摘要：以ATmegal6單片機為控制核心，給出了利用主從兩片單片機來實現高效電機控制和人機接口，并通過單片機編程實現對多種交直流電機和步進電機的驅動控制，同時用RS232/485工業(yè)總線來將多個控制器連接成網絡，從而實現電機的網絡化遠程控制的設計方法。

0 引言

電機的驅動與控制是現代電子技術中一個重要的研究課題，不同種類的電動機需要有不同的控制和驅動方法。使用高性能單片機作為電機控制驅動裝置的核心，可以有效降低電機驅動器的成本，擴展應用范圍，提高使用靈活性。

ATmegal6單片機是ATMEL公司的一款高性能8位AVR單片機，它內部帶有功能強大的可編程定時和計數單元，通過編程可以很容易地產生各類交、直流電機以及步進電機的驅動波形，因此，利用這類功能強大的單片機作為電機控制器的核心，可以使控制器應用更加靈活、應用范圍更廣、維護成本更低。本文設計出的電機通用控制裝置功能齊全，其液晶顯示裝置和按鍵可以控制并顯示電機的運行狀態(tài)，而數字化的溫度傳感器則能有效準確地監(jiān)控電機的運行溫度，RS485/232總線通信接口可以將多個控制器進行聯(lián)網。從而實現電機的智能化遠程控制。

1 電機控制及驅動電路設計

圖l所示是一種通用電機控制裝置系統(tǒng)的總體結構圖。其整個單片機系統(tǒng)以ATmegal6單片機為控制核心，其中從單片機和主單片機利用I2C總線進行通信。從單片機連接按鍵和液晶屏，可以實現人機接口的功能，這樣即可以為主單片機節(jié)約寶貴的I/O資源，又可以提高系統(tǒng)的運行效率。另外，DSl8820采用單總線結構采集溫度，可以實現對電機溫度的監(jiān)控。

1.1 ATmegal6主控電路

ATmegal6單片機具有3個PWM功能的定時器/計數器T/C0、T/Cl和T/C2，其中T/C0和T/C2是兩個8位的定時器/計數器，而T/Cl是16位具有輸入捕獲功能的定時器/計數器。

本系統(tǒng)的主控單片機電路如圖2所示。它以megal6單片機為核心，配有外圍復位電路和振蕩器電路，單片機所有I/0都可獨立引出，以便與外部電路的連接和擴展。

1.2 電機溫度監(jiān)測電路

電機的表面溫度是衡量電機是否在安全狀態(tài)下工作的一個重要指標。本系統(tǒng)的電機溫度監(jiān)測電路利用美國DALLAS半導體公司推出的單總線數字化測溫集成電路DSl8820來實現。該數字化傳感器具有很寬的測溫范圍(-55℃～+125℃)，工作時只需要三根引線，而且多只DSl8820可以并行連接，以實現對多個電動機的溫度監(jiān)控。

系統(tǒng)工作時，DSl8820可把測得的溫度數據傳給單片機。如果超過用戶設定，系統(tǒng)還可執(zhí)行電機保護和報警等程序。電機溫度監(jiān)測系統(tǒng)的結構如圖3所示，圖4所示是其溫度監(jiān)控電路。

1.3 鍵盤及LCD接口電路

本系統(tǒng)的按鍵和LCD接口控制電路以單片機AT89S51為核心，該電路使用I2C總線與主單片機進行通信。利用這種主從單片機分離的設計可將一些大量占用IO端口資源的低速設備進行集中管理，從而為主單片機節(jié)約硬件資源和程序開銷，提高系統(tǒng)的使用靈活性和運行效率。其LCD顯示和鍵盤處理電路如圖5所示。

1.4 RS-232/485通信電路

為了適應電機控制的網絡化、智能化需求，本電機控制器帶有RS232/RS485數據接口。用戶利用這兩種總線接口可以方便地將多個電機控制器連接成網，以方便電機系統(tǒng)的集中化管理。RS485接口電路使用收發(fā)控制的“透明化”管理，MAX485芯片的收發(fā)切換由NE555組成的單穩(wěn)態(tài)電路自動完成，當單片機需要向RS485總線傳輸數據時，NE555可自動將MAX485切換至發(fā)送狀態(tài)，數據傳送完畢后，MAX485又將恢復至接收狀態(tài)。RS-232/485總線驅動電路如圖6所示。

