关键词：STC12C5A60S2 PWM 直流电机 驱动电路
直流电机广泛使用于各种仪器与设备中，在生活生产中也有广泛的使用。如何可以实现直流电机快速稳定的调速，一直是电机使用的重要方面。直流电机的调速往往采用可控硅、稳压电源完成，其在实际应用中对某些产品来说其成本会大幅提高。因此本文设计一种基于单片机的电机调速装置。下面将主要从硬件设计设计方面对本装置做以介绍。
1.系统结构及原理
该装置的组成如图1所示，包括按键模块、报警模块、存储模块、显示模块、速度检测模块、驱动模块以及控制单元等模块组成。装置通过按键模块调整电机的速度，按键模块完成电机速度设定之后，控制中心通过计算，算出PWM波的占空比，通过输出PWM波控制驱动模块调节电机两端的电压进而调节电机的速度。电机速度检测采用霍尔传感器，通过霍尔传感器检测电机速度之后，并在显示装置上显示。
图1系统框图
2.系统硬件设计
系统的硬件电路图如图3所示，图3为电机速度调速控制装置的电路图，电路图主要包括STC12C5A60S2供电电路以及单片机最小系统工作电路，霍尔传感器接口电路，储存芯片接口电路，L298P接口电路以及报警电路组成。
2.1控制单元电路
控制芯片选用的STC125A60S2，该芯片相比于一般的单片机芯片具有处理速度快、工作稳定的特点。芯片采用5V电压供电，性价比高。控制芯片的最小系统外围电路主要有晶振电路、复位电路组成。通过实验测试该最小系统电路具有良好的稳定，满足设计的需求。控制单元电路如图3所示。
图2系统硬件电路 图3控制单元电路
2.2显示与报警电路
显示模块采用12232液晶屏，显示主要显示当前霍尔传感器采集的电机的速度，以及通过按键设置的电机的速度值。本装置可以通过蜂鸣器进行报警，当系统检测到电机转速大于系统按键设定值得时候，系统可以通过蜂鸣器进行报警。通过显示与报警电路，装置的使用者可以实时掌握电机的运行状态，并可以提醒使用者注意调控电机速度。在显示液晶屏上面可以显示两路电机的速度等参数。实际中根据需要可以扩展多路电机进行速度调节，当选用多路电机模式的时候，需要根据按键确定当前需要调速的电机，方可进行调速。显示与报警电路如图4所示。
2.3速度检测模块
电机速度检测采用的是霍尔传感器，霍尔传感器与磁珠配合使用，可以通过磁场的变化测定电机的速度，具体的测速原理为在电机的转轴上固定一个小磁珠，当电机旋转之后由于磁珠发生了旋转，一周之内通过同一点电场方面会发生转向，霍尔传感器可以通过检测一周内固定点磁场的变化判定电机旋转一圈。霍尔传感器测速具有简单、方便，准确度高、成本低等特点。广泛应用于电机测速方面。本文选用的霍尔传感器器为DH601。根据不同场景的需要还可以选用微功耗型的霍尔传感器。速度检测模块电路如图5所示。
图4 显示与报警电路 图5 速度检测模块电路
2.4按键与储存电路
按键电路主要用于完成对电机速度的设定，通过按键可以设定电机转速的增大与减少，同时可以通过功能按键实现对多个电机速度的调节。在此外还可以通过按键设置电机速度的限制。存储电路主要是针对电机转速等现场数据的保存，当发生以外断电或者是电机故障停止时，存储器可以实时保存当前的参数信息，当重新恢复工作之后，可以恢复故障发生前的工作状态。按键与存储电路如图6所示。
2.5驱动电路
装置采用L298P芯片，作为电极驱动芯片，L298P为全桥电机驱动芯片。采用光电耦合器实现电机与单片机的隔离，由于电机为感性元器件，在电机启动时会产生比较大的瞬时电流，该电流可能会造成单片机管脚烧坏，或者使单片机故障复位，因此在设计的过程中采用光电隔离将电机与单片机进行隔离。在装置工作的时候，系统输出引脚产生PWM波，通过PWM波控制光耦的通断，进而控制L298P，最终可以控制加在电机两端的直流电压的大小。通过改变加在电机两端的电压大小就可以达到给电机调速的目的。驱动电路如图7所示。
图6 按键与存储电路 图7 驱动电路
1.总结
本装置实现了对直流电机的调速，通过测试发现装置在电机调速的过程中具有良好的稳定性。该装置采用STC12C5A60S2作为主控芯片，其自带有AD转换功能，在以后的升级过程中可以用于对系统电源电压进行检测，以使速度的调节更加准确有效。本装置具有成本低、经济方便的特点，具有重要的现实意义。
参考文献
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论文作者:雷冬阁
论文发表刊物:《科技新时代》2018年2期
论文发表时间:2018/5/14
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