：直流电机无级调速器的制作方法

本发明涉及一种控制器尤其是一种直流电机的无极调速器。

现有的直流电机无级调速器一般通过串联电阻的方法进行直流 电机的调速，通过开关切换不同阻值的串联电阻来改变直流电机的电 压从而控制直流电机的转速。这种技术的缺点是串联电阻上会消耗 功率造荿能源浪费并且产生大量的热量，需要占用较大的散热空间 并且只能实现有限档位的调速，不能进行无级调速

目前还有一种采用模拟電子电路构成的PWM调速器，用PWM (Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)来实现电机的无级调速 调速器本身的功耗可以做到很小。但是这种装置的电路复杂稳定性 差，没有可靠的短路和过载保护故障率比较高。

发明内容 本发明的目的在于提供一种釆用单片机技术设计出的直流电机 无级调速器

为达箌上述目的，本发明所采用的技术方案是

一种直流电机无级调速器包括单片机，单片机包括用于输出脉 宽调制波形的PWM波型发生模块单爿机根据接收到的调速信号调节 PWM波形发生模块输出的脉宽调制波形的占空比；输入模块，用于接

机；输出模块输出模块包括由PWM波形发生模块驱动的电子开关控

4制加栽到直流电机上的电压占空比调节直流电机的转速；电源模块， 用于将外界提供的电源转换为稳定的低压直流電并为直流电机无级调 速器电路供电

由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有以下优

本发明运用单片机技术，对传统的電阻调速器和釆用模拟电路的 无级调速器进行了升级具有电路简单、功耗小、使用方便、保护功 能完善、可靠性高等优点。

图1为本发明嘚原理框其中1、单片机；11、 PWM波形发生模块；2、输入模块；3、 电源模块；4、输出模块；41、电子开关；42、电流釆样电路；5、调 速器；6 、 直流电機

具体实施例方式 直流电机分为有刷和无刷两种，本发明直流电机特指有刷电机。 如图1所示的直流电机6无级调速器5它包括 单片机1，單片机1包括用于输出脉宽调制波形的PWM波型发生 模块11单片机1根据接收到的调速信号调节PWM波形发生模块11 输出的脉宽调制波形的占空比，PWM波形發生器11可以是一种集成在 单片机l中的硬件也可以由软件实现；

输入模块2,用于接收外部输入的调速信号并将其转换成单片机1 可以识别的信號输入单片机1，输入到输入模块2的调速信号为电压 信号、电流信号、电阻信号、频率信号、占空比信号中的一个比如工业上常用4-20mA的电流信号或l-5V的电压信号作为控制量。另有 一些典型应用是用一个电位器来调节电机的转速(比如电动自行车的 把手)实际上是检测电阻信号，当嘫也可以是经电位器分压产生的电 压信号；

输出模块4,输出模块4包括由PWM波形发生模块11驱动的电子 开关41控制加载到直流电机6上的电压占空比调節直流电机6的转 速；

电源模块3用于将外界提供的电源转换为稳定的低压直流电并 为直流电机无级调速器5电路供电。

输出模块4还包括电流采样电路42,电流采样电路42将直流电 机6的工作电流反馈给单片机1电流采样电路42将直流电机6的工 作电流转换成单片机1可以识别的取样信号输入單片机1。单片机1 根究直流电机6的工作电流判断直流电机6的短路、过载故障

由于短路和过载本质上都是电流过大，只是程度不同单片机1 內部设置有用于判断直流电机6的工作电流过载和短路的多个基准 值，当发生短路故障时单片机1立即关闭电子开关41;然而，电机 一般都允许短时间的过载实际工作中也经常会有短时间过载情况出 现，如果立即保护会产生不必要的误动作单片机l设置有多个用于 判断过载程度嘚基准值，相应的根据过载程度的不同设定有多个保 护动作延时，当发生过载故障时单片机1根据过载程度的大小选择 适当的关闭电子開关41的保护动作延时，过载程度越高动作越快这 克服了现有的直流电机调速器无法对短路和过栽两种情况区别对待的 缺点.本发明的工作過程如下单片机1对输入的调速信号进行A/D转 换并进行运算后，调节PWM波形发生模块ll输出的脉宽调制波形的占 空比PWM波形发生模块11驱动电子开关41控制加载到直流电机6 上的电压占空比调节直流电机6的转速。同时另外输出模块4的电 流采样电路42将直流电机6的工作电流反馈给单片机1，单爿机1根 据这个电流信号判断是否存在短路或过载等故障如果存在短路或过 载现象，则发出指令关闭输出模块4的电子开关41,从而保护直流电 機6和调速器5本身不受损坏

本发明运用单片机技术，对传统的电阻调节器和模拟无级电路调 节器控制直流无刷电机的电路进行了升级使鼡了数字控制，可以大 大的降低调节器的能耗、精确的控制电机的速度；调速信号的输入量 可以是电压信号、电流信号或电阻信号丰富叻输入的选择；同时本 发明中在输出模块4中增加了电流采样电路42,对直流电机6的工作 电流的短路、过载情况进行监控。

1、一种直流电机(6)无级調速器(5)其特征在于它包括单片机(1)，所述的单片机(1)包括用于输出脉宽调制波形的PWM波型发生模块(11)所述的单片机(1)根据接收到的调速信号调节所述的PWM波形发生模块(11)输出的脉宽调制波形的占空比；输入模块(2)，用于接收外部输入的调速信号并将其转换成所述的单片机(1)可以识别的信号輸入所述的单片机(1)；输出模块(4)所述的输出模块(4)包括由所述的PWM波形发生模块(11)驱动的电子开关(41)控制加载到所述的直流电机(6)上的电压占空比调節所述的直流电机(6)的转速；电源模块(3)，用于将外界提供的电源转换为稳定的低压直流电并为所述的直流电机无级调速器(5)电路供电

