直流电机测速控制系统设计与实现(1).docx

《直流电机测速控制系统设计与实现(1).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流电机测速控制系统设计与实现(1).docx（6页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、毕业设计（论文）开题报告专业计算机科学与技术学生学号班号指导教师开题日期说明一、开题报告应包括下列主要内容：1 .通过学生对课题题目和课题研究现状、选题的目的和意义论述，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求。2 .进度计划是否切实可行。3 .是否具备毕业设计所要求的基础条件。4 .预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施。5 .主要参考文献。二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。三、开题报告要求学生认真填写，由开题答辩组和指导教师填写意见、签字后，统一交所在分院保存，以备检查。指导教师评语：指导教师：开题答辩组审查意见:组长：组员:一、课题题目和课题研究现状课

2、题题目：直流电机测速控制系统设计与实现随着科技的飞速发展，计算机技术日益渗透到社会生产生活的各个领域，而单片机的应用则起到了举足轻重的作用。在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合,例如在发动机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量、显示其转速及瞬时速度。为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速。因此设计一种较为理想的电机测速控制系统是非常有价值的。目前国外常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、闪光测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法。其中运用最为广泛的还是霍尔传感器测速法,霍尔传感器已经成为智能传感器。目前霍尔传

3、感器微型化趋势明显，可以运用于手机、电机的间隙等领域。霍尔传感器的温度性能非常可观，能在高温下长时间保持较高的可靠性。直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。国内采用的测速方法可分为两类，直接测量法和间接测量法两大类。直接测量法是通过某种测量原理或效应直接获得速度量，这种方法的最大优点是反应快、可测量瞬时速度，但设备成本高，且受到大气物理环境的限制。间接测量法是测量目标的移

4、动距离和时间，通过计算得到速度量，用于测量小型弹丸的天幕法和光幕法测速系统、用于车辆测速的激光测速仪，以及用于生产流水线上的光电脉冲测速方法等等。二、选题的目的和意义为了满足工业生产中对发电机、中小型马达、机床转轴等旋转设备的转速控制和转速采集上的需求。以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在单片机已经开始取代模拟电路作为电机控制器。当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化，现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要求，为此开发直流电机的新型单片机控制器显得尤为重要。本课题的目的便是在经济上最大可能的降低直流电机测速控制系统的成本，还能更加准确、快速的测量出直流电机的

5、转速和更加稳定的控制转速，能保证工业数控机床对器件进行加工时钻头不因过快或过慢导致产品和钻头的损坏。本次设计的意义在于通过单片机程序的编写、上位机软件的实现、电路图的设计、连接焊接、调试检测等过程，锻炼了我的思维能力和动手能力，还综合性的巩固了所学的知识。通过这次设计我学会了综合的运用所学专业知识去分析、解决实际问题，能熟练地掌握通过文献检索、资料查询从而获取新知识的方法，巩固了图形化界面的设计、硬件和应用系统设计的基本能力。三、课题的基本内容直流电机测速控制系统设计与实现主要实现直流电机测速和控制。测速使用霍尔传感器模块对直流电机转速进行采集，并将当前转速和转向显示在1CD12864液晶显示

6、屏上。通过按键控制直流电机加速、减速、正转、反转。单片机通过产生由PID算法控制的PWM来实现加速和减速。上位机中实时显示直流电机当前转速以及输入预定速度值,下位机进行闭环调速至预定转速。系统的设计与实现分为软件设计部分和硬件设计部分。软件设计部分主要包括测速模块、PID调速模块、转向逆向模块、显示模块、上位机显示模块和上位机控制模块。硬件设计部分包括了单片机最小系统的设计、显示驱动电路的设计、霍尔传感器测速驱动电路的设计、1298N电机驱动电路的设计、按键电路的设计。四、研究方案及预期达到的目标本系统的设计方案由单片机和外围电路组成，实现各种控制的要求，外围电路主要完成对输入信号的采集、操作

