綜合設(shè)計報告單位自動化學(xué)院學(xué)生姓名專業(yè)測控技術(shù)與儀器班級0820801學(xué)號指導(dǎo)老師成績設(shè)計時間2011年12月重慶郵電大學(xué)自動化學(xué)院制一、題目直流電機(jī)調(diào)速與控制系統(tǒng)設(shè)計。二、技術(shù)要求設(shè)計直流電機(jī)調(diào)速與控制系統(tǒng)，要求如下1、學(xué)習(xí)直流電機(jī)調(diào)速與控制的基本原理；2、了解直流電機(jī)速度脈沖檢測原理；3、利用51單片機(jī)和合適的電機(jī)驅(qū)動芯片設(shè)計控制器及速度檢測電路；4、使用C語言編寫控制程序，通過實時串口能夠完成和上位機(jī)的通信；5、選擇合適控制平臺，繪制系統(tǒng)的組建結(jié)構(gòu)圖，給出完整的設(shè)計流程圖。6、要求電機(jī)能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制；7、系統(tǒng)具有實時顯示電機(jī)速度功能；8、電機(jī)的設(shè)定速度由電位器輸入；9、電機(jī)的速度調(diào)節(jié)誤差應(yīng)在允許的誤差范圍內(nèi)。三、給定條件1、直流電機(jī)驅(qū)動原理，單片機(jī)原理及接口技術(shù)等參考資料；2、電阻、電容等各種分離元件、IC、直流電機(jī)、電源等；3、STC12C5A60S2單片機(jī)、LM298以及PC機(jī)；四、設(shè)計1確定總體方案；2畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；3選擇以電機(jī)控制芯片和單片機(jī)及速度檢測電路，設(shè)計硬件電路；4設(shè)計串口及通信程序，完成和上位機(jī)的通信；5畫出程序流程圖并編寫調(diào)試代碼，完成報告；直流電機(jī)調(diào)速與控制摘要當(dāng)今社會，電動機(jī)作為最主要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域和人們的日常生活。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運輸，國防，航空航天，醫(yī)療衛(wèi)生，商務(wù)和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費電子產(chǎn)品（如電冰箱，空調(diào)，DVD等）中，都大量使用著各種各樣的電動機(jī)。據(jù)資料顯示，在所有動力資源中，百分之九十以上來自電動機(jī)。同樣，我國生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動機(jī)的。電動機(jī)與人的生活息息相關(guān)，密不可分。電氣時代，電動機(jī)的調(diào)速控制一般采用模擬法、PID控制等，對電動機(jī)的簡單控制應(yīng)用比較多。簡單控制是指對電動機(jī)進(jìn)行啟動，制動，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控制可通過繼電器，光耦、可編程控制器和開關(guān)元件來實現(xiàn)。還有一類控制叫復(fù)雜控制，是指對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)矩，電壓，電流，功率等物理量進(jìn)行控制。本電機(jī)控制系統(tǒng)基于51內(nèi)核的單片機(jī)設(shè)計，采用LM298直流電機(jī)驅(qū)動器，利用PWM脈寬調(diào)制控制電機(jī)，并通過光耦管測速，經(jīng)單片機(jī)I/O口定時采樣，最后通過閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制，其中電機(jī)的設(shè)定速度由電位器經(jīng)A/D通過輸入，系統(tǒng)的狀顯示與控制由上位機(jī)實現(xiàn)。經(jīng)過設(shè)計和調(diào)試，本控制系統(tǒng)能實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速較小誤差的控制，系統(tǒng)具有上位機(jī)顯示轉(zhuǎn)速和控制電機(jī)開啟、停止和正反轉(zhuǎn)等功能。具有一定的實際應(yīng)用意義。關(guān)鍵字直流電機(jī)、反饋控制、51內(nèi)核、PWM脈寬調(diào)制、LM298一、系統(tǒng)原理及功能概述1、系統(tǒng)設(shè)計原理本電機(jī)控制系統(tǒng)采用基于51內(nèi)核的單片機(jī)設(shè)計，主要用于電機(jī)的測速與轉(zhuǎn)速控制，硬件方面設(shè)計有可調(diào)電源模塊，串口電路模塊、電機(jī)測速模塊、速度脈沖信號調(diào)理電路模塊、直流電機(jī)驅(qū)動模塊等電路；軟件方面采用基于C語言的編程語言，能實現(xiàn)系統(tǒng)與上位機(jī)的通信，并實時顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制電機(jī)的運行狀態(tài)，如開啟、停止、正反轉(zhuǎn)等。