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解读嵌入式单片机在电机控制系统中的具体应用措施

2020-03-13 372 上传者：管理员

摘要：目前在工业领域中，电机的运行状态会直接影响到其自身的生产效率以及生产的安全性，那么如何有效的对电机进行控制，成为了相关研究人员所关注的焦点。电机的传统控制方式主要是通过模拟器件进行，由于模拟器件有着成本低廉以及结构简单等诸多优势，得到了十分广泛的应用。然而不足之处就是，其系统控制功能难以很好的升级，可靠性也不佳。因此，随着现代数字式控制系统的发展，电机的控制方式也发生了很大的转变，逐渐通过嵌入式系统实现对电机的控制。基于此，本文首先对嵌入式系统的发展进行了探究，然后分析了嵌入式单片机系统控制的设计内容，最后详细阐述了嵌入式单片机在电机控制系统中的具体应用措施，以期为相关工作人员提供有用的参考。

关键词：
具体应用措施
单片机嵌入式系统
电机控制系统
硬件平台设计
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在电机控制系统中应用单片机，就需要其能够满足电机控制系统的控制任务需求以及基本性能。而电机的控制任务分别是换相序控电机的旋转方向以及电机的转速。由于单片机嵌入式系统是一种被纳入到微型计算机的小类别，所以其就有着其他技术所没有的特殊优势，那就是功能强大、体积小以及成本低廉，而且使用起来也十分的简单方便。因此，单片机嵌入式系统受到了世界各国相关研究人员的关注，其发展速度也十分的迅猛。现如今单片机嵌入式系统已经涉及到了很多的相关领域之中，如智能家具加点、机械自动化控制、智能玩具以及智能生活设备等。并且，单片机嵌入式系统还在逐渐延伸到更多的领域之中，其优势也会进一步显现。

1、嵌入式系统的发展

嵌人式系统在刚刚诞生时，使用的是4位处理器，而随着现代科学技术的发展，其逐渐发展为8位处理器到32位处理器，再到现在我们所使用的性能更高、可靠性也是最强的64位处理器。嵌入式系统能够更好的满足人们的新华需求，可以将互联网与嵌人式系统的电子设备有效的融合到一起，并能够提供多种不同类型的网络通信接口，可以使嵌入式系统的作用最大限度的得到发挥。并且，其微处理器有着很高的运行频率，还具有着十分丰富的硬件资源，并有着能够同时载人多个任务的操作系统。所以，嵌入式系统越发受到相关研究人员的青睐，并将其应用到了多个领域之中。并取得了十分显著的成果。而通过便携步进电机以及嵌入式单片机的控制程序以及控制开发，可以帮助我们更加全面的了解嵌人式系统，从而有利于对其开展深入的开发和研究。

2、嵌入式单片机系统控制设计

开展对嵌入式单片机系统的控制设计工作，需要考虑五个方面的内容，分别是优化性能、应用面向、专业开发、精简系统以及内核精巧。而随着我国科学技术的不断发展和进步，使嵌入式单片机系统在机械远程自动控制以及智能制造等多个领域都可以得到有效的应用。而步进电机作为一种离散运动的装置，可以有效的对脉冲信号进行转变，使其可以成为角位移以及现位移的执行结构。

一旦其接收到相应的脉冲信号，就能够根据事先设计的参数，使其方向可以固定的进行转动，而且电机还可以对脉冲频率进行控制，有效的调整电机的速度，并可以通过对脉冲个数进行调整的方式事先角位移量，从而有效的对电机开展实时定位，而脉冲数以及脉冲信号的频率可以控制电机的停止位置以及转速，这样就能够通过开环的方式进行控制，特别是再一些对精度没有过高要求的场合。所以，结合步进电机的工作原理，通过对脉冲信号的相序进行调整，就可以对步进电机的内部磁场旋转方向进行控制，从而能够使转子的转向也发生改变^[1]。

3、嵌入式单片机在电机控制系统中的具体应用措施

3.1 整体硬件结构

针对电机转子的方位，主要是通过电机转子位置传感器进行操控检测。再由CPU控制芯片将其方位进行转换，成为能够被系统所接受的电子讯号，而CPU控制芯片的作用则是发出电讯号对驱动电机的转动进行控制。在电机正式进入运行状态时，CPU控制芯片就可以结合其实际的旋转条件，从而将电机的旋转速度调整到最佳状态。并且，还可以根据电机现在的旋转速度对位置传感器脉冲讯号的宽度进行计算。但是，由于电机转子的预先设置速度会与其实际旋转速度有着一定的差异，而这种差异讯号可以利用CPU控制芯片进行检测，一旦其发现这种异常信号，就可以将其转变为新的控制指令，这样就可以及时的对电机转速进行调整，并将闭环控制结束。

