微机原理无刷DC风机调速及测速.doc
无刷直流电机调速系统的控制原理
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无刷电机调速
摘要本无刷直流电机驱动电路采用宏晶公司的8位单片机STC12C5A60S2作为控制核心，换向线路采用三相桥式电路，主电路功率器件选用6个N沟道功率场效应管，半桥驱动电路采用IR2104芯片，桥式电路工作方式为三相六拍的工作方式，PWM驱动信号的开关频率为20kHz，电机调速采用开环调速，带过流、过压保护电路。
可以实现无刷电机的正反转，加速和减速，具有堵住保护功能，且能将电机转速实时转速通过LCD显示。
通过实验，电机运行稳定。
关键词：无刷直流电机，场效应管，PWM，调速，堵转保护Design of no brush DC motor driver circuitAbstractThe brushless DC motor drive circuit adopts the macro crystal company 8 bit microcontroller STC12C5A60S2 as the control core, three-phase bridge circuit adopts a reversing circuit, the main circuit power device using 6 N channel power MOSFET, a half-bridge drive circuit using IR2104 chip, the three-phase bridge circuit works to three-phase six pat, PWM driver the switching frequency signal for 10kHz, motor speed control using open loop speed control, with over-current, over-voltage protection circuit. Can realize the brushless motor stepless speed regulation, and the real-time speed of the motor through the LCD display, man-machine interface is friendly. Applicable to motor speed.Key words: Brushless DC motor, FET, PWM, open loop control目录1 前言 (5)1.1 选题背景 (5)1.2 相关研究现状及前景 (5)1.3内容章节概述 (5)2 系统分析 (6)2.1 无刷直流电机概念 (6)2．2直流电动机的PWM调速原理 (8)2．3霍尔传感器 (9)2．4 无刷直流电机应用 (9)3 硬件设计 (10)3．1硬件系统框图 (10)3．2 控制方式 (10)3．3单片机选择 (11)3.4 电路供电电源的选择 (11)3．5 场效应管的驱动电路选择 (12)3．6输入设备的选择 (13)3．7显示模块选择 (13)3．8 电流检测电路 (13)3．9 电压检测电路 (15)4 程序设计 (17)4．1 程序编译环境 (17)4．2三路PWM的产生 (17)4．3换相控制 (18)4．4电流电压检测 (21)4．5程序流程图 (22)5 实验测试 (23)5．1 仿真 (23)5.1.2 Proteus波形图 (23)5．2实物图片 (24)5．3单片机输出PWM的测试 (24)5．3．1测试仪器 (24)5．3．2测试方法 (24)5．3．3测试结果 (25)5．4无刷电机控制电路的霍尔逻辑测试 (25)5．4．1测试仪器 (25)5．4．2测试方法 (25)5．4．3测试结果 (25)5．5无刷电机控制电路电机运转测试 (26)5．5．1测试仪器 (26)5．5．2测试方法 (26)5．5．3测试结果 (27)5．6测试结论 (27)致谢 (31)附录：部分程序代码 (32)1 前言1.1 选题背景近年来随着电子电力技术和永磁材料的迅速发展，永磁直流无刷电机在机电一体化产品中的应用越来越广泛。
任务5.7 直流电机调速和测速
任务5.7 直流电机的调速和测速5.7.1 任务介绍在自动化控制领域，许多场合需要用到电机。
电机的种类繁多，直流电机由于控制简单，调速性能好在电机拖动中得到广泛的应用。
本节的任务是：用按键作为开关控制电机启停和调节电机转速。
系统有3个按键：按下按键A，电机正转，再次按下按键A，电机停；按下按键B，电机反转，再次按下按键B，电机停；当电机处于正或反转时，按键C用来调整电机转速（给定不同占空比的PWM）,占空比分别为10%、20%和30%。
