电机控制 篇一
【关键词】： 机电设备控制系统方式
中图分类号： TU85 文献标识码： A 文章编号：
一 含义
机电控制技术是机电一体化系统或产品制造的重要基础技术。那么什么是机电一体化系统呢？“机电一体化控制”是各相关技术有机结合所形成的一个新概念。但是，对于机电一体化控制至今尚未得到公认和统一的定义。以运动员练习高尔夫球的击打过程来类比机电设备控制系统在运行时的基本控制方式。高尔夫运动员在练习击打高尔夫球的那一刻，为了能够更为准确和有效地击中高尔夫球且控制球尽量靠近目标地点，球员总是会首先对目标地点的位置以及周边地势进行观察和判断，并把握即时风向和风速等各种干扰因素，然后最终决定挥动高尔夫球杆的力度和触球点并发动相应的挥杆动作。除此以外，常常练习也是一个继续总结与改进的过程，依据每次完成以上工作内容之后高尔夫球的落点来修正挥杆力度和触球点，换句话说就是需要完成一个再分析、再判断和再修正的过程，直至高尔夫球在运动员击出后准确落至目标地点，即作为一个高尔夫运动员所需完成的一个基本任务。然而机电控制系统需要做的根本任务就是在于让被控制对象的控制值目标值相等。在实际控制过程当中，这种类似于“监察”的基本任务是利用专门的机电传感装置来实现的。其中响应比较分析的任务通常是经过系统的控制装置来进行的，执行阶段是有专门的执行装置来落实。
二 控制方式
1）开环式控制方式。通常情况下，机电控制系统的控制过程其系统参与控制的信号大多出自三条通道，就是说给定值、干扰变量以及受控值。这些量值信号是机电系控制系统的通常根据。然而机电控制系统的开环控制方式就是指系统控制装置与受控对象之间形成一种只有顺向作用而非方向作用的联系密切，其中通道内的信号给定值与受控值为单向传递，以此种方式组合的控制系统称为外环控制系统，其系统拥有比较突出的优势在于系统输出量不会对系统的控制作用造成负面影响。需强调一点，这种开环控制系统既可以按照定位操作方式组合，又可以按照干扰补偿控制的方式组合。
2）反馈式控制方式。反馈控制是机电控制系统最根本的一种控制方式，也是当前得到运用范围最广的一种系统模式。一般情况下，在反馈控制系统中的控制装置会对受控对象进行控制作用，做完这一过程的反馈信息就是来自于受控对象的受控值，然后不断地修正受控值的偏差，最终实现对受控对象的基本控制任务，这就是一个完整反馈型控制系统的工作原理。换句话说，人的任何行为活动均体现此类的反馈控制机理，人本身就是一个具有高度控制能力的反馈控制系统，比如说人能通过手拿到桌面上的水杯、公交车司机运用方向盘可以驾驶公交车在马路上行走等这些大家生活中常见的动作都可以渗透在反馈控制这一机理之中的。人在做完这些普通动作时也将通过事先的信息判断与信息反馈连续修正偏差信号一直到偏差为零，完成动作。很明显，机电控制系统的反馈控制其实就是一个按偏差来控制的过程。所以它也是按偏差的控制，反馈控制机理就是以偏差控制的机理。
3）复合式控制方式。机电控制系统另一种控制方式为复合控制方式。反馈控制装置在接受外部因素影响之后才可以进行适当地修正工作，然而在外部干扰没出现影响之前则不可以进行适当地修正工作。由于扰动因素的控制方式相较于以偏差分析的控制方式要容易很多。然而，复合控制方式只适用于干扰因素在可测量的条件下，且拥有一个补偿装置的控制系统也只能补偿单个干扰因素，除此以外的干扰都不能起到具有成效的补偿作用。这样看来，相对更为合适的控制方式则是把偏差控制与扰动控制两方面综合考虑，至于一些主要的影响因素给予配置合适的补偿装置来完成扰动控制，然后再组建反馈控制系统对其他扰动所产生的偏差进行控制。如此一来，机电控制系统通常受到的干扰都已被补偿，更为方便的是反馈控制系统的组建于设计相对容易。
机电控制系统依据其受控主体的不一样又能分为手动控制和自动控制两类。手动控制就是经过人自身的判断以及操作完成控制过程。自动控制就是指在没人在岗或没直接参与的状况下，经过运用外置设备或装置使得下属机械或设备在生产过程中处于以设定参数自动且有规律的运行状态。机电控制系统完成自动化生产是目前我国现代科学技术连续拓展与创新所必须实现的目标，如数控车床切削机械工件的生产加工过程，既需要求生产工件质量达标，又必须在生产数量上满足于供应要求，这一切要求都需以高水平的自动化系统控制技术作为前提和保障。由此可知，机电控制系统完成自动化生产真是机遇好。为了可以在机电行业中完成更为复杂的控制任务，组建控制系统的主要任务是把受控对象与系统的控制装置以特定的连接方式来组合，形成一种有机的联合体，即控制系统。在自动化机电控制系统中，受控对象的物理输出量为受控值严加控制的物理量，它既可以保持以一种恒定值出现，也可以实现一种具有明显规律性的运行状态。控制系统的控制装置是当作一个对被控制对象进行控制作用的机构总体，能以不同的工作机理和方式对被控制对象展开适当地控制行为。
到目前为止，由于着数控技术与计算机技术的大量应用，特别是微型计算机的研新与应用，让机电控制系统的发展到达了一个新的阶段，即计算机数字控制。计算机数字控制是一种新型的不连续控制，与最初应用的断续控制不一样的是，计算机数字拿到桌面上的水杯、公交车司机运用方向盘能操纵驾驶公交期要短了许多。因此可以这么讲，计算机数字控制技术在客观方面可等同于连续控制。根本原因是这项技术是将晶闸管技术与计算机、微电子技术有机撮合，进而让晶体管和晶闸管控制更具可操作的活力。
机电行业自动化控制系统逐渐实现更高级阶段是有目的性的。前瞻将来技术发展方向，这个高级阶段估计是完成设计与加工制造一体化流程，就是说通过运用计算机辅助设计和计算机辅助制造仪器协作完成的产品设计与制造一体化的系统。从对产品设计构思阶段到实现设计以及制造全过程、全方位自动化控制来确保质量。
三 基本要求
不管是自动化控制或者传统的手动控制，在知道机电控制系统的组织结构和设定参数之后，我们通常感兴趣的是当系统被输入某一种典型信号后其受控值进行变化的过程。然而这个受控值变化的过程不管是何种系统组成都需遵循的根本要求是一样的，在此归纳其要求大多是稳、准、狠，即稳定性、高速性和精确性。系统的稳定性是确保机电控制系统正常运行的前提条件。稳定性有保障的控制系统能完成受控值偏离期望值的初始偏差随运行时间的增长逐渐趋于零值。详细的说，一个稳定的机电恒值控制系统，受控值后在系统受到影响后大幅偏离期望值后经过一定过渡时间便会快速回复到原来的期望值状态。相反，不稳定的控制系统则在出现一样问题后受控值的变化只能随着运行时间的增长而继续发散。所以可以说，没有绝对稳定性的机电控制系统是不能完成最根本的控制任务的。
【结语】
有上述可知，本文描述机电控制系统的含义及其基本要求，并重点就机电控制系统的控制方式进行分析总结，其核心旨在于加深对普通机电控制系统设计过程、设计要求以及设计原因的了解。与此同时，由于当今社会生产技术水平的继续提高，希望大家共同交流借鉴，掌握更为新型、更为先进的生产技术，以求更进一步促进和提高行业发展水平。
【参考文献】：
[1]李运华：机电控制[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2003,8.
