嵌入式單片機的電機控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：工業(yè)領(lǐng)域?qū)﹄姍C的使用較為廣泛，所以電機控制的研究成為很多專業(yè)人士關(guān)注的重點。傳統(tǒng)的電機控制系統(tǒng)主要是利用模擬器對整個系統(tǒng)進行控制。雖然它的組成結(jié)構(gòu)較為簡單、造作性較強、成本較低，但是它的控制工作可靠程度低，而且不利于進行完善和升級。所以，人們開始利用數(shù)字式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的形式，對控制系統(tǒng)進行改進。通過嵌入式單片機實現(xiàn)電機控制工作，是利用先進的數(shù)字技術(shù)來實現(xiàn)控制工作的簡化操作，并且能進一步提高系統(tǒng)性能。

關(guān)鍵詞：電機控制系統(tǒng);嵌入式單片機;硬件設(shè)計

一、電機控制系統(tǒng)基于嵌入式單片機的硬件設(shè)計

1.1對MCU進行選型

我們在選擇單片機的時候，控制功能較強的單片機是很受歡迎的，因為們可以夠完善電機的控制功能，這里用到的是daPIC20F芯片。dsPIC20P系列的芯片是一款將單片機與DSP技術(shù)相結(jié)合的高性能16位數(shù)字的信號控制器。

dsPIC20F系列芯片主要以l6位單片機為核心，在擁有功能強大的外混設(shè)備的時候，他們有著快速中斷處理的能力，還可以通過高速的信號處理器進行計算。與此同時，dsPIC20F系列芯片在軟件開發(fā)環(huán)境中，有著很多強的處理性能，尤其是對那些異常事件。由于dsPIC20F芯片擁有較為豐富的內(nèi)部資源，基于dsPIC20F平臺開發(fā)的電機控制系統(tǒng)，在硬件整體設(shè)計方案中，僅僅需要很少的外設(shè)，這樣不僅能夠滿足裝置的可靠性和抗干擾性，還能夠?qū)崿F(xiàn)總線不出芯片的設(shè)計，在各種環(huán)境及工況下運行的要求下，在降低開發(fā)成本、縮短開發(fā)時間的同時，還需要提升系統(tǒng)的靈活性。在進行選型的過程中，還要結(jié)合其整體的體系結(jié)構(gòu)進行綜合性的選型。從而使得芯片的整體運行以及計算效率得到整體性的提升。

1.2硬件電路的設(shè)計

1.2.1總體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于dsPIC20F的結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要，電機控制系統(tǒng)可以檢測電機轉(zhuǎn)子的情況，當這主要是有電子轉(zhuǎn)子位置的傳感器來檢測的，在電子轉(zhuǎn)子通過控制芯片時，把它的位置細心發(fā)送到驅(qū)動模塊上，用早就設(shè)置好的指令，讓控制芯片決定向驅(qū)動模塊輸出的驅(qū)動邏輯電平情況，通過驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)，對轉(zhuǎn)子位置進行檢測，根據(jù)實際的運作條件，讓合適的電機轉(zhuǎn)速進行輸出，通過轉(zhuǎn)子位置的傳感器信號的強度，由主芯片將電機的速度核算出來，然后，對實際的速度和起初設(shè)計的速度進行對比，就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速偏差，通過主控芯片的傳輸，可以將這個偏差的信號，轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的控制信號，最后，將得到的控制信號發(fā)送給電機。

1.2.2電機轉(zhuǎn)子位置檢測電路的設(shè)計

霍爾位置傳感器是可以電機轉(zhuǎn)子的位置進行檢測的?；魻栁恢脗鞲衅骺梢苑譃檗D(zhuǎn)動和靜止兩個部分，首先，把靜止的那部分牢牢地固定在機座上，而轉(zhuǎn)動的部分固定在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)動部分隨著轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動，對遮光盤齒部的遮擋進行操作，可以產(chǎn)生高低不同的電平信號，這樣，就可以把轉(zhuǎn)子的位置信息提高給電動機了，利用三個霍爾元件的三種不同的輸出狀態(tài)，將轉(zhuǎn)子的磁極信息記錄下來，用霍爾位置傳感器，可以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)子的信息監(jiān)測，把基本的調(diào)整參數(shù)和控制參數(shù)提供給電機，保證了數(shù)據(jù)的精準，有利于提升整個電機的控制系統(tǒng)。