4位数码管显示，当电机停止时，数码管显示“- - - -”；当电机正转时，数码管显示“PXXX”；当电机反转时，数码管显示“LXXX”，其中“XXX”是电机的转速。
直流电机驱动板上的光电对管用来测量电机转速，测速使用测频法（1秒内电机轴转动圈数）。
5.7.2 知识准备1、直流电机模型直流电机电路模型如图5.7.1所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd。
当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。
根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的方向也将改变，因此通过改图5.7.1 直流电机电路模型图1.1 直流电机工作2、直流电机参数开发板上配置的直流电机属于有刷直流小电机，型号为R140，实用于电动玩具、家电等场合。
其具体参数如表5.7.1所示。
表5.7.1 R140电机参数根据R140电机的参数表得知，工作电压范围为3-6V,工作电流在50mA~150mA 。
我们给电机施加5V 的工作电压，电机驱动电路至少提供150mA 的电流。
3、直流电机换向原理在直流电机模型中提到改变电机线圈的电流方向，就可以改变电机的转动方向。
直流电机驱动电路中通常采用采用H 桥来改变电机的转向（如果不调速，也可以采用双刀双掷的继电器来改变电机的转向）。
H 桥是一个典型的直流电机控制电路，其电路简略示意图如图5.7.2所示，因为它的电路形状酷似字母H ，故得名与“H 桥”。
微机原理及应用课程设计说明书微型直流电机调速系统设计
微机原理及应用课程设计说明书设计题目：微型直流电机调速系统设计、系统功能要求分析1二、方案设计及其说明 (2)三、原理线路设计 (3)1．原理线路2．工作原理说明3．操作时序分析4．特点说明四、程序设计 (4)1．程序结构及流程2．程序算法分析3．关键程序段说明4．源程序清单五、....................................................... 系统调试及结论. (5)1．调试方法2．重点问题及解决方法3．运行结果及结论六、设计体会 (6)参考文献 (7)、系统功能要求分析此设计要求利用实验装置，设计一个直流电机控制系统的原理线路，编制应用程序，实现直流电机转速控制的功能，并且进一步可增加转速测量的功能。
系统功能具体要求及分析如下：(1)开始运行，电机停止：未按任何键之前，设定初值，使经DA0832转换后的电流为零，电机不转。
(2)按档调速功能：直流电机可有三个转速，分为一、二、三档，其中按下按键“一”电机在低速档运行；按下按键“二”电机在中速档运行；按下按键“三”电机在高速档运行。
(3)连续调速功能：按下“加速”键，编程控制DA0832输入数字量累加，直流电机可在原速基础上升速；按下“减速” 键，编程控制DA0832输入数字量自减，直流电机可相对原速减速。
(4)停止功能：设有停止键，控制电机的停止运行。
调节电位器改变DA0832 的基准电压，使得初值00H对应的输出电流为0,从而电机停止运行。
(5)改变转向功能：原理上，调节DAC0832勺基准电压，使得某一中间值对应转速为零，则在输入数字量大于此值时为正电压，电机正转；再输入数字量小于此值时为负电压，电极反转。
(6)测速功能：在一定时间内对霍尔元件产生的脉冲数计数，从而求得电机转速，并在数码管显示。
二、方案设计及其说明(一)硬件设计在硬件上，所用到的芯片主要有：CPU8086并行通信接口芯片8255A、可编程定时计数芯片8253、可编程中断控制器8259A以及键盘扫描显示芯片8279。
直流无刷电机调速原理
直流无刷电机调速原理直流无刷电机是一种新型的电动机，它具有高效率、低噪音、低振动、长寿命等优点，因此被广泛应用于各种电动设备中。
在实际应用中，直流无刷电机需要根据实际需求进行调速，以满足不同的工作要求。
本文将介绍直流无刷电机的调速原理及其实现方法。
一、直流无刷电机的基本原理直流无刷电机是一种基于电子换向技术的电动机，它的转子上没有传统的电刷和集电环，而是采用永磁体或电磁铁作为转子，靠电子器件对电机的转子进行换向控制。
直流无刷电机的转子和定子之间通过磁场相互作用产生电磁转矩，从而实现电机的转动。
直流无刷电机的工作原理可以分为两个阶段：电子换向和电磁转矩产生。
在电子换向阶段，电机控制器通过检测转子位置信号，控制电子器件对电机的相序进行调整，从而使得电机的磁场方向与转子位置相匹配，实现电子换向。
