基于LPC2124的直流电机调速系统Proteus仿真 设计要求驱动轮式机器人，两轮的直径相同为0.1m，驱动电机选用直流电机，为了满足加速度需求，每个电机配备了减速装置，且两轮为独立驱动。小车运行过程中自带电池，电池的供电电压为+24VDC，为满足机器人比赛需要，经需求分析可得该机器人运动控制系统的最大速度为：5.0m/s，最大加速度为：20m/，控制方案采用闭环控制方案。 通过计算可知，在没有减速器的情况下，电机应达到955r/min才能实现最大转速5.0m/s，启动时间应该小于0.25s才能达到最大加速度20m/的要求。所以，可以选择额定电压24V，空载转速2500r/min的直流电机，采用调速比2.5的减速器，加速度要求通过软件实现。
系统要求采用闭环控制方案，本设计采用转速单闭环控制，选用旋转编码器作为测速传感器。旋转编码器不仅精度高，而且安全稳定、维护方便，在Proteus库里有配套旋转编码器的直流电机，方便仿真。理论上旋转编码器的光栅数越大，测速越精确，但是光栅数的增大会增加制作难度和成本，本设计只是用于轮式机器人的测速，采用光栅数1024的旋转编码器足以，同时可以采用四倍频电路提高转速分辨率。
在基于Proteus仿真的直流电机调速系统中，由于各种限制，设计并不能达到系统的具体要求，但是可以作为一个可供参考的调速模型。
2 芦荟减肥茶直流电机调速系统硬件设计
2.1硬件系统结构图
直流电机转速单闭环调速系统硬件结构图如图1 所示
图1 直流电机转速单闭环调速系统硬件结构图
2.2 LPC2124简介
LPC2124是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器，并带有256KB嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行，且可使用16位Thumb模式。
LPC2124支持多种通信接口，包括UART， 和SPI等串行接口以及PWM输出接口，外围接口部分设计极为方便、灵活。
2.3 电机驱动芯片L298介绍
L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。芯片内部结构图如图2所示。
图2 L298芯片的内部结构图
L298驱动直流电机参考表1
表1 L298驱动直流电机参考表
电机 | 旋转方式 | 控制端IN1 | 控制端IN2 | 控制端IN3 | 控制端IN4 | 输入PWM信号改变脉宽可调速 |
调速端A | 调速端B |
M1 | 正转 | 高 | 低 | / | / | 高 | / |
反转 | 低 | 高 | / | / | 高 | / |
停止 | 低 | 低 | / | / | 高 | / |
M2 | 正转 | / | / | 高 | 低 油动多旋翼 | / | 高 |
反转 | / | / | 低 | 高 | / | 高 |
停止 | 低 | 低 | / | / | / | 高 |
| | | | | | | |
2.4 直流电机调速系统Proteus仿真电路
Proteus的元件库中提供许多种类型的电机元件，从简单的直流电机到步进电机、伺服电机都有，我们选取一个带编码器的电机MOTOR-ENCODER来仿真，之所以用带编码器的，是因为我们需要用到编码器的输出信号来测量电机的转速。MOTOR-ENCODER的编码输出与本系统所要求的增量式旋转编码具有同等功能，可提供两路路具有90○相位差的编码脉冲，利用其中任何一个可实现对转速的检测。
在MOTOR-ENCODER的属性中可设置其参数，本系统对MOTOR-ENCODER的参数设置如表2所示。
表2 Motor-Encoder参数表
参数名www.44base | 参数值 |
网络巡检额定电压 | 24 V |
线圈电阻 | 12 Ω |
线圈电感 | 100 mH |
空载转速 船舶导航 | 1000 rpm |
负载率 | 10 % |
每转脉冲数 | 60 |
| |
直流电机调速系统Proteus仿真电路如图2所示。
图2 直流电机调速系统Proteus仿真电路
系统采用24MHz晶振提供外部时钟，LPC2124的P0.6，P0.7输出高低电平控制电机转速方向；四个二极管作为续流二极管，起保护作用；四个按键通过上拉电阻与LPC通用端口
相连，按键按下，低电平有效，另外通过一个四输入与门与外部中断EINT0相连，通过外部中断方式判断是否有按键按下,四个按键分别实现电机加速、减速、反转、制动的功能。
3 直流电机调速系统软件设计
3.1 直流电机调速系统软件设计流程图
直流电机调速系统软件设计流程图如图3所示，中断程序如图4、图5所示。
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图3 调速系统软件 图4 按键中断 图5 测速中断
设流程图 程序流程图 程序流程图
3.2 PWM模块
系统采用PWM方法调整电动机的速度，首先应确定合理的脉冲频率。脉冲宽度一定时，频率对电机运行的平稳性有较大影响，脉冲频率高电动机运行的连续性好，但带负载能力差；脉冲频率低则反之。
调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。
我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用LPC2124产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。
PWM输出频率采用系统时钟频率，通过转速调节器调节PWM占空比，实现直流电机的调速驱动。PWM初始化子程序流程如图6所示。
图6 PWM初始化流程图
3.3测速模块
本系统采用T法测速，旋转编码器输出的脉冲由LPC2124的P0.28捕获，电机每转一圈旋转
编码器输出60个脉冲，每捕获一个编码器输出脉冲，则进入中断读取定时器的值，计算测速时间，通过公式（1-2）计算转速
(1-1)
T法测速原理如图7所示。
图7 T法测速原理图
定时器0初始化流程图如图8所示。
图8 定时器0初始化流程图
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