單片機(jī)選用了51升級系列的STC12C5A60S2作為主控制器，該芯片完全兼容之前較低版本的所有51指令，同時它還自帶2路PWM控制器、2個定時器、2個串行口支持獨立的波特率發(fā)生器、3路可編程時鐘輸出、8路10位AD轉(zhuǎn)換器、一個SPI接口等，能非常方便的滿足本次電機(jī)控制的需求，其PWM端口用于輸出一定頻率且脈寬可調(diào)的PWM波用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，單片機(jī)自帶的A/D端口作為設(shè)定速度的模擬信號輸入口，定時器用于串口通信和速度的定時采樣以及上位機(jī)的定時顯示等。系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動單元選擇了LM298N大功率驅(qū)動芯片，再利用TLP521光耦合器和整流二極管設(shè)計的驅(qū)動電路能實現(xiàn)電器隔離與控制，能提高控制效率和精度極大減少了撓動干擾，而且可以實現(xiàn)電機(jī)的正反裝和剎車功能。系統(tǒng)測速模塊基于槽型光耦GK105設(shè)計，將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成不同頻率的脈沖信號，在經(jīng)過基于LM324的電壓比較器和74HC573鎖存器進(jìn)行信號波形的整形，最后通過檢測單片機(jī)的I/O口的脈沖實現(xiàn)速度的測量。11直流電機(jī)基本工作原理圖11直流電機(jī)的基本結(jié)夠圖12直流電機(jī)調(diào)速原理直流電機(jī)轉(zhuǎn)速N的表達(dá)式為11KIRU式中U電樞端電壓；I電樞電流；R電樞電路總電阻；每極磁通量；K與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，因此直流電機(jī)轉(zhuǎn)速N的控制方法有三種，主要以調(diào)壓調(diào)速為主。本控制器主要通過脈寬調(diào)制PWM來控制電動機(jī)電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。調(diào)脈寬的方式有三種定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。本系統(tǒng)采用了定頻調(diào)脈寬方式的PWM控制，因為采用這種方式，電動機(jī)在運轉(zhuǎn)時比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實現(xiàn)上比較方便。對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制即可采用開環(huán)控制,也可采用閉環(huán)控制。與開環(huán)控制相比,速度控制閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性有以下優(yōu)越性閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性與開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性相比,其性能大大提高理想空載轉(zhuǎn)速相同時,閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率（額定負(fù)載時電機(jī)轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比）要小得多當(dāng)要求的靜差率相同時,閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以大大提高。直流電機(jī)的速度控制方案如圖1所示。圖1直流電機(jī)速度閉環(huán)控制方案二、系統(tǒng)硬件設(shè)計1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖本系統(tǒng)采用STC12C5A60S作為控制核心，用上位機(jī)顯示設(shè)定轉(zhuǎn)速和測量轉(zhuǎn)速以及控制電機(jī)。采用LM298驅(qū)動芯片作為本系統(tǒng)的驅(qū)動電路和用槽型光耦GK105作為該系統(tǒng)的測量電路?？驁D如2所示。驅(qū)動電路調(diào)節(jié)器直流電機(jī)測速裝置轉(zhuǎn)速設(shè)定值偏差轉(zhuǎn)速輸出STC12C5A60S2單片機(jī)LM298驅(qū)動電路直流電機(jī)光耦測速管信號調(diào)理電路時鐘電路上位機(jī)顯示與控制UART串口電路速度模擬量輸入電路圖2直流電機(jī)控制系統(tǒng)總體框圖2模塊電路及功能介紹21單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)主要擅長系統(tǒng)控制，而不適合做復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，在設(shè)計單片機(jī)最小系統(tǒng)時我們選用STC12C5A60S2位DIP40封裝的單片機(jī)作為MCU。STC12C5A60S2芯片是有宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，具有64K的用戶程序存儲空間及1280字節(jié)的RAM，完全兼容之前較低版本的所有51指令，但速度快58倍，內(nèi)部集成有MAX801專用復(fù)位電路、同時它還自帶2路PWM控制器、2個定時器、2個串行口支持獨立的波特率發(fā)生器、3路可編程時鐘輸出、8路高速10位AD轉(zhuǎn)換器、一個SPI接口等，應(yīng)用于電機(jī)控制等強干擾場合。