基于ATmegal6单片机的通用电机控制装置的设计

liyf

                    ???? 摘要：以ATmegal6单片机为控制核心，给出了利用主从两片单片机来实现高效电机控制和人机接口，并通过单片机编程实现对多种交直流电机和步进电机的驱动控制，同时用RS232／485工业总线来将多个控制器连接成网络，从而实现电机的网络化远程控制的设计方法。
　　0 引言
　　电机的驱动与控制是现代电子技术中一个重要的研究课题，不同种类的电动机需要有不同的控制和驱动方法。使用高性能单片机作为电机控制驱动装置的核心，可以有效降低电机驱动器的成本，扩展应用范围，提高使用灵活性。
　　ATmegal6单片机是ATMEL公司的一款高性能8位AVR单片机，它内部带有功能强大的可编程定时和计数单元，通过编程可以很容易地产生各类交、直流电机以及步进电机的驱动波形，因此，利用这类功能强大的单片机作为电机控制器的核心，可以使控制器应用更加灵活、应用范围更广、维护成本更低。本文设计出的电机通用控制装置功能齐全，其液晶显示装置和按键可以控制并显示电机的运行状态，而数字化的温度传感器则能有效准确地监控电机的运行温度，RS485／232总线通信接口可以将多个控制器进行联网。从而实现电机的智能化远程控制。
　　1 电机控制及驱动电路设计
　　图l所示是一种通用电机控制装置系统的总体结构图。其整个单片机系统以ATmegal6单片机为控制核心，其中从单片机和主单片机利用I2C总线进行通信。从单片机连接按键和液晶屏，可以实现人机接口的功能，这样即可以为主单片机节约宝贵的I／O资源，又可以提高系统的运行效率。另外，DSl8820采用单总线结构采集温度，可以实现对电机温度的监控。




　　1．2 电机温度监测电路
　　电机的表面温度是衡量电机是否在安全状态下工作的一个重要指标。本系统的电机温度监测电路利用美国DALLAS半导体公司推出的单总线数字化测温集成电路DSl8820来实现。该数字化传感器具有很宽的测温范围(-55℃～+125℃)，工作时只需要三根引线，而且多只DSl8820可以并行连接，以实现对多个电动机的温度监控。
　　系统工作时，DSl8820可把测得的温度数据传给单片机。如果超过用户设定，系统还可执行电机保护和报警等程序。电机温度监测系统的结构如图3所示，图4所示是其温度监控电路。




　　1．4 RS-232／485通信电路
　　为了适应电机控制的网络化、智能化需求，本电机控制器带有RS232／RS485数据接口。用户利用这两种总线接口可以方便地将多个电机控制器连接成网，以方便电机系统的集中化管理。RS485接口电路使用收发控制的“透明化”管理，MAX485芯片的收发切换由NE555组成的单稳态电路自动完成，当单片机需要向RS485总线传输数据时，NE555可自动将MAX485切换至发送状态，数据传送完毕后，MAX485又将恢复至接收状态。RS-232／485总线驱动电路如图6所示。




　　2 单片机程序设计
　　2．1 主程序
　　本驱动器的程序设计使用模块化编程思想，其主程序用于完成对各子程序的调用。系统工作后，首先调用初始化子程序，以完成具有复用功能的I／0脚的选择和设置、各种中断功能的选择及其设置、AT89S51和ATmegal6的初始化、中断屏蔽寄存器的设置、中断寄存器的清零、系统变量的初始化等，最后完成开中断。初始化完成之后，系统将调用驱动程序，并完成系统的起动。系统起动之后，即进入正常运行状态。系统的全部运行过程均可由键盘进行实时控制和调节。
　　2．2 初始化程序
　　系统的初始化程序流程图如图9所示。该程序中包括LCD显示器、键盘等人机接口部分的初始化。主要功能是对具有复用功能引脚的选择和设置，以及各种中断功能的选择及设置(如外部键盘的中断选择等)，同时包括AT89S5l的初始化、键盘的方式选择、工作时间的确定、显示方式的设定等。而系统变量的初始化包括温度的设定，转速初值的设定等。




　　3 结束语
　　本设计实现了一种以ATmega16单片机为核心的电机控制装置。该装置具有各类电机驱动脉冲的输出、电机温度监测与保护、人机操作界面和长距离工业总线通信等功能。利用AVR单片机具备的软硬件特点，可实现对多种电机的驱动与控制，以用于电机驱动研究、网络化电机集中控制等领域。由于该控制器采用主从单片机设计，系统的运行得以很好地分工，其中从单片机实现低速人际交互，主单片机则实现高速的电机驱动与控制，主从单片机各司其职，故可使系统的运行效率达到最高。本电机控制装置的架构开放，使用灵活，可以很好地应用于直流电机的调速控制，交流电机的变频驱动，步进电机的步距细分等多种电机驱动和控制领域。