直流电机转速及电流检测显示系统设计

摘 要：直流电动机的控制需要检测实时转速、电流等信息，本文设计了一个单片机采样显示系统，包括电流传感器、速度传感器检测电路的设计、显示电路设计，在此硬件平台上对直流电机进行了闭环控制，实验结果表明所设计系统的有效性，为小型直流驱动系统的硬件设计提供一种方案。

关键词：直流电机；硬件设计；检测

1 引言

小型直流电机广泛应用于各种控制场合，作为机电能量转换的装置，直流电机把电能转换成机械能，拖动设备旋转或是通过机构变换实现设备的直线运动[1]，其应用非常广泛，比如电动车、磁盘驱动器、打印机等设备中都有直流电机的应用，对直流电机进行控制需要对转速、电流信息进行检测，本文给出了所设计的直流电机转速、电流检测显示系统，为直流电机控制硬件平台设计提供参考。

2 硬件方案

总体方案包括：直流电机驱动、速度检测、电流检测、参数显示、单片机控制。系统框架如图1所示。

2.1 系统控制器CPU

对于系统的CPU处理器，采用51系列的STC89C52单片机，该款单片机有如下特性： 增强8051型，工作频率范围：0～40MHz，片上有8K的程序存储空间和512字节的运行RAM。可ISP编程，通过串口直接下载用户程序，共3个16位定时计数器，其中定时器0可以当成2个8位的定时器用，四路外部中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断唤醒，通用异步串行口（UART）可用定时器软件实现多个UART。

2.2 电机驱动

用L298N直流电机双全桥控制芯片作为直流电机的主控驱动芯片[2-3]，该芯片输出电流可达4A，最高驱动电压可达46V。可同时控制两个直流电机或者一个步进电机， L298N的输入端中， IN0、IN1和IN2、IN3分别控制一号和二号电机的正转、反转、停转制动，ENA、ENB分别为两个电机的使能端，可以接单片机送来的PWM信号从而可以改变电枢电压有效值，实现转速改变，方便单片机控制。

2.3 速度检测

速度检测，有多种方法可以实现，比如测速发电机，光电编码器，光电对管[4]，使用光电对管来获取转子的转速，这种方法实现起来简单，成本也低，测速也比较准确。其原理是：通过在电机转轴上安装一个质轻的钢圆盘，圆盘的径向上等间距开有栅缝，圆盘放在光电对管槽的中央，当光电对管一端的红外信号通过光栅透过到达对面的检测区时，对面检测到了有信号过来，就会输出一个脉冲信号。单片机通过测量这个脉冲信号的频率就可以近似算出转子的瞬时转速。

2.4 电流检测

电流检测选择ACS712ELCTR-05B-T霍尔电流传感器，这种电流传感器具有体积小、能将被测电流完全隔离开等优点。这是一款量程为-5A～+5A的线性霍尔电流传感器，具有185mv/A的输出灵敏度，80KHz带宽。

2.5 参数显示

显示模块选用的是LCD1602，共两行每行可显示16个ASCII字符，单片机只需向其显示寄存器发送预显示字符的ASCII码，就会在显示屏上输出对应的字符。 本文所设计的直流电机转速、电流检测及显示系统实物图如图2所示。

3 实验验证

在所设计的硬件平台上，对一个6V永磁直流电机进行了驱动实验，直流电机的控制采用转速负反馈控制，将速度给定与速度反馈进行比较，转速偏差送入转速调节器进行比例积分运算，转速调节器的输出控制L298N芯片，调节直流电机的电压，进而控制转速。实验结果如表1所示，实验结果表明所设计的系统是有效的。

4 结论

本文设计了一个直流电机速度电流采样显示系统， CPU处理器采用STC89C52单片机，用L298N直流电机双全桥控制芯片作为直流电机的主控驱动芯片，使用光电对管来获取转子的转速，电流检测选择基于霍尔效应的ACS712ELCTR-05B-T霍尔电流传感器，显示模块选用的是LCD1602，实验结果表明所设计系统的有效性。

参考文献：

[1]廖晓钟，刘向东.控制系统分析与设计[M].北京：清华大学出版社，2010：34-35.

[2]李昂，易璋，张全红.永磁直线无刷直流电动机控制系统[J].微特电机，2006（09）：22-24.

[3]石山，刘志东，崔晓锃.基于PWM 控制的无刷直流电动机设计分析[J].微特电机，2012（07）：12-14.

[4]范磊磊，等.L297+L298芯片在步进电动机中的应用[J].微特电机，2012（10）：58-61.