CN107769639A - 一种电机调速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机调速装置，包括控制器模块、电机驱动模块、转速检测模块、PC上位机、键盘模块和显示模块，PC上位机与控制器模块双向串行通信连接，控制器模块输出端与电机驱动模块输入端相连，转速检测模块输出端与控制器模块输入端相连，控制器模块输出端与显示模块相连，键盘模块与控制器模块输入端相连。本发明创造通过PC上位机实现PID算法，在直流电机运行转动过程中，用户可通过键盘模块输入PID算法所涉及的控制参数，使控制参数得到实时控制，即使电机调速装置由于环境参数的变化导致PID算法控制参数发生改变，也可以人为地进行修改，使电机转速的调整控制效果达到最佳。本发明创造用于控制直流电机转速。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，更具体地说涉及一种电机调速装置。
背景技术
在智能控制领域中，常常出现被控对象的结构和参数难以完全掌握，或者无法得到精准的控制系统时，本领域技术人员往往采用的是PID(比例-积分-微分)控制算法，以对所述被控对象进行控制。
在直流电机转速控制系统中，为了使电机转速平稳且便于控制，常常将模拟PID控制方案应用在电机转速控制系统上。但是在模拟PID控制系统中，系统参数一旦设定完成后，在整个控制过程中，PID算法所涉及的控制参数将无法得到控制，而实际的控制过程中的环境参数，例如电机内部温度，容易产生较大的变化，导致模拟PID控制系统的系统参数也随之改变且无法进行人为干预控制，从而影响模拟PID控制系统运行，难以使电机转速的控制效果达到最佳
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种结合数字PID控制技术方案应用的直流电机调速装置。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种电机调速装置，包括用于产生PWM脉冲的控制器模块、用于驱动直流电机转动的电机驱动模块、安装在直流电机的转轴上并用于采集直流电机转速的转速检测模块、用于执行PID算法的PC上位机、以及用于人机交互的键盘模块和显示模块，所述PC上位机与控制器模块双向串行通信连接，所述控制器模块输出端与电机驱动模块输入端相连，所述转速检测模块输出端与控制器模块输入端相连，所述控制器模块输出端与显示模块相连，所述键盘模块与控制器模块输入端相连。
作为上述技术方案的进一步改进，所述控制器模块包括型号为AT89C52的单片机芯片。
作为上述技术方案的进一步改进，所述显示模块包括多个数码管以及三极管，每个数码管包括公共输入端以及字段输入端，所述控制器模块输出端均与数码管的字段输入端相连，所述控制器模块输出端分别通过三极管与数码管公共输入端相连。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电机驱动模块包括内置有H型全桥式电机驱动电路的驱动芯片，所述驱动芯片输入端与控制器模块输出端相连，所述驱动芯片输出端与直流电机输入端相连。
作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动芯片型号为L298N或N297N。
作为上述技术方案的进一步改进，所述转速检测模块包括可套设在直流电机转轴上的圆盘、发光二极管以及光敏三极管，所述圆盘上沿圆周方向等距设置有N个凹槽，所述发光二极管与光敏三极管分别设置在圆盘正反两侧，所述光敏三极管通过凹槽接收发光二极管所发出的光信号，所述发光二极管正极通过一电阻与电源端相连，所述发光二极管负极接地，所述光敏三极管集电极通过一电阻与电源端相连，所述光敏三极管发射极接地，所述光敏三极管集电极与控制器模块输入端相连。
本发明创造的有益效果是：本发明创造通过PC上位机实现PID算法，在直流电机运行转动过程中，用户可通过键盘模块输入PID算法所涉及的控制参数，使控制参数得到实时控制，即使电机调速装置由于环境参数的变化导致PID算法控制参数发生改变，也可以人为地进行修改，使电机转速的调整控制效果达到最佳。本发明创造用于控制直流电机转速。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明创造的电路模块框架图；
图2是本发明创造的转速检测模块实施例；
