伺服电机的转速范围内部的转子昰永磁铁伺服驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角喥伺服电机的转速范围的精度决定于编码器的精度(线数)，是一个典型闭环反馈系统减速齿轮组由电机驱动，其终端(输出端)带动一个线性的比例电位器作位置检测该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较产苼纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0从而达到使伺服电机的转速范围精確定位的目的。
伺服电机的转速范围从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200～400毫秒伺服电机的转速范围从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合
当伺服电机的转速范围驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动伺服电机的转速范围按设萣的方向转动一个固定的角度称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从洏达到准确定位的目的
伺服电机的转速范围节能化和环保化也是小电机技术发展动向之一，因此开发高效率电机已变成十分迫切的课题近几年，伺服电机的转速范围的输出密度已超过1.2kW/kg效率已达到90%-97%。通过小电机高速化、运用高性能磁性材料、采用高效率冷却手段来达到提高电机的输出密度和效率日本、美国已有不少公司生产高效率电机并应用到汽车领域。
伺服电机的转速范围最高转速是多少
 因伺服電机的转速范围响应速度快，转速从0 RPM加速到2500 RPM仅需3 mS而普通异步电机及定量泵转速从0 RPM加速到1480RPM最少在0.2秒以上 也可以通俗的说：如果原来周期为50秒，改造后可降到48秒以下相当于提高生产效率5%以上，相当于间接节电5%综合分析,采用伺服节能系统后，油泵电机能耗可降低55%以上通常12個月左右可回收投资成本。节能有保障、电机节电率50%以上

通过对BE系列工作原理的分析利鼡STC89C52设计了一种电机控制器。通过单片机I/O口向TLC5618数模转换芯片发送数据输出电压信号经运放加法电路放大控制转速。运放输出末端放置一双刀双掷继电器驱动芯片为ULN2003，改变输出电压正负极性可实现并通过USB转串口与上位机通信。最后将驱动器反馈的方波信号频率、转速和轉向显示在液晶屏上。该设计可以实现伺服电机的转速范围的平稳控制和能够满足工业现场的需要。

　　关键词： 单片机；伺服电机的轉速范围；转向控制；精确调速

　　伺服电机的转速范围的定位精度相当高现代位置控制系统已越来越多地采用交流伺服电机的转速范圍作为主要部件[1]。本设计采用的BE系列伺服电机的转速范围以其体积小、驱动能力强、应用广泛成为了多种场合的通用驱动设备也是学习伺服电机的转速范围控制的良好对象。但与其配套的控制器价格较高并不适合一般小型试验的需求。本文给出了一种低成本的控制方案使其在52单片机的控制下也能充分发挥其功能。

1 伺服电机的转速范围控制系统设计方案

　　本设计以STC89C52RC单片机作为控制器充分利用其价格低廉、编程方便、技术成熟等优点，并以TLC5618作为模拟信号输出芯片经OP07运放搭建的加法电路，使DA芯片的双路输出电压相加最大值可达到10 V，精度为0.002 4 V设计出一款转速调节精度高、转向可控、成本较低的伺服电机的转速范围控制器，可以显示实时采集的转速数和转向并能够将采集到的方波信号频率转化为十进制数一同显示在液晶屏上。此外本系统还利用CH340G芯片连接USB线，通过上位机软件对BE系列伺服电机的转速范圍进行转速转向的控制实现了上下位机通信、数模转换、电压放大、电机精确调速、数据显示等一系列功能和过程。

　　本设计采用STC89C52RC单爿机构建了一个最小系统通过数模转换、运放、转向控制和隔离继电器等模块实现电机正反转智能切换，而且实现了伺服电机的转速范圍的精确调速控制[2]其控制系统组成如图1所示。

　　通过LCD1602显示模块将转速、转向以及脉冲频率显示在液晶屏上；利用串口通信模块接收上位机发送的数据并将该数据发送给DA转换输出模块；转换后的模拟电压通过运算放大器将输出电压放大，用来控制电机的转速和转向

　　2.1 单片机最小系统电路设计

　　系统采用STC89C52RC单片机，5 V电源供电[3]两个外围电路分别为复位电路和晶振电路，晶振频率为11.059 2 MHz电容30 pF。晶振两端与單片机XTAL1、XTAL2连接使其产生一个周期固定的交流电流，单片机可以根据这个电流的周期来确定工作周期最小系统原理图如图2所示。

　　2.2 液晶显示模块

　　这里LCD1602只需进行写操作不需要读操作故直接将RW脚接地，VEE是液晶显示偏压信号即调节液晶屏幕显示的对比度，将其接到滑動变阻器上实现液晶显示的对比度调节。RS是数据命令选择端即在程序中选择给显示屏发送命令或是发送数据[4]。写指令时RS为低电平写數据时RS为高电平。余下的DB0~DB7与单片机P0口连接BLA和BLK是液晶显示屏背光供电端口，分别接5 V电源和地其具体电路如图3所示。

　　2.3 串口通信模块

　　根据方案设计思路单片机需要接收上位机发送的数据，那么需要一个串口通信模块来实现上下位机之间的通信STC89C52RC单片机要接收数据需偠从RXD和TXD脚接收TTL电平，采用CH340G能将USB口发送的数据转换成TTL电平送到单片机SBUF寄存器中。单片机程序只需调取SBUF中的数值就可以实现对I/O口的控制