3.2 软件应用

嵌入式实时操控系统主要是通过µCLinux软件，利用系统实现对任务的调度以及管理，它也是软件系统中的核心部分。而根据电机控制细则的相关要求，如果用户要处理任务调度函数，就需要通过任务实现对操控的改变，从而能够优先解决一些的重要额任务，这样就可以实现对电机进行实际意义上的操控。而具体的操作方法如下：首先，用户需要将测量设置成最优先级别。其次，做好对数据处理的准备。最后，完成对驱动的输出。

3.3 嵌入式单片机应用系统设计

在单片机的控制系统是由5个不同的时期所组成的，详细情况如下：第一个时期。该时期主要是解析系统的功能，也就是确定在系统设计中的实际需求，并将不需要的部分进行排除，并全面的解析设计产品的实际功能；第二个时期。该时期主要是对系统的整体设计方案进行明确，需要注意并不是结合系统的其他方面开展研究设计，而是对每一个设计模块依靠系统的功能进行深人选型；第三个时期。该时期主要是结合系统的总体设计需求，确定对每个模块的设计原则，还要深入、透彻的对每一个模块开展研究。并且还要对系统的每一个部分进行精确的详细设计，使其能够回归到系统软件的每一个模块之中，并可以回归到系统硬件图纸；第四个时期。该时期主要是在前面三个时期的基础上，使系统的硬件以及软件能够完美的融合到一起，这也是这5个时期中的核心关键，通过对各个时期进行有效的调节，可以切实的发现其中存在的问题，并及时的将其进行解决。

3.4 硬件设计

开展对单片机嵌入式系统的硬件涉及工作，则是要将其作为系统的配置以及系统的延伸。系统的延伸指的是在单片机的原有自愿无法有效满足系统的实际需求时，可以开展外部延伸，并能够重新选取适合的芯片，并对其相应的电路进行深入的研究和分析，使其可以更加满足其实际需要。系统的配置则指的是根据系统的实际需要，所必须配备的外围硬件设备。主要包括A／D、显示屏、复印机以及键盘鼠标等等，并根据系统设计出符合其实际情况的电路接入点。

现如今，在电机控制系统中应用单片机嵌人式系统越发的成熟，并取得了十分显著的成果。然而，由于单片机的驱动口在能力上存在一定的限制，这就导致系统功能的消耗需要控制在一个合理的水平，才能够保证其正常运行。所以，在条件允许的情况，可以通过增加总线驱动电路的方式，有效的降低系统压力。并且，在设计硬件的过程中，系统的扩展延伸性是其中的决定性因素，因为系统不光要符合现如今各项工作的实际需求，还要针对未来的工作需求留出充足的空间。

3.5 系统调试

运行和维护开展系统调试工作的主要目的就是发现其中存在的漏洞，切实的做到查漏补缺，及时的发现其中存在的不规范因素，并可以及时对其进行调整和修复，保证系统可以正常工作，不对生产活动造成不良影响。而调试工作的主要可以采用两种方法进行，分别是软件调试和硬件调试。软件调试的主要功能就是模拟仿真修复，这种方式的优点在于不会对硬件造成损伤，就能够及时的发现其中的不安全因素，并可以及时的解决，还可以对在硬件调试中发现的问题，实现早发现和早预防。硬件调试的主要功能就是对硬件进行调剂，及时的解决在电路中存在的各种问题。通过将这两种方法有效的结合到一起，可以更快的对调节方案进行设计，对调节环节进行科学合理的设计，从而更好的完成调节工作^[2]。

4、结束语

总而言之，在传统的电机控制系统中，往往过于依靠硬件的构造原理，往往是越先进其控制功能就越多，这就导致对控制性能的要求也是大幅提高，对硬件的结构有着很高的要求，其复杂性也是直线增长。而随着现代CPU高级控制芯片的诞生，导致这种依赖性进一步提升，使的电机控制系可以在简单的工作环境中充分的发挥自身的作用，并且其运行速度也有了显著的提高，大幅增强的其生产效率。同时，电机的抗干扰能力相比过去也有了极大的进步。需要注意的是，虽然通过应用嵌入式单片机可以使电机系统的效率提高，然而我们还需要根据实际的问题以及各种影响因素进行合理的调整。并根据实际的控制需求，对性价比进行仔细的分析，充分考虑延伸的需要以及现实条件，对嵌入式单片机进行合理的选择，才可以切实的保证自身的经济利益^[3]。

参考文献：

[1]刘瑞龙.基于嵌入式单片机在电机控制系统中的应用分析[J].电子世界,2018(11):207.

[2]周勤,孙颖.嵌入式单片机在电机控制系统中的应用[J].电子技术与软件工程,2018(7):253.

[3]金巨波.基于嵌入式单片机的电机控制系统设计[J].赤峰学院学报(自然科学版),2017,33(17):47-48.

李素敏,滕俊杰.单片机嵌入式的电机控制系统研究[J].电声技术,2019,43(10):64-66.