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1、基于嵌入式单片机的电机控制系统设计 摘 要：随着信息技术的发展，越来越多的单片机被应用于各种控制系统的电路中。通过使用单片机，并自行设计其中的软硬件系统，提高了系统的稳定性并简化电路的设计。通过参数调整可以适用于不同的电机，提高了系统的推广潜力。本文通过对系统的设计和实际测试进行分析，找出系统的优缺点，为该系统的扩展提供建议和思路。 关键词：嵌入式系统；单片机；电机控制 中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 06-0000-01 电机作为一种工业领域应用最广泛的机电设备，传统的模拟器件控制方式由于结构简单所以具有很大的成本优势，但是在稳定性和系统升级
2、方面没有保障。随着信息技术的发展，简单可靠的单片机嵌入式技术为电机控制带来了新的方向，提高了电机的控制性。在嵌入式控制系统的设计上硬件和软件两个部分，不同的软硬件平台有各自不同的优势1。 一、硬件的选择 （一）MCU的选择 通过选择功能强大、运算能力强的MCU可以提高系统的控制性能。很多平台习惯采用microchip公司的dsPIC20F芯片，这是一款集成DSP技术的16位控制器，但是笔者针对目前芯片的发展趋势以及将来的升级能力的考虑，选用Motorola公司的32位芯片M.CORE，M.CORE不仅在运算性能上远远强于dsPIC20F，同时在软件开发环境以及抗干扰性能方面也十分强大。 通过采
3、用M.CORE可以降低外设的投入和软件开发的难度，可以通过修改参数实现移植，在二次开发上可以减少很大工作量2。 （二）硬件电路设计 1.电路工作原理。本控制电路采用的是闭环控制原理，由相应的传感器检测电机转子的位置，交由CPU控制进行计算，得出转子位置，然后将转子位置信息传入驱动电路，进行对应的旋转控制。在出现速度偏差时通过脉冲信号传递给CPU计算并发出信号进行控制（原理图如下：图1）。 2.转子位置计算电路。采用霍尔位置传感器检测转子位置。工作原理：霍尔传感器由固定在电机座上的静止部分、固定在电机转轴上的转动部分以及一个同样固定在电机转轴上的遮光片组成。通过三个部分的输出信号可以确定转子位置
4、3。 3.驱动模块。驱动模块包括控制器、功率变换电路和电动机三个部分。通过数字驱动芯片的完成对电机的驱动作用。通过MCU发出指令传入信号器，在信号器内进行频率变化，实现电机速度的控制。 二、软件平台的设计 在软件平台的设计上选择UCOS为开发平台。 （一）软件控制功能 UCOS在多任务实时处理方面具有很大优势，非常适合电机的控制系统，结合工作需求的分析，将应用软件的功能分为以下几个方面： 1.基本功能。本平台的基本功能是测量、数据处理和驱动输出。优先级别最高的是测量任务，其次就是数据处理任务，最后是驱动输出。 2.电机保护任务。此任务是对电机运行故障进行报警，并停止电机运行，所以此任务在优先级
5、设置上仅次于测量任务。 3.人机交互功能。这类任务是为了方便观察电机的转速以及温度，在输出优先级中尚属最低，就不用说整体优先级了，所以这个功能的优先级是最低的。 在基于UCOS操作系统进行工作的时候，必须先初始化CPU，然后是操作系统，最后才是对任务控制模块进行初始化，在这之后就是对数据的读取和处理。 （二）软件控制程序 在整个软件程序的设计中，控制程序的设计是尤为关键的。控制程序就是除主程序之外的中断服务程序。主程序负责各种数据的采集、记录和输出，而中断子程序则负责中断当前服务调用其他功能。 在程序运行过程中，主程序完成所有功能之后，中断子程序负责中断部分服务，并把数据输出到LCD显示器上，
6、任务完成后再把主控权交给主程序。如果发现电机发生故障，则中断子程序再次接管系统，中断电机运行，并输出故障信号。在故障结束或修复后重启系统，再进入最开始情况继续运行。当系统检测到运行环境发生变化时都会交由中断子程序进行中断，并在做出判断后继续运行。 三、系统测试 通过搭建模拟测试平台，验证了本平台对于电机的控制作用。经长时间运行，电机变速过程平稳，未出现较大抖动，恒速运转十分稳定，效果较好。后期进行故障测试的时候，结果显示中断子程序能够很好的完成中断运行，并发出报警声音及报警信号，从而保障电机的安全运行。 四、结束语 本文通过M.CORE的应用与分析，针对电机控制系统进行设计，得到了一个非常优秀的电机控制平台，无论是硬件还是软件的设计，其适应性、灵活性、稳定性都比较好。并且在日后的升级维护中，有很大的升级空间。在平台的推广方面，只需要很少的软件参数改动就可以完美的实现控制平台的移植，可以很好的节省二次开发的成本。 参考文献： 1张国栋.基于嵌入式单片机的步进电机控制系统设计J.电脑知识与技术，2011（24）. 2刘大维.基于嵌入式单片机的智能车控制系统研究D.华南理工大学，2013. 3武书扬.基于嵌入式单片机的底盘测功机控制系统的研究D.吉林大学，2013. 作者简介陈国锦（1983-），男，广西人，工程师，研究方向：商用空调产品研发。