CN105897083A - 一种小功率数字锁相环直流电机调速装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小功率数字锁相环直流电机调速装置，包括装置外壳上的液晶显示屏，在液晶显示屏的下方设置有功能按键，壳体左侧设置电源接口，壳体右侧设置电机驱动接口和编码接口，在壳体内安装控制电路板，控制电路板包括读取各按键设定值的单片机，单片机分别与液晶显示屏连接，与安装在电机上的编码器连接，与锁相环电路连接，锁相环电路同时与编码器连接，与驱动电路连接，驱动电路与直流电机连接。本发明以按键与液晶显示屏，作为人机交互设备，方便用户进行电机转速的设定；以单片机为核心，提高了对电机转速控制的灵活性；以锁相环电路为核心，使电机输出转速跟踪设定转速，提高了电机转速的控制精度。

Description

一种小功率数字锁相环直流电机调速装置

技术领域

本发明小功率直流电机调速技术领域，具体是一种小功率数字锁相环直流电机调速装置。

背景技术

目前，市场上低压小功率直流电机调速产品，多采用PWM开环控制，产品通过外接电位器调节给定电压值来控制电机转速，温度变化或元件老化均会影响转速的控制精度，负载变化对转速的影响大，不能精确控制电机的转速，且没有良好的人机交互界面。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种小功率数字锁相环直流电机调速装置。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种小功率数字锁相环直流电机调速装置，包括装置外壳，在装置外壳的前面板上部安装有液晶显示屏，在液晶显示屏的下方依次设置有设置键、与设置键配合使用，调节直流电机转速的上调键、调节直流电机转速的下调键、电源键和直流电机启动键，在装置外壳的左侧壁上设置有电源接口，在装置外壳的右侧壁上分别设置有直流电机驱动接口和用于接收直流电机转速数据的编码器数据接口，在装置壳体的内部安装有控制电路板，所述控制电路板上包括与装置壳体上各按键连接的单片机，单片机读取各按键的设定值，单片机与液晶显示屏连接，为液晶显示屏提供设定的直流电机转速数据，单片机与安装在直流电机上的编码器连接，将直流电机实际转速反馈给单片机，单片机与锁相环电路连接，单片机为锁相环电路提供直流电机设定转速数据，同时锁相环电路与编码器连接，接收直流电机实际转速数据，锁相环电路的输出与驱动电路连接，锁相环电路对直流电机转速数据进行调整后，将输出数据经驱动放大输出给直流电机。

而且，所述控制电路板中单片机选用的型号为STC12C5A60S2，锁相环电路选用的锁相环芯片型号为CD4046，驱动电路选用的运放芯片型号为OP07。

其中，单片机的P3.4口连接锁相环芯片的14引脚，锁相环芯片的输出13引脚经电阻R₂串联电阻R₄后与运放芯片的反相输入端2引脚相接，同时，电阻R₂和电阻R₄之间的节点通过电阻R₃串连电容C₂后与地连接，运放芯片的另一输入端3引脚接地，运放芯片的2引脚与输出端6引脚间连接电阻R₅，运放芯片的输出端6引脚接直流电机M，直流电机M的两端并接续流二极管VD₂，与直流电机M相连的编码器的A相信号线分别与单片机的P1.3口及锁相环芯片的3引脚相接，同时，锁相环芯片的1引脚通过电阻R₁串接发光二极管VD₁后与地连接。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明以按键与液晶显示屏，作为人机交互设备，方便用户进行电机转速的设定；以单片机为核心，提高了对电机转速控制的灵活性；以锁相环电路为核心，使电机输出转速跟踪设定转速，提高了电机转速的控制精度。

2、本发明采用锁相技术、单片机技术和自动控制技术融合在一起，开发一种较目前速度调节范围更宽、精度更高的低压数字锁相直流调速器，以适应医疗器械、机器人、机器仪表等领域对直流电机调速的要求。引入锁相环后的直流调速精度比原来的精度要增强100倍左右，而且加入单片机控制的直流调速器更容易实现数字化控制，有较好的人机交互功能，且具有结构简单、成本低廉，控制精度高等优点，有十分广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明装置的外观结构示意图；

图2是本发明装置内部控制电路板的构成框图；

图3是本发明内部控制电路板的部分电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种小功率数字锁相环直流电机调速装置，如图1或2所示，包括装置外壳，在装置外壳的前面板上部安装有液晶显示屏，在液晶显示屏的下方依次设置有用以设置电机转速的设置键、与设置键配合使用的电机转速的上调键及下调键、整个装置的电源键和电机启动键，在装置外壳的左侧壁上设置有电源接口，在装置外壳的右侧壁上分别设置有用于驱动电机的电机驱动接口和用于接收检测电机转速的编码器输出数据的编码接口，在装置壳体的内部安装有控制电路板，所述控制电路板上包括与装置壳体上各按键连接的单片机，单片机读取各按键的设定值，单片机与液晶显示屏连接，为液晶显示屏提供实时设定的电机转速数据，单片机与安装在电机上的编码器连接，将电机转速时时反馈给单片机，单片机与锁相环电路连接，单片机为锁相环电路提供时时电机设定转速数据，同时锁相环电路与编码器连接，接收时时电机实际转速数据，锁相环电路的输出与驱动电路连接，锁相环电路对电机转速数据进行调整后，将输出数据经驱动放大输出给直流电机，调整直流电机转速，使其跟踪设定转速，实现对电机转速的控制。

