基于单片机的直流电机控制系统设计毕业设计开题报告

电气与信息工程学院

本科生毕业论文（设计）开题报告

（2012届）

题目名称：Based on the design of DC

motorcontrol system （英文） 基于单片机的直流电机控制系 统设计 （中文）

学生姓名 学 号 专业年级 指导教师 填写时间

一、选题的根据： 1）本选题的理论、实际意义 在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。长期以来，自动调速电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。 以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在单片机已经开始取代模拟电路作为电机控制器。当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化，现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要求，为此可考虑开发电机的新型单片机控制器，因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。 2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解 直流电机问世已有一百四十多年的历史。在设计和制造技术上有很大进步, 新材料、新技术的应用以及整流电源的普及, 促进了一般工业用直流电机的不断扩大, 品种的日益繁多。从小至数瓦, 大到万余千瓦, 广泛地用于冶金、矿山、煤炭、起重运输、机床制造、纺织印染等各个部门中, 特别是近几年电子计算技术广泛应用在直流电机设计制造中。从直流电动机的演变历史, 也可以纵观直流电动机的发展历史和动向、从四十年代后期到五十年代的前期, 直流电动机的电源主要是采用M-G电动发电机组,六十年代初, 电动发电机组电源已被水银整流器逐渐代替, 到六十年代后期, 由于可控硅整流装置的出现, 并得到迅速发展, 可控硅整流电源已占统治地位。由于直流电源供电方式的不断更新换代, 特别是在最近的十几年期问, 进一步促使了直流电动机的单机功率、转速不断提高, 目前朝着高速、大功率方向发展。另外, 由于绝缘技术和分析技术的进步, 直流电动机已迅速向小型轻量, 低惯量方面发展。 随着各种技术的进步和研究的展开,诸多高质量的直线电机产品和科研成果纷纷出现。1985年,美国Ingersol铣床公司生产了采用永磁同步直线电机的HVM600高速加工中心,最大进给速度达76.2m/min。而在1997年,汉诺威12.EMO展览会上有20多家公司展出了直线电机传动装置,如德国Trumpf公司的激光机 床,法国Renault automation公司的加工中心等,展出的直线电机最大速度达150～200 m/min。这些被称为最有前途的展品表明,在高速度机床的进给机构中愈来愈多的采用直线电机。新型磁性材料和控制技术、冷却方法的出现,为应用经济高速高动力直线电机创造了条件。由于变频技术的出现，交流调速一直冲击直流调速，但综观全局，尤其是我国在此领域的现状，再加上全数字直流调速系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性，直流调速系统仍将处于十分重要地位。 对于直流调速系统转速控制的要求有稳速、调速、加速或减速三个方面，而在工业生产中对于后两个要求已能很好地实现，但工程应用中稳速指标却往往不能达到预期的效果，稳速要求即以一定的精度在所需要的转速稳定运行，在各种干扰不允许有过大的转速波动。 二、研究内容 1）主要研究内容及观点 完成单片机的直流电机控制系统总体设计，包括各部分硬件的设计以及相应的驱动程序设计。 通过电平转换使上位机能与单片机进行串口通信，并选用串口大师软件对单片机发送信号。 设计显示电路，使用户可以通过显示屏与控制系统进行交互，实现电机正反转等状态以及速度的实时显示。 设计键盘输入电路，使用户可以通过显示屏与键盘对电机进行正反转等状态以及速度的调节，从而脱离上位机对其发送信号。 2）研究重点 本文研究的重点是单片机控制电路的设计，精确可靠的控制和检测电机工作状态以及转速。当转速达到设定值时，可自动保持设置的转速。 3）难点控制电路、驱动电路的设计以及控制程序的编写。 4）创新点 加入键盘控制电路，采用独立式键盘，使用户可以通过键盘实现对电机工作状态和转速的调节。 