单片机在电机控制中的应用分析
2022-06-09
0前言
在电气化日益发达的今天，电机一直在现代化的生产生活中发挥着至关重要的作用。无论是在工业生产、交通运输还是在生产控制、工业设计等领域都有着广泛的应用。单片机实现电机控制是随着自动化技术的发展和研究的深入，微处理器技术和生产工艺流程的改进，单片机在成本、性能、效率等方面有着工业控制计算机和可编程控制器无法超载的性能。目前，国内在这方面的运用还很有限，但单片机实现对电机的控制是一个发展趋势，如何才能发挥好单片机在电机控制中的应用，是本文探讨的重点。
1单片机对电动机控制所起的作用
一般来讲，单片机对电动机的控制主要有两种，即简单控制和复杂控制，简单控制是对电动机实现启动制动、正反转控制以及顺序控制，这种控制可以通过单片机可编程控制器以及相对应的开关元器件来实现。复杂控制是实现对转速、转角、转矩、电压、电流等物理量的控制等。
单片机集成微处理器和控制单元实现对逻辑模块更快速、精确度更高的复杂控制。如果想调换控制规律，不必改变系统的硬件电路，只需修改程序即可。单片机凭借着强大的功能运算，方便的可编程控制环境，实现特定的逻辑判断、定时、计数和逻辑运算等。随着生产工艺的改进和技术的发展，很多单片机为了提升性能，增加了比较、捕捉和转换等功能，并增添了看门狗、串行总线接口等元器件，使新一代单片机功能更强大，运算速度更快，加上一些优化的数字控制、数字滤波等算法，单片机通过流水线技术便可实现对指令的执行和控制。
2单片机对电机控制的要求及技术指标
电力拖动是以电动机为动力使生产机械运行以完成一定的生产任务的拖动方式。这是实现单片机对电机控制的最重要环节。一般情况下，电力拖动系统有四个组成部分：电动机、工作机构、电源及控制设备，电机控制的任务是使电动机的运动满足生产机械的要求。电机控制需要传动系统稳定运行的条件。实际上，电机控制的稳定运行需要电动机的机械特性、工作机械的机械特性、电气传动的稳定运行条件等方面因素的影响和制约。
生产机械对电动机控制有着特殊的要求。
1）调速。人为地改变电动机的机械特性（此时电动机的机械特性叫人工机械特性），使其与生产机械的机械特性相交于不同的点，从而使拖动系统得到不同的恒定运行转速。
2）稳速。通过控制系统的作用，使拖动系统的恒定转速不受外来干扰的影响。
3）加速与减速。不同的生产机械对电动机转速的过渡过程有不同的要求。例如，对频繁起动、制动的生产机械，要求尽量缩短电动机的起动、制动时间；对于不宜经受剧烈速度变化的生产机械，则要求电动机的起动、制动越平稳越好；对于单片机电机控制，电动机的起动、制动特性需要满足特定的生产需求。
3单片机在电机控制中的应用分析
3.1单片机控制电机系统的硬件电路分析
单片机在工业生产中有着广泛深入的应用。在单片机控制电机系统中步进电机又是重要的组成部分。通过步进电机可以实现电路的良好控制，基于步进电机在生产控制中的精确性和实用性，通过控制系统功能开发要求，设计基于单片机的步进电机开环控制系统。控制系统通过单片机ROM及RAM、输入输出设备、显示器、步进电机环形分频器、复位电路、高低电平等实现对电机系统的综合控制，进而通过特定的功能设置进行电机正反转、急停等。为了实现对系统的正常运转，在硬件电路中设置中断电路、复位电路等实现对整个系统的综合控制。
在电源设计方面，利用LM7812和LM7805芯片得到12V和5V的电压；在按键设计方面，主要是通过用单片机的P0口来实现对信息控制的输入，将按键开关和P0连接起来，通过高低电平控制单片机执行相应的操作。考虑到系统的稳定性和可靠性，本系统选用ULN2004芯片作为步进电机的驱动设计。在单片机控制电机的过程中，可以通过高低电平来判断电机运转是否正常。如果电机正常运转，可以设置状态指标灯为发光状态，否则指标灯为熄灭状态。时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高CPU的速度，本次设计采用的晶振为12MHz。
