嵌入式單片機(jī)在電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

周勤 孫穎

摘要 在我國(guó)很多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域都要用到電機(jī)，而對(duì)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制，是工業(yè)提升操作自動(dòng)化控制效率的一種途徑，而單片機(jī)在電機(jī)控制系統(tǒng)中擔(dān)任著重要任務(wù)，嵌入式單片機(jī)作為一種可以提升電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)工作效率的控制單元，其應(yīng)用非常廣泛，本文從電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求入手，對(duì)嵌入式單片機(jī)進(jìn)行了分析，并針對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】嵌入式單片機(jī) 電機(jī)控制系統(tǒng) 應(yīng)用

1 在電機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用嵌入式單片機(jī)的需求分析

在工業(yè)電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用嵌入式單片機(jī)技術(shù)的前提就是能夠保證電機(jī)控制的任務(wù)完成，并確保其精準(zhǔn)性。我們來(lái)對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行分析可知，其控制的主要方面有三點(diǎn)：對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制、控制電機(jī)的換相順序、對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)向動(dòng)作進(jìn)行精準(zhǔn)控制。其中對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精準(zhǔn)控制的任務(wù)是單片機(jī)通過(guò)調(diào)整自身所發(fā)出的脈沖信號(hào)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其控制的技術(shù)手段主要有兩種：

（1）利用對(duì)脈沖信號(hào)的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行控制來(lái)調(diào)整脈沖信號(hào)頻率，這一技術(shù)手段需要耗費(fèi)CPU控制時(shí)間;

（2）利用定時(shí)器達(dá)到延時(shí)效果，也就是在單片機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)子程序，該子程序的運(yùn)行任務(wù)是在中斷電機(jī)服務(wù)的時(shí)間內(nèi)調(diào)整單片機(jī)輸出的脈沖信號(hào)頻率，這一子程序的控制效果可以通過(guò)設(shè)置定時(shí)常數(shù)來(lái)保證對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)控的效果。

進(jìn)行電機(jī)換相順序的控制也就是單片機(jī)對(duì)電機(jī)的相應(yīng)通電換相順序的方式進(jìn)行調(diào)整，來(lái)確保電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定進(jìn)行。這一操作也叫脈沖分配，其主要的操作方式有兩種：軟件法與硬件法。其中的軟件法是采用單片機(jī)輸出的脈沖信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖分配的，這一方法不僅需要做好電機(jī)的通電換相順序設(shè)置，在實(shí)際操作中還會(huì)耗費(fèi)CPU時(shí)間，正是因此我們?cè)谶M(jìn)行電機(jī)的換相順序控制時(shí)多會(huì)運(yùn)用脈沖分配器芯片這一硬件來(lái)進(jìn)行脈沖分配。而在電機(jī)轉(zhuǎn)向控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)中則通常是利用電機(jī)通電相序的轉(zhuǎn)變來(lái)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)向進(jìn)行高效控制的。

2 dsPIC20F單片機(jī)性能分析

dsPIC20F單片機(jī)其實(shí)是一種將傳統(tǒng)單片機(jī)與DSP技術(shù)相互融合的產(chǎn)物，其性能較傳統(tǒng)單片機(jī)具有更高的中斷處理能力和更好的拓展性能，且信號(hào)處理速度更快。dsPIC20F單片機(jī)較好的拓展性能可以使其相應(yīng)軟件更具修改能力且功能方面的增減效果更好，并且dsPIC20F單片機(jī)具有對(duì)硬件相對(duì)依賴(lài)性弱的優(yōu)點(diǎn)，它的這一特點(diǎn)可以保證其對(duì)內(nèi)部資源的利用率更高，而實(shí)現(xiàn)電機(jī)高精度控制的效果也更好，dsPIC20F單片機(jī)的排線安裝簡(jiǎn)便，且成本較低，這樣同時(shí)提升了dsPIC20F單片機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

3 電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括：A/D數(shù)據(jù)采集器、驅(qū)動(dòng)模塊電路、電機(jī)、dsPIC20F等。A/D數(shù)據(jù)采集器將采集的信息傳遞給驅(qū)動(dòng)模塊電路，驅(qū)動(dòng)模塊電路再將處理后的信號(hào)傳遞給電機(jī)，在傳遞信號(hào)的過(guò)程中驅(qū)動(dòng)模塊將轉(zhuǎn)子位置信息傳遞給dsPIC20F，dsPIC20F又將轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)模塊電路，電機(jī)接收信號(hào)之后作出相應(yīng)的反應(yīng)傳出偏差信號(hào)給dsPIC20F，dsPIC20F接收信號(hào)后對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制并反饋調(diào)節(jié)電機(jī)。電子轉(zhuǎn)子位置傳感器的功能是檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，并且利用驅(qū)動(dòng)模塊的運(yùn)行將轉(zhuǎn)子位置的數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中還要對(duì)其速度進(jìn)行信息反饋。CPU控制芯片則充當(dāng)著將轉(zhuǎn)子位置數(shù)據(jù)信息化的作用，通過(guò)CPU的計(jì)算，可以對(duì)轉(zhuǎn)子的位置進(jìn)行計(jì)算和信息化處理，使驅(qū)動(dòng)模塊傳導(dǎo)的信息為數(shù)據(jù)信號(hào)，電機(jī)控制系統(tǒng)可以對(duì)電子位置所呈現(xiàn)的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算從而得到電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際信息，CPU則可以根據(jù)電機(jī)設(shè)定好的轉(zhuǎn)速程序與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)情況的差異輸出偏差信號(hào)，這一信號(hào)傳遞到驅(qū)動(dòng)模塊中就能夠據(jù)此進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，這就是電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制的過(guò)程。

4 電機(jī)控制系統(tǒng)的相應(yīng)軟件設(shè)計(jì)分析

在電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件中，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是進(jìn)行電機(jī)任務(wù)管控的核心單元，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的操作任務(wù)主要為對(duì)電機(jī)調(diào)度函數(shù)進(jìn)行任務(wù)切換與調(diào)整，在電機(jī)控制系統(tǒng)中對(duì)于電機(jī)進(jìn)行控制的任務(wù)要預(yù)設(shè)優(yōu)先等級(jí)，并且還要對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行輸出，其工作流程如圖2。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，在電機(jī)控制系統(tǒng)不斷發(fā)展的今天，應(yīng)用嵌入式單片機(jī)技術(shù)優(yōu)化電機(jī)控制的自動(dòng)化和科技化水平，可以提升電機(jī)控制的效率，為工業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持，而我們對(duì)電機(jī)系統(tǒng)中的嵌入式單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)，不僅從硬件設(shè)置方面進(jìn)行優(yōu)化，還要從軟件設(shè)計(jì)方面進(jìn)行提升，這樣就能使電機(jī)控制更加精準(zhǔn)。

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