电机控制 篇二
传统的交流（AC）电机已广泛使用了一个多世纪，是设计最为简单的感应电机，但它们却浪费了大量能源。这是因为它们只能输出一个恒定速度，不能根据工作环境的改变而自行调整。有一些简单的方法可以调整交流电机的速度（例如，标准家用风扇可提供3种速度以供选择），但这些方法的调整范围有限而且难以转移到更复杂的系统中。
在直流（DC）电机中，可以通过改变电压来改变和控制速度，可根据应用需要加快或减慢速度。这可以节省相当可观的能源，因为电机只需要根据情况需求运行。一般来说，直流电机比交流电机更为高效。
BLDC电机的优势
直流电机可设计成有刷电机或无刷电机。无刷直流电机（BLDC）通常是大多数应用的最佳选择。它们更可靠、更安静，产生的电磁辐射更少，而且速度更快，因为取消了与毛电刷相关联的火花塞和换向器。BLDC电机也更小更高效，这意味着它们消耗的能源会更少。
BLDC电机的运行温度低于交流电机，更为高效的设计使得内部零件产生的热量更少。这不但增加了轴承系统的使用寿命，也提高了电子系统和风机的可靠性。
BLDC电机的功率密度也高于交流电机。同样的能量输出，直流电机的体积和重量都小于交流电机。这使得BLDC电机的运输和安装更容易且更便宜。
但是，使用BLDC电机的缺点是系统需要更为复杂的电子设备来管理电机。这样，电机控制便不一定是电机工程师的重点领域，很多缺乏经验或专业知识的开发人员都能轻松设计必要的控制电路。BLDC电机的研发需要额外时间和技术支持，这意味着需要更长的开发周期，同时也增加了开发成本，因此，系统制造商很难放弃交流电机。
然而，随着制造商的增多，使用BLDC电机的复杂性并不会随节能电器需求的日益增加而完全抵消。根据2011 IMS调查显示，大约40%的中国空调采用了BLDC电机和变频控制技术。这似乎是一个充满动力的发展趋势，某种程度上得益于为BLDC电机控制设计的专用电路。
针对高级BLDC功能的无传感器FOC
控制BLDC电机的传统方法需要一个六步流程来推动定子产生转矩脉动。这个所谓的“六步方波”流程使用霍尔效应传感器来探测≮www.kaoyantv.com≯BLDC电机中永磁体的位置。
这个六步过程相对比较简单，但是容易出现噪声问题，对需要快速改变电机速度以应对不断变化的环境的更高级应用无法做出足够的相应。以洗衣机为例，负载随着所选洗涤周期的不同而改变，而且在整个周期中也不断变化。在前置式洗衣机中情况更为复杂，当衣服旋转到滚筒顶部时，重力将阻碍电机运行。
在这些情况下，需要一个更为高级的算法。磁场定向控制（FOC）提供快速改变所需的响应时间，已成为当今诸多高级节能电器选择的电机控制方法。
实现FOC有许多不同的方法。一种方法是使用传感器（这个方法类似于六步方波法），但是传感器很难安装和维护，特别是在应用涉及到复杂的线束或电机要暴露在水中时。实现FOC更为简单和经济的方法是取消传感器。无传感器FOC包括一个由转子上的永久磁铁产生的定速转子磁场，这是一个非常有效的控制方法。
FOC方法使得电机可以实现全速范围顺畅运行，能够以零转速产生最大扭距，并能迅速加速或减速。事实上，无传感器FOC的众多优势使得它成为许多应用领域的首选，由于电机尺寸较小，所以成本和能耗都比较少。
尽管如此，实现无传感器FOC需要复杂的数学算法，这对于大多数设计师来说可能并不太熟悉。过去，设计师一般依赖复杂的数字信号处理（DSP）芯片来实现无传感器FOC。飞兆半导体FCM8531为设计师提供了一个专用的解决方案，使得无传感器FOC应用程序的开发变得更为简单。
特定应用解决方案
对于那些采用无传感器磁场定向控制（FOC）的系统，飞兆半导体提供一个带有并行核心处理器的特定应用控制设备FCM8531。如图1所示，FCM8531由一个高级电机控制器（AMC）处理器和一个8位80C51兼容的MCU处理器组成。
AMC是专为电机控制设计的核心处理器。它集成可配置的处理核心及电路，执行无传感器的FOC电机控制。可通过嵌入式80C51对系统控制、用户界面、通信接口和输入/输出接口编写程序，实现不同的电机应用。
FCM8531并行核心处理器的优点是，这两个处理器可独立工作且相互补充。AMC处理电机控制的专有任务，如电机控制算法、PWM控制、电流感测、实时过流保护、电机角度计算。嵌入式MCU通过通信接口向AMC提供电机控制命令，以便执行电机控制活动。因为复杂的电机控制算法在AMC中执行，所以这种方法可减小软件负担，并简化控制系统程序。飞兆半导体提供电机控制开发系统（MCDS）IDE和MCDS编程工具包，以便用户开发软件、编译程序及进行在线测试。从参数库中进行选择，设计师可快速编译流程控制功能和通信协议，达到之前只有使用高级DSP才能获得的效果。
结论
电机控制实训总结 篇三
关键词：发动机生产线 流水线工艺 PLC控制器 现场总线 自动线实训系统
中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0001-03
Abstract：The engine manufacturing technology is very important to the quality of the car. The car engine production conveyor line in a sequential operation of the assembly line process. The automatic control system using PLC of the Germany Siemens company - 300 series controller as the main body of the whole conveyor line controller， I/O system as a control signal acquisition system， the Profibus field bus technology to communicate， automatically moving engine parts for linear， rotating， lifting， flip， and so on.Using WinCC software interface to form into a system operating monitor product quantity， production rhythm of monitoring. The team members on this basis， according to the actual production to make the corresponding transfer machine is suitable for school teaching practice system， the development of teaching equipment.