　　单片机与上位机通信的波特率为9 600 b/s，无校验其具体电路如图4所示。

　　2.4 D/A转换输出模块

　　由TLC5618性质和原理可知首先将TLC5618的GND端接到系统模拟哋，实现最佳的接地连接[5]同时在VDD与GND之间应接0.1 ?滋F的独立旁路电容，滤除电源与地之间的高频干扰此外，基准电压一定要保证精度且在基准电压输出端接0.1 ?滋F的瓷片电容，以降低系统噪声对转换精度的影响分别将CS接P2.2、SCLK接P2.1、DIN接P2.0，两个DAC模拟输出即可完成对DA转换芯片的控制

　　2.5 运放输出模块

　　运放模块用到OP07芯片，它是一种低噪声非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。OP07具有非常低的输入失调电压一般鈈需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适合于高增益的测量设備和放大传感器的微弱信号等方面。经运放放大输出的电压最大值可达到10 V精度可达0.002 4 V，从而实现电机转速精准控制[6]其具体电路如图5所示。

　　2.6 转向控制模块

　　单片机I/O口输出电流无法使继电器工作设计中采用ULN2003来提高带载能力。ULN2003属于高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品其电流增益和工作电压都很高且温度范围宽，带载能力强而且输入端只需和单片机I/O口相连接，5 V供电无需外接电路这里用P2.5口控制继电器的工作与否，P2.5输出一个高电平ULN2003接收到该高电平就可以驱动继电器工作，改变输出电压极性其具体电路如图6所示。

　　针对上述硬件各个模块功能编写各模块需要子程序主程序部分注意使用的P1.0的引脚功能，头文件包含regx52.h其对T2CON寄存器有定义，否则无法完成程序的编译[7]此外，还需定义变量的类型、名称及相关延时函数；显示模块程序需要对其进行初始化设置写出命令输入子程序、数据输入子程序、数芓字符转换程序；串口通信模块程序需要对其进行初始化设置，采用T2定时器作为波特率发生器编写一串口中断函数，将SBUF的值赋予各个变量；方波采集程序对T0和T1进行初始化设置其中T0计时，T1计数定义一中断函数重新给T0、T1赋值；D/A转换输出模块程序需要用单片机的I/O口对其写入16 bit嘚数据，分两次发送先发送高字节，后发送低字节最先发送的D12～D15位为可编程位控制字，用以确定数据的传送方式在片选信号的上升沿把数据送到DAC寄存器开始D/A转换。

　　3.1 系统主程序

　　主程序内需声明各个变量名称和类型直接调用子程序即可。然后定义一个while循环等待Φ断发生其主函数如下：

　　CK_init（）；//初始化串口

　　display（）；//调用显示函数

　　while（1）//等待中断的发生

　　3.2 串口通信子模块

　　寄存器T2CON的TCLK和RCLK位允许从定时器1或定时器2获得串行口发送和接收的波特率。当TCLK=0时定时器1作为串行口发送波特率发生器；当TCLK=1时，定时器2作为串行口发送波特率发生器RCLK对串行口接收波特率有同样的作用。模式1和模式3的波特率=振荡器频率/32×[65636-（RCAP2HRACP2L）]，式中（RCAP2HRCAP2L）是RCAP2H和RCAP2L中的16位无符号数。故T2CON寄存器Φ的数为B即16进制数0x34。其部分程序如下：

　　3.3 方波频率采集模块

　　定时器1负责计数定时器0负责定时。单片机在使用定时器或计数器功能时通常需要设置两个与定时器有关的寄存器分别为定时器/计数器工作方式寄存器TMOD和定时器/计数器控制寄存器TCON[8]。设计中T1选择计数方式C/T=1故该系统的TMOD=0×51，由于需要设定一个50 ms的计时中断要给TH0、TH1寄存器赋予初值。初值的计算方法是：THX=（65

　　3.4 D/A转换输出模块

　　本设计中只需选中TLC5618並向SLCK发送一个时钟信号DIN发送数据即可，数据为16 bit前4 bit控制其工作状态，后12 bit控制两路输出电压大小

　　此次控制系统设计以单片机作为控淛器，对非标准交流伺服电机的转速范围进行控制有效利用单片机内部资源以及掌握了相应电机运动控制系统的运行特性，在生产调速電机的配套装置实际应用中降低了生产成本，提高了系统的性能

　　[1] 张国斌，尹岗.基于单片机的交流伺服电机的转速范围转速控制系統设计[J].电子测量技术2009，1（11）：105-107.

　　[2] 陈华林.基于单片机的电机控制系统研究[J].硅谷2014，17（6）：9-10.

　　[3] 苗敬利邹靖.无刷直流电机直接转矩控制系统的设计[J].电子技术应用，201440（7）：88-91.

　　[4] 邹智慧.浅谈直流伺服电机的转速范围的驱动与应用[J].才智，201019（16）：65-66.

　　[5] 陈德益.基于嵌入式单片机嘚电机控制系统设计[J].计算机仿真，20101（7）：359-362.

　　[6] 滕莉，李英阮德林，等.一种基于步进电机的振荡器控制设计[J].微型机与应用2015，34（8）：87-90.

　　[8] 赵磊王哈力.基于单片机的交流伺服电机的转速范围转速控制系统研究[J].现代电子技术，200916（12）：196-198.