在电磁转矩产生阶段，电机的转子和定子之间产生的磁场相互作用产生电磁转矩，从而推动电机的转动。
二、直流无刷电机的调速原理直流无刷电机的调速原理主要是通过改变电机的电压和电流来改变电机的转速。
在实际应用中，直流无刷电机的调速方式主要有以下几种：1. 电压调速电压调速是最简单的调速方式，它通过改变电机的电压来改变电机的转速。
当电机的电压降低时，电机的转速也会降低。
因此，通过控制电机的电压，可以实现电机的调速。
电压调速的缺点是效率低，因为电机的功率不变，但电压下降会导致电机的电流增加，从而产生大量的损耗。
2. 电流调速电流调速是通过改变电机的电流来改变电机的转速。
当电机的电流增加时，电机的转速也会增加。
因此，通过控制电机的电流，可以实现电机的调速。
电流调速的优点是效率高，因为电机的功率不变，但电流增加不会产生大量的损耗。
但是，电流调速需要较为复杂的电路控制，因此成本较高。
3. PWM调速PWM调速是一种基于脉冲宽度调制技术的调速方式，它通过改变电机的脉冲宽度来改变电机的平均电压和电流，从而实现电机的调速。
当脉冲宽度增加时，电机的平均电压和电流也会增加，从而实现电机的加速。
无刷直流电机调速控制原理
电子技校电子报/2004年/04月/18日/第013版/无刷直流电机调速控制原理天津潘旗 电动助力车大都使用轮毂电机,即把电机做成轮毂的样子,直接驱动后轮,从而降低成本,且可提高其电能与机械能的转换效率。
现在的电动助力车,一般都采用如下三种电机:高效低速稀土永磁直流无刷电机、高效低速永磁直流有刷电机、高效高速稀土永磁直流有刷电机。
直流电机在转动过程中,绕组中的电流要不断地改变方向,以使转子向一个方向转动。
其中,有刷电机是采用电刷与换相器通过机械接触的方式进行换相的;而无刷电机则是通过霍尔传感器检测出绕组实时运转位置的信号,再通过微处理器或专用芯片对采集的信号进行处理,并实时控制相应的驱动电路对电机绕组进行控制。
由于无刷电机的换相是通过传感器及相关电路进行的,所以这种电机没有电刷与换相器的机械接触与磨损,不需要经常换电刷等易损器件,从而可有效提高电机的使用寿命,减少维修费用。
同时,由于无刷电机没有电刷与换相器之间的摩擦,所以在换相期间没有电火花产生,。
但是,由于无刷电机的电流换相需要专门的电路进行控制,所以整个控制电路将会比较复杂。
通常,电动助力车的无刷电机与车的后轮主轴为一体,其定子安装在主轴上,电机的外壳作为转子,通过钢丝与后轮钢圈连接。
电动助力车的无刷电机三个绕组按三角形方式连接,当给电机加直流电时,其三个绕组中的电流流向变化有三种(如图1所示):1.设第一拍C端悬空,则I C=0,电流从B端流向A端,可得知I B=I A,但极性相反,另有I1=I2。
2.第二拍时A端悬空,电流从C端流向B端。
3.第三拍工作时B端悬空,电流从A端流向C端。
第二拍与第三拍的分析与第一拍类似。
假设按上述顺序对电机进行电流运行方向控制,每经过三个节拍的电流方向就会转换,由于绕组产生的磁场在定子中旋转了一圈(360°),故称为一个循环周期。
由于转子的结构设计所决定:每6个循环周期(18拍),转子旋转一圈,即车轮转动一周。
无刷直流电机调速系统控制策略
无刷直流电机调速系统控制策略无刷直流电机工作原理无刷直流电动机由定子绕组、永磁转子、逆变器、转子磁极位置检测器等组成。
其转子采用永久磁铁，进行特殊的磁路设计，可获得梯形波的气隙磁场。
定子采用整距集中绕组，通过功率控制器控制各项绕组的通断状态以供给电机方波电流。
驱动电路逆变器图中V1－V6为六个MOSFET功率管，起绕组开关作用，通过控制电路中开关的通断来控制电流的流向。
上桥臂的三个开关管V1、V13、V5是P沟道功率MOSFET，栅极电位低电平时导通；下桥臂三个开关管V2、V4、V6是N沟道功率MOSFET，栅极电位高电平时导通。
这些开关管的通断通过位置检测电路获得的转子位置信号，由内部逻辑来控制。
DC 24V图1.直流无刷电机驱动电路逆变电路开关管的导通方式对于如图1所示逆变电路开关管的通断，其控制方式有两种：二二导通和三三到导通方式。
所谓三三导通方式，是指在任何一个瞬间有三个开关管同时导通，各开关管的导通顺序为：V1V2V3--V2V3V4--V3V4V5--V4V5V6--V5V6V1--V6V1V2，如此循环。
可见，在每个周期的六个状态当中，每个开关管连续有三个状态是导通的，也就是说，每个开关管导通180o电角度。
所谓二二导通方式，是指在任何一个瞬间有二个开关管同时导通，各开关管的导通顺序为：V1V2--V2V3—V3V4—V4V5—V5V6—V6V1，如此循环。
可见，在每个周期的六个状态当中，每个开关管连续有两个状态是导通的，也就是说，每个开关管导通1200电角度。