本系統(tǒng)的單片機(jī)最小系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、外圍總線接口等部分組成。圖3為單片機(jī)最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。電源模塊圖351最小系統(tǒng)電路211系統(tǒng)時鐘電路單片機(jī)內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALL和XTAL2跨接石英晶體和兩個補償電容構(gòu)成自激振蕩器，系統(tǒng)時鐘電路結(jié)構(gòu)如圖6所示，可以根據(jù)情況選擇6MHZ、8MHZ或12MHZ等頻率的石英晶體，本系統(tǒng)采用12MHZ的晶振。補償電容通常選擇2030PF左右的瓷片電容。212復(fù)位電路單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。手動復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。上電自動復(fù)位通過電容充電來實現(xiàn)。手動按鍵復(fù)位是通過按鍵將電阻與VCC接通來實現(xiàn)。22電機(jī)驅(qū)動模塊直流電機(jī)驅(qū)動采用常用的H橋電路，通過控制信號選通對管與否實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，并改變所加電壓的占空比來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。如圖4所示，這里采用電機(jī)驅(qū)動專用芯片L298N，該芯片可驅(qū)動兩路536V的直流電機(jī)或者一路四拍的步進(jìn)電機(jī)。同時在L298N與主控芯片間通過四路光耦TLP5214隔離消除干擾信號。在STC12C5A60S2上配置好串口、PWM，實現(xiàn)串口接收的數(shù)據(jù)直接賦值給PWM定時器CCAP1L、CCAP1H。利用串口調(diào)試助手發(fā)送控制信息給STC12C5A60S2，同時輔助外界6V電源更改L298N的IN1和IN2共同完成L298N電機(jī)驅(qū)動模塊的調(diào)試。圖4LM298N電機(jī)驅(qū)動電路23直流電機(jī)測速電路231槽型光耦GK105測速電路圖5槽型光耦GK105電路圖6電機(jī)轉(zhuǎn)速編碼裝置如圖5和圖6所示，光電對管采用槽型光耦GK105電路由一只特殊的發(fā)光二極管和光電三極管構(gòu)成，當(dāng)二極管發(fā)出的光打在光電三極管的基極B上時三極管CE導(dǎo)通。而正常情況下二極管的光不能到達(dá)光電管的基極上，故通過裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上得圓形編碼片即可實現(xiàn)對小車的測速。假設(shè)編碼片兒有N片個缺口，測得光電三極管的輸出脈沖頻率為F，則車速F/N。由圖7可知,電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈,槽型光耦產(chǎn)生4個脈沖,因此可以利用槽型光耦傳感器信號得到電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速。為盡可能縮短一次速度采樣的時間,則電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速為VN/460V速度R/MINN每秒采樣的脈沖個數(shù)圖7電機(jī)轉(zhuǎn)1圈GK105光耦管信號232速度脈沖信號調(diào)理電路給電機(jī)加電讓其帶動編碼盤旋轉(zhuǎn)，將光電對管靠近編碼盤，用示波器觀測輸出脈沖信號的有無與好壞。信號調(diào)理電路主要利用LM324運算放大器設(shè)計的比較器，如圖8所示，調(diào)節(jié)比較器偏置電壓使脈沖最接近于方波且幅度大于33V。為了提高測速的精度，在信號后級添加比較器調(diào)理信號為標(biāo)準(zhǔn)的方波，調(diào)節(jié)比較器運放的偏置電壓使方波信號最適合于測速。圖8基于LM324的信號調(diào)理電路24串口電路設(shè)計MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路，使用5V單電源供電。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分第一部分是電荷泵電路，由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生12V和12V兩個電源，提供給RS232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電，15腳GND、16腳VCC（5V）。電路如圖9所示。