51单片机直流无刷电机控制Word下载.docx
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此处采用光电器件作为位置传感器,以三只功率晶体管V1、V2和V3构成功率逻辑单元。
图3-2三相直流无刷电动机半控桥电路原理图
三只光电器件VP1、VP2和VP3的安装位置各相差120度,均匀分布在电动机一端。
借助安装在电动机轴上的旋转遮光板的作用,使从光源射来的光线一次照射在各个光电器件上,并依照某一光电器件是否被照射到光线来判断转子磁极的位置。
图3-3所示为开关顺序及定子磁场旋转示意图。
图3-3开关顺序及定子磁场旋转示意图
随着位置传感器转子扇形片的转动,定子绕组在位置传感器VP1、VP2、VP3的控制下,便一相一相地依次馈电,实现了各相绕组电流的换相。
在换相过程中,定子各相绕组在工作气隙内所形成的旋转磁场是跳跃式的。
这种旋转磁场在360度电角度范围内有三种磁状态,每种磁状态持续120度电角度。
位置传感器在直流无刷电动机中起着测定转子磁极位置的作用,为逻辑开关电路提供正确的换相信息,即将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号,然后去控制定子绕组换相。
位置传感器种类较多,且各具特点。
在直流无刷电动机中常见的位置传感器有以下几种:
电磁式位置传感器、光电式位置传感器、磁敏式位置接近传感器。
3.设计要求
(1)完成采用单片机控制直流无刷电动机的设计与应用,包括实现电动机的正转、反转控制,锁轴控制、速度控制,对直流无刷电动机的运行状态进行检测和报警。
(2)采用MCS-51单片机为控制核心,编写出控制程序软件,实现单片机与外界硬件的接口连接。
(3)研究直流无刷电动机的工作特性和工作原理,设计中采用的电动机是由北京和利时电机技术有限公司自行研发设计的永磁直流无刷电动机。
4.硬件设计
4.1电动机介绍
本控制系统选择北京和利时公司生产的森创牌直流无刷电动机作为控制对象,具体型号为57BLT-1015H1-L-S-B100,该型号的电动机属于和利时公司生产的57系列电动机。
4.2电动机驱动器介绍
本毕业设计所选择的驱动器是与上面选择的直流无刷电动机配套的,具体型号为BL-2203C。
(1)驱动器的特点
①交流220V电压;
②输入、输出信号光隔离;
③启停及其转向控制;
④过电流、过电压、过载及堵转保护;
⑤测速信号输出;
⑥故障报警输出;
⑦电动机转速显示;
⑧外部模拟量调速;
⑨制动停车功能;
⑩多档速度选择。
(2)性能指标
具体性能见表4-2所示。
表4-2驱动器电气性能
供电电源
单相交流220(1±
15%)V,50Hz,容量为0.8kVA
额定功率
最大600W(根据所配的电动机而言)
额定转速
根据所选的电动机确定(不超过8000r/min)
额定转矩
根据所选的电动机确定
调速范围
150r/min额定转速
速度变动率(对负载)
±
2%以下(额定转速)
速度变动率(对电压)
1%以下(电源电压±
10%,额定转速无负载)
速度变动率(对温度)
2%以下(20~40℃额定转速无负载)
绝缘电阻
在常温下大于
绝缘强度
在常温下1kV、1min
(3)驱动器面板
BL-2203C型号的驱动器面板上面有调速电位器、速度显示表、散热风扇风道、控制信号端子、霍尔信号输入端子等等。
(4)驱动器接线图
该型号的电动机驱动器的典型接线图如图4-5所示,不过需要注意的是:
①因本驱动器位220V高压输入,为了确保安全,在上电之前必须保证接地端子FG可靠地与大地连接,任何情况下请不要打开机壳,以免意外的损伤。
图4-5典型接线图
②驱动器安装时安装保证设备的通风良好,机柜内有多个驱动器并列使用时应保证相互之间的距离不小于10cm。
③机箱应考虑通风散热,避免密闭式环境而影响散热,同时也要避免灰尘和杂质对驱动器的影响。
驱动器采用风道竖直的立式安装将有利于散热。
④图4-6所示为驱动器的外形尺寸。
图4-6驱动器外形尺寸图
3.3控制电路设计
(1)芯片说明:
本电路中的芯片采用基于MCS-51单片机为内核的芯片有AT89S52、74HC14/SN74LS160、和SN74LS164
