CN205123639U - 微型直流电机智能调速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及直流电机的控制技术领域，提供一种微型直流电机智能调速器。该调速器包括单片机、晶振模块、按键模块、电源模块、PWM数字信号发生电路、直流电机驱动电路、霍尔转速检测电路和显示模块，PWM数字信号发生电路的输入端与单片机相连接，其输出端与直流电机驱动电路相连接；霍尔转速检测电路将直流电机转速的反馈信号输入到单片机，显示模块与单片机相连用于显示当前速度与设定速度。本实用新型提出一种以单片机为控制芯片，霍尔传感器为测速元件的直流电机闭环调速系统，可以实现直流电机的无极调速和稳速控制，具有结构简单，稳定性好，超调小，响应快，高精度等优点。

Description

微型直流电机智能调速器

技术领域

本实用新型涉及一种微型直流电机智能调速器，属于直流电机控制领域。

背景技术

直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。目前直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够快速、可靠、精确地实现直流电机大范围无级调速和稳速的智能调速器。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

微型直流电机智能调速器，包括单片机、晶振模块、按键模块、电源模块、PWM数字信号发生电路、直流电机驱动电路、霍尔转速检测电路和显示模块，所述单片机分别与晶振模块、按键模块、电源模块相连接；所述PWM数字信号发生电路的输入端与单片机相连接，其输出端与直流电机驱动电路相连接，直流电机驱动电路连接到直流电机；所述霍尔转速检测电路将直流电机转速的反馈信号输入到单片机，所述显示模块与单片机相连，用于显示当前速度与设定速度。

所述单片机采用AT89C51芯片。

所述PWM信号发生模块由两片比较器和一片计数器组成。

进一步地，所述霍尔转速检测电路由霍尔传感器和滤波整形电路连接组成，其中，霍尔传感器安装在直流电机内部，滤波整形电路与单片机相连。

进一步地，所述PWM数字信号发生电路与直流电机驱动电路之间还连接有放大电路。

本实用新型提出一种以单片机为控制芯片，霍尔传感器为测速元件的直流电机闭环调速系统，可以实现直流电机的无极调速和稳速控制，具有结构简单，稳定性好，超调小，响应快，高精度等优点。

附图说明

图1是微型直流电机转速控制原理图；

图2是PWM数字信号发生电路；

图3是电机转速检测电路；

图4是直流电机驱动电路。

具体实施方式

如图1所示为转速控制原理图，设计为闭单环负反馈控制结构。在直流电动机运转之前,首先从键盘输入给定转速N1,单片机将其转换为数字电压信号,该数字信号经PWM发生电路生成PWM控制信号,然后经放大器放大输出电压，输出电压经H桥驱动电路驱动直流电机。由于存在各种干扰和误差,电动机的实际转速并不完全等于给定转速,为此加一反馈回路,由霍尔测速装置将所测得的转速脉冲信号经555整形电路后转化为数字信号，送入单片机与给定的转速信号进行比较,若N1＝N2,则表示电机转速稳定到给定转速；否则将得到偏差信号,经PID算法处理后,再由计算机输出,并重新加到电机电枢的两端以改变电机转速,直到电动机的实际转速与给定转速的偏差值保持在允许范围。

如图2所示为PWM数字信号发生电路，由两片比较器4585和一片计数器4040组成。单片机的P1口分别与两个比较器4585的B组连接，计数器4040的Q端口从序号2到9分别与比较器U1和U2的A组端口相连接。单片机的XTAL1端口与计数器4040的时钟端口相连接，同步两芯片的工作频率。单片机一个机器周期有16个脉冲组成，当晶振电路每产生8个脉冲时，计数器的输出端电位就改变一次，从Q2端口到Q9端口加1。当单片机P1口输出的8位二进制数X的值大于或者小于计数器的计数值时，计数器U2的(A>B)输出端为低电平,反之单片机P1口输出值X小于计数器的计数值时，计数器U2的(A>B)输出端为高电平。随着计数值的增加，计数器的Q端口全由高电位变为低电位时，计数器U2的(A>B)输出端又变为低电平，于是PWM信号就由计数器U2的(A>B)端产生了。如公式(1)所示，它的占空比D为：

