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[待整理] 直流电机优化控制系统设计(四)

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发表于 2015-4-27 23:39:38 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
                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,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 按键、显示与通讯模块

                         按键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TTL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
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