在本发明的具体实施中，如图3所示，所述控制电路板中单片机选用的型号为STC12C5A60S2，锁相环电路选用的锁相环芯片型号为CD4046，驱动电路选用的运放芯片型号为OP07。

其中，单片机的P3.4口接锁相环芯片的14引脚，锁相环芯片的输出13引脚经电阻R₂串联电阻R₄后与运放芯片的反相输入端2引脚相接，同时，电阻R₂和电阻R₄之间的节点通过电阻R₃串连电容C₂后与地连接，运放芯片的另一输入端3引脚接地，运放芯片的2引脚与输出端6引脚间接电阻R₅，运放芯片的输出端6引脚接直流电机M，直流电机M的两端并接续流二极管VD₂，与直流电机M相连的编码器的A相信号线分别与单片机的P1.3口及锁相环芯片的3引脚相接，同时，锁相环芯片的1引脚通过电阻R₁串接发光二极管VD₁后与地连接。

本发明的工作原理为：

接通电源，通过控制面板的转速“设置”按键、“+”与“—”按键，设置电机转速，单片机STC12C5A60S2读取按键输入的转速值，然后由单片机的P3.4口发出与转速值对应的给定频率f₁的脉冲信号，此信号输入到锁相环芯片CD4046的14引脚，编码器测得电机转速的反馈频率f₂的脉冲信号，此反馈信号输入单片机STC12C5A60S2的P1.3口与CD4046的3引脚，当电机转速还没有达到设定转速值时，即f₂<f₁时，CD4046的输出端输出为高电平，经R₂、R₃与C₂构成的环路滤波器使加在电机两端的电压升高，电机加速；当电机转速大于设定转速值时，即f₂>f₁时，CD4046的输出端输出为低电平，使电机两端电压降低，电机减速。当电机转速达到设定值时，即f₂＝f₁时，CD4046进入鉴相阶段，如果f₁的相位超前f₂，CD4046的输出端输出为高电平，使电机两端电压升高，电机加速；如果f₂的相位超前f₁，CD4046的输出端输出为低电平，使电机两端电压降低，电机减速；当f₂与f₁同相时，CD4046的输出端输出为高阻状态，电机两端电压保持不变，电机转速锁定在给定频率并与之保持同步，CD4046的1引脚输出高电平，VD₁点亮。当电机发生堵转即f₂＝0时，启动单片机的电机保护控制程序。电机的转速设定值与实时转速通过单片机程序控制显示在控制面板的显示屏上。

Claims (2)

1.一种小功率数字锁相环直流电机调速装置，其特征在于：包括装置外壳，在装置外壳的前面板上部安装有液晶显示屏，在液晶显示屏的下方依次设置有设置键、与设置键配合使用，调节直流电机转速的上调键、调节直流电机转速的下调键、电源键和直流电机启动键，在装置外壳的左侧壁上设置有电源接口，在装置外壳的右侧壁上分别设置有直流电机驱动接口和用于接收直流电机转速数据的编码器数据接口，在装置壳体的内部安装有控制电路板，所述控制电路板上包括与装置壳体上各按键连接的单片机，单片机读取各按键的设定值，单片机与液晶显示屏连接，为液晶显示屏提供设定的直流电机转速数据，单片机与安装在直流电机上的编码器连接，将直流电机实际转速反馈给单片机，单片机与锁相环电路连接，单片机为锁相环电路提供直流电机设定转速数据，同时锁相环电路与编码器连接，接收直流电机实际转速数据，锁相环电路的输出与驱动电路连接，锁相环电路对直流电机转速数据进行调整后，将输出数据经驱动放大输出给直流电机。

2.根据权利要求1所述的小功率数字锁相环直流电机调速装置，其特征在于：所述控制电路板中单片机选用的型号为STC12C5A60S2，锁相环电路选用的锁相环芯片型号为CD4046，驱动电路选用的运放芯片型号为OP07，

其中，单片机的P3.4口连接锁相环芯片的14引脚，锁相环芯片的输出13引脚经电阻R₂串联电阻R₄后与运放芯片的反相输入端2引脚相接，同时，电阻R₂和电阻R₄之间的节点通过电阻R₃串连电容C₂后与地连接，运放芯片的另一输入端3引脚接地，运放芯片的2引脚与输出端6引脚间连接电阻R₅，运放芯片的输出端6引脚接直流电机M，直流电机M的两端并接续流二极管VD₂，与直流电机M相连的编码器的A相信号线分别与单片机的P1.3口及锁相环芯片的3引脚相接，同时，锁相环芯片的1引脚通过电阻R₁串接发光二极管VD₁后与地连接。