在电气化日益发达的今天，电机一直在现代化的生产生活中发挥着至关重要的作用。无论是在工业生产、交通运输还是在生产控制、工业设计等领域都有着广泛的应用。单片机实现电机控制是随着自动化技术的发展和研究的深入，微处理器技术和生产工艺流程的改进，单片机在成本、性能、效率等方面有着工业控制计算机和可编程控制器无法超载的性能。目前，国内在这方面的运用还很有限，但单片机实现对电机的控制是一个发展趋势，如何才能发挥好单片机在电机控制中的应用，是本文探讨的重点。
1单片机对电动机控制所起的作用
一般来讲，单片机对电动机的控制主要有两种，即简单控制和复杂控制，简单控制是对电动机实现启动制动、正反转控制以及顺序控制，这种控制可以通过单片机可编程控制器以及相对应的开关元器件来实现。复杂控制是实现对转速、转角、转矩、电压、电流等物理量的控制等。
单片机集成微处理器和控制单元实现对逻辑模块更快速、精确度更高的复杂控制。如果想调换控制规律，不必改变系统的硬件电路，只需修改程序即可。单片机凭借着强大的功能运算，方便的可编程控制环境，实现特定的逻辑判断、定时、计数和逻辑运算等。随着生产工艺的改进和技术的发展，很多单片机为了提升性能，增加了比较、捕捉和转换等功能，并增添了看门狗、串行总线接口等元器件，使新一代单片机功能更强大，运算速度更快，加上一些优化的数字控制、数字滤波等算法，单片机通过流水线技术便可实现对指令的执行和控制。
2单片机对电机控制的要求及技术指标
电力拖动是以电动机为动力使生产机械运行以完成一定的生产任务的拖动方式。这是实现单片机对电机控制的最重要环节。一般情况下，电力拖动系统有四个组成部分：电动机、工作机构、电源及控制设备，电机控制的任务是使电动机的运动满足生产机械的要求。电机控制需要传动系统稳定运行的条件。实际上，电机控制的稳定运行需要电动机的机械特性、工作机械的机械特性、电气传动的稳定运行条件等方面因素的影响和制约。
生产机械对电动机控制有着特殊的要求。
1）调速。人为地改变电动机的机械特性（此时电动机的机械特性叫人工机械特性），使其与生产机械的机械特性相交于不同的点，从而使拖动系统得到不同的恒定运行转速。
2）稳速。通过控制系统的作用，使拖动系统的恒定转速不受外来干扰的影响。
3）加速与减速。不同的生产机械对电动机转速的过渡过程有不同的要求。例如，对频繁起动、制动的生产机械，要求尽量缩短电动机的起动、制动时间；对于不宜经受剧烈速度变化的生产机械，则要求电动机的起动、制动越平稳越好；对于单片机电机控制，电动机的起动、制动特性需要满足特定的生产需求。
3单片机在电机控制中的应用分析
3.1单片机控制电机系统的硬件电路分析
单片机在工业生产中有着广泛深入的应用。在单片机控制电机系统中步进电机又是重要的组成部分。通过步进电机可以实现电路的良好控制，基于步进电机在生产控制中的精确性和实用性，通过控制系统功能开发要求，设计基于单片机的步进电机开环控制系统。控制系统通过单片机ROM及RAM、输入输出设备、显示器、步进电机环形分频器、复位电路、高低电平等实现对电机系统的综合控制，进而通过特定的功能设置进行电机正反转、急停等。为了实现对系统的正常运转，在硬件电路中设置中断电路、复位电路等实现对整个系统的综合控制。
在电源设计方面，利用LM7812和LM7805芯片得到12V和5V的电压；在按键设计方面，主要是通过用单片机的P0口来实现对信息控制的输入，将按键开关和P0连接起来，通过高低电平控制单片机执行相应的操作。考虑到系统的稳定性和可靠性，本系统选用ULN2004芯片作为步进电机的驱动设计。在单片机控制电机的过程中，可以通过高低电平来判断电机运转是否正常。如果电机正常运转，可以设置状态指标灯为发光状态，否则指标灯为熄灭状态。时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高CPU的速度，本次设计采用的晶振为12MHz。