Key Words：Engine Production Line；Assembly Line Process；PLC Controller；Fieldbus；Automatic Line Training System
汽车的动力来自发动机。为了提高了工作的效率和优化了工作流程我们将发动机生产线分为5个子系统，包括缸体生产线、缸盖生产线、曲轴生产线、凸轮轴生产线及发动机装配线，以便对发动机主要零件进行机加工和装配。在每一条生产线上有多个完成不同作业的工位，在一定工位上安装的转台，举升台，翻转机等设备。如发动机总装工艺流程就包括：机体上线翻转涂胶、装后端盖装活塞连杆翻转拧紧连杆螺栓装机油泵、水泵装飞轮装离合器总成测定曲轴驱动力矩装油底壳装汽缸盖装机油滤清器、发电机装凸轮轴装变速箱装启动电机总成泄露试验送试验。在汽车发动机装配过程中，汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程，每个工位之间是流水线生产。本文研究的任务就是对发动机生产输送线进行规范化，模块化设计。这样对使用者来说，既简洁又节省时间。每个环节设计最优的自动控制系统才能保证生产的连续性和稳定性。
1 输送线设计方案
我们设计生产输送线主要采用摩擦辊道和启停式动力辊道、自动升降机系统、机械手。在线上为了方便在不同的工作面上装配，配备自动翻转机以提高效率。一条发动机装配线要保证发动机的装配技术条件，要保证装配节拍，实现高效率；要多机型同时装配，实现高柔性；要有效地控制装配精度，实现高质量。要实现以上几个方面必须从生产线的规划开始着手。要在总装线和分装线上设计柔性输送线。
1.1 现动机生产输送线应该具有如下功能
该输送线方案如图1所示。
1.2 设计输送器件
（1）轨道：轨道是整个摩擦输送系统的运行基础，平滑、顺畅的输送轨道是系统平衡可靠运行的关键。
（2）道岔：道岔是改变载货小车的行走路线的装置，按走向又分为分流、合流道岔两大类。
（3）停止器：停止器是用来控制工件在输送线路中的安全准确停放位置，通常布置在工件转挂处及输送线路发生变化的道岔处，主要是安全阻车的作用，防止台车因惯性或其它原因发生时，造成系统的损坏。
（4）止退器：通常和停止器配合使用，布置在停止器后边，用于防止小车运动惯性后退。止退板以本身的自重复位。
（5）移载轨道/升降轨道：因摩擦输送机有工位节距上的单元驱动，所以很容易实现物品（轨道）的平移、旋转和升降功能。
（6）升降机：升降机在输送系统中起着关。
1.3 输送线工位设计
（1）具体设计正常加工过程（各工位没有不合格）：走主干线，如下：
ap10ap…ap45..ap60D02D06D07ap80ap90D10AP80AP90ap95..ap900
（2）自动工位加工不合格时（以Ap80工位为例）走返修路线如下：
不合格时走：D10D9M80，M90（ap80，ap90返修工位）。如返修合格时D8D7D10ap95；如返修不合格时从转台D8下线维修下线维修后D8D7AP80AP90D10AP95AP900。为了提高效率，节省空间和资源我们将两个自动工位Ap80，ap90设计成共用一个返修工位m80，m90。
2 汽车自动生产线实训装置设计
结合发动机生产线工作原理和工艺，项目组成员开发了适合学校教学的汽车自动生产线实训装置本实训装置贴近工业现场要求，是典型的汽车自动生产线，设备从选材、工艺、流程、结构、控制等各方面都从实际工业现场出发，考虑工学结合要求，有机融合了机械、电气、气动、传感器、交流电机变频调速、步进电机驱动控制、伺服电机驱动控制、直流电机控制、PLC控制及工业通信等多种技术。通过该实训系统的工作任务训练，能较好地锻炼程序编写设计能力、自动线设计开发能力、自动线连接与调试能力、工程实施能力和安全意识。引导高职院校、机电及自动化等专业教学改革，满足汽车生产制造、自动化技术专业的核心能力训练要求，突出强调技术的综合运用。
2.1 传感器
首先选择能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的传感器。在发动机生产线上主要采用了光电传感器和电感传感器。
（1）光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现检测物体有无的接近开关；当光电传感器检测到发动机缸体时，气缸将发动机缸体推入存储货道。
（2）电感式传感器由三大部分组成：LC高频振荡器、开关电路及放大输出电路组成。因为发动机零部件大多数具有铁磁性质，就可以用电感传感器检测转台旋转到位与否，当检测到转台旋转到位时给PLC提供输入信号。
（3）光电编码器：用光电编码器来对升降的速度、距离、方向进行检测，以脉动信号的形式向PLC反馈，PLC根据输入的反馈信号来控制升降距离实现精确定位。
2.2 电磁阀控制
在实训装置中应用了大量气动控制技术如：
（1）无杆气缸：由单控电磁阀控制。当气动电磁阀得电，带动机械手向后移动。
（2）带导杆气缸：由单控电磁阀控制。当气动电磁阀得电，带动机械手向下伸出。
（3）双导杆平行气夹：由双控电磁阀控制。当气动电磁阀一端得电时，气动手指张开或夹紧。
2.3 实训装置模块化设计
该装置采用导轨式型材，其上安装有上料台、行车机械手、输送辊床、提升机、循迹搬运车、堆垛机、转台站、4轴搬运机械手等工作站及相应的电源模块、按钮模块、PLC模块、变频器及交流电机模块、步进电机驱动模块、伺服电机驱动模块、直流电机模块和各种工业传感器等控制检测单元。采用西门子S7-300 PLC实现系统控制，真实再现汽车工业自动生产线中的输送、搬运、暂存、协调生产的过程。它在接近汽车工业生产制造现场的基础上又针对教学及实训目的进行了专门设计。如行车机械手站主要由伺服电机及驱动器、步进电机及驱动器、继电器、限位开关、磁性传感器、涡轮蜗杆减速传动机构、齿轮齿条传动机构、滚珠丝杠传动机构、高精直线导轨、双导杆平行气夹、双控电磁阀、工业铝型材、钣金结构件、机械零部件构成。
2.4 接线端子设计
该实训考核装置PLC模块I/O端子、变频器接线端子、各常用模块接线端子，均采用安全型插座，使用带安全插头的导线进行电路连接；各指令开关、光电开关、传感器和指示元件的电路通过端子排进行连接。插拔线连接电路与端子排连接电路相结合，既保证学生基本技能的训练、形成和巩固，又保证电路连接的快速、安全和可靠。用于教学，可按工作过程导向、工学结合的模式规划教学活动，可完成多种工业现场环境下的技能培训任务。
3 实训装置软件设计
以行车机械手为例进行说明软件设计（见图2）。
4 WinCC的监控能力开发及Profibus总线的运用
PLC的程序设计能力、WinCC的监控能力和Profibus总线应用能力是自动化技术的专业技能人才不可缺失的知识，本课题对控制结构、硬件连接、软件开发现场总线、系统接口、人机界面进行了设计。采用Prifibus现场总线网络技术完成各工位间的通讯。组建的现场信息监控系统，完成了装配线上的信息采集、生产下达、工位监控及装配提示等功能。
西门子S7-300PLC作为控制器，其本身集成MPI及PROFIBUS DP通信口，在发动机生产输送线上用德国西门子公司的可编程控制器S7-300直接将控制数据传递到控制系统中，而且有上位机的实时监控，真正做到自动控制。
本课题Profibus的成功运用对生产厂家的经济效益提供帮助很大。由于系统运行平稳，通讯可靠性好，从而减少了维护的必要性，同时又保证了产品的质量，大大节约了生产成本；而从另外一个方面来看，由于Profibus现场总线使得建设期间工程量也大大减少―― 包括布线工程量和工程师操作编程工作量，所以对生产厂家来说，真正做到了投资少见效快。
5 控制系统的调试
虽然本项目庞大，通讯点很多，但是各个子系统设备很大部分是相同，也具有一样的控制要求，因此，我们将整个项目按照设备划分成的不同的功能组，这样可以增大一次开发的利用率，避免了重复开发，节省时间和成本。
升降机的自动控制是项目中的难点，主要是因为升降机的自动控制如果故障就有可能将设备以及车体损坏，对一次调试成功的要求很高。升降机虽然有硬件保护措施，需要特定条件，比如升降机只有在失电后，抱闸将会抱死，因此，对于升降机控制程序的编写需要反复修改，模拟试验，才能保证调试中的万无一失，不会出安全事故。
6 总结与评价
（1）提高了生产效率和管理质量。由于该项目大量应用了先进的西门子自动化驱动系统，从画图、硬件、软件和培训实现标准化、模块化，这样可以将项目细化，大家分工合作。由于自动化系统提高通讯速率使发动机输送线的工艺水平得到提高产品质量好也增加了企业的效益。
（2）提高了生产的安全性，减少了事故的发生。由于该项目方案中对生产安全相当重视，设有很多急停按钮，在编写程序中，对重要设备有多重保护，从而保证了设备、人身的安全。
（3）加大了设备可靠性。传感器使用时对设备的输入输出点都是双重对比的，保证点的信号都是真实可靠，设备的故障率降低了，生产的安全性就提高了。
（4）交流电动机启动和停止更加平稳、准确。由于起动器在转台控制系统中的使用，使电动机平滑升高端子电压，可以实现无冲击起动，因此可以最佳地保护电源系统以及电机。变频器不仅仅是改变电机的转速，因为转速的下降，势必带来力矩的改变，使转台的带载能力大大提高。
（5）通过三届学生的实训验证，课题开发的实训设备在工作的状态下说使用的各种传感器、控制电机、机械设备能够达到规定技术指标，并且具有短路过载保护。
参考文献
[1] 胡云萍，刘文婷。汽车发动机原理课程教学改革研究[J].科技创新导报，2013（7）：180.