5）拟撰写论文的结构（论文撰写框架） 目录 摘 要……………………………………………………………………..I Abstract………………………………………………………………….. II 1 绪论 1.1 直流电机概述 1.2 单片机概述 1.3 脉宽调制（PWM）技术 1.4 课题任务及工作内容 2 单片机直流电机控制系统总体设计方案 2.1 设计思路 2.2 方案论证与比较 2.3 系统组成 3 单片机直流电机控制系统硬件设计 3.1 系统硬件结构 3.2 系统单元电路设计 4 单片机直流电机控制系统软件设计 4.1 软件总体结构 4.2 系统模块程序设计 5 系统测试 5.1 测试准备 5.2 测试过程 5.3 测试结果 结束语 致谢 参考文献 附录 三、研究方法 本课题是研究直流电机控制系统的设计，基于单片机PWM技术来实现电机的工作状态以及转速。主要通过硬件电路设计，软件编程，系统调试研究控制电路性能。 主要理论基础：电机与拖动，单片机原理及应用，单片机C语言程序设计，模拟电子技术基础，数字电路技术基础，电路理论。 四、进程安排和采取的主要措施 1-2周：毕业实习，同时完成3000字以上汉字的英文翻译。 3-4周：查阅文献，学习直流电机控制过程，驱动方法，及如何使用单片机实现直流电机的正反转控制及速度的控制，完成系统总体设计，开题报告。 5-12周：进行硬件设计，制作PCB板，软件程序编写，调试程序，文档编制。 13-15周：完成毕业设计论文，打印。 16周：答辩 在以上实施过程中遇到困难和疑问，首先查阅相关资料和书籍，自己多动脑动手，理论联系实际，如果还不能解决问题的就找老师或同学询问帮助解决，以便顺利按时完成此次设计。 五、主要参考文献（不少于10篇，3篇以上英文参考文献） [1] 张毅刚 彭喜元 .单片机原理与应用设计[M]. 北京：北京市海淀区四季青印刷厂，2010. [2] 张毅刚.新编MCS-51单片机运用设计. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003. [3] 张义和 王敏男 许宏昌 余长春.例说51单片机（c语言版）. 北京：人民邮电出版社，2009. [4] 马忠梅 籍顺心 张 凯 马 岩.单片机的C语言应用程序设计. 北京：北京航空航天大学，2010. [5] Samsung Electronics. S3C44BOX Risc microcontroller ARM instruction sheet .2002. [6] 郭天祥.《51单片机C语言教程》，电子工业出版社，2005年7月 [7] 丁元杰.《单片微机原理及应用》，机械工业出版社，2005年7月 [8] 楼然苗、李光.《单片机课程设计指导》，北京: 北京航空航天大学出版社，2007. [9] Okazoe H,Shimizu K,Watanabe Y.et al. Develop-ment of a Full-FlowBurner Regeneration Type Diesel Particu-late Filter Using SiC Honeycomb[C] .Society of AutomotiveEngineers International Congress and Exposition.Michigan:SAE Paper 960130. 1996, :27-35 . [10] 岂兴明、唐杰等.《51单片机编程基础与开发实例详解》，北京: 人社，2009. 1V. Yu. Teplov,A. V. Anisimov. Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier Effect[J] ,2002 [12] Yeager Brent.How to troubleshoot your electronic scale[J].. Powder and Bulk Engineering. 1995 [13] 周兴华.手把手教你学单片机，北京: 北京航空航天大学出版社，2005. [14] Meehan Joanne,Muir Lindsey.SCM in Merseyside SMEs:Benefits and barriers[J].. TQM Journal. 2008 [15]周立功.直流电机原理与驱动[M].西安：西安电子科技大学出版社.2008.1 [16]说明书，LED12864液晶完整中文版资料 [17]王晓明 电动机的单片机控制(第3版) 北京航空航天大学出版社.2011 六、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 七、系审核意见

负责人签名（系公章）： 年 月 日