可见，在三三导通方式下，每对上下连接的开关管导通无时间间隔，这样的话，如果有一个管子的关断稍微延迟，就会发生短路，电源和开关管都有可能烧坏：而在二二导通的方式下，每对上下相连的开关管的导通有60o电角度间隔，在这60o电角度中，上下两个开关管都不导通，这样就不可能发生短路现象。
另外，二二导通三相六状态工作方式恰好可以跟永磁转子的方波气隙磁场对应，产生最大磁力，转矩平稳性好。
微机原理 无刷直流风扇调速与测速
████工学院微机原理(3级)项目报告项目名称：微机原理课程设计项目题目：无刷直流风扇调速与测速指导教师：███系别：机电系专业：机械设计制造及其自动化组员信息学号：姓名：王██组员信息学号：姓名：郭██完成时间： 2014 年 12 月 01 日至 2016 年 1 月 3 日成绩：评阅人：目录一、学习目标 (1)二、项目要求 (1)三、转速测量和调节系统的硬件构成 (1)四、程序流程图并说明方案思路 (3)五、风扇转速与占空比之间的关系表格和曲线 (4)六、设计程序 (5)七、分析设计过程出现的问题 (12)八、方案总结 (13)一、学习目标本次系统作业的目的在于：①通过脉冲宽度调节实现无刷直流风扇转速的改变；②借助风扇转动时产生的脉冲信号，测量风扇的转速并显示；③比较每组风扇从某一转速(600r/min)到另一转速(2000r/min)稳定运转的所需要的时间。
通过比较试验结果的估算结果并讨论结果差异的主要原因，让学生展示对无刷直流风扇数学模型建立和调节方法局限性有深入理解。
二、项目要求检查项目要求转速显示风扇转速能够显示在LED上，转速单位是r/min，刷新周期为1秒钟左右风扇转速可调风扇转速可以改变，根据要求转速在700-1400r/min风扇转速与显示通过简单方法给风扇加负载，随着转速的下降应该看到转速变化的显示转速指令输入环节通过串口或键盘输入给定转速给定某一转速，1200-1500之间，看显示转速的稳定性转速调节功能在稳定转动条件下1500r/min，在30cm处加载一个外加一个风扇，对照加载前后的稳态转速回答问题随机提出有关转速测量、PWM输出和转速控制方面的问题，要有针对性，检查设计过程中的付出。
三、系统硬件构成风扇电路： 接线：黄线接Vcc ，黑线接地，绿线接P3^2，蓝线接P2^5。
输出：OC 输出，如下图四、画程序流程图并说明方案思路开始初始化中断产生PWM 波显示转速和占空比查询是否需要反馈调整查询是否收到串口数据查询风扇转速是否更新查询有无按键操作调整占空比更新目标转速刷新数码管缓存数据计算需要的占空比Y YYYNNNN程序主要用查询法判断需要执行的操作，并且利用中断处理函数来产生各种对应的标志位来通知主循环，在主循环中进行要求的运算。
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微机原理无刷DC风机调速及测速
理工学院微机原理(三级)项目报告名称:微机原理课程设计项目名称:
无刷DC风扇速度调节和速度测量讲师；
█ █部门:
机电专业:
机械设计、制造和自动化团队成员的信息科学数量；
姓氏:
王█ █团队成员信息编号:
姓氏:
郭█ █完成时间:
结果从XXXX 12月1日到XXXX 1月3日:
审阅者:
目录
一、学习目标 (1)
第二，该项目要求 (1)
第三，速度测量和调节系统的硬件构成 (1)
四、程序流程图和解释思路 (3)
五、风机转速与占空比的关系表及曲线 (4)
六、设计过程 (5)
七、设计问题分析 (12)
八.计划摘要 (13)
一、学习目标本系统作业的目的是:
(1)通过脉宽调节改变无刷直流风扇的转速；
(2)通过风扇旋转时产生的脉冲信号测量并显示风扇的转速；
(3)将每个风扇组从某一转速(600转/分)到另一转速(XXXX 12月1日至XXXX 1月3日)的结果进行比较:
审阅者:
目录
一、学习目标 (1)
第二，该项目要求 (1)
第三，速度测量和调节系统的硬件构成 (1)
四、程序流程图和解释思路 (3)
五、风机转速与占空比的关系表及曲线 (4)
六、设计过程 (5)
七、设计问题分析 (12)
八.计划摘要 (13)
一、学习目标本系统作业的目的是:
(1)通过脉宽调节改变无刷直流风扇的转速；
(2)通过风扇旋转时产生的脉冲信号测量并显示风扇的转速；
(3)比较每组风扇从某一速度(600转/分)稳定运行到另一速度(2000转/分)所需的时间。
通过比较测试结果的估计结果并讨论产生差异的主要原因，学生
可以展示他们对无刷直流风扇数学模型建立和调整方法的局限性的深入理解。
二.项目要求检查项目要求速度显示风扇速度可在发光二极管上显示，速度单位为r/min，刷新周期约为1秒，风扇速度可调节，风扇速度可在700时改变:根据要求接线:
黄线连接到Vcc，黑线接地，绿线连接到P3 ，蓝线连接到P2 .