[2] 俞云强。传感器与检测技术[M].北京。高等教育出版社，2008.
[3] 王永华。现场总线技术及应用教程[M].2版。北京：机械工业出版社，2012.
电机控制 篇四
【关键词】电机 单片机 PWM 直流电机
单片机和电动机在我们的日常生活以及生产中得到的广泛应用，两者好像是个独立的个体，其实不然，它们俩可以成为最佳的拍档。无论是在家里的空调还是冰箱的压缩机里，还是电风扇电吹风中带动扇叶转动的装置里都有着电动机的身影。可以说设备或装置中有往复运动或旋转，很多都是用电动机来驱动的。而本项目中主要就是利用单片机来控制直流电动机的工作。
主要以下方式来实现单片机对直流电机的控制：
（1）利用继电器和三极管来控制电机的转动（主要实现电机动起来）。
（2）利用单片机产生PWM信号来控制直流电动机（主要可以实现调速）
（3）利用控制芯片L298和单片机实现直流电动机的全面控制。
1.利用继电器和三极管来控制电动机的转动。
继电器是电磁操纵的开关，主要是应用与小电流控制大电流或高电压的电路。单片机工作于低压、小电流环境中，对于电动机这种相对而言的大功率器件就要用到了继电器。
IN4148是一种小型的高速开关二极管，开关比较迅速，广泛用于信号频率较高的电路进行单向导通隔离。1N4148是小电流开关管，100V耐压。
电路主要是利用电磁的吸引和机械手实现接触控制，来实现低压直流开关高压/交流的功能。电路图如图1。
继电器K1控制端由三极管Q1来驱动，只要单片机的P0.7输出高电平则三极管Q1导通，继电器K1的控制端获得电流，电磁铁工作吸引衔铁，电路导通，电动机开始工作。若P0.7输出低电平则三极管Q1截止，继电器K1的控制端没有电流通过，电磁铁不工作，电动机停止。所以继电器帮助单片机的I/O口实现了（5V DC）控制高压（220V AC）的目的。在此电路中由于继电器K1的电磁铁有一定的电感，在断电瞬间可能会产生较大的反向电压而对三极管Q1不好，所以在继电器控制端反接二极管D1用于放电。在外电路的控制中，只要保证到继电器接触端额定电压、额定电流分别高于被控用电器的最大电压和最大电流，单片机的I/O口就可以控制任何大功率外设了。
2.利用单片机产生PWM信号来控制直流电动机
2.1 PWM（脉宽调制）
在认识PWM前，我们先认识“平均电压”。如果你把10V的电压直接接在灯泡上，如果想降低灯泡上的亮度，可以通过串联电阻进行分压来减小灯泡上的电压从而使灯泡的亮度降低，如图2所示，但是电源并没有因为灯泡变暗而减小使用减小它的损耗，而是把电能用在了电阻R1上白白给浪费掉了。
有没有办法使得电源上的电压不浪费呢？能不能通过控制开关S的通断来控制电压呢？例如电池的电压仍是10V，如果我们控制闭合开关10ms，在这10ms内电灯的电压是10V，接着断开开关10ms，在这10ms内电灯的电压则为0，也就是说在这20ms内电灯的平均电压为5V。如果是在1s内页以这种间隔的开关动作连续不断的进行，那么在这1s内的平均电压也是5V。同时由于人的视觉暂留作用，人就会看到电灯的亮度降低了，而在这时间内其实只有一半的时间电池是对电灯供电的，也就意味着损耗节省了一半。一样的道理如果改变开关开断的时间分配也就可以得到不同的电压了。
以上这种利用开关对通断时间的控制来改变平均电压的方法就称为脉宽调制，即PWM。PWM信号是一种数字信号，在某一时刻，直流要么出现，要么不出现。但是在带宽足够的条件下，模拟信号平均电压可以由PWM信号产生。
2.2 利用单片机产生PWM信号
由上面的介绍可以知道PWM信号是一种矩形波，利用单片机的I/O口输出不同占空比的矩形波不是难事，我们可以利用Timer进行对输出的高低电平进行不同延时就好。
Timer是单片机内部基本功能模块之一，它的使用要通过对相关SFR进行设置和控制，如TMOD、TL0、TH0等。利用Timer来产生PWM主要是把它当作16位的定时器或计数器，其16位全部用来装计数值，当启动后，Timer寄存器就从计数的初始值开始，每过一个机器周期计数值增加一次，直到全为1后再增加1溢出时完成一次计数过程。
以下是利用Timer延时产生100Hz方波的程序，该方波信号占空比为50%的矩形波。
由程序中可以知道从初始值EC78H到T0溢出需要5000个机器周期（10000H-EC78H）如果晶体振荡器的频率为12MHz，那么机器周期为1uS，也就是说完成一次计数需要时间为5000us。由于程序中通过 “CPL P1.0”的指令并利用这延时时间控制P1.0口的状态，于是就形成了频率 的方波信
号。其实利用Timer还可以产生不同占空比的方波的。在此就不再一一介绍了。
2.3 利用PWM信号来控制直流电动机
从前面的我们可以知道只要利用改变脉宽即改变矩形波的占空比就可以实现电压的改变从而来控制电动机的转动速度。例如如果需要直流电动机的转速低于12V的转速，只要把PWM信号的平均电压降低，就是减小矩形波的占空比，反之则增加矩形波的占空比。
电机控制 篇五
[关键词]机电一体化；电机控制；电机维护
1机电一体化主要内容及相关内涵
经济的快速发展推动科学技术的更新，机电一体化主要是以新型生产技术作为核心的机械生产形式之一，该技术的应用主要是将电子操控技术与机械设备进行有效结合，可以提升机械设备控制效率。在机电一体化中计算机信息技术是重要的第二环节，通过该技术将电机硬件与系统软件进行有机结合，从而达到自动化生产与智能化生产的同步运作。而第三部分重要技术就是由传感检测技术组成，该技术在机电一体化的应用中主要是为了针对机电运转进行自动控制与调节，从而确保机电一体化能够处于高效运转状态中。尽管当下机电一体化在许多生产领域都发挥了不可替代的作用，并且得到大范围的推广。但是在具体应用过程中仍然存在某些问题，要想确保机电一体化电机更好地进行运转、生产，必须要对电机进行有效控制以及维护，才能够确保电机的有效生产与长久使用寿命。
2电一体化中电机控制与维护过程存在问题
目前机电一体化技术应用比较成熟，但是在针对电机控制与维护过程中，传统的电机控制与维护方案都无法满足机电一体化高效运转的要求。而且陈旧、传统的电机控制设备无法对电机起到关键的保护作用。而且电机在生产运营过程中所面临的环境是比较特殊的，要想有效避免电机运转高效、长久，就需要对电机环境进行建设。随着生产力水平的持续提升，对于电机要求愈加严格，电机控制倘若出故障就会给生产造成极大的负面干扰。比如电机操作人员在应用指令进行执行环节中，如果自动化电机无法对指令进行精确地识别，就可能会对电机运作造成影响。此外在生产环节当中，电机一旦产生异常状态就会对整个作用造成影响。上述问题出现的原因是多方面的，涵盖但是不限于短路问题、电机过热等等，这时就对电机控制、保护系统有着更加严格的要求。机电一体化电机的操作环节中，传统的电机保护装置通常运用的是电磁继电器以及带有熔断器等相关的硬件防护措施，然而随着机电一体化技术的进步，这种简单的防护措施在信息处理环节中，会造成数据精确性的不足，不适应现在生产的进步与发展，还会造成许多事故的产生，这些都与机电系统灵敏性有着紧密的联系，从整体来看，以电磁继电器与熔断器所构成的硬件防护措施，在综合性能上存在着较大的提升空间。
3机电一体化对电机控制与维护的具体策略
