌入式论文; 工作论文; 单机论文; 《基层建设》2019年第27期论文;