输出:
输出，如下图所示
Iv .画一个程序流程图并解释程序思想。
启动初始化中断，生成脉宽调制波，显示速度和占空比，查询是否需要反馈调整，查询是否接收到串口数据，查询-省略部分-发送一个字节----*/void send(无符号字符d) //发送一个字节的数据，形式参数d是要发送的数据。
{ SBUF=d；//将数据写入串行缓冲发送=1；//发送时设置发送标志；//等待发送完成}/*-发送字符串-*/空隙发送(无符号字符* PD){ while((*)PD)！='\0') //发送字符串直到遇到0 {发送(* PD)；//发送字符PD；//移动到下一个字符}} void sendc _ num(无符号字符* PD){无符号字符t；对于(t=0；t8；t){ if(t==4)send(')；发送((*(PD)' 0 ')；//发送字符PD；//移动到下一个字符}发送(' \ n ')；}
7.设计过程中出现的问题分析1。
在设计脉宽调制控制模式的过程中，遇到了选择脉宽调制波周期的问题。
查阅数据后发现，脉宽调制波的周期会直接影响小风扇的输出转矩。
在实际测试过程中，首次采用载波脉冲数为200，载波周期为250
微秒的方式形成了50毫秒的脉宽调制。
我们发现保持风扇旋转的占空比为35%。
第二次，通过使用载波脉冲数为200并且载波周期为500微秒的模式，形成具有100毫秒周期的脉宽调制。
此时，保持风扇旋转的占空比仅为26%，与调速过程中的最后选择相比，相同的占空比可以输出更大的转速。
因此，第二方案的调速能力相对较好。
最后，周期为100毫秒的脉宽调制由200个载波脉冲和500微秒的载波周期构成。
2.在设计中确定转速和占空比之间关系的顺序也是一个问题。
在设计的后期，我们注意到当占空比相同时，从高占空比到低占空比以及从低占空比到高占空比测量的脉宽调制-n曲线的转速之间的差异可能非常大，这直接影响占空比直接调节功能的精度。
为了解决这个问题，通过随机设置占空比进行速度测量更适合实际使用。
因此，在后期，创建了一个特殊的程序来测量转速和占空比之间的关系。
它可以随机指定占空比，并在几秒钟后将当前稳定的脉宽调制-n关系发送回电脑。
八.根据项目报告的检查要求，我们将分阶段实施项目过程。
在第一阶段，使用一个键来调整占空比并输出脉宽调制波来旋转风扇。
在第二阶段，数码管可以显示脉宽调制波的占空比。
在第三阶段，增加了转速测量功能，并使用数码管显示转速。
第四阶段增加串口通信功能，主要实现单片机的数据接收。
第五阶段，制作转速与风机占空比关系的表格和曲线；
第六阶段是根据关系曲线选择合适的调整方案。
最后，整合程序并完成项目实践报告。
从结果来看，我们的无刷
直流风扇系统已经可以实现所有要求的功能，调速和自动稳速。
为了提高系统的性能，我们可以考虑从提高稳定转速的方案入手，这需要对PID调节有深入的了解。
13。