3.1对机电一体化中运行设备进行定期检查。机电一体化当中的硬件设备以及信息系统互相构成了机电一体化的整体系统，其中电机是整个体系当中的核心环节，为机电一体化装置提供了必要的运转动力，然而因为其运作环境的影响，电机在生产环节中时间周期比较长，运转频率十分高，会让电机置身处于高负荷的工作状态，倘若不进行定期的保护与维修，不仅会造成硬件设备的磨损，并且还会导致电机硬件设备当中产生故障，失去其原有的电机工作状态。所以在针对机电一体化运行设备工作运转管理与维护的环节中，必须要定期对电机相关设备进行检查，对其中关键轴承以及硬件性能进行评估，倘若出现需要调整的部件，应该及时的进行上报与维修，对于常规部件必须要经常进行有效养护，将由电击引起的可能会产生的安全事故进行杜绝，从而确保整个机电体系的设备正常，以及后续稳定长期的运转。3.2对电机电压与电流进行合理管控。在机电一体化的实际应用环节中，电机作为机电一体化工作的主要组成内容，运用电机所产生的电力，为机电一体化提供其必需的能量来源，此外通过电流与电压之间的相互转换，可以推动整个电机系统良性的运转。电流与电压两个数据直接影响着电机能否正常运转，而在实际操作中不同环节的应用中，不同电机系统需要不同的电压与电流，在工作运转当中，倘若某部电机能够稳定的运转，则表明电机中的电流与电压，属于标准的值域当中相反，电机如果在运行中出现动力不足等问题，极大可能是因为电流与电压达不到相关标准。3.3及时清理机电一体化设备运转工作环。由于机电设备的特殊性对于工作环境有着一定的要求，而且电机在正常运转中通常会产生静电，长时间的运转会由于静电作用吸附着诸多杂质与灰尘。长此以往，倘若部队产生的杂质与灰尘进行系统性的清理，不仅会对电机造成一定的物理损伤，同时由于不同杂质所产生的化学反应，会对机件表面造成化学属性上的损害与腐蚀，甚至会影响到电机的后期运转。所以不仅要及时的检查工作环境是否符合机电一体化运转的基本要求，还需要对机电一体化工作当中所吸附的垃圾进行通风与处理。相关车间可以安排定期人员对整个机电一体化的设备运转环境进行定期清理。
4结语
总而言之，机电一体化的应用需要电机控制与维护水平提升作为保障。希望本文对机电一体化的电机控制和维护策略的分析可以帮助相关生产提升机电一体化应用水平。
【参考文献】
[1]潘彩霞。机电一体化应用中的电机控制与保护路径研究[J].装备制造技术，2017(03):208-209+216.
[2]李宗敏。机电一体化应用中的电机控制与保护路径简述[J].中国设备工程，2018(15):197-198.
电机控制实训总结 篇六
关键词：单片机 智能车 实训系统 模块化
中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009-5349（2016）23-0051-02
实习实训是人才培养的重要组成部分，对培养学生的工程意识和创新意识，提高学生的动手能力，加深对所学专业知识的认识具有不可替代的作用。但现阶段，实习实训教学模式陈旧，学生被动接受的内容多，主动探究的机会少，严重制约了创新精神和创新能力的培养。针对电类专业目前实习实训教学中存在的问题，提出了CDIO教学模式，即从Conceive（构想）、Design（设计）、Implement（实施）、到Operate（操作）全流程的教学模式，充分调动学生主动参与训练项目的积极性，在真设备、真项目和真要求的驱动下，实现学生可持续发展能力的培养。我院测控技术与仪器专业工程项目实训采用了CDIO教学模式，为此开发设计了基于单片机的智能车实训系统，该系统由10个功能模块组成，可根据实训内容要求构建硬件电路，可完成智能车的循迹、避障、调速、语音报警、车速和里程显示及遥控等功能，培养学生的系统设计、软件编程、硬件调试的综合能力，提高了学生的实践动手能力和创新能力。
一、整体设计思路
以AT89S52为核心控制器。车体选用标准车架模型改装而成，霍尔传感器实现测速和里程统计，红外传感器进行轨迹跟踪，超声波传感器避障，蓝牙模块实现无线控制，直流电机对车进行转向和行动控制，H桥电路实现电机的驱动。本系统基于完备的软硬件系统，很好地实现了小车的自动循迹和避障，遇到障碍物时，能进行语音报警和自动减速，通过液晶LCD1602显示车速、里程和距离障碍物距离。
系统由微控制器、电源模、功能按键、显示、电机驱动、语音模块、蓝牙、红外传感器、超声波避障、车速检测等10个功能模块构成。如图1所示，系统采用模块化的设计，学生可根据设计需要，完成不同功能智能车的硬件搭建和软件调试，通过蓝牙无线通信模块，可实现智能车的遥控。
二、智能车实训系统的硬件组成
系统硬件性能的好坏决定了整个系统的运行情况，能否稳定而可靠地运转就取决于硬件电路的质量。核心控制器采用AT89S52构成最小系统，红外传感器模块采用4组红外对管构成循迹电路，测距采用HC-SR04超声波模块，液晶显示电路采用1602，电机驱动采用L298构成H桥电路，语音模块采用ISD1760构成，使用了蓝牙通信模块HC-06实现无线通信，电源电路采用7805和LM1117将96V锂电池转换为5V和33V，除电机驱动模块需96V和蓝牙模块使用33V外，其他模块均采用5V供电。系统采用模块化设计，开放式接口，方便学生连线。
电机驱动电路采用L298N构成H桥电路，可同时驱动2个直流电机，如图2所示，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电机， 5（IN1），7（IN2），10（IN3），12（IN4）脚接输入控制电平，控制电机的正反转，这四个引脚输入PWM脉冲，假设IN1输入一个PWM脉冲，IN2输入与IN1相反的PWM脉冲电机正转，相反的PWM可以由程序设置，若要实现电机的反转，则IN1、IN2输入与正转相反的脉冲即可实现， EN1、EN2为使能端，控制电机的停转。当使能端为低电平时，芯片不会工作。
t外循迹模块采用红外对管构成，如图3所示，一体化红外发射接收IRT中的发射二级管导通，发出红外光线，经反射物体反射到接收管上，使接收管的集电极与发射极间电阻变小，输入端电位变低，当红外光线照射到黑色条纹时，反射到IRT中的接收管上的光量减少，接收管的集电极与发射极间电阻变大，三极管截止，三极管的集电极C为高电平，再经反相器后输入到单片机的信号为低电平。在三极管的基极B和发射极E接一个01pF的电容，减少电路中的“毛刺”，以减轻电路的干扰。由于光电传感器受外界的影响较大，容易引起单片机的误判，因此我们在电路中加入了一个可调电位器（阻值为10K），通过调整电位器，改变光电传感器的输入电流从而改变其灵敏度。
三、测试结果
实训过程中，以智能车为训练平台，根据设计要求构建硬件电路，先进行基础训练，然后采用项目驱动式，拓展任务，创新性地进行实训，通过在智能车平台上安装不同的功能模块来完成某种特定的任务，为了测试智能车实训系统的性能，制作了智能车的样机，经过试验测试，该智能车样机能够准确判断跑道的边界线并分析出跑道的走向，可以实现自主循迹功能、避障功能和语音报警等功能。
四、总结
本文设计了基于单片机的智能车实训系统，该实训系统具有模块化设计，搭建方便、灵活组合，功能多样，使学生在该系统上进行硬件电路设计、软件程序设计和综合调试等，极大地提高了学生的实训热情和实践动手能力。
参考文献：
[1]姜健峰。实训在电子电工教学中的重要性探究[J].电子制作，2014（1）：11.