T2_OUT7T1_IN11T2_IN10R1_OUT12R2_IN8R2_OUT9C11VCC16C13V2C24C25V6R1_IN13GND15T1_OUT14U2MAX232TXDGNDRXDC1910UF/50VC2110UF/50VC2210UF/50VC2010UF/50V594837261RS232DB95V圖9串口電路圖25系統(tǒng)電源設(shè)計本系統(tǒng)要求有5V和67V的電源輸入，因此我們選用了LM317作為電源芯片。LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。其應(yīng)用電路如圖10所示。圖11為電源濾波電路。圖1033V穩(wěn)壓電路圖11濾波電路穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算，VO125（1R2/R1）。本系統(tǒng)中取R1為240N,R2取5K的可調(diào)電位器。通過調(diào)節(jié)R2的阻值大小，進(jìn)而可以改變輸出電壓的大小，實現(xiàn)電壓可調(diào)，其可調(diào)范圍是VO125V37V。在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護(hù)電路，防止電路中的電容放電時的高壓把317燒壞。26電機(jī)設(shè)定速度輸入電路本系統(tǒng)采用了簡單的電位器，通過電位器將5V電源信號分壓在經(jīng)過單片機(jī)A/D端口輸入到CPU處理，實現(xiàn)電機(jī)速度手動的可調(diào)，其電路如圖12所示。圖12電位器速度設(shè)置電路三、系統(tǒng)軟件設(shè)計本程序主要分為6大塊，主程序、A/D轉(zhuǎn)換處理程序、PWM輸出程序、串口顯示與電機(jī)狀態(tài)控制程序、定時器0的中斷服務(wù)程序，串口中斷服務(wù)程序。主程序主要做了系統(tǒng)初始化，定時器0的初始化和主循環(huán)等。配置STC12C5A60S2定時器0為定時器方式2、50MS計數(shù)器中斷，累計20次定時器0中斷為1秒，此時TL1即光電對管輸入的脈沖頻率，同時在此一秒內(nèi)觸發(fā)AD采集一次電源電壓VOLTAGE送入內(nèi)存并通過運算轉(zhuǎn)換成設(shè)定的速度值。PC終端的顯示也是沒隔一秒刷新一次。配置STC12C5A60S2串行口1為方式2、獨立波特率發(fā)生器9600、允許接收中斷。當(dāng)串口1接收到PC機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入中斷處理程序，檢測接收到的數(shù)據(jù)以此來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)是屬于哪種控制信號。配置STC12C5A60S2脈寬調(diào)制PWM為8位、無中斷。主程序中循環(huán)執(zhí)行PWM（）函數(shù)實時更改PWM定時器CCAP1L、CCAP1H的值，實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。1主程序主程序主要功能為系統(tǒng)初始化，定時器0的初始化和主循環(huán)等。流程圖如圖13所示開始系統(tǒng)初始化速度脈沖信號輸入I/O口掃描串口發(fā)送數(shù)據(jù)1S計時標(biāo)志速度及A/D值采樣PWM輸出結(jié)束否是圖13系統(tǒng)主程序流程圖2串口中斷發(fā)送程序本系統(tǒng)的串口通信指的是單片機(jī)與上位機(jī)（PC機(jī)）之間的串口通信，該通信主要用于測速模塊的調(diào)試以及在測量轉(zhuǎn)速時，單片機(jī)能從上位機(jī)（PC機(jī)）接收數(shù)據(jù)或者能將數(shù)據(jù)發(fā)回給上位機(jī)（PC機(jī)），以便觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動情況，或者獲得我們所需要的數(shù)據(jù)。如圖14所示，在本設(shè)計中，采用的是STC12C5A60S2芯片的串口UART0來與PC機(jī)進(jìn)行串口通信。在串口UART0的配置中，定時/計數(shù)采用方式2是將兩個8位計數(shù)器TH1和TL1分成獨立的兩個部分，組成一個8位可自動再裝入的定時器/計數(shù)器，由TL1作為8位計數(shù)器，TH1作為計數(shù)初值寄存器，設(shè)置初值時同時送TH1和TL1，當(dāng)TL1計數(shù)滿回0產(chǎn)生溢出，不僅置位TF1,而且控制TH1中的初值重新裝入TL1，繼續(xù)下一輪計數(shù)，此信號送串行通信系統(tǒng)，以設(shè)置串行通信波特率，波特率設(shè)置公式如式所示波特率2SMOD溢出率/32。否發(fā)送第二字節(jié)數(shù)據(jù)1字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢進(jìn)入發(fā)送中斷發(fā)送1BYTE數(shù)據(jù)1字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢是否中斷返回是圖14串口發(fā)送程序流程圖3串口中斷接收程序上位機(jī)控制單元解擴(kuò)出1BIT數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生一次中斷。