自然风发生电路电机调速设计

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空军雷达学院

本科毕业设计

题目：自然风发生电路（电机调速）设计

（以下六项用宋体标4号字）

单位: 电子技术系

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日期:

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摘要

二十一世纪已经进入了信息社会的崭新时代，信息社会的基础是电子技术，它是一门实践性很强的技术学科。随着电子技术的发展它已深入到生活的各个领域，自然风电风扇控制器也不例外。电风扇是普及最广的家电产品。根据不同对象、不同场合，用户希望获得与之相适应的舒适自然风。

关键词：自然风；晶闸管调速；直流电机；单片机控制

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Abstract

The 21st century has entered a new era of information society, the information society is based on the electronic technology, it is a practical technical subjects. With the development of electronic technology has deep into every field of life, natural fan controller is no exception. Fan is most popular appliance product. According to different objects, different occasions, the user to obtain conesponding fortable natural.

Key words:natural thyristor stepless DC motorSCM control

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目录

前言1

1.总体设计方案2

方案：晶闸管调速3

2.单元模块设计2

（一）驱动电路设计方案2

（二）调速设计方案4

（三）系统硬件电路设计5

1.电源电路5

2.电机驱动模块5

3.基于霍尔传感器的测速模块6

4.LCD显示模块7

3.系统功能调试错误!未定义书签。

调试软件介绍错误!未定义书签。

系统的PCB图11

4.设计总结11

5.参考文献12

6.附录12

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前言

二十一世纪已经进入了信息社会的崭新时代，信息社会的基础是电子技术，它是一门实践性很强的技术学科。随着电子技术的发展它已深入到生活的各个领域，自然风电风扇控制器也不例外。电风扇是普及最广的家电产品。根据不同对象、不同场合，用户希望获得与之相适应的舒适自然风。在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。本人的毕业设计～自然风发生电路（电机调速）也是直流电机自动控制的一个典型应用。自然风发生电路的关键点在于控制系统对直流电机的控制，直流电机的控制问题便成了此课题的重点。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。直流电机，大体上可分为四类：几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、两相低电压交流电机。

直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，最大转矩大，能在宽广的围平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。与交流调速相比，直流电机结构复杂，生产成本高，维护工作量大。随着大功率晶体管的问世以及矢量控制技术的成熟，使得矢量控制变频技术获得迅猛发展，从而研制出各种类型、各种功率的变频调速装置，并在工业上得到广泛应用。适用围：直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医疗设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。高性能的交流传动应用比重逐年上升，在工业部门中，用可调速交流传动取代直流传动将成为历史的必然。

尽管如此，我认为设计一个自然风发生电路（直流电机调速系统），不论是从学习还是实践的角度，对一名应用电子专业的大学生都会产生积极地作用，有利于提高学习- .总结资料

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单片机（速度的测量计算、输入 设定及系统控制）

单片机（PID 运算控制器、

PWM 模拟发生器） 电机

速度采集电路 电机驱动电路 键 盘 显示器 热情。

1.总体设计方案

（一）方案一：PWM 波调速

采用由达林顿管组成的H 型PWM 电路（图1—1）。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM 调速技术。我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM 脉冲的软件实现上比较方便。且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许围。

图1 PWM 波调速电路

其结构图如图1—2所示：

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图2 电机调速系统框图

（二）方案二：晶闸管调速

采用闸流管或汞弧整流器的离子拖动系统是最早应用静止式变流装置供电的直流电动机调速系统。1957年，晶闸管（俗称“可控硅”）问世，到了60年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，并应用于直流电动机调速系统，即晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M 系统）。如图1-3，VT 是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT 的控制电压c U 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压d U ，从而实现平滑调速。晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性；晶闸管可控整流器的功率放大倍数在410以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。因此，在60年代到70年代，晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M 系统）代替旋转变流机组直流电动机调速系统（G-M 系统），得到了广泛的应用。但是由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电压、过电流和过高的du dt 与di dt 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间损坏器件。另外，由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”，因此必须添置无功补偿和谐波滤波装置。

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图3 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）

兼于方案二调速特性优良、调整平滑、调速围广、过载能力大和课题的设计要求，因此本设计采用方案二。

2.单元模块设计

（一）驱动电路设计方案

用电风扇模拟自然风实际上是要实现在时间上分段控制风扇功率的大小。风扇功率可用控制晶闸管导通角来实现。由于自然风力变化是渐变的，因此要求晶闸管的导通角是渐变的。电风扇阵风控制器就是一个周期性自动控制通断的电子开关，它可以让电风扇断续工作（时转时挺）而模拟出自然风的效果。

（二）系统硬件电路设计

1.电源电路

（1）芯片介绍

78XX,XX就代表它所输出的电压值，能降低电压4-5V

电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路部还有过流、过热及调整管的保护电路。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三- .总结资料

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端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负

9V。

有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12或79L24,用来区别输出电流和封装形式等，其中78L调系列的最大输出电流为100mA，78M系列最大输出电流为

1A，78系列最大输出电流为1.5A。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。

（2）电路原理图

电源电路采用78系列芯片产生+5V、+15V。电路图如图5：

图578系列的电源电路

2．电机驱动模块

原理说明：如图6所示，接通开关K，C1、D3、D4、C2组成的电容降压滤波电路输出约9V的直流电供555电路工作。R、D1、D2、W1、W2、R1、R2、C3组成RC充放电回路，使555电路在无稳态模式下工作。由于二极管D1、D2的作用，充放电各为一路，D1一路为充电回路，W1调节送风时间，D2一路为放电回路，- .总结资料