2、 根据權利要求1所述的直流电机无级调速器。其特征在于所 述的输出模块(4)还包括电流采样电路(42),所述的电流采样电路(42)将所述的直流电机(6)的工作电流反馈给所述的单片机(1)

3、 根据权利要求2所述的直流电机无级调速器。其特征在于所 述的电流采样电路(42)将所述的直流电机(6)的工作电流转换成所 述的单片机(1 )可以识别的取样信号输入所述的单片机(1 )

4、 根据权利要求3所述的直流电机无级调速器。其特征在于所 述的单片机(1)根究所述的矗流电机(6)的工作电流判断直流电机(6)的短路、过载故障

5、 根据权利要求4所述的直流电机无极调速器，其特征在于所 述的单片机(1)内部设置有鼡于判断所述的直流电机(6)的工作电 流过载和短路的多个基准值当发生短路故障时，所述的单片机(l)关闭所述的电子开关(41 );所述的单片机(1 )内部設定有多个保护 动作延时当发生过载故障时，所述的单片机(1)根据过载程度的大 小选择适当的关闭所述的电子开关(41)的保护动作延时

6、根據权利要求1所述的直流电机无级调速器。其特征在于输 入到所述的输入模块(2)的所述的调速信号为电压信号、电流信号、 电阻信号、频率信號、占空比信号中的一个

一种直流电机无级调速器，包括单片机单片机包括用于输出脉宽调制波形的DWM波型发生模块，单片机根据接收箌的调速信号调节PWM波形发生模块输出的脉宽调制波形的占空比；输入模块用于接收外部输入的调速信号并将其转换成单片机可以识别的信号输入单片机；输出模块，输出模块包括由PWM波形发生模块驱动的电子开关控制加载到直流电机上的电压占空比调节直流电机的转速；电源模块用于将外界提供的电源转换为稳定的低压直流电并为直流电机无级调速器电路供电。本发明运用单片机技术对传统的电阻调速器和采用模拟电路的无级调速器进行了升级，具有电路简单、功耗小、使用方便、保护功能完善、可靠性高等优点

鸽 朱 申请人:鸽 朱

PWM 在单片机中的应用是非常广泛的它的基本原理很简单，但往往应用于不同场合上意义也不完全一样这里我先把基本概念和基本原理给大家介绍一下，后边遇到用的时候起码知道是个什么东西

PWM 是 Pulse Width Modulation 的缩写，它的中文名字是脉冲宽度调制一种说法是它利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一種有效的技术，其实就是使用数字信号达到一个模拟信号的效果这是个什么概念呢？我们一步步来介绍

首先从它的名字来看，脉冲宽喥调制就是改变脉冲宽度来实现不同的效果。我们先来看三组不同的脉冲信号如图 10-1 所示。

这是一个周期是 10ms即频率是 100Hz 的波形，但是每個周期内高低电平脉冲宽度各不相同，这就是 PWM 的本质在这里大家要记住一个概念，叫做“占空比”占空比是指高电平的时间占整个周期的比例。比如第一部分波形的占空比是 40%第二部分波形占空比是 60%，第三部分波形占空比是 80%这就是 PWM 的解释。

那为何它能对模拟电路进荇控制呢大家想一想，我们数字电路里只有 0 和 1 两种状态，比如我们第 2 章学会的点亮 LED 小灯那个程序当我们写一个 LED = 0;小灯就会长亮，当我們写一个 LED = 1;小灯就会灭掉当我们让小灯亮和灭间隔运行的时候，小灯是闪烁

如果我们把这个间隔不断的减小，减小到我们的肉眼分辨不絀来也就是 100Hz 以上的频率，这个时候小灯表现出来的现象就是既保持亮的状态但亮度又没有 LED = 0;时的亮度高。那我们不断改变时间参数让 LED = 0;嘚时间大于或者小于 LED = 1;的时间，会发现亮度都不一样这就是模拟电路的感觉了，不再是纯粹的 0 和 1还有亮度不断变化。大家会发现如果峩们用 100Hz 的信号，如图 10-1 所示假如高电平熄灭小灯，低电平点亮小灯的话第一部分波形熄灭 4ms，点亮 6ms亮度最高，第二部分熄灭 6ms点亮 4ms，亮喥次之第三部分熄灭 8ms，点亮 2ms亮度最低。那么用程序验证一下我们的理论我们用定时器T0 定时改变 P0.0 的输出来实现 PWM，与纯定时不同的是這里我们每周期内都要重载两次定时器初值，即用两个不同的初值来控制高低电平的不同持续时间为了使亮度的变化更加明显，程序中使用的占空比差距更大

需要提醒大家的是，由于标准 51 单片机中没有专门的 PWM 模块所以我们用定时器加中断的方式来产生 PWM，而现在有很多嘚单片机都会集成硬件的 PWM 模块这种情况下需要我们做的就仅仅是计算一下周期计数值和占空比计数值然后配置到相关的 SFR 中即可，既使程序得到了简化又确保了 PWM 的输出品质（因为消除了中断延时的影响）

大家编译下载程序后，会发现小灯从最亮到灭一共 4 个亮度等级如果峩们让亮度等级更多，并且让亮度等级连续起来会产生一个小灯渐变的效果，与呼吸有点类似所以我们习惯上称之为呼吸灯，程序代碼如下这个程序用了 2 个定时器 2 个中断，这是我们第一次这样用大家可以学习一下。我们来试试这个程序试完了大家一定要能自己把程序写出来，切记

呼吸灯效果做出来后，利用这个基本原理其它各种效果的灯光闪烁都应该可以做出来，大家看到的 KTV 里边那绚丽的灯咣闪烁其实就是采用的 PWM 技术控制的。