李松 吴南 张宏涛
三一重型装备有限公司 辽宁沈阳110023
摘要：随着电子信息时代的来临，传统的模拟器控制电机的方式已不再符合时代的需要。人们开始利用数字式来代替传统的形式，对控制系统进行改进。通过嵌入式单片机实现电机控制工作，是利用先进的数字技术来实现控制工作的简化操作，并且能提高系统性能。基于此背景下，本文就对嵌入式单片机的电机控制系统设计相关内容进行分析，可供参阅。
关键词：电机控制系统；嵌入式单片机；硬件设计
1嵌入式单机片设计的意义
嵌入式单机片不仅具备稳定性好，实践性能方便等诸多的特性，而且还能通过软件以及硬件的结合，实现电机多方面的功能，同时，还能将数字电路全面的应用到嵌入式单机片的整体设计之中。这样，电机在运行的过程中，就能通过单机片以及数字电路的共同作用实现自动化的控制。而且，随着高级单机片的面世，用极其简单的硬件结构去实现较为复杂的电机功能也成为可能，其能够让电力体系结构的整体运行效率得到显著性的提升。这样不仅能降低电机的运行成本，还能让复杂的控制电路化繁为简，突破了电路集成的范畴，全面提升单片机的抗干扰性及稳定性。
2电机控制系统基于嵌入式单片机的硬件设计
2.1对MCU的选型
在选择单片机时，控制功能较强的单片机是很受欢迎的，因为们可以够完善电机的控制功能，这里用到的是daPIC20F芯片。dsPIC20F系列芯片主要以l6位单片机为核心，在拥有功能强大的外混设备的时候，他们有着快速中断处理的能力，还可以通过高速的信号处理器进行计算。同时，dsPIC20F系列芯片在软件开发环境中，有着很多强的处理性能，尤其是对那些异常事件。由于dsPIC20F芯片拥有较为丰富的内部资源，基于dsPIC20F平台开发的电机控制系统，在硬件整体设计方案中，仅仅需要很少的外设，这样不仅能够满足装置的可靠性和抗干扰性，还能够实现总线不出芯片的设计，在各种环境及工况下运行的要求下，在降低开发成本、缩短开发时间的同时，还要提升系统的灵活性。在进行选型的过程中，还要结合其整体的体系结构进行综合性的选型，从而提升芯片的整体运行以及计算效率得到整体性。
2.2硬件电路的设计
2.2.1总体硬件结构设计
基于dsPIC20F的结构设计非常重要，电机控制系统可以检测电机转子的情况，当这主要是有电子转子位置的传感器来检测的，在电子转子通过控制芯片时，把它的位置细心发送到驱动模块上，用早就设置好的指令，让控制芯片决定向驱动模块输出的驱动逻辑电平情况，通过驱动电机的旋转，对转子位置进行检测，根据实际的运作条件，让合适的电机转速进行输出，通过转子位置的传感器信号的强度，由主芯片将电机的速度核算出来，然后，对实际的速度和起初设计的速度进行对比，就会出现转速偏差，通过主控芯片的传输，可以将这个偏差的信号，转变成相应的控制信号，最后，将得到的控制信号发送给电机。这种闭环控制的应用，能够准确的核算实际的控制信号。
2.2.2电机转子位置检测电路的设计
通常，电机转子的位置检测是依靠霍尔传感器的工作。霍尔传感器之所以可以实现对电机转子的检测，是因为它对其固定的工作原理，它是有静止部分和转动部分组成。静止部分固定在电机转轴上，转动部分是随转子同步旋转的开有齿、槽的遮光盘。通过光盘的齿部遮挡和不遮挡，使霍尔元件产生高、低电平信号，从而提供了电动机的转子位置信息。根据这三个霍尔元件的输出状态，就可以判断出转子的磁极位置。利用霍尔传感器对电机转子位置进行检测是十分有利的，可以保证电机运转的可靠性。
2.2.3驱动电路的设计
驱动系统是由电动机、功率变换器和控制器这三个部分组成的。
使用比较广泛的是直流电动机，它的操控较为简单，在实际操作中，直流电源也较容易实现，这使得直流电机拥有较为出众的性能。对于直流电机的驱动，在本论文中主要采用对是专用数字驱动芯片。一般情况下，控制电路的是用数字集成芯片LMD18200电机控制芯片进行设计的直流电机。
3电机控制系统基于嵌入式单片机的软件平台设计
3.1软件功能的划分
在平时的操作过程中，一般使用系统uClinux来操作，这个系统可以对多个任务进行调度，因为它具有操作多个任务的程序，系统的任务中断决定着他的实时性，调用pClinux的任务调度函数，用户也就可以从就绪任务中调度函数，找到优先级最高的任务。进行切换操作。结合电机的实际控制的具体要求，按照基本的任务划分原则，能够将应用软件分为以下几类任务：第一，操作者和系统的人机交互能力。此项任务主要是显示出当前的电机转动速度和工作温度，其重要性较小。所以相应的优先级别最低。当采用LClinux系统进行控制工作时，首先就是要完成对CPU的初始化工作，然后再是对整个操作系统的初始化工作。第二，完成保护任务。保护任务指的就是在电机出现故障时要及时发出警报，以便监督人员可以及时的得知故障所发生的情况，采取相关的维修措施。保护任务的顺利完成可以保障警报的准确性和及时性，从而实现电机系统的有效控制。第三，测控性强：测控数据的可靠性强，实时的操作性高。对数据可以进行预处理。
3.2软件控制程序设计
对于电机控制的系统任务而言，通过本地数据的采集程序能够实现系统任务。根据实际任务的不同，可以将本地数据的采集程序分为以下几个模块，例如：数据保存模块、LCD模块、数据处理模块、数据采集模块等，按照不同用户设定的不同控制参数，利用数据采集模块能够直接进行操作，例如采集频率、A/D通道等，对外部的信号实际采集，可以用以上两种方法进行具体实施，对于采集到的数据可以送到数据处理模块；对于采集到的实际数据可以利用数据处理模块进行数字滤波操作，在本系统中主要采用取相邻10个数据平均值的滤波方法，这样能够取得较为准确的结果，数据处理模块能够将滤波后的数据存入公共的数据缓冲区，这样可以提供LCD模块显示或者供网络服务程序进行使用；LCD模块的主要职能是按照用户的实际需求，可以将公共数据缓冲区的数据显示出来；按照一定的格式，可以对采集到的数据进行保存，使用数据保存模块保存到Flash中；另外，可以在LCD模块外还可以配置键盘模块，这样方便用户进行实际操作体验，提供给用户在现场对电机设备进行控制的手段，能够方便用户快捷的获取需要用到的设定采集的参数。
4结语
总之，随着现代科技的不断进步，芯片的性能也将不断提高，这样就可以实现利用简单的硬件设计完成复杂的控制工作。嵌入式的单片机在电机控制中的应用有很大的发展前景，它有着自己的优点，具备简化电路设计、成本低、耗时短等优势，更重要的是硬件结构的简化并不意味着工作性能的欠缺，反而这样的电机控制系统的运行速度和工作性能有了很大的提高。在硬件系统满足要求之外，使用者还可以根据自己的需要进行软件方面的调整。嵌入式的单片机控制系统使用极大程度的符合时代发展的要求，是对以往的电机控制系统的批判和继承，因此，在以后的电机控制系统的设计当中可以充分的考虑嵌入式的单片机设计，相信一定对电机控制大有帮助。
参考文献
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