摘要：本文介绍了以AT89C51单片机作为直流电机调速系统的控制核心的结构框图，并介绍了几个主要的控制电路，该系统不仅提高了调速系统的精度，而且增强了对直流电机速度的可控性，对于电网干扰所造成的晶闸管的漏触发、误触发有很强的抑制作用。
关键词：直流电机；调速系统；应用单片机；控制；分析
前言
随着经济技术的发展，电机技术也得到了很大的发展，大大降低了直流电机的成本。直流电机的调速成为一项应用性很强的技术，具有启动转矩大、响应快速以及从零转速至额定转速具备可提供额定转矩等优良性能。在直流调速系统中，控制电路有多种，性能高、价格低、体积小、速度快、应用广泛、稳定可靠等等都是单片机的优点。下面我们具体谈一下直流电机调速系统应用单片机控制的相关问题。
1总体电路的设计简介
整个电路的主体的核心我们采用的是AT89C51单片机，P0口接LED数码管接在p0口上，以此显示当前PWM信号的占空比。L298是一款单片集成的高电流、高电压、双路全桥式的电机驱动，也是直流电机的驱动芯片。L298提供两个使能输入端，能够在不依赖信号输入的前提之下禁用或使能L298器件，L298器件低位晶体管的发射器是连在一起的，对应的外部端口能够用来链接外部感应电阻。
L298还能够提供一个额外的电压输入，所以其逻辑电路能够在更低的电压下运行。单片机能够发射PWM信号，经过P2.4端送入L298ENA端。在ENA端电平为0的时候，L298OU1、OUT2输出电势差就变为0。为了避免电源信号收到控制信号的影响，我们考虑加上光电耦合的部分，当P2.0与P2.1两端输出的高低电平能够相互转换的时候，就能改变电机的转向。如果要调节直流电机的转速，我们可以通过软件来改变ENA端低电平持续时间。
2.电机的转速和转向的控制
我们是通过一套光电系统来实现电机速度的测定的，通过单位时间内的脉冲个数，来实现对电机转速的测定。
电击两端所加电源的正负极性能够直接控制流过电机的电流，以此改变电机的运转方向。基于这一控制原理，我们构造了由光电隔离芯片组成的小功率直流电机转向的控制电路设备，把光电隔离器分为A和B两组，当输出为低电平时A组截止，B组导通，流过直流电机的电流方向为2※1，电机反转，至此实现了电机转动方向的单片机控制【1】。
3.晶闸管触发脉冲的产生及修正问题
直流电机的调速实际上就是调节电击两端电压横幅的平均值，该电压是由24V的交流电压经过晶闸管全波整流得到的，晶闸管全波整流装置触发电路的基本作用是，当向晶闸管控制极提供电流的时间确定的时候，把这个确定的时刻假定为￡，它是由多个因素决定的，与此同时，交流信号必须要与晶闸管触发脉冲同步，不然就会导致晶在确定的时刻向晶闸管失去控制。对提高晶闸管的触发电路的准确性和可靠性都有很大益处的是微机控制技术，它使得晶闸管触发电路具备智能自动识别的功能。值得一提的是可编程计数/定时器8253芯片的引用，它使晶闸管的触发电路控制更加灵活、准确，也更加可靠、简化。
3.1可编程计数/定时器8253的工作原理介绍
8523的工作方式大约有以下五种：
①计数结束中断方式；②频率发生器方式；③可编程单稳态方式；硬件触发选通方式；④方波发生器方式；⑤软件触发选通方式。8253是具有三个相同功能的16位定时器，每一个定时常数都可以用相应的软件进行设计和编程，相对于50Hz的交流电来说，其分辨率=对于50Hz的交流电其分辨率=360°/[（1/50）×455×1000]=0.04°。根据这一计算结果，选用定时器8253时的最大移角是αmax=0.04°×216=2621.44°。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以我们可以得出结论，这远大于移相范围180度，能够满足系统的要求。
3.2由晶闸管引发的脉冲和修正过程
在确定整流电压的时候，晶闸管触发脉冲的相位角β会决定电机的转动速度，β角度的准确与否也会直接对系统调节速度的性能优劣产生相应的影响。所以我们必须要分析决定β角的两大要素：第一，β角在0º-180º间的变动一定要准确，只有准确的变动才能保证有足够的分辨率；第二，也是最重要的一点，提取交流过零点脉冲，这个脉冲是确定相位角β的基准，必须准确无误的捕获才能正确的确定β角。在实际进行的过程当中，如果单纯的过零点硬件采集电路一般会导致电网产生干扰，由此产生漏输出或是错误输出。
4.对软件部分的设计概述
按键扫描子程序、数码显示子程序以及PWM信号产生子程序是软件的三个主要组成部分。在设计时，由于数码显示管是选用的双位管，所以子程序的显示形式是动态显示。在单片机的四个I/O端口上，我们使用了四个按键来单独检测各自的状态，因此如果要判断按键是否按下，只需要判断I/O端口的电平高低就可以了。每一次按加速键或者减速键，所占的空比就会相应的减小或者增加1，取值范围设置在0--99之间，最初的设定为50。为了避免电机烧坏，在进行正反转转换，即改变转向的时候，可以将单片机对I/O端口to；统一设置为0或者是1，这就使得电机的电势差为零，程序运行一段时间之后在进行相应的转换。
我们用单片机内部的定时器的中断功能来产生PWM信号，当在装置中设置好中断时间后，每次中断都会使标志位值增加一个单位，最大的标志位我们设置为99，当标志位的数值比给定的占空比数值的时候，电平就会设置为0，否则就是1。
主程序是主要是一个循环的程序，主要的思路是设定好初始值，将初始值和测速电路送来的值进行比较来得到一个误差值，而后用PID算法输出控制系数来给PWM发生电路改变波形的占空比，以此控制电机的转速【2】。
因为系统采用的是PI调节器，也就是比例积分调节器，使得系统在扰动的作用之下使电动机的转动速度达到没有静态的差别。在无静差调节速度的系统中，比例积分调节器的比例部分的动态响应是没有滞后的，反应非常快，这使得积分部分系统的静差得以被消除。INT0服务子程序主要是用来判断T0是否已经进入定时的状态。
结语
本文中，整个电路的设计主要的四部分是L298驱动芯片、51单片机、按键、双位数码显示管，这四个部分的可靠性高，而且结构也较为简单，易于操作。通过仿真技术对这个系统进行完善，结果很好，而且质量也能够满足应用。如果想要得到更好的控制效果，推荐通过加上电流检测装置和转速装置构成闭环PID控制系统的方法来提高提高控制的精度，也可以利用单片机的串口和上位机进行通讯来实现上位机调节PID参数。
实践标明，我们所采用的单片机和驱动芯片组合设计步进电机控制电路的控制效果是非常不错的，该系统的硬件电路不仅设计简单，而且运行可靠，设计方便，功耗也很低。由于采用的是专用驱动的芯片，所以在编制软件的时候也非常的简单。
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论文作者:刘泽文
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/6
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