(2)整体电路
设计的整体电路如图4-9所示。
图4-9整体电路设计
(3)电路模块说明
①电路复位模块该电路模块可以实现电路的上电复位和手动复位(即按键按下,电路复位),其电路图如图4-10所示。
注意:
复位信号由74HC14的输出端接AT89S52的引脚9,复位电路可以使单片机的CPU和系统的其他部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。
图4-10复位模块电路
②按键控制模块单片机的P0.0~P0.5作为按键输入,以启动程序,并由LED灯显示按键状态
图4-12显示模块电路
在该电路中,P0.0~P0.5分别为代表接到单片机的P0.0~P0.5引脚的标号。
③功能模块单片机的引脚P0.6、P0.7、P2.0~P2.3通过双排8针插槽与电动机驱动器的相应端子连接,用来控制电动机的状态并设定电动机的转速,实现预期的功能,LED灯显示驱动器的端子输入状态。
④电动机判停模块单片机引脚P2.4~P2.6、P0.0~P0.5、P3.0~P3.3与十进制计数器相连,电动机驱动器的SPEED端子作为计数器的CLK信号输入。
单片机通过对计数器置数并检测进位引脚TC是否输出进位信号来判断SPEED端子是否输出脉冲,即电动机是否停转。
若电动机停转,则SPEED端子不输出脉冲,计数器也无进位输出。
其电路图如图图4-15所示。
⑤ISP下载模块本电路可以实现实现使用ISP下载线来完成程序向单
片机31引脚(/VPP)必须接高电平。
通过以下通道,单片机可以实现程序的写入:
相应下载软件→计算机并口DB25→ISP下载线→双排八针插槽P1→单片机芯片(AT89S52)
⑥速度显示模块此模块用来显示设定的速度。
本毕设设计选择方式0作为串口工作方式,串行数据从单片机RXD引脚输出,在SN74ALS164中转为并行,输出至八段数码管,同时并行数据由SN74ALS164的QA引脚转为串行输出,作为下一级SN74ALS164的输出,以此类推。
单片机的RXD引脚输出移位脉冲。
当单片机复位时,显示模块也同时复位。
4.软件设计
4.1程序流程图
1.主程序流程图
如图4-18所示。
图4-18主程序流程图
2.子程序流程图
启动程序流程图如图4-19所示。
图4-19启动程序流程图
反转程序流程图如图4-20所示。
图4-20停止程序流程图
急停程序流程图如图4-21所示。
图4-21急停程序流程图
停止程序流程图如图4-22所示。
图4-22停止程序流程图
加速程序流程图如图4-23所示。
图4-23加速程序流程图
减速程序流程图如图4-24所示。
图4-24减速程序流程图
4.4.2程序清单
基于MCS51单片机控制直流无刷电动机程序:
ORG00H
AJMPSTART
ORG30H
检测键盘状态的程序:
START:
MOVP0,#0FFH
JNPP0.0,QIDONG
JNPP0.1,FANZHUAN
JNPP0.2,JITING
JNPP0.3,JIASU
JNPP0.4,JIANSU
JNPP0.5,TINGZHI
启动程序,默认顺时针转动,转速为2000r/min:
QIDONG:
LCALLYANSHI
JNBP0.0,Q1
LJMPSTART
Q1:
ELRP0.6
SETBP0.7
MOVP2,#0BH
LCALLXIANSHI
反转程序:
FANZHUAN:
LCALLYANSHI
JNBP0.1,FAN
LJMPSTART
FAN:
CLRP2.3
LCALLPANTING
SETBP2.3
CLRP0.7
急停程序:
JITING:
JNBP0.2,JI
LJMPSYART
JI:
加速程序,每按一次键,加速500r/min:
JIASU:
JNBP0.3,JIA
JIA:
MOVA,P2
ANLA,#07H
JZSTART
MOVR0,P2
DECR0
MOVP2,R0
LCALLXIANSHI
减速程序,每按一次键,减速500r/min:
JIANSU:
JNBP0.4,JIAN
CJNEA,#07H,JS
JS:
INCA
MOVP2,A
LJMPST
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