7、、对速度进行控制，显示部分采用1CDI2864液晶显示器。测速方案有许多种。方案一：闪光测速法是利用可调脉冲频率的专用电源施加于闪光灯上，将闪光灯的灯光照到电机转动部分（可在电机端轴上粘贴一张如图一所示的标记纸片），当调整脉冲频率使黑色扇形片静止不动时，此时脉冲的频率是与电机转动的转速是同步的。方案二：光电码盘测速法：该测量方法是在被测电机的转子端轴上安装一个光电码盘，当电机转动时，将带动光电码盘一起转动，这时如果有一固定的光源照射在该码盘上，那光敏元件上接收到的光的次数就跟被测电机的转速成一定的比例。由此我们就可以测出电机的转速。方案三：霍尔元件测速法：是利用霍尔开关元件测转速的。该方法与光

8、电码盘测速法类似。测速时，将一个装有小磁钢的圆盘安装在被测电机的转轴上，磁钢越多，分辨率就越高，霍尔开关就固定在小磁钢附近，当被测电机转动时，每转过霍尔开关，就会输出一个脉冲，计算出该脉冲的转动频率，就可以得出被测电机的转速。硬件方面以STC89C52单片机为核心，与复位电路、晶振电路、直流电机驱动电路、霍尔传感器测速电路、按键电路和显示电路构成直流电机测速控制系统。本此设计预计能达到以下目标。1 .直流电机测速：直流电机每转动一圈霍尔传感器就会产生一个脉冲。STC89C52单片机每隔IS读取一次脉冲个数。2 .直流电机速度控制：通过键盘调节速度快慢，实现直流电机速度调节，单片机通过产生由PI

9、D算法控制的PWM来加速和减速，最后将当前转速在1CD12864液晶显示器上显示。3 .直流电机转向逆转：通过两个按键控制直流电机的正转和反转。4 .1CD12864实时显示当前转速信息、预定转速信息和转向信息。5 .上位机实时显示当前转速信息和输入预定转速值，下位机进行闭环调速。五、为完成课题已具备和所需的条件我已掌握了Proteus7.8仿真软件、Prote199SEEDA设计软件和Kei1uVision4单片机编程软件的使用。我对汇编语言和STC89C52单片机也有一定程度的掌握。能熟练的使用Visua1Studio2017利用C#语言编写上位机图形化界面。完成课题还需要进一步了解所用电

10、子元件的电气特性，需要进一步熟悉汇编语言以及单片机C语言编程部分。元器件需要：STC89C52单片机、1CDI2864液晶屏、1298N驱动模块、SS11O1霍尔传感器模块、机械键盘。六、预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施问题1：直流电机无法将转速控制到指定值问题措施1：通过霍尔传感器读取当前转速值，通过预定转速值和当前转速值计算出控制偏差值，再通过对偏差值的比例、积分、微分进行控制，使偏差趋近于零。当偏差值越小速度就越接近指定转速。问题2：上位机与下位机无法实现通信。措施2：首先要确认上位机和下位机波特率是否均为9600,然后要在电脑设备管理器上把USB转串口设置为COM2,

11、并将波特率设置为与软件中的波特率相同。问题3：霍尔传感器读数异常措施3：检查周围是否有强磁场干扰，远离强磁场区域，然后使用万用表排除霍尔传感器是否损坏。再排查霍尔传感器的驱动代码和初始化流程来确定软件问题。七、进度安排1可行性分析1周2需求分析2周3系统设计3周4系统实现5周5系统测试1周6撰写论文3周八、参考文献1孟祥,孙平,高洪志.单片机原理及应用M.北京:人民邮电出版社,2015赵景波,张伟.Prote199SE实用教程M.北京:人民邮电出版社,20173郑隆举,李慧芳,王志全.基于单片机的电机测速系统设计J.自动化与仪器仪表,20154孟祥莲,王嘉鹏,孙平,姜波,于剑光.嵌入式系统原理及应用教程M.北京:清华大学出版社,20175张新荣,宇林,红标,唐中一.数字PID算法在直流电机控制中的应用J.龙源期刊网,2019.086李田甜,鸿景涛.用PID算法反馈直流电机J.光电技术应用,2023.08谢少华.基于STC单片机的无刷直流电机控制系统设计口.电子元器件与信息技术,2023,4(2):130-132九、备注硬件框图如图Io图1硬件框图