接收時首先采用16BITS接收窗口、1BIT滑動方式來接收通信的同步幀頭0X09、0XAF，幀頭接收成功后，后續(xù)數(shù)據(jù)按每8BITS一個字節(jié)的方式進(jìn)行截取，得到傳送的有效數(shù)據(jù)，同時將得到的有效數(shù)據(jù)存儲在緩沖單元中；接收過程中，按有關(guān)的通信協(xié)議進(jìn)行地址判別、長度接收、校驗計算。地址相同的模塊對符合通信協(xié)議的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)答，轉(zhuǎn)入發(fā)送態(tài)。程序流程圖如圖15所示。否重組數(shù)據(jù)進(jìn)入接收中斷清零接收標(biāo)志1字節(jié)數(shù)據(jù)接收完畢是中斷返回圖15串口接收程序流程圖4A/D轉(zhuǎn)換程序A/D轉(zhuǎn)換程序主要用于電機(jī)速度的輸入模擬信號的采集與轉(zhuǎn)換。程序流程圖如圖16所示。啟動指定通道延時轉(zhuǎn)換結(jié)束返回轉(zhuǎn)換結(jié)果否是圖16A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖5PWM輸出程序PWM控制脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，即通過一系列脈沖的寬度調(diào)制來等效地獲得所需的波形（含形狀和幅值），程序主要用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，他通過主程序的反饋算法計算出來，然后調(diào)整脈沖寬度來控制電機(jī)。程序流程圖如圖17所示。設(shè)置寄存器CCON0設(shè)置PWM模式寄存器CMOD0X00，及PWM頻率為系統(tǒng)時鐘/12設(shè)置允許PCA計數(shù)器計數(shù)標(biāo)志位CR設(shè)置寄存器PCA_PWM00X00CCAPM00X42設(shè)置寄存器CCAP0H，CCAP0L，調(diào)節(jié)脈沖寬度圖17PWM輸出程序流程圖6定時器0中斷服務(wù)程序定時器0中斷程序主要用于1秒定時、轉(zhuǎn)速的計算、A/D值采集以及上位機(jī)顯示刷新。程序流程圖如圖18所示。入口計算轉(zhuǎn)速，讀取A/D，顯示刷新1秒計時標(biāo)志返回否是計時賦初值圖18定時器0中斷服務(wù)程序流程圖四、系統(tǒng)調(diào)試及性能分析1系統(tǒng)硬件調(diào)試11如圖19為系統(tǒng)測速電路的采樣波形圖19經(jīng)整形后的速度脈沖波形12串口收發(fā)數(shù)據(jù)調(diào)試串口電路是連接PC機(jī)與通信模塊的橋梁，可借助串口調(diào)試助手對所設(shè)計的串口通信電路和通信模塊進(jìn)行測試。如圖51所示，通過串口調(diào)試助手，向端口分別發(fā)送數(shù)據(jù)0X01、0X02、0X03、0X04、0X05數(shù)據(jù)經(jīng)串口電路被單片機(jī)接收，將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲判斷，決定是開啟顯示和電機(jī)還是正反轉(zhuǎn)或是停止，同時將所出狀態(tài)及電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)送回來，在串口調(diào)試助手的接收窗口上可以看到接收到的數(shù)據(jù)。串口調(diào)試如圖20所示。圖20電機(jī)轉(zhuǎn)速及對應(yīng)的電壓顯示數(shù)據(jù)13實物展示圖22系統(tǒng)實物圖2系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)處理21利用MATLAB對電機(jī)兩端電壓和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合實型電壓數(shù)據(jù)VOTLAGE_V15161718192212223242526272829331323334134936137138394414214344451464748495整型電壓數(shù)據(jù)VOTLAGE_D77,82,87,92,97,102,108,113,118,123,128,133,138,143,148,153,159,164,169,175,179,185,190,195,200,205,210,216,220,225,231,236,241,246,251,255測得速度數(shù)據(jù)SPEED12,17,22,27,33,42,45,48,53,58,62,65,69,73,76,80,83,87,89,93,96,99,101,103,106,109,111,113,116,119,122,125,128,133,140,144MATLAB擬合命令PPOLYFITVOTLAGE_V,SPEED,1SPEED_POLY1P1VOTLAGE_VP2QPOLYFITVOTLAGE_D,SPEED,1SPEED_POLY2Q1VOTLAGE_DQ2FIGURE1PLOTVOTLAGE_V,SPEED,OR,VOTLAGE_V,SPEED_POLY1GRIDONTITLE電壓V轉(zhuǎn)速R/SFIGURE2PLOTVOTLAGE_D,SPEED,OR,VOTLAGE_D,SPEED_POLY2GRIDONTITLE電壓D轉(zhuǎn)速R/S擬合曲線如圖21所示圖21電壓速度曲線如圖21所示，電機(jī)電壓與轉(zhuǎn)速基本成正比關(guān)系，所以可以按最小二乘法進(jìn)行線性擬合，得到電壓與轉(zhuǎn)速關(guān)系式為（1）電壓為實型，轉(zhuǎn)速345178電壓V2891，其中（A345178，B2891）；（2）電壓為整型，轉(zhuǎn)速067373電壓D288715，其中（A067373B288715）；上面兩個關(guān)系式將作為電機(jī)控制的基本數(shù)學(xué)模型，有軟件算法實現(xiàn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速對輸入電壓的跟蹤。