单片机在直流电动机的应用

单片机在直流电机转速测量及控制中的应用 The Application of a Single - Chip Computer System f or Cont rolling and Testing of a Di rect Current Elect rical 肖　衡　陈春俊　梁　健 (西南交通大学机械工程学院 ,四川 成都 610031) 摘　要 :本文介绍了单片机控制直流电机转速的软硬件设计及工作原理 ,并在设计的基础上开发了单片机直流电机转速测控装置 ,并取 得良好的测控效果。 关键词 :单片机 ;霍尔传感器 ;比例调节 　　单片机测量及控制直流电机转速系统是以单片机 8051 为主体 ,加上其它辅助硬件所构成的测控系统。通 过对直流电机转速的测控 ,以达到对直流电机负载 (与电 机连结的运行装置)运行状况控制的目的。 1 　硬件结构及工作原理 测量转速的传感器有磁电式和光电式 ,霍尔传感器 由于体积小、无触点、动态特性好 ,使用寿命长等特点 ,在 测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用。本系统使 用美国史普拉格公司 ( SPRA GU E) 生产的 3000 系列霍 尔传感器 3020 T ,它是一片硅单片集成电路 ,器件的内部 含有稳压电路、霍尔电势发生器、史密特触发器和集电极 开路输出电路。它具有工作电压宽、可靠性高、外围电路 简单、输出电平可与各种数字电路兼容等特点。将一块 永久磁钢固定在电机转盘的边沿 ,在转盘附近安装一个 霍尔器件 3020 T ,根据霍尔效应原理 ,磁钢跟着转盘随被 测电机旋转时 ,受磁钢所产生磁场的影响。霍尔器件输 出脉冲信号 ,脉冲信号的频率和转动速度成正比 ,根据单 位时间间隔内的脉冲数 ,即可求得被测电机转数。图 1 为系统硬件框图。 图 1 　硬件结构框图 采用 MC78 系列三端固定输出集成稳压器 ,向单片 机、D/ A 转换器、运算放大器、霍尔传感器提供直流电 压。霍尔传感器输出脉冲信号到单片机测量电机转速 , 键盘和 L ED 显示器由 8279 控制 ,0832D/ A 转换器输出 控制电压 ,经运算放大器放大控制电机转速。 2 　系统软件结构及流程图 图 2 为 T0 中断程序框图 ,图 3 为直流电机主程序 框图。本系统用 DAC0832 控制输出电压来控制电机转 速 ,当电机转速小于设定值时则减小 D/ A 输出电压 ,从 而使电机以某一速度恒定旋转。采用简单的比例调节算 法 (加一、减一的简单方法) ,比例调节器 ( P)输出为 : y = kp e ( t) 调节器输出 y 与输入偏差值 e ( t) 成正比。因此 ,只 要偏差 e ( t) 一出现就产生与之成比例的调节作用 ,这是 一种最基本的调节规律。 图 2 　T0 中断程序框图 键盘和七段显示器由 8279 控制 ,键盘输入时产生外 (下转第 35 页) 　肖衡等 :单片机在直流电机转速测量及控制中的应用 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　33　　　 证、在国际上具有可比性的温室气体标准物质。 2 为 我国目前研制、在研的温室气体标准物质及其量值范围。 表 2 　温室气体标准物质及其量值范围 温室气体标准物质 量值范围 (μmol/ mol) 定值不确定度 ( %) CO2 330～370 1 CH4 1. 5～2. 0 1 N2O 0. 35～200 1～5 SF6 0. 2～100 1～5 CF4 20～100 1～3 　　同时为达到国际上的可比与互认 ,国家标准物质研 究中心代表国家计量实验室参加了国际计量委员会 (CIPM)中物质量咨询委员会 (CCQM) 组织的世界各国 参加的评价各国温室气体制备能力及测量能力的国际比 对 ,以达到温室气体成分量值的等效性 ,同时建立我国温 室气体监测基准气体组以确立该气体标准物质的复现程 序及保存方法。 