1、 河南大學(xué)物理與電子學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程電機(jī)控制河南大學(xué)物理與電子學(xué)院電子技術(shù)開放實(shí)驗(yàn)室一、設(shè)計(jì)項(xiàng)目簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89C52和橋式電路控制的直流電機(jī)脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。利用AT89C52芯片進(jìn)行低成本直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強(qiáng)系統(tǒng)性能、滿足更多應(yīng)用場(chǎng)合的需要。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制。二、電機(jī)種類1.步進(jìn)電機(jī)的工作原理該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。下圖是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開始時(shí)，

2、開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。2.直流電機(jī)本次課程設(shè)計(jì)為了成本考慮，使用直流電機(jī)，上圖電機(jī)就一二元錢，1.5-3V就轉(zhuǎn)得很好。如果嫌轉(zhuǎn)速快，可買直流減速電機(jī)，就是直流電機(jī)加減速

3、齒輪組成的。三、電路模塊1.電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。H橋驅(qū)動(dòng)電路 要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如下圖所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向）。橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)上圖所示為另一對(duì)三極管Q2和

4、Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向）。H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)下圖為分立元件的H橋驅(qū)動(dòng)電路：下圖為H橋驅(qū)動(dòng)仿真電路： 現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路，接上電源、電機(jī)和控制信號(hào)就可以使用了，在額定的電壓和電流內(nèi)使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN等。老師評(píng)：PWM程序網(wǎng)上很好找到，在這里不再列出，如果沒有向老師要吧。2.電機(jī)變速模塊脈寬調(diào)速利用一個(gè)固定的頻率來控制電源的接通或斷開,并通過改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短,即改變直流電機(jī)

5、電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小,從而控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,因此,PWM（脈寬調(diào)制）又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。根據(jù)下圖,如果電機(jī)始終接通電源時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax,占空比為D=t1/T,則電機(jī)的平均速度為:VD=VmaxD,可見只要改變占空比D,就可以得到不同的電機(jī)速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的,嚴(yán)格地講,平均速度與占空比D并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系,在一般的應(yīng)用中,可將其近似看成線性關(guān)系。電樞電壓占空比和平均電壓的關(guān)系圖 脈沖頻率對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶負(fù)載能力差脈沖頻率低則反之。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在40Hz以上，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，但加負(fù)載后，速度下降明顯，低速時(shí)甚至?xí)?/p>

6、停轉(zhuǎn)；脈沖頻率在10Hz以下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)有明顯跳動(dòng)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)證明，脈沖頻率在15Hz-30Hz時(shí)效果最佳。而具體采用的頻率可根據(jù)個(gè)別電動(dòng)機(jī)性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過N1輸入信號(hào)，N2輸入低電平與N1輸入低電平，N2輸入信號(hào)分別實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)功能。系統(tǒng)框圖手機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)，把控制信號(hào)傳到IP地址的電腦，電腦通過串口把信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)控制窗簾電機(jī)。本文下面照片的實(shí)際過程是從上到下從左到右，依次有電腦、串口線、單片機(jī)、電機(jī)、窗簾（用紙模擬）、手機(jī)都在照片中，無線路由沒有在照片里?；瑒?dòng)手機(jī)APP 上的窗簾，可控制電機(jī)將紙做的窗簾關(guān)閉，本APP程序由寫作本文的同學(xué)編寫。老師評(píng)：作為演示用可以，

7、還有電腦編程過程，有利于了解電腦在此系統(tǒng)中的工作原理，不過實(shí)用性不足，因?yàn)椴荒芤恢遍_著電腦控制窗簾或其他家電。我以前試驗(yàn)過濟(jì)南有人的串口服務(wù)模塊，就相當(dāng)于此處電腦的功能，但是當(dāng)時(shí)價(jià)格很高，有線的100元，無線的近200元，作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)不現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)在大降價(jià)了，寫本評(píng)論時(shí)有人降到50元，有其他公司的甚至只有十幾元，如esp8266等，不過本人沒有玩過此款，其他同學(xué)可以試著玩玩。電機(jī)項(xiàng)目可以做一些擴(kuò)展（部分被以前有的同學(xué)做過了）：1、加霍爾元件測(cè)速，在LCD1602上顯示速度，還可以控速2、加藍(lán)牙遙控，遙控正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)加速減速3、加紅外遙控，遙控正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)加速減速4、加測(cè)溫，由溫度控制啟動(dòng)停止，溫度高低控制轉(zhuǎn)速，或者正反轉(zhuǎn)。5、可以控制速度，并且速度值送電腦顯示，電腦可以設(shè)值要求的轉(zhuǎn)速直流電機(jī)用PWM控制，如果錢稍多花點(diǎn)，也可以買步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)不用PWM控制，根據(jù)各自的興趣吧。買直流電機(jī)的如果嫌轉(zhuǎn)速太快，可以買減速電機(jī)，也不貴。寫本評(píng)論