1.2.3驅(qū)動電路的設(shè)計

驅(qū)動系統(tǒng)是由電動機、功率變換器和控制器這三個部分組成的。使用比較廣泛的是直流電動機，它的操控較為簡單，在實際操作中，直流電源也較容易實現(xiàn)，這使得直流電機擁有較為出眾的性能。對于直流電機的驅(qū)動，在本論文中主要采用對是專用數(shù)字驅(qū)動芯片。一般情況下，控制電路的是用數(shù)字集成芯片LMD18200電機控制芯片進行設(shè)計的直流電機。

二、電機控制系統(tǒng)基于嵌入式單片機的軟件平臺設(shè)計

2.1軟件功能的劃分

在平時的操作過程中，一般使用系統(tǒng)uClinux來操作，這個系統(tǒng)可以對多個任務(wù)進行調(diào)度，因為它具有操作多個任務(wù)的程序，系統(tǒng)的任務(wù)中斷決定著他的實時性，調(diào)用pClinux的任務(wù)調(diào)度函數(shù)，用戶也就可以從就緒任務(wù)中調(diào)度函數(shù)，找到優(yōu)先級最高的任務(wù)。進行切換操作。結(jié)合電機的實際控制的具體要求，按照基本的任務(wù)劃分原則，能夠?qū)?yīng)用軟件分為以下幾類任務(wù)：

①人機交互功能：電機轉(zhuǎn)速和溫度顯示器顯示等。

②有超前的預(yù)防性：對電機進行保護，一旦出現(xiàn)故障，它具有報警的功能。

③測控性強：測控數(shù)據(jù)的可靠性強，實時的操作性高。對數(shù)據(jù)可以進行預(yù)處理。

2.2軟件控制程序設(shè)計

對于電機控制的系統(tǒng)任務(wù)而言，通過本地數(shù)據(jù)的采集程序能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)任務(wù)。根據(jù)實際任務(wù)的不同，可以將本地數(shù)據(jù)的采集程序分為以下幾個模塊，例如：數(shù)據(jù)保存模塊、LCD模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊等，按照不同用戶設(shè)定的不同控制參數(shù)，利用數(shù)據(jù)采集模塊能夠直接進行操作，例如：采集頻率、A/D通道等，對外部的信號實際采集，可以用以上兩種方法進行具體實施，對于采集到的數(shù)據(jù)可以送到數(shù)據(jù)處理模塊;對于采集到的實際數(shù)據(jù)可以利用數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)字濾波操作，在本系統(tǒng)中主要采用取相鄰10個數(shù)據(jù)平均值的濾波方法，這樣能夠取得較為準確的結(jié)果，數(shù)據(jù)處理模塊能夠?qū)V波后的數(shù)據(jù)存入公共的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，這樣可以提供LCD模塊顯示或者供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序進行使用;LCD模塊的主要職能是按照用戶的實際需求，可以將公共數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)顯示出來;按照一定的格式，可以對采集到的數(shù)據(jù)進行保存，使用數(shù)據(jù)保存模塊保存到Flash中;另外，可以在LCD模塊外還可以配置鍵盤模塊，這樣方便用戶進行實際操作體驗，提供給用戶在現(xiàn)場對電機設(shè)備進行控制的手段，能夠方便用戶快捷的獲取需要用到的設(shè)定采集的參數(shù)。

三、結(jié)語

隨著現(xiàn)代科技的不斷進步，芯片的性能也將不斷提高，這樣就可以實現(xiàn)利用簡單的硬件設(shè)計完成復(fù)雜的控制工作。與其他的電機控制系統(tǒng)相比，本文提到的數(shù)字信號控制系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，不僅實現(xiàn)了電路的簡化設(shè)計，而且降低了研發(fā)成本和時間消耗。既大大簡化了硬件結(jié)構(gòu)，又提高了系統(tǒng)的運作速度和工作性能，且實現(xiàn)了將所有連線設(shè)計在芯片控制范圍內(nèi)，一定程度上提高了系統(tǒng)工作的可靠性和抗干擾能力。在硬件系統(tǒng)的正常運行下，操作者可以根據(jù)自身的不同需求設(shè)置軟件，以滿足自身需要。

參考文獻：

[1]陳德益.基于嵌入式單片機的電機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機仿真，2010，（1）：359-362.

[2]張國棟.基于嵌入式單片機的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2011，（24）：6017-6019。

[3]王鵬.基于嵌入式單片機的電機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，（25）：20.

[4]尹一帆.基于嵌入式單片機的電機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].信息技術(shù)與信息化，2015，（9）：63-65.

（作者單位：遼寧科技學院）

作者簡介：姚穎，1980年3月，女，漢族，講師 碩士研究生 ?遼寧本溪 碩士研究生，研究方向：控制理論與控制工程。