1、1基于单片机的直流电机控制【摘要】基于单片机的直流电机控制是通过单片机改变 PWM 信号占空比，来对单片机进行控制。本文从直流电机工作原理入手，阐述了直流电机控制信号如何对直流电机进行控制的过程，通过单片机生成 PWM脉冲信号来改变直流电的大小，最后通过用户键盘控制输入控制单片机改变 PWM 占空比，来控制单片机运转。 【关键词】单片机；直流电机；PWM 1 概述 随着国民经济的快速发展以及科学技术的不断快速提高，我国逐步完成由农业大国向工业大国的转变，社会现代工业自动化化水平不断提升。在当前社会的机械、冶金、石化、国防等工业部门中，电动机作为能量转换的传动装置被广泛应用。随着工业水平的快速提
2、升，人们对产品的质量和制作工作水准要求越来越高，这就使得人们对于工业生产者电动机的运转控制要求越来越精细。基于单片机的电动机控制，不仅可以利用单片机信号精密准确的特点，而且可以实现电动机的自动化控制，使得电动机在单片机程序的控制下，稳定准确地带动生产设备来完成工业加工。因此，对于单片机的学习以及直流电机的工作原理的学习与研究，对于单片机控制直流电机运转来实现工业自动化具有非常重大的实用价值和现实意义。 2 直流电机的工作原理 2直流电机是将直流电转换成机械动能的旋转电机，它主要结构包括由主磁极、换向级、电刷和机座构成的定子和由铁芯、转子绕组、换向器等构成的转子两部分。在直流电机的定子上固定有两
3、个永久磁铁，分别为磁场的两极。直流电机转向器内安装有两个固定不变的电刷，它们与直流电相同连，所以无论转子如何旋转，只要提供电能的直流电不发生转向，通往转子线圈的上半边电流和先半边电流的方向都是固定的，这也就保证了转子收到的电磁感应力的方向随着通过直流电机的直流电流向方向改变而发生变化。当直流电机通过直流电转子上的线圈时，就会有电流在磁场内运动，故而转子就会产生电磁转矩和感应电动势，带动转子旋转。当通过直流电机转子绕组的电流发生变化时，转子在固定电磁场内收到的电磁感应力也会发生相应的变化，带动转子旋转的力的大小也会发生变化，故而会影响到转子旋转速度。当通过直流电机的电流反向时，转子绕组收到的电磁
4、感应力会发生反向，转子就会向反方向旋转。所以，改变通过直流电机的电流的大小和通电方向，即可改变直流电机的旋转速度和旋转方向。 3 单片机控制直流电机 根据单片机的工作原理，可由的单片机产生控制信号，来调节输入直流电机的直流电的大小和方向，进而控制直流电机的运转速度和运转方向。由于单片机的输出信号为数字信号，可使用 PWM 调速的方法，来控制直流电机工作。 3.1 PWM 控制直流电机原理 PWM 是 Pulse Width Modulation 的缩写，意为脉冲宽度调制。PWM3控制直流电机工作是通过矩形脉冲来控制直流电机中直流电的导通与关闭，当 PWM 控制信号为高电压时，直流电流开始导通，
5、直流电机开始工作；当 PWM 控制信号为低电压（零电压）时，直流电流关闭，直流电机停止工作。PWM 的脉冲示意图如图 1.所示。 图 1 PWM 脉冲信号示意图如图 1.所示，PWM 脉冲信号的周期为 T，高电压时间为 t1，低电压时间为 t2。当 PWM 脉冲信号控制的直流电通过直流电机时，直流电机受到电磁感应力的时间为 t1，停止受力的时间为t2，所以可以通过调节脉冲信号的高电压在一个信号周期内所占的比例即可调节直流电机转速，通过外加信号控制直流电流流通方向即可控制直流电机旋转方向。 3.2 单片机控制直流电机框架图 单片机控制直流电机运转，是通过单片机产生 PWM 控制信号即可控制直流电
6、机工作。单片机控制直流电机的框架图如图 2.所示。 图 2 单片机控制直流电机系统框架图如图所示，单片机系统为直流电机控制系统的自动控制系统，控制键盘为用户提空直流电机工作控制接口，用户通过控制键盘输入来改变直流电机的旋转速度和运转方向。 单片机生成 PWM 脉冲信号方法常见的方法是使用单片机数据 I/O 口，通过程序控制不断输出高电平低电平来生成 PWM 信号。当然，也有专门的 PWM 集成电路可供用户设计使用，也有新一代的单片机提供了专门的PWM 接口，可以通过程序控制字来调节脉冲信号的占空比来改变 PWM 脉冲。在设计直流电机控制系统时，可根据不同的需求来选择不同的方案，来生成 PWM
7、脉冲信号。 43.3 用户对直流电机控制 单片机控制直流电机工作流程，主要是根据用户的键盘输入来控制单片机改变直流电机的工作状态。用户首先要启动系统电源，然后按下正转按钮，单片机会扫描到信号输入，以最初设定的占空比来输出 PWM脉冲，当用户按下加速按钮时，单片机会增加 PWM 信号高电压所占的比例，来增加直流电机受电磁感应力的时间，是对直流电机进行加速；同样的，当用户按下减速按钮后，单片机会相应改变 PWM 脉冲高电压所占的比例，来减少直流电机受电磁感应力的时间，来对直流电机进行减速。4 总结 基于单片机的直流电机控制，是基于 PWM 调速原理来实现直流电机的工作调节。利用单片机产生 PWM
8、矩形方波，并能方便改变方波占空比，来实现直流电机电流的大小和方向。当然，在设计控制系统时，要考虑对电机的保护，比如在电机高速运转时，切不可马上按下反转按钮，以减少对直流电机的损害，这些都可在软件设计过程中来实现。 参考文献： 1王立红.基于单片机的直流电机控制系统设计J.知识经济.2011（08） 2庹朝永.基于单片机的直流电机 PWM 调速系统设计与开发J.煤炭技术.2011（06） 3杨春旭，林若波，彭燕标.基于 PWM 控制的直流电机调速系统的设计J.齐齐哈尔大学学报（自然科学版）.2011（03） 54韩新红，华云松，尚亮.基于 PWM 的直流电机闭环调速系统的设计J.信息通信.2010（01） 5田云，史洁.基于 51 单片机的直流电机调速的方法J.鸡西大学学报.2010（04）
