直流电机转速控制.doc

杭州电子科技大学电子设计（A）实验设计报告实验名称9直流电机转速控制 实验次数2小组号16D姓名学号吴泽波09081529姓名学号黄驰09081618姓名学号沈红地09081404指导教师2011 年 月 日直流电机转速控制 关键字：单片机 直流电机 5110显示 霍尔元件摘要本系统采用stm32单片机作为整个系统控制的核心，利用298/297模块驱动直流电动机通过矩阵键盘控制电机的转速，电机的转速等基本信息将会在5110显示屏上显示。在电动机的转子上附上磁钢，利用霍尔元件感应磁钢进行测速，数据反馈给5110显示屏。一：方案设计与论证显示屏的选择：方案一：采用led显示，led便宜，成本低，但比较耗电，驱动困难，显示的数据少，与题目要求的显示多个数据不符。方案二：采用5110显示屏，5110显示成本高，但性价比高，而且可以显示15个汉字，30个字符。Nokia5110裸屏仅8.8元，接口简单，仅四根I/O线即可驱动，速度快，工作电压3.3V，正常显示时工作电流200uA以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。 综上所述，我们选择方案二。测速装置的选择：方案一：将磁钢贴在电动机上，用霍尔元件感应磁钢，霍尔检测目标物一次就给单片机一个信号,单片机的计数器就记数一次,然后根据一周的周长及对应的时间就可以算出速度了,这样通过小程序就能转换成速度显示了。此方法电路简单，可靠性高，体积小，无触电，动态特性好，使用寿命长，而且磁钢基本不存在老化的问题虽然成本高，但稳定性好。方案二：光电码盘精确度较高，但用久了会产生参数变化老化，因此寿命短，稳定性较差。经比较，我们决定采用方案一电动机的选择：方案一：直流电机。与交流电动机相比，直流电机结构复杂、运行维护困难，但是直流电机具有良好的调速性能、成本低、较大的启动转轴和过载能力强等许多特点。方案二：步进电机。步进电机的特点就是具有快速启动和停止能力，输出力矩大、控制精度高，并且能实现正反转控制；但它的缺点是转速低、步进距离不够精细力。在本题目中要求具有转速任意设置和调节功能。根据比赛题目要求以及目标的达成难易，我们选择方案一。开环、闭环系统的选择：方案一：闭环控制系统。闭环控制系统具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性，抗干扰能力强具有反馈信号。方案二：开环控制系统稳定，容易实现。但不能检测误差，也不能校正误差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差。综上分析，我们选择方案一二：系统总体框图1.电机转速的测量：单片机能够处理二进制数字信号，而电机的转速是物理量，非电量信号，需要中间电路把转速转换成单片机可以处理的信号。传感器是把外界信号转换成电信号的器件，是检测和控制系统中最关键的部分。霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。根据霍尔效应原理，将两块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。而单片机根据霍尔元件给出的信号,计数器就记数一次,然后根据一周的周长及对应的时间就可以算出速度了2.数据的传输： 根据霍尔效应霍尔元件发出脉冲波，而单片机根据收到的信号，计数器就计数一次，经过处理，通过串口单片机将数据传送给5110显示屏，从而在屏幕上能显示出速度。3.用298模块驱动电动机转动通过stm32内部PWM模块来改变电机速度。三软件流程图：四硬件电路连接：4-2 霍尔元件与单片机连接图五参数计算：隐形的转盘直径：d=50cm1s转的圈数：n时间：t （时间：s）车轮一圈周长:c=d=0.5 （单位：m/s）速度=1秒转的圈数*c*3.6=1.8*n (单位：km/h)里程=速度*时间=0.5*n*t （单位：m）测试方法：用实验室专用仪器测出自行车转速，将其与5110显示屏上显示的速度比较，经简单计算就能得到测速误差总体达标情况：1.用小的直流电机代替模拟了自行车。 2.通过无线控制，在一定范围内，自行车具有转速任意设置和调节功能。 3用5110显示屏能实时显示名次和累计里程，作为赛场整体状况的反映。4.设计了5110显示屏，能同步显示自行车的转速和里程，作为车内监测。7当按某一按键时，电机能够达到某一速度，一块5110显示它的设定速度，另一块能够显示它的实际速度。产生误差的原因：1） 对转速等进行理论分析和计算时为了降低计算的复杂程度，有些是采用的近似算法和合理的估算，和实际数值存在偏差。2） 计算时采用的是器件参数的典型值，而实际器件的参数具有明显的离散性，电路性能因此和理论分析值存在偏差。3） 电路的制作工艺并非理想的