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直流电机优化控制系统设计(四)
发布时间:2016-03-08 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]3.6 转速及电流检测
3.5.1 光电编码器测速原理
本文使用的电机轴上自带了增量式光电编码器HEDS5500-100，当码盘转动时，它的输出信号是相位差为90°的A相和B相脉冲号。从A，B两个输出信号的相位关系(超前或滞后)可判断旋转的方向。波形原理图如图3-10所示。
图3-10 光电编码器顺时针旋转时的输出波形
顺时针旋转时，A相超前B相90°。逆时针旋转时，B相超前A相90°。根据两相相位关系即可判断出电机的旋转方向。查阅该光电编码应用手册可知道，光电编码器轴旋转一周时，各相均输出100个脉冲，根据该特点，可在一定时间内对编码器输出脉冲进行计数，经计算便可得到转速。光电编码器与ATmega16的接口如图3-11所示。
转向鉴别电路由D触发器74LS74构成，当A超前B时，D触发器输出为高电平;当A滞后B时，D触发器输出低电平。根据D触发器Q端的电平高低，即可判断电机正转和反转。将A和B相中的一相脉冲(图中为B相脉冲)送到ATmega16的T0定时/计数引脚进行计数，采用定时器T2进行定时电感器封装，从而计算出电机转速。
图3-11 转向鉴别及转速检测电路
3.5.2 电流检测
在H桥回路中串入采样电阻，电流流过该电阻时产生压降，通过检测该电压，即可计算出电机中的电流。若该电阻取得过大，则会影响H桥下臂的驱动电压，取得过小，不利于提高检测精度。这里我们取0.1Ω，当电机工作在额定状态时，电流约为5A，此时，压降为0.5V，再将该电压放大5倍后，送入ATmega16的A/D转换通道0。电流检测电路如图3-12所示。Vout接ATmega16的PA0脚即ADC0进行A/D转换。电阻的功耗为：PR耗=I2R=52×0.1=2.5W。
选择0.1Ω，5W的电阻即可满足要求。R19与C20构成滤波电路。电机启动时电流很大，此时运放输入电压也较大，为保护运放不受损坏，加入二极管D5与D6，对输入电压进行限幅。A/D检测电压V测与实际电流I关系为：V测=I×0.1×5(V)=0.5I(V)。
3.7 贴片电感按键、显示与通讯模块
按键大电流电感主要用来接收外部的命令和判断门的位置。当有人经过客车门时，按下“开门键”。当单片机检测到有开门键按下时，将设定PWM波形占空比大于0.5，电机正转，此时门开。当门开到极限位置时，安装在门两端的限位开关1闭合，单片机检测到该信息后，禁止PWM输出，电机停转。当人经过后，按下关门键，此时单片机将占空比设定为小于0.5，电机反转，此时门开始关闭。在关门过程中，若遇到障碍物，则电机反转，门打开。若未遇到障碍物，当门完全关闭时，限位开关2闭合，单片要检测到该信息后，也禁止PWM输出，电机停止，表明门已关闭。
液晶LCD1602主要用来实时显示电机的转速和电流。
ATmega16和PC机通讯采用RS-232接口，将电机运行过程中的各类参数如转速、电流等发送到上位机，以便于分析电机的运行状态。单片机T插件电感器TL电平，而串行通讯采用RS-232电平，两者电平不一致，需经过电平转换，由MAX232完成。电路如图3-13所示。
图 3-13 按键、显示与通讯电路
4 系统软件设计
以上主要介绍了系统的硬件组成与设计，软件部分由别外一名同学完成，下面只对部分进行简单说明。
4.1 AVR单片机开发环境功率电感简介
常用的AVR开发软件主要有：AVR Studio、GCCAVR(WinAVR)、ICC AVR、IAR AVR及CodeVision AVR等。由于ICC AVR集成了C编译器，增加了软件模块，编译环境简洁，生成的代码结构紧凑、效率高，支持并口下载。缺点是不支持仿真调试。这里我们选择ICC AVR作为软件编写和编译环境。
4.2 数据处理
4.2.1 转速计算
由光电编码盘型号HEDS5500-100，可知电机轴旋转一周时输出脉冲数为100。若电机转速为n(r/min),则光电编码器输出脉冲频率fop为：
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