[2]狄春红。中央空调实训台实训项目的开发与应用[J].职大学报，2013（6）：73-75.
[3]孙涵，任明武，唐振民等。基于机器视觉的智能车辆导航综述[J].公路交通科技， 2005， 22（5）：132-135.
[4]孙亮，韩柯，范红武。基于单目视觉的智能车车道线识别方法研究[J].信息与电脑（理论版），2010（12）：24.
电机控制实训总结 篇七
关键词：太阳能 综合利用 实训教学
太阳光跟踪是提高太阳能光伏发电效率的有效途径之一。但利用自然太阳来进行太阳跟踪实验有以下不足：由于下雨等原因太阳光线不足，尤其是晚上不能进行实验；即使太阳光线充足，但由于太阳移动角度缓慢，在有限的实验时间内，很难看出太阳跟踪实验效果，更不能进行重复实验。为了解决这一问题，我们研发了该实训装置，以克服在自然条件下的困难。本实训装置，在实训室内实现太阳跟踪的光伏发电控制过程，本实验装置采用金卤灯模拟太阳，金卤灯可以上下左右移动，模拟太阳的弧线升降全过程，而且模拟太阳的升降时间可以根据实验需要进行更改。太阳跟踪装置对模拟太阳的移动进行跟踪，太阳跟踪装置上的光伏发电装置分别在模拟太阳光下进行发电。
一、设计思路及原理
1.模拟太阳的升降装置。用PLC通过变频器控制三相交流电机带动滑块左右移动，用PLC直接控制直流电机带动塔杆上下移动，模拟太阳升降的弧线过程。其工作原理如图1所示。在模拟太阳及其升降系统中，由PLC模拟量方式的变频闭环调速系统和PLC直流（PWM值）闭环调速系统中，主要选择的硬件设备有：西门子S7—200 CPU224XP型PLC、三菱变频器、光电旋转编码器、三相异步交流电动机和DC24V直流电动机。
2.太阳光跟踪控制装置。太阳光跟踪控制装置具有高度角和方位角两个角度的旋转功能，由单片机为核心组成的控制系统分别驱动两个直流电机，实现实时跟踪太阳的位移。其工作原理如图2所示。
3.计算机控制和分析系统。由计算机、PLC、单片机及相关软件组成的控制系统，实时控制模拟太阳的位置和太阳光跟踪系统的高度角和方位角，进行跟踪精度分析，提高跟踪器精度。
二、系统组成
1.模拟太阳及其升降系统由支架、导轨、滑块、塔杆、模拟太阳能光源等构成，见图3。
支架由左中右三个支架构成，高为1.8米。支架上固定2根长4米的平行直线导轨，直线导轨上有一个滑块可以左右移动，滑块上有4个直线轴承与直线导轨相连。同时直线导轨两端设有限位开关，塔杆上下也设有限位开关，整体采用铝合金制作，滑块的移动由三相交流电动机通过链轮和链条驱动，装置上的光电编码器在滑块移动的同时产生脉冲信号。滑块上有3个DC24V直流电动机，通过齿轮和直线齿条带动塔杆上下移动，塔杆移动时，滑块装置上的光电编码器产生脉冲信号。塔杆上装有2000W的金卤灯模拟太阳能光源。
主要配件及参数如下：
2000W金卤灯：1个；交流电机：1个；光电编码器：2个；24V直流电机：3个；限位开关：4个；机械系统：1套。
2.模拟太阳升降控制系统采用西门子224XP主机对整个装置进行控制，采用三相交流电动机、直流电机来实现太阳升降的模拟，并配有13个指示灯来实时跟踪太阳移动的轨迹，触摸屏可显示系统运行信息。见图4。
主要配件及参数如下：
工业控制柜：长0.8米、宽0.6米、高1.8米；西门子224XP：1个；EM222数字量输出模块：1个；西门子触摸屏：7.5寸；三菱变频器：1个，750W；固态继电器：1个；24V继电器：1个；空气开关：3个；按钮：7个；信号灯：13个。
3.太阳跟踪光伏发电系统。
采用2套工业用太阳跟踪光伏发电系统，可以对太阳进行实时跟踪。太阳光跟踪控制装置具有高度角和方位角两个角度的旋转功能，由单片机为核心组成的控制系统分别驱动两个直流电机，实现实时跟踪太阳的位移，见图5。
单个太阳能电池板参数如下：额定峰值功率：60WP；短路电流：3.89A；峰值电流：3.47A；开路电压：21.3V；执行标准：GB/T9535。
三、本太阳能教学实训装置可完成以下5个实验
1.西门子触摸屏实验；
2.太阳能跟踪控制实验；
3.模拟太阳跟踪综合控制实验；
4.直流电动机正反转控制实验；
5.交流电动机调速实验。
四、使用效果
本装置投入使用后，通过实训，学生能够全面、直观地了解太阳能跟踪系统的控制原理和性能检测方法，该套装置所有实验电路都由学生自行连接，既训练了学生在电气控制方面的基本技能，又为学生独立设计实验电路，掌握太阳能光伏发电技术提供了条件。该装置操作方便，实验内容丰富，知识综合性强。在实验过程中各种电器元件外观一清二楚，电路连接得心应手，使学生真正体会到了实验教学的快乐。
五、结束语
本文介绍太阳能教学实训装置的研发过程，重点介绍了基于PLC控制的模拟太阳跟踪升降系统的设计思路，该实训装置设计合理、功能齐全，实验内容丰富，知识综合性强，能够帮助学生全面、直观地了解太阳能跟踪系统的控制原理和性能检测方法，融学习情景、学习能力为一体。通过学生自行连接实验电路，调动学生学习的主动性、积极性，使学生在实训过程中充分发挥独立思考、探索和渴望解决问题的主动性，激发学生学习、研究、实践的兴趣。希望本实验装置的设计与制作思路对同行们有所启发，共同努力，开拓一条实验实训教学的新路。
参考文献：
[1]文励洪，范维浩，侯志坚。太阳能综合利用教学、实训装置的研发。深圳职业技术学院学报，2008（4）
[2]张丽丽，王建民。太阳位置光电模拟信号检测跟踪的实现。自动化技术与应用，2010（9）
电机控制 篇八
关键词：脉冲频率；转速；定时中断；外部中断
中图分类号：TP391.8 文献标识号：A 文章编号：2095-2163（2015）02-
Design of Control System for Stepping Motor
TANG Ling
（Collge of physics and electronic information， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China）
Abstract： The system produces a digital pluse signal by SCM， and uses the ULN2003 to drive chip control the operation of motor. Because the rotational speed of motor is detemined by the frequency of the pulse signal， so to change the system speed need change the pulse frequency. The system adopts the method of timing interrupt which is the way of changing the pulse frequency. In the meanwhile， the number of buttons could control the external interrupt that is used to change the speed value in the storage area. The output pulse frequency of stepping motor will change accordingly. Finally the speed has to change.
