基于单片机的直流电机控制器设计

杨兴 彭森

摘 要：本设计以STC89C52RC单片机为控制核心，通过按键调节电机转速，再将转速控制指令传至单片机STC89C52RC进行处理，并且将直流电机转速的理论值通过LCD1602显示器显示出来，再经STC89C52RC最小系统进行处理，将信号输入L9110H直流电机驱动模块，进而通过L9110H模块来调节直流电机转速，从而实现对直流电机的智能控制，再通过霍尔元件OH137对实际转速进行测量，并将测量结果经STC89C52RC单片机送至LCD1602显示器显示出来，这样就使电机转速随指令的变化而自动改变，实现高度灵敏的转速控制。

关键词：STC89C52RC单片机；直流电机；L9110H直流电机驱动模块

1 引言

步入新世纪以来，人类的科学技术不断发展，日益辉煌，愈发先进的科技推动了各行各业的发展，控制技术这一行业的发展更是尤为突出。各种控制设备不仅在结构革旧创新，在性能上更是不断改进完善。现在的我们很幸运地处于这个飞速发展的信息时代，而控制技术正是这个时代的主流科技，不仅是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如洗衣机，电视，空调等）中，而且在出行工具，保健设备，宇宙飞船，第一产业和第二产业的生产发展，日常工作设施中，各式各样的控制器的应用随处可见。同时，有可靠资料表明，我们生活中的90%以上动力资源都来自电动机。可见，电机控制器的应用与我们的的生活息息相关。

其实一直以来，对电动机的简单控制应用也比较多。所谓简单控制，其实就是指简单的控制电动机的开启、正面和反面的转动方向和顺序。这类控制操作简单，主要是通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现功能的。很明显，相对于简单控制，自然还存在一种命名为复杂控制的控制类型，即指在控制物理量如转速、转角、转矩、电压、电流、功率等基础上来对电动机进行控制。

在我国的国内市场上，机器设备制造行业正在蓬勃发展中，不仅能满足自己市场上的机器设备需求，而且在国外的市场也处于非常重要的地位，在国际市场上不可或缺。在应用上，在生活中，各行各业如医疗、汽车制造、铁道运输、航天航空、钢铁生产、物流配送、饮料生产等等，都离不开这一技术。我们都知道，科技进步永无止境，为此，进一步的学习、掌握以及开发应用控制技术是我们永恒的主题，不断创新科技，从而提高生活质量，提升我国的国际地位。

2 系统方案设计

根据设计任务，在一个单芯片STC89C52RC单片机课题设计为核心，再加上输入模块、显示模块、电源模块、驱动模块、直流电机模块共同组成，在输入设置2个反弹关键按键[8]，用以增加或减少转动速率大小的控制，从而实现直流电机的正向转动、反向转动、停止、加速、减速，具体实现如下：每次按键均以100 r/min的速度进行加减控制，当转速为负值时，直流电机正转；当转速为正值时，电机反转；当转速为0 r/min时，停止；显示模块分别设置理论值与实际值显示，可以实时准确的比较出两值之间的误差。

方案一：采用驱动芯片L9110H，专为控制电机转动的方向和速率的大小、为电机转动提高动力而设计的器件， 具有两个通道，能够放大功率且是一种专业作用的高集成度的电路模块，它也具有相对分立的电路部分，并且主要是集成在单片的IC 上面，具有高驱动能力的优势，外围电路简单且成本低、可靠性高。

方案二：选用电阻网络或数字电位器，通过控制电机的局部电压来实现对直流电机的旋转方向和速率的调节。

方案三：采用繼电器，通过对继电器掌握它的断开、闭合等一系列状态，进而来控制直流电机的开与关。继电器是一种电子控制装置，用较小的电流控制事实上较大电流的作用，目前，在使用过程中，实际上，也就相当于一个“自动式的开关装置”，通常主要用以实现电路控制方面的自动化，具有控制系统与被控制系统。

针对以上三种方案，若选择第二种方案，由于数字电阻元器件的价格昂贵，最主要是电动机的电阻一般不大，电流却很大，所以分压后，不仅没有提高效能，还为设计的实现增添了难度；如选用第三种方案，虽然方案的电路设计较为简单，而且在电路中的继电器具有自动调节的优势，能够起到安全式的保护电路以及设备系统，并且自动实现电路的转动变换以及其他作用，但是，在一定程度上还是存在继电器产生响应到送达响应这整个过程中，反应的时间较为缓慢，而且同时存在器件结构易损、使用寿命不长、可靠性不高等缺点。因此，综合各方面的因素，本次直流电机控制器系统的设计采用上述方案中的方案一。

3 总体硬件电路设计

本设计是基于单片机的直流电机控制器的设计，系统的总体设计以STC89C52RC单片机为控制核心，总体设计如图1所示。

本次系统方案中，以STC89C52RC单片机为控制核心，通过按键调节电机转速，再将转速控制指令传至单片机STC89C52RC进行处理，并且将直流电机转速的理论值通过LCD1602显示器显示出来，再经STC89C52RC最小系统进行处理，将信号输入L9110H直流电机驱动模块，进而通过L9110H模块来调节直流电机转速，从而实现对直流电机的智能控制，再通过霍尔元件OH137对实际转速进行测量，并将测量结果经STC89C52RC单片机送至LCD1602显示器显示出来，这样就建立了一个直流电机的智能控制模块，电机转速随指令的变化而自动改变，实现高度灵敏的转速控制。

本次设计主要通过两个按键：加速和减速键按钮，从而实现直流电机的正向转动和反向转动，且正、反转的转速均可从低到高或是由低到高，在0～3000 r/min之间随意发生变化。此外，在本次的软件设计中，用户还可以通过设置直流电机的转速来控制电源的开关，即当直流电机的转速为0 r/min时，电机执行停止指令。

4 结束语

正是由于晶闸管整流装置具有许多优点，自然这新一代晶闸管直流调速系统代替了以往的存在各种缺点的老式直流电机控制器，包括前面的水银整流装置和发电机-电动机组等。在科技发展的推动下，控制电路这一块也是不断的在开发创新。不仅是直流电机控制器在革新换代，控制电路的发展也在不断完善，尤其体现在它的体积、集成度、可靠性以及成本等方面。因而使得直流调速系统的应用更为广泛，并且在科学技术的发展带动下，直流电机控制技术也将不断发展。

参考文献

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[6]张迎新.单片微型计算机原理及接口技术[M].北京：国防工业出版社，2010年12月.

[7]马淑华，王凤文，张美金.单片机原理与接口技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2007年6月.

作者简介

杨兴，邵阳学院国际学院电子科学与技术专业学生