22不同轉(zhuǎn)速設(shè)定值下電機(jī)對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)速及誤差如表1輸入轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)速絕對誤差輸入轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)速絕對誤差12131768041719280782221938381227252878923333089934424029397445423969424849199990535521011021585911031041626201061051656321091123697121111110737631131121116119312512501191172128130212212641331312表1電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差表23電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速誤差曲線圖23電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速相對電壓絕對誤差曲線圖24電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速相對電壓的相對誤差曲線24系統(tǒng)性能分析對上面圖23、圖24兩個誤差曲線分析可以得出以下結(jié)論，一方面，當(dāng)電機(jī)兩端的電壓在15V48V范圍了變化時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍在12R/S134R/S（即720R/MINT8040R/MINT）之間變化，當(dāng)電機(jī)兩端的電壓在15V以下時，電機(jī)無法驅(qū)動，為電機(jī)的死區(qū)電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)速變化基本符合實際情況。另一方面，由于本系統(tǒng)自身設(shè)計本省存在著多種缺陷，所以測式結(jié)果產(chǎn)生了一定的誤差，電機(jī)轉(zhuǎn)速的絕對誤差基本在6V以下，其相對誤差根據(jù)兩端電壓范圍的不同呈現(xiàn)不同的趨勢，當(dāng)電壓在15V18V左右，即電機(jī)轉(zhuǎn)速50R/S時，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的相對誤差16，當(dāng)電機(jī)兩端電壓在18V48V左右，即電機(jī)轉(zhuǎn)速60R/S時，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的相對誤差8。所以系統(tǒng)綜合性能基本能滿足設(shè)計要求。五、設(shè)計心得課程設(shè)計是培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對我們實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。本次的課程設(shè)計是基于運用所學(xué)單片機(jī)技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動技術(shù)等方面的知識，設(shè)計電機(jī)調(diào)速與控制系統(tǒng)，很好的結(jié)合了當(dāng)今工業(yè)直流電機(jī)方面的實際應(yīng)用，相對于前幾學(xué)期的課程設(shè)計，這次的題目綜合性更高、設(shè)計難度更大、實用性更強，是對我們所學(xué)專業(yè)知識如單片機(jī)原理及接口技術(shù)、傳感器與檢測、C語言程序設(shè)計、直流電機(jī)驅(qū)動原理等課程知識的綜合檢驗與應(yīng)用，很好的鍛煉了我們從單一模塊到系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試能力的轉(zhuǎn)變與提高，同時也讓增強了我們直流電機(jī)控制原理與應(yīng)用有了更深的認(rèn)識和體會。回顧起此次課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，從選題到定稿，從理論到實踐，我們小組都付出了很多努力，也收獲了很多，在此次設(shè)計中不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計也使我懂得了理論與實際相結(jié)合的重要性，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能做出實際的有用的東西，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。