1.5 電機驅動電路

本控制器的驅動部分使用凌陽SPGT62C19B電機驅動芯片來實現對直流電機和步進電機的驅動。SPGT62C19B是低電壓單片式步進電機驅動

器集成電路芯片，其輸出電壓可達40 V，輸出電流可達750mA。設計時，可由輸入的邏輯電平來決定輸出脈沖的寬度及頻率。由該芯片組成的電機驅動系統(tǒng)將脈沖發(fā)生器、脈沖分配器、脈沖放大器合為一體，故可省去很多外圍器件。與其它部件一樣，主控電路也被設計成為一個獨立的模塊.以方便更換，而且該模塊還可用于別的場合。其電機驅動電路圖如圖7所示。

1.6 轉速測量電路

轉速測量可采用一組鼠標上用的紅外對管來實現，其電路原理如圖8所示。當紅外發(fā)射管與紅外接收管之間被直流電機光柵轉盤的不透明部分遮擋時，紅外接收管處于截止狀態(tài)，此時圖中的SPEED輸出高電平。反之，當光柵轉盤的通光槽轉至紅外對管之間時，紅外接收管處于導通狀態(tài)，此時SPEED輸出低電平。這樣，將SPEED連接到單片機的I/O口，即可通過定時計數的方法計算出電機的轉動速度。

2 單片機程序設計

2.1 主程序

本驅動器的程序設計使用模塊化編程思想，其主程序用于完成對各子程序的調用。系統(tǒng)工作后，首先調用初始化子程序，以完成具有復用功能的I/0腳的選擇和設置、各種中斷功能的選擇及其設置、AT89S51和ATmegal6的初始化、中斷屏蔽寄存器的設置、中斷寄存器的清零、系統(tǒng)變量的初始化等，最后完成開中斷。初始化完成之后，系統(tǒng)將調用驅動程序，并完成系統(tǒng)的起動。系統(tǒng)起動之后，即進入正常運行狀態(tài)。系統(tǒng)的全部運行過程均可由鍵盤進行實時控制和調節(jié)。

2.2 初始化程序

系統(tǒng)的初始化程序流程圖如圖9所示。該程序中包括LCD顯示器、鍵盤等人機接口部分的初始化。主要功能是對具有復用功能引腳的選擇和設置，以及各種中斷功能的選擇及設置(如外部鍵盤的中斷選擇等)，同時包括AT89S5l的初始化、鍵盤的方式選擇、工作時間的確定、顯示方式的設定等。而系統(tǒng)變量的初始化包括溫度的設定，轉速初值的設定等。

2.3 控制程序

系統(tǒng)起動后即進入控制程序?？刂瞥绦蚴窍到y(tǒng)程序的主要部分，主要用來保證系統(tǒng)在給定的轉速下正常運行，該程序主要調節(jié)單片機PWM口的占空比，從而調節(jié)電機繞組兩端的平均電壓，達到調速的目的，其控制程序流程如圖10所示。

3 結束語

本設計實現了一種以ATmega16單片機為核心的電機控制裝置。該裝置具有各類電機驅動脈沖的輸出、電機溫度監(jiān)測與保護、人機操作界面和長距離工業(yè)總線通信等功能。利用AVR單片機具備的軟硬件特點，可實現對多種電機的驅動與控制，以用于電機驅動研究、網絡化電機集中控制等領域。由于該控制器采用主從單片機設計，系統(tǒng)的運行得以很好地分工，其中從單片機實現低速人際交互，主單片機則實現高速的電機驅動與控制，主從單片機各司其職，故可使系統(tǒng)的運行效率達到最高。本電機控制裝置的架構開放，使用靈活，可以很好地應用于直流電機的調速控制，交流電機的變頻驅動，步進電機的步距細分等多種電機驅動和控制領域。