Keywords： Pluse Frequency； Rotation Rate； Timing Interruput； External Interrupt
0 引 言
随着自动化控制的不断发展，运动控制技术已经成为推动新工业的重要技术，而运动控制系统中的核心单元就是步进电机控制模块。步进电机是一种完成数字/角度转换的电磁机械装置，可以利用电脉冲信号驱动步进电机按预设的方向转动并控制其转动到一个固定角度。综上分析可知，步进电机的转动应该有一定的角度定位，为了准确地定位，就需要控制其角位移量，而这一参数的控制通过改变脉冲个数来实现；同时电机的转速大小也是可以改变的，主要是通过改变脉冲的频率来实现[1]。
1 系统总体设计
1.1 系统的组成
本系统主要用AT89S52单片机来实现，再配上四相八拍的步进电机。由单片机产生的数字脉冲信号通过驱动芯片ULN2003来控制电机，同时电机还可以实现以下功能：加减速、正反转和液晶显示。其中，显示主要是实时标明电机的转速，加减速和正反转则通过按键来控制，因此系统的主要组成部分是：ULN2003驱动电路、显示电路、按键电路、单片机最小系统、电源电路[2，4]。系统总体设计如图1所示。
图1 系统总体设计
Fig.1 Overall designer of the system
1.2 按键电路
电路中设置四个按键，主要用于输入控制完成顺时针旋转、逆时针旋转、加速、减速，分别是由K1、K2、K3、K4这四个按键确定。电机的正反转由K1和K2的断开和闭合来实现，而K1和K2分别与单片机的P1.0和P1.1相连，K1和K2按键的状态由P1.0和P1.1接口送入单片机，单片机芯片再调用相应的方向转换程序。而步进电机的转速变化主要通过改变脉冲频率来实现。改变脉冲频率的方法有两种，分别是软件延时和定时中断。本系统采用的是定时器中断，通过K3、K4的断开和闭合控制电机加减速，再通过外部中断控制改变存储区中的速度值，步进电机的输出脉冲频率就随存储区中的数值做出相应的改变，最终达到改变转速的效果。按键电路图如图2所示。
图2 按键电路
Fig.2 Key circuit
1.3 驱动电路
驱动电路主要是驱动芯片ULN2003，该芯片由达林顿管组成。ULN2003的1B～4B口接收单片机P0.0～P0.3的输出脉冲，而后从1C～4C口将放大后的信号输出到步进电机的A、B、C、D相。驱动电路如图3所示。
图3 驱动电路
Fig.3 Driver circuit
1.4 显示电路
由于电机具有换向和加减速的功能，而电机转速又分为不同的等级，因此为了实时观察电机的运行方向和运行速度，系统设计了工作状态和电机转速的显示电路。显示电路采用LCD1602模块开发得到电机转速的实时显示。LCD1602的RS、R/W、E端口分别迪对接单片机的P0.5、P0.6、P0.7口 ，而D0～D7端口则分别连接了单片机的P2.0～P2.7。显示电路如图4所示。
图4 显示电路
Fig.4 Indicating circuit
2 软件设计
由于系统主要是实现步进电机的转动和换向，所以设计过程十分清晰。软件包含主程序部分、定时中断部分、外部中断部分和显示部分。其中主程序需要完成系统的初始化、系统状态的显示、开关按键的扫描并根据检测结果实施相应的处理[3]。特别地，系统的初始化可分解为如下步骤：一是初始化定时器，二是初始化外部中断。三是给单片机P1口送初始值以决定脉冲分配方式，速度值存储区送初始值确定电机的启动速度，给旋转方向值送初始值用以确定电机的初始旋转方向，液晶显示初始化。
在此，给出主程序的具体工作流程如下：首先是对液晶显示进行初始化，然后进行按键状态的检测，检测到有状态变化，再调用步进电机的相关数据显示子函数。按键检测时先检测正反转按键，再检测加减速按键。当K1按键按下时， P1.0口读回值为低，电机开始以初始值（若初始值设为5档）顺时针旋转，显示器上显示“CW5”，再检测按键状态，若K3按键按一次，则电机转速加一档，显示器上显示“CW6”，若K3按键再按一次，则电机转速再加一档，显示器上显示“CW7”，依次类推。若K4按键按一次，则电机转速减一档，显示器上显示“CW4”，若K4按键再按一次，则电机转速再减一档，显示器上显示“CW3”，依次类推。同理，当K2按键按下时， P1.1口读回值为低，电机开始以初始值（若初始值设为5档）逆时针旋转，显示器上显示“CCW5”，再检测K3、K4按键的状态并选做相应的处理。为了让电机正常运行，程序中设置了电机转速的范围，若电机转速在加减过程中使得转速超过预定范围，则电机将停止转动。主程序流程图如图5所示。
图5 主流程图
Fig.5 Main flow chart
定时中断部分主要设置脉冲频率从而决定电机的转速。电机定子上有绕组，当绕组上通入电流，而且电流是按一定的时间间隔接通，电机就会转动起来。其中，电流接通的时间间隔将直接影响电机转动的快慢，电流接入时间越长，转动速度越慢。定时中断程序主要是通过对电机的运行方向进行判断、发速度脉冲和保存当前的状态。
外部中断主要是用于改变转动速度，而电机的转动速度又由电机的输出脉冲频率决定。具体实现是在硬件电路中设置按键，K3和K4按键每动作一次，程序就调用一次中断，存储区中的速度值就发生一次与其对应的变化，这样电机的转动速度也就发生一定的相应变化。
显示部分采用1602液晶显示步进电机的实时运行状态，不仅可以显示数据，还可以显示相关的状态。
3 结束语
文中的系统是以单片机为硬件中心，驱动芯片ULN2003操控电机完成相应的一系列工作，并通过按键控制电机的运动状态和转动速度。该系统具有实时控制的特点，尤其是功能还可以丰富扩展，由此将进一步拓宽其使用范围，因而系统研究具有重要的现实意义和实用价值。
参考文献：
[1]孟武胜，李亮。基于AT89C52单片机的步进电机控制系统设计[J].微电机，2007，40（3）：64-66.
[2]徐益民。步进电机的单片机控制系统的设计[D].哈尔滨：黑龙江科技学院，2005.
[3]何立民。MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京：人民邮电出版社，1993.
[4]王小明。电动机的单片机控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.