通過這次課程設(shè)計還鍛煉了我們的團(tuán)隊合作精神，只有大家在分工明確的基礎(chǔ)上齊心協(xié)力，才能使團(tuán)隊獲得成就。在這次設(shè)計的過程中我們也遇到了很多困難，尤其是我們小組有兩個人都要考研，時間特別緊迫，還有就是這次在電機(jī)的控制其設(shè)計和測速模塊的設(shè)計上都遇到了很大的問題，但是我們在老師的指導(dǎo)下，我們小組積極討論，分工合作，合理安排時間，通過查閱資料學(xué)習(xí)相關(guān)的知識，逐步突破了每一個技術(shù)難關(guān)，最后比較好的獨立的完成了這次設(shè)計。通過這次課程設(shè)計，我更發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，而且缺少自主分析問題的能力，碰到問題后有一種和逃避依賴心理。也讓我明白做電子類設(shè)計每一步都要細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)，不能馬虎。六、參考文獻(xiàn)1李朝青編單片機(jī)原理及接口技術(shù)簡明修訂版北京航空航天大學(xué)出版社，19982胡向東編傳感技術(shù)重慶大學(xué)出版社，2006年第1版。3譚浩強C語言程序設(shè)計北京清華大學(xué)出版社，2002。8后閑哲也編單片機(jī)C程序設(shè)計與實踐叢書北京航空航天大學(xué)出版社2008。七、附錄程序INCLUDEINCLUDEINCLUDE“STC_NEW_8051H“TYPEDEFUNSIGNEDCHARINT8UTYPEDEFUNSIGNEDINTINT16UTYPEDEFUNSIGNEDINTINT8/以下選擇ADC轉(zhuǎn)換速率，只能選擇其中一種/SPEED1SPEED0A/D轉(zhuǎn)換所需時間DEFINEAD_SPEED0X60/0110,00001170個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次,/CPU工作頻率21MHZ時A/D轉(zhuǎn)換速度約300KHZ/DEFINEAD_SPEED0X40/0100,000010140個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次/DEFINEAD_SPEED0X20/0010,000001280個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次/DEFINEAD_SPEED0X00/0000,000000420個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次/DEFINEUCHARUNSIGNEDCHAR/DEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEP2M00X00DEFINEP2M10X00DEFINEP0M00X00DEFINEP0M10X00SBITCAIJIP22SBITLED0P20SBITLED1P21INT8FLAG_UART0,FLAG_ON0,FLAG_X0,FLAG_XIANSHI0,FLAG_AD0,N10INT8AD_VALL0,AD_VAL0，MOTO_SPEED0,SHUDU0,SHISU0INT8UREC,CONT0,CONT20/串口、計數(shù)器變量FLOATAD_FL,A10,A20,B10,B20INT8UGET_AD_RESULTINT8UCHANNEL/AD轉(zhuǎn)換函數(shù)聲明VOIDDELAY0INT8UDELAY_TIME/延時函數(shù)聲明VOIDDELAYCHARXMS；VOIDDELAY0INT8UDELAY_TIME；/延時函數(shù)VOIDTIMER_INIT/定時器計數(shù)器初始化函數(shù)TMOD0X21TH06553650000/256TL06553650000256TH10XFDTL10XFDTR11ET01SM00SM11REN1EA1ES1VOIDAD_INIT/單片機(jī)AD初始化函數(shù)P1ASF0X01/1111,1111,將P1置成模ADAUXR1/0000,0100,令A(yù)DRJ0ADC_CONTR|0X80/1000,0000打開A/D轉(zhuǎn)換電源VOIDPWM_INIT/單片機(jī)PWM相關(guān)寄存器初始化函數(shù)CCON0CL0CH0CMOD0X00PCA_PWM00X00CCAPM00X42EPCNL1,CCAPNLFFH時PWM固定輸出低/PCA_PWM10X00CCAPM10X42CR1VOIDPWMINT8AINT8XXXX256ACCAP0HCCAP0L0XX/P13CCAP1HCCAP1L256XX5/P14INT8CESHU/速度脈沖檢測函數(shù)IFCAIJI0N11IFCAIJI1N10RETURNSHUDUVOIDUARTINT8A,INT8B,FLOATC/串口函數(shù)IFFLAG_UART1/串口顯示標(biāo)志判斷FLAG_UART0ES0TI1SWITCHFLAG_ON/顯示模式及電機(jī)狀態(tài)控制命令判斷CASE0PUTS“TURNONN“LED00LED11TR01_NOP_NOP_NOP_NOP_BREAKCASE1