pwm直流調(diào)速系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)--畢業(yè)論文

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1、PWM直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)27PWM直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)（電氣工程學(xué)院）摘要：根據(jù)直流電機(jī)調(diào)速的相關(guān)知識(shí),以及PWM基本原理和實(shí)現(xiàn)方法,本文介紹了一種基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng),選擇STM32單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心,利用軟件產(chǎn)生PWM信號(hào),采用位置式PID算法控制直流電機(jī)的速度調(diào)節(jié),提高了調(diào)速系統(tǒng)的精度,增強(qiáng)了對(duì)直流電機(jī)速度的可控性。關(guān)鍵詞:STM32單片機(jī)、直流電機(jī)、調(diào)速在各類機(jī)電設(shè)備中,直流電動(dòng)機(jī)以其良好的調(diào)速特性、啟動(dòng)和制動(dòng)性能。在輕工、冶金、石油、機(jī)械制造等現(xiàn)代工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用。本文所設(shè)計(jì)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng),是以ST

2、M32單片機(jī)作為電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的核心控制器,使用PWM信號(hào)來控制直流電機(jī)的速度等方面來實(shí)現(xiàn)的。一、緒論1、項(xiàng)目過程概述單片機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。通過改變PWM“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)以STM32為核心，通過單片機(jī)控制，C語言編程實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的平滑調(diào)速。272、項(xiàng)目目的1）掌握PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和具體設(shè)計(jì)方案；2）掌握元器件的選型依據(jù)與原則；3）掌握AutoC

3、AD軟件的使用和原理框圖的繪制方法；4）掌握AltiumDsigner軟件的使用及PCD原理圖的繪制方法；5）學(xué)會(huì)至少運(yùn)用一種編程軟件；6）掌握所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試；3、主要元器件名稱數(shù)量名稱數(shù)量導(dǎo)線若干整流橋1個(gè)排針1排驅(qū)動(dòng)1個(gè)保險(xiǎn)座1個(gè)電容2個(gè)保險(xiǎn)管1個(gè)穩(wěn)壓器2個(gè)電阻2個(gè)12v測速電機(jī)1個(gè)開發(fā)板1個(gè)電位器1個(gè)電源線1根仿真器1個(gè)電木板1個(gè)萬用板2個(gè)4*4矩陣鍵盤1個(gè)開關(guān)1個(gè)二、主要內(nèi)容1、電源部分：27交流電源220V通過變壓器將電壓降為30V和15V后，在經(jīng)過整流橋變?yōu)橹绷麟妷?，之后?jīng)過兩個(gè)穩(wěn)壓管，分別提供12V和5V

4、的直流電壓。原理圖如下所示。2、驅(qū)動(dòng)部分：驅(qū)動(dòng)部分處于控制與執(zhí)行之間，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，一款H橋元件的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其中四個(gè)二極管對(duì)芯片起保護(hù)作用。芯片可連續(xù)提供5A的電流,驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力較強(qiáng)。芯片通過信號(hào)INl~IN4控制H橋的輸入端（本項(xiàng)目只用到IN1和IN2）,該芯片的兩個(gè)輸出端引腳直接接小功率直流電機(jī)兩端后就可以控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。其中輸出腳用來連接電流檢測電阻，Vss接邏輯控制的電源。3、按鍵部分：27根據(jù)設(shè)計(jì)需求，本系統(tǒng)中使用了16個(gè)獨(dú)立按鍵用以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的設(shè)定以及對(duì)電機(jī)啟動(dòng)、停止、加速、減

5、速等的控制。4、顯示屏部分：1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，各引腳說明如下表所示：5、編碼器部分：27系統(tǒng)中運(yùn)用轉(zhuǎn)速反饋通過偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，因此需要速度采集電路。本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用了比較常見的光電測速方法來實(shí)現(xiàn)，其具體做法是將電機(jī)軸上固定一圓盤，且其邊緣上有N個(gè)等分凹槽，在圓盤的一側(cè)固定一個(gè)發(fā)光二極管，其位置對(duì)準(zhǔn)凹槽處，在另一側(cè)和發(fā)光二極光平行的位置上固定一光敏三極管，如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到凹槽處時(shí)，發(fā)光二極管通過縫隙將光照射到光敏三極管上，三極管導(dǎo)通，反之三極管截止，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈在脈沖的輸出端就會(huì)產(chǎn)生N個(gè)低電平。這樣就可根據(jù)低電

6、平的數(shù)量來計(jì)算電機(jī)此時(shí)轉(zhuǎn)速了。三、總電路框圖設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)整體控制方案的分析：本直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，以直流電機(jī)電樞上電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，并通過單片機(jī)控制速度的變化。光電編碼器將測得的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)變成電信號(hào)反饋給STM32單片機(jī)。單片機(jī)系統(tǒng)自行給定轉(zhuǎn)速(內(nèi)給定),或者從占空比輸入電路獲得電機(jī)給定轉(zhuǎn)速(外給定)。系統(tǒng)根據(jù)給定的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)與反饋速度信號(hào)比較,得出偏差,經(jīng)過增量式PID運(yùn)算得出控制變量改變PWM波占空比,也就

7、是改變了直流電機(jī)電樞兩端的平均電壓,進(jìn)而調(diào)節(jié)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)了STM32單片機(jī)對(duì)直流電機(jī)的PWM閉環(huán)調(diào)速。2、系統(tǒng)整體接線圖及原理圖27光電編碼器四、軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)編程部分工作在keil4開發(fā)環(huán)境下完成，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，與各子程序作為實(shí)現(xiàn)各部分功能和過程的入口，完成PWM脈寬調(diào)速的控制。1、按鍵配置程序#include"key.h"intTarget_Speed=0;//設(shè)定速度控制的目標(biāo)速度為50個(gè)脈沖每10msfloatEncoder_Speed=0;//左右編碼器的脈沖速度intMoto1=0;floatKp=0

8、.35,Ki=0.8,Kd=0.4;u8keyval=0;27staticu16temp1;/*********************************************************************名稱:Keyscan()*功能:實(shí)現(xiàn)按鍵的讀