电机控制实训总结 篇九
关键词 单片机实训；直流电机；模块设计
中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)06-0133-02
Application of Student-centred Teaching Method in Single Chip Microcomputer Training Course//Zhang Juntao
Abstract This thesis shows how student-centred teaching method works in Single Chip Microcomputer training course. After the control system of DC motor being decomposed into several sub modules, students are motivated to think individually to finish the module design.
Key words single chip microcomputer training course; DC motor; module design
Author’s address Guangdong Songshan Polytechnic College, Shaoguan, Guangdong, China 512126
1 前言
单片机实训是单片机教学实施过程的重要环节，是学生学好单片机课的珍贵机会，但理解和掌握这门课实属不易，为此利用好的教学方法、好的课堂设计可以更好地激发学生的学习热情，调动学生的主动性，对教学效果更是起到事半功倍的作用。特别是对仿真软件Proteus和编译软件Keil C的熟练应用，更是使教和学方便、直观，让学生兴趣盎然。为此，笔者以一个完整的课程设计为具体对象，说明“教师引导，学生主导”教学方式在单片机实训教学中的成功实施过程。
2 单片机实训教学的实施过程
2.1 准备工作
在理论课结束时，即实训课之前的大约1周时间，以“直流电动机调速系统的设计”为题，将任务分配给学生，让学生利用课余时间到图书馆、网上找相关资料，并根据自己的理解能力，将系统的控制方案、工作原理、电路图甚至参考程序等整理到作业本上。上课时教师检查作业并根据每位学生的整理情况给予相应的分数，计于实训成绩的一部分，利用明确而具体的任务驱动学生搜集信息，锻炼他们查找资料、整理资料、自我学习的能力。实践证明效果良好。
2.2 教学步骤实施
1）建立系统完整架构。实训课开始，先让一位学生根据自己先前整理的资料画出系统的结构框图，然后教师再引导全班学生画出完整的结构框图，并说明其中各模块的功能。此举目的在于实训开始就调动学生主动性，让学生很快进入角色，同时让学生在脑子中建立一幅完整的系统功能图，使学生明确整个实训的任务是实现：①电机的正、反转；②直流电机的加、减速；③在数码管上实时显示直流电机的转向及转速信息；④直流电机的启动、停止。目的是：熟练掌握Proteus和Keil C两种软件使用，进而更深入地学习单片机这门课。
2）显示模块的设计。本模块的功能是用数码管显示直流电机的转向和转速。先让学生根据资料和课本中的显示电路，利用Proteus自己画出本系统的显示电路，然后教师检查每一组学生的结果，有错就改，无错鼓励。最后为了讲解方便，步骤统一，教师将电路归为同一种画法：考虑到电机转速的范围，选用四位一体的数码管，用P0口输出段码，P2口低四位输出位码，并详细讲解动态显示原理。在软件设计方面先给学生一段完整的显示“1234”的程序，在Keil环境下编译、修改，下载到单片机中执行程序，并增加或减少延时时间，重复操作，观察显示结果。给大家一段时间研究、消化这段程序，有不懂的地方可以问老师，可以同学之间相互讨论、请教。此举可以调节气氛，激发兴致。如此学生便充分地理解了动态显示的原理。
不失时机地下达新任务：以原程序为基础，增添新内容，实现显示任意4位整数。这个任务看似简单，对于学生来讲，会遇见很多新问题，比如：不能改变段码表，如何实现各位数字的分解，等等。这一阶段能否给学生奠定坚实的基础很重要，所以要给足学生时间，让他们自由发挥，把问题搞明白。最后，教师总结、点评各组学生程序优劣，给出符合常规结构的正确程序。教学流程如图1所示。
3）测速模块的设计。本模块的功能是实时采集电机转速。授课时先给出原理图，说明霍尔传感器的工作原理，在电机转盘上嵌入小磁片，电机每转一周，小磁片就经过传感器一次，电路因霍尔效应便产生一脉冲，所以每个脉冲代表电机转一周。若这些脉冲经放大、整形送至单片机T0引脚，利用其计数功能，便可求出电机转速。将采样值送speed变量，调用显示子程序便可显示。因为Proteus元件库中无霍尔器件，所以在T0引脚接一脉冲信号代替上述电路，调节脉冲频率便可模拟电机转速变化。
在程序设计方面主要利用单片机两个定时/计数器的功能。任务是用T1产生1 s定时，同时在这1 s内用T0计下脉冲的个数。要提醒学生完成这个任务的难点是：T1无法实现一次定时1 s，要先设一个基本的定时单位，如5 ms，200次中断定时便是1 000 ms即1 s。应该说单片机的定时计数功能是很抽象的，理解起来不容易，但在教师的引导下，经过学生不断地参考、讨论、修改和完善，最终完成与显示程序联调，实现速度测量。
4）驱动模块的设计。本模块设计的授课方式与其他模块不同，先不讲原理图，先引导学生编程实现：在前面速度采集、显示子程序正常运行情况下，让P1.0口产生高电平，同时P1.1口产生周期为100 ms，占空比为1/5的方波，随后要求改变某个变量便可改变占空比，并通过示波器观察结果。这样做的目的是不想打断学生在上一模块使用T0、T1的思路，顺势而为。
成功后再画出H桥驱动电路。如图2所示，若保持Q2、Q3截止，给Q1、Q4接一方波信号，电机就会正向以某一速度运转，并且占空比越大，即一个周期内Q1、Q4导通时间越长，电机得到的平均电压越大，速度越快。反之同理。
原理明白后，再引导学生画出完整的驱动电路，将P1.0、P1.1接电路驱动端口，运行程序即可见电机以某种速度运转，改变P1.1口的信号占空比，电机速度随之改变。改变电机的转向后，学生自然而然会想到让P1.1口产生高电平，P1.0口产生方波。
5）键盘控制模块的设计。本模块设置6个功能按钮，分别是起动、停至、正转、反转、加速、减速。画好电路图后，要求编写程序分别实现相应功能。其实质的控制原理是通过程序判断：若起/停按钮按下，则启动或停止定时器；若是正转（反转）按钮按下，则P1.1（P1.0）口产生方波；若是加（减）速按钮按下，则增加（减小）方波信号的占空比。编写程序时可指导学生按部就班，单个功能逐一调试实现。
6）电源模块的设计。若要制作电路板，电源模块是必要的，本系统需要两组电源供电，+5 V供给单片机系统，+15 V给电机供电，学生会比较容易画出电源模块电路。
2.3 撰写实训报告
写一篇优质的实训报告，是实训课的重要组成部分，是对这次实训的总结，也要视其优劣给予相应分数并作为实训成绩的一部分。报告要求格式规范，章节明确，条理清晰，原理分析透彻，程序编写正确，仿真结果真实，并附心得体会。
3 结论
传统实训往往是“教师多讲，学生少做”“满堂灌”式的授课模式，教师花大量时间分析原理讲解程序，信息量大，学生不易接受，最后参考教师教案，糊里糊涂完成实训，收获甚微。本次单片机实训，笔者尝试“教师少讲，学生多做”，即“教师引导，学生主导”的授课方式，不单纯控制学习内容，而是控制学生的学习过程，以学生为主要参与者，教师起引导和辅导作用，鼓励学生独立学习，给学生更广阔的思考空间，在课程设计过程中能提出自己的见解，培养他们解决问题的能力。实践证明效果良好。
参考文献
[1]何新洲，肖学玲。任务驱动教学法在单片机教学中的应用[J].湖北成人教育学院学报，2011,17(1):128-129.
[2]徐爱钧。单片机原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2010.