趙小靈 蒙 楠 廣西機(jī)電工程學(xué)校

如何實(shí)現(xiàn)嵌入式單片機(jī)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的控制

趙小靈 蒙 楠 廣西機(jī)電工程學(xué)校

嵌入式；單片機(jī)；電機(jī)系統(tǒng)；控制

現(xiàn)階段，電機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著舉足輕重的作用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)系統(tǒng)也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步。鑒于電機(jī)系統(tǒng)的重要作用，對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的研究一直是科研領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，好多學(xué)者都致力于對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的研究中。在早期的研究過程中，科研人員關(guān)注的是傳統(tǒng)的電機(jī)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不是十分復(fù)雜，所需要的成本投入相對(duì)較少，而且非常容易操作。隨著研究的不斷深入，研究人員逐漸發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)電機(jī)控制系統(tǒng)的不足之處，具體體現(xiàn)在：第一，系統(tǒng)的可靠性相對(duì)較低；第二，對(duì)系統(tǒng)的在線升級(jí)操作相對(duì)比較復(fù)雜。

在新的時(shí)代背景下，數(shù)字式控制系統(tǒng)的出現(xiàn)逐漸彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電機(jī)控制系統(tǒng)的不足之處，成為了研究人員的青睞對(duì)象。在數(shù)字式控制系統(tǒng)中，發(fā)揮關(guān)鍵作用的組件就是單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)整個(gè)數(shù)字式控制系統(tǒng)具有重要的影響。

1.嵌入式單片機(jī)（dsPIC20F）控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

在本文的電機(jī)控制系統(tǒng)中，筆者選擇的單片機(jī)型號(hào)是dsPIC20F。在設(shè)計(jì)嵌入式單片機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)首先需要做的工作就是硬件設(shè)計(jì)，總的說來，硬件設(shè)計(jì)一共有兩個(gè)步驟，第一步是確定主MCU；第二步是確定系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。

1.1 選擇合適型號(hào)的主MCU

dsPIC20F是一款功能十分強(qiáng)大的單片機(jī)，該型號(hào)的單片機(jī)主要融合了兩個(gè)技術(shù)，第一個(gè)是單片機(jī)技術(shù)；第二個(gè)則是DSP 技術(shù)。dsPIC20F的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在一個(gè)幾個(gè)方面：首先，該芯片擁有十分強(qiáng)大的外圍設(shè)備；其次，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)信息中斷現(xiàn)象時(shí)，該芯片可以非常及時(shí)的采取合適的行動(dòng)；再次，該芯片具有強(qiáng)大的計(jì)算能力；最后，使用者可以借助dsPIC20F完成對(duì)一些；配套軟件的開發(fā)工作等。

鑒于dsPIC20F的上述優(yōu)勢(shì)，筆者在設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)選擇了dsPIC20F芯片。總的說來，在dsPIC20F的支持之下，嵌入式的單片機(jī)控制系統(tǒng)具有下述特點(diǎn)：第一，系統(tǒng)具有良好的抵御干擾能力；第二，系統(tǒng)具有良好的可靠性；第三，系統(tǒng)的具有良好的靈活性；第四，系統(tǒng)的性價(jià)比相對(duì)較高，所需的成本投入相對(duì)較少。

1.2 硬件電路的設(shè)計(jì)

就電機(jī)控制系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的正常工作流程如下：首先，電機(jī)的電子轉(zhuǎn)子處于運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)感應(yīng)器會(huì)給出轉(zhuǎn)子的位置結(jié)果；其次，系統(tǒng)的控制芯片給出相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果，并將其傳遞給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置；再次，驅(qū)動(dòng)裝置接受控制芯片傳遞的信號(hào)，然后按照控制芯片的具體指示對(duì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)行為進(jìn)行有效的操控。在上述的整個(gè)流程中，如何選擇旋轉(zhuǎn)速度是非常關(guān)鍵的，一般來講當(dāng)電機(jī)處于不同的工作系統(tǒng)中，系統(tǒng)所需要的旋轉(zhuǎn)速度是不一樣的，相關(guān)人員應(yīng)該以實(shí)際需要為依據(jù)控制旋轉(zhuǎn)速度。

控制旋轉(zhuǎn)速度的具體過程如下：首先，系統(tǒng)的感應(yīng)器將和轉(zhuǎn)子位置相關(guān)的信息發(fā)送到系統(tǒng)的控制芯片；其次，控制芯片將此時(shí)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和最開始的設(shè)定速度進(jìn)行比較，得到兩者之間的差值；再次，將前一步得到的差值變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后控制芯片以這一信號(hào)為依據(jù)給出對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的控制命令。

檢測(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子位置時(shí)借助的主要是霍爾原件，在本系統(tǒng)中筆者選擇的是位置傳感器。在位置傳感器主要包括兩個(gè)部分，分別是靜止部分和運(yùn)動(dòng)部分。位置傳感器的運(yùn)行部分安裝在了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子上，這樣就可以對(duì)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置進(jìn)行有效的檢測(cè)。

2.嵌入式單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)也是嵌入式單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，在設(shè)計(jì)軟件時(shí)，筆者選擇的是操作系統(tǒng)是LClinux。在實(shí)際使用的過程中，使用者可以根據(jù)自己的實(shí)際需要對(duì)LClinux系統(tǒng)中的函數(shù)進(jìn)行設(shè)置，從而滿足自己的真實(shí)需求。具體來講，在本設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件可以實(shí)現(xiàn)下述功能：

第一，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的檢測(cè)和控制等。這表示系統(tǒng)中的軟件必須能夠?qū)ο鄳?yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理，然后根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果給出相應(yīng)的信號(hào)。電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)軟件數(shù)據(jù)處理能力的要求相對(duì)較高，系統(tǒng)軟件必須能夠快速、準(zhǔn)確的完成數(shù)據(jù)處理工作。一般來講，這里的數(shù)據(jù)處理指的主要是一些數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，具體工作內(nèi)容需要使用人員以自己的實(shí)際需求為依據(jù)進(jìn)行設(shè)置。

第二，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)電機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障現(xiàn)象時(shí)，相應(yīng)的軟件應(yīng)該可以給出故障預(yù)警，從而及時(shí)同時(shí)工作人員對(duì)電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和維修處理。

第三，較強(qiáng)的人際交互功能。軟件系統(tǒng)可以顯示出和電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀相關(guān)的一些指標(biāo)，包括：溫度、轉(zhuǎn)動(dòng)速度等。這樣使用人員就可以對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的了解。

3.結(jié)語

在科學(xué)技術(shù)的不斷推動(dòng)之下，芯片的功能越來越強(qiáng)大，這極大的促進(jìn)了電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展。在本次研究中，筆者設(shè)計(jì)了以dsPIC20F為核心的嵌入式電機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：第一，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜；第二，系統(tǒng)所需的成本投入得到了降低；第三，系統(tǒng)的運(yùn)行速度得到了提升；第四，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的可靠性也得到了一定程度的提高等。

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目前，電機(jī)系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用在了工業(yè)領(lǐng)域中，電機(jī)系統(tǒng)的控制問題是人們十分關(guān)注的，在電機(jī)控制系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的是單片機(jī)。在本次研究中，筆者選擇的研究對(duì)象是dsPIC20F型嵌入式單片機(jī)，主要探討了該單片機(jī)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的控制作用。首先，筆者介紹了嵌入式單片機(jī)（dsPIC20F）控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，接下來分析了嵌入式單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。