$D=(255-\frac{x}{255})\×100\%---\left(1\right)$

设定不同X的数值，就以得到具有不同占空比的PWM信号。加速时只需将X的数值减小，而减速时只需将X的数值增大，从而实现了对直流电机的转速控制。

如图3所示是电机转速检测电路，直流电机的转轴上安装一片磁钢，在一个周期内，霍尔传感器的输出量将出现2次状态变化，这种变化可以用来测量转速。霍尔传感器采用A3244E霍尔传感器，安装在电机内部，受电机干扰比较严重，因此霍尔输出信号上会出现很多毛刺和高频干扰，其中一些干扰比较大，很可能会影响控制器的判决，因此必须对霍尔输出信号进行滤波整形。霍尔器件的out输出端经过RC滤波电路后与555定时器组成的施密特触发器输入端连接，施密特触发器的输出端与外部中断端口相连。一般的霍尔传感器是开漏输出，为了保证传感器输出有效信号，必须外加上拉电阻R1。电阻R2和电容C2构成了RC滤波器，其截止频率很高，用来消除霍尔信号上的高频脉冲干扰。为获取较好的数字信号，脉冲信号经由555组成的施密特触发器进行波形整形，最终被单片机的外部中断端口接收。单片机根据程序将单位时间内接收的脉冲数计算出每分钟电机的转速。

如图4所示是直流电机驱动电路，驱动电路采用复合晶体管构成的H型桥式驱动电路，6个晶体复合管以对角方式分为两组,两组的高低电平控制晶体管是否导通或者截止。Q5、Q6晶体管的作用是放大PWM信号，Q1、Q2晶体管的通断控制电机的正转，Q3、Q4晶体管的通断控制电机反转。4个续流二极管在电路中的作用是消除反向电动势和防止晶体管的电流过大。

本实用新型系统工作时，单片机和显示器先进行初始化，初始化后调用按键子程序，设置所需要的电机转速N1，单片机根据N1的值计算出PWM信号所需设定值X，将其发送到PWM信号发生电路生成PWM控制信号,然后经驱动电路驱动直流电机。霍尔测速电路将测速结果N2送给单片机，单片机将所测转速N2和设定值N1比较后，将N1与N2的偏差量调送到PID算法程序，计算出相应的PWM输出信号去控制电机的转速，多次循环以趋于设定值，达到调速的目的。

Claims (5)

1.微型直流电机智能调速器，包括单片机、晶振模块、按键模块、电源模块、PWM数字信号发生电路、直流电机驱动电路、霍尔转速检测电路和显示模块，其特征在于，所述单片机分别与晶振模块、按键模块、电源模块相连接；所述PWM数字信号发生电路的输入端与单片机相连接，其输出端与直流电机驱动电路相连接，直流电机驱动电路连接到直流电机；所述霍尔转速检测电路将直流电机转速的反馈信号输入到单片机，所述显示模块与单片机相连，用于显示当前速度与设定速度。

2.根据权利要求1所述的微型直流电机智能调速器，其特征在于：所述单片机采用AT89C51芯片。

3.根据权利要求1所述的微型直流电机智能调速器，其特征在于：所述PWM信号发生模块由两片比较器和一片计数器组成。

4.根据权利要求1所述的微型直流电机智能调速器，其特征在于：所述霍尔转速检测电路由霍尔传感器和滤波整形电路连接组成，其中，霍尔传感器安装在直流电机内部，滤波整形电路与单片机相连。

5.根据权利要求1所述的微型直流电机智能调速器，其特征在于：所述PWM数字信号发生电路与直流电机驱动电路之间还连接有放大电路。