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W2调节停风时间。

当电路处于充电状态时，555的7脚为高电平，电流经R、D1、W1、R1对C3充电，此时555的3脚输出高电平，双向可控硅导通，风扇运转。当C3上的电压充至电源电压的2/3时，3脚翻转为低电平，同时7脚也翻转为低电平，可控硅截止，风扇断电。

此时C3开始放电，当其两端电压下降到1/3电源电压时，555的3脚又从低电平翻转为高电平，7脚也翻转为高电平，风扇又复电工作，同时C3开始充电。电路即如此循环，电风扇达到模拟自然风的效果。

图6电机驱动电路

3．基于霍尔传感器的测速模块

（1）霍尔传感器的工作原理

霍尔效应：在一块半导体薄片上，其长度为l，宽度为b，厚度为d,当它被置于磁感应强度为B的磁场中，如果在它相对的两边通以控制电流I，且磁场方向与电流方向正交，- .总结资料

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则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流I和磁感应强度B乘积成正比的电势UH，即UH=KHIB，其中kH为霍尔元件的灵敏度。该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。

工作原理：霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。信号输出端每输出一个周期的方波，代表转过了一个齿。单位时间输出的脉冲数N，因此可求出单位时间的速度V＝NT。

（2）霍尔传感器的电路原理图

图9 霍尔传感器的测速电路

4．LCD显示模块

（1）1602芯片介绍

1602液晶模块部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，- .总结资料

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在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如'A’。1602采用标准的16脚接口，其中：

第1脚：VSS为电源地

第2脚：VDD接5V电源正极

第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。

第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。

第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。

（2）电路原理图

图8LCD显示电路

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（四）调速设计模块

程序流程图：

图9软件电机控制的方框图

通过控制总中断使能EA控制电机的开关，同时使能对霍尔传感器输出的方波在单位时间脉冲个数的计数。其中定时器T0,T1分别对脉冲的宽度、霍尔元件输出的脉冲数对应的1秒时间定时。对脉冲宽度的调整是通过改变高电平的定时长度，由变量high 控制。变量change、moni、putong分别实现电机的转向、自然风模拟、普通模式。

通过按键实现对电机开关、定时、普通模式的控制的程序

void motor_control()

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- - -- {

if(open == 1)

EA = 1;

if(close == 1)

EA = 0;

if(swap == 1)

{

change = ~change;

while(swap != 0)

{}

}

if(moni== 1)

{ high++;

if(high == 30)

EA=0;

while(moni != 0)

{}

}

if(putong == 1)

{ high--;

if(high == 5)

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high = 5;

while(putong!= 0)

{}

}

}

系统的PCB图

图11自然风模拟（直流电机调速系统）的ProtelPCB图

4.设计总结

经过2个多月的课程设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有要有扎实的理论基础，还要有坚持不懈的精神。

本产品实现了对直流电机的调速和测速以实现模拟自然风的效果，个人感觉其中还- .总结资料

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有许多不够完善的地方，例如：对电机的控制采用的是独立按键，而非矩阵键盘；电机的驱动电路的设计也不是很成熟。单片机的程序设计还是有些困难。

此次的设计并不奢望一定能成功，但一定要对已学的各种电子知识能有一定的运用能力，我做设计的目的是希望能检查下对所学知识的运用能力的好坏，并且开始慢慢走上创造的道路，这是非常可贵的一点。

5.参考文献

[1]傅丰林．《模拟电子线路基础》[M].：电子科技大学，2001.1

[2]江志红．《51单片机技术与应用系统开发案列精选》[M]. ：清华大学，2008.12

[3] 王选民《智能仪器原理及设计》[M]. :清华大学，2008.7

[4] 文东鹏飞《C语言程序设计》[M]. ：中国人民大学，2009.2

[5] 加国《单片机原理与应用及C51程序设计》[M]. ：清华大学，2008.3

附录

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit open = P2^0;

sbit close = P2^1;

sbit swap = P2^2;

sbit putong = P2^3;

sbit moni = P2^4;

sbit PWM1 = P3^0;

sbit PWM2 = P3^1;

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- - -- /************************液晶显示*************/

sbit E=P3^7;

sbit RW = P3^6;

sbit RS = P3^5;

sbit test = P3^4;

int time = 0;

int high = 20;

int period = 30;

int change = 0;

int flag = 0;

int num_medium = 0;

int num_display = 0;

int count_speed = 0;

uchar wword[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39};

/*******************延时t毫秒****************/

void delay(uchar t)

{

uint i;

while(t)

{

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/*对于11.0592MHz时钟，延时1ms*/

for(i=0;i<125;i++);

t--;

}

}

//写命令函数LCD

void wc51r(uchar j)

{

RS=0;

RW=0;

P1=j;

E=1;

E=0;

delay(3);

}

//写数据函数LCD

void wc51ddr(uchar j)

{

RS=1;

RW=0;

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- - --

P1=j;

E=1;

E=0;

delay(2);

}

//初始化函数LCD

void init()

{

wc51r(0x01); //清屏

wc51r(0x38); //使用8位数据，显示两行，使用5*7的字型

wc51r(0x0c); //显示器件，光标开，字符不闪烁

wc51r(0x06); //字符不动，光标自动右移一格

}

void time1_int(void) interrupt 3

{

count_speed++;

if(count_speed == 20)

{ count_speed = 0;

num_display = num_medium;

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- - -- num_medium = 0;

}

}

/***************************************************************/

/************************速度显示的数据处理*********************/ void datamade()

{

uint data MM,NN;

wc51r(0xc2);

wc51ddr('S');

wc51ddr('p');

wc51ddr('e');

wc51ddr('e');

wc51ddr('d');

wc51ddr(0x3a);

NN = num_display%100;

MM = num_display/100;

wc51ddr(wword[MM]);

MM = NN/10;

NN = NN%10;

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0xul.html