目前我国温室气体参加的国际比对成分为 : CO2 、 CH4 、SF6 、CF。比对结果表明 ,我国在该领域的研究中具 有较高的水平 ,并达到了国际等效性。为我国从事温室 气体相关领域研究的机构长年提供具有准确定值的温室 气体标准物质。为完善该气体标准物质的计量特性 ,目 前我中心已组织相关人员深入开展温室气体标准物质制 备方法、方法、定值方法及性能评价方法的研究。可 以预计 ,该项研究成果将是我国温室气体中化学量值传 递的重要组成部分 ,对我国环境科学及经济发展具有特 殊作用 ,无疑将会给我国环境科学的进一步研究打下坚 实的基础 ,通过量值的传递与溯源 ,提高我国温室气体监 测的总体技术水平。 目前我国温室气体对气候的影响已作为《中国 21 世 纪议程》,用于评估气候变化的影响与适应对策和措施的 研究 ,同时用于评价减少温室气体排放的技术选择 并进行技术经济分析 ,确立中国未来温室气体检排的各 种替代方案。我国是一个发展中的国家 ,中国政府对全 球重大环境问题给予了高度重视 ,并组织了国内专家开 展气候变化的多项研究。有关专家预言 ,面对气候变化 , 除了采取相应措施减缓气候变暖的趋势外 ,我们还须采 取适应性或措施 ,应对气候变化。预计目前全球温室气 体减排的根本出路是新能源技术上的突破与创新 ,只有 当太阳能等新能源的生产成本降低 ,以致价格可以和煤、 石油、天然气等化石能源有竞争优势时 ,温室气体排放引 起的气候问题才能得到根本的解决。 作者简介 :李春瑛 ,女 ,高级工程师 ,现从事气体标准物质的研究工作。工 作单位 :国家标准物质研究中心。通讯地址 :100013 北京朝阳区和平街北 三环东路 18 号。 张宝成 ,北京公用事业科学研究院 (北京 100011) 。 收稿时间 :2005 - 03 - 14 (上接第 33 页) 图 3 　直流电机主程序框图 部中断 1 ( IN T1) 。IN T1 的中断程序完成直流电机转速 设定值的输入 ,并转换为二进制数送 R6 保存。电机转速 的测量是从电机转速设定值输入后才开始进行的。在转 速测量的过程中 ,可重新修改电机转速设定值。转速测 量由 T0 和 T1 来实现。T1 为计数器 ,对转速进行计数 ; 而 T0 为定时器 ,完成 1 秒时间间隔的定时。T1 对转速 脉冲 计数 ,每转一周计数器 TL1 加 1 ,1 秒时间间隔内计 数器 TL1 的值就是转速。T0 产生 50ms 定时中断 ,用 R4 对 T0 的中断次数计数 ,20 次中断 (1 秒)读出计数器 TL1 的计数值 (即转速) ,送 R5 保存 ,并转换为 BCD 数送显示 存储器。若设定值大于转速 ,则送至 DAC0832 的数字量 (R7)加 1 ,反之 ,设定值小于转速时送至 DAC0832 的数 字量减 1。 3 　结论 单片机直流电机转速测控系统与微机及其它控制系 统相比具有体积小、结构简单、价格低的特点 ,系统运行 效果表明 ,该系统实时性好 ,控制精度高 ,转速误差可控 制在 1 转/ 分以内 ,具有良好的人机互交功能 ,控制系统 应用单片机是极佳的选择。 参考文献 [ 1 ]蒋慰孙 ,俞金寿. 过程控制工程. 中国石油出版社. [ 2 ]徐爱钧. 智能化测量控制仪表原理与设计. 作者简介 :肖衡 ,男 ,高级实验师。工作单位 :西南交通大学机械工程学院。 通讯地址 : 610031 四川省成都市。 陈春俊 ,梁健 ,西南交通大学 (成都 610031) 。 收稿时间 :2005 - 03 - 14 　李春瑛等 :影响全球气候的温室气体及我国温室气体标准物质的研究现状 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　35