图3是本发明创造的圆盘结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指元件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接元件，来组成更优的电路结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1～图3，本发明创造公开了一种电机调速装置，包括用于产生PWM脉冲的控制器模块、用于驱动直流电机转动的电机驱动模块、安装在直流电机的转轴上并用于采集直流电机转速的转速检测模块、用于执行PID算法的PC上位机、以及用于人机交互的键盘模块和显示模块，所述PC上位机与控制器模块双向串行通信连接，所述控制器模块输出端与电机驱动模块输入端相连，所述转速检测模块输出端与控制器模块输入端相连，所述控制器模块输出端与显示模块相连，所述键盘模块与控制器模块输入端相连。具体地，本发明创造通过PC上位机实现PID算法，在直流电机运行转动过程中，用户可通过键盘模块输入PID算法所涉及的控制参数，使控制参数得到实时控制，即使电机调速装置由于环境参数的变化导致PID算法控制参数发生改变，也可以人为地进行修改，使电机转速的调整控制效果达到最佳。由于现有技术中模拟PID系统主要由分立元件组成，导致模拟PID系统容易受到环境参数(如温度)的影响，而本发明创造使用PC上位机实现PID算法，组成数字PID系统，以实现对直流电机转速的控制，数字PID系统受环境参数影响较低，同时还能够实时控制数字PID系统的系统参数。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述控制器模块包括型号为AT89C52的单片机芯片，所述型号的单片机芯片运算功能强大，软件编程灵活，编程自由度大。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述显示模块包括多个数码管以及三极管，每个数码管包括公共输入端以及字段输入端，所述控制器模块输出端均与数码管的字段输入端相连，所述控制器模块输出端分别通过三极管与数码管公共输入端相连。本实施例所述显示模块电路原理简单，便于控制器模块的控制。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述电机驱动模块包括内置有H型全桥式电机驱动电路的驱动芯片，所述驱动芯片输入端与控制器模块输出端相连，所述驱动芯片输出端与直流电机输入端相连。相对于由大功率晶体管所组成的电机驱动电路，本实施例使用高集成度的驱动芯片，有效降低电路结构的复杂程度，同时提高电路的抗干扰能力。
具体地，本发明创造具体实施方式中，所述驱动芯片型号为L298N或N297N，所述型号的驱动芯片所需功耗较低。
进一步作为优选的实施方式，为实现本发明创造所述的转速检测模块的功能，本发明创造具体实施方式中，所述转速检测模块包括可套设在直流电机转轴上的圆盘1、发光二极管以及光敏三极管，所述圆盘1上沿圆周方向等距设置有N个凹槽2，所述凹槽2可以设置一处或以上，所述发光二极管与光敏三极管分别设置在圆盘1正反两侧，所述光敏三极管通过凹槽2接收发光二极管所发出的光信号，所述发光二极管正极通过一电阻与电源端相连，所述发光二极管负极接地，所述光敏三极管集电极通过一电阻与电源端相连，所述光敏三极管发射极接地，所述光敏三极管集电极与控制器模块输入端相连。具体地，当直流电机转动时，带动所述圆盘1同步转动，圆盘1转动的过程中，所述光敏三极管会间歇性地接收到发光二极管所发出的光信号，从而向控制器模块输出一定频率的脉冲信号波形，直流电机转速越大，脉冲信号波形的频率越高，所述控制器模块通过计算光敏三极管输出的脉冲信号波形的频率，间接计算直流电机的转速。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种电机调速装置，其特征在于：包括用于产生PWM脉冲的控制器模块、用于驱动直流电机转动的电机驱动模块、安装在直流电机的转轴上并用于采集直流电机转速的转速检测模块、用于执行PID算法的PC上位机、以及用于人机交互的键盘模块和显示模块，所述PC上位机与控制器模块双向串行通信连接，所述控制器模块输出端与电机驱动模块输入端相连，所述转速检测模块输出端与控制器模块输入端相连，所述控制器模块输出端与显示模块相连，所述键盘模块与控制器模块输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种电机调速装置，其特征在于：所述控制器模块包括型号为AT89C52的单片机芯片。
3.根据权利要求1所述的一种电机调速装置，其特征在于：所述显示模块包括多个数码管以及三极管，每个数码管包括公共输入端以及字段输入端，所述控制器模块输出端均与数码管的字段输入端相连，所述控制器模块输出端分别通过三极管与数码管公共输入端相连。
4.根据权利要求1所述的一种电机调速装置，其特征在于：所述电机驱动模块包括为内置有H型全桥式电机驱动电路的驱动芯片，所述驱动芯片输入端与控制器模块输出端相连，所述驱动芯片输出端与直流电机输入端相连。
5.根据权利要求4所述的一种电机调速装置，其特征在于：所述驱动芯片型号为L298N或N297N。
6.根据权利要求1所述的一种电机调速装置，其特征在于：所述转速检测模块包括可套设在直流电机转轴上的圆盘、发光二极管以及光敏三极管，所述圆盘上沿圆周方向等距设置有N个凹槽，所述发光二极管与光敏三极管分别设置在圆盘正反两侧，所述光敏三极管通过凹槽接收发光二极管所发出的光信号，所述发光二极管正极通过一电阻与电源端相连，所述发光二极管负极接地，所述光敏三极管集电极通过一电阻与电源端相连，所述光敏三极管发射极接地，所述光敏三极管集电极与控制器模块输入端相连。
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