一种基于单片机的单相交流电机调速系统技术方案

一种基于单片机的单相交流电机调速系统，包括单片机，在单片机采集端口上连接有过零信号电路，单片机的输出上连接有晶闸管触发电路，晶闸管连接在交流电机的触发电路中，在电机上设置有光电编码器，光电编码器采集速度信号反馈给单片机，光电编码器采集电机运行的实时速度，速度信号和设定值进行比较获得调节值，在单片机中经过PID计算后，单片机发出信号调节晶闸管的导通角从而调节电机转速。本实用新型专利技术速度稳定可调，可以实时查看电机当前运行状态。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单片机的单相交流电机调速系统
本技术涉小型交流220V有刷单相电机调速系统，特别是涉及一种基于单片机的单相交流电机调速系统，属于控制

技术介绍
目前的交流有刷单相电机调速多采用纯硬件控制，现有的纯硬件实现的交流电机调速系统体积大，安装空间大，给结构设计人员加大了设计难度；调速精度不高，只能用于一些低端设备；调节速度时，不知道当前速度具体有多高，只能凭感觉和经验调节；硬件实现的调速系统故障率高，电位器使用寿命短等缺点，特别在医疗器械领域，这种调速方式显然无法满足高端的要求，在医疗器械上方便精确的调速能够给患者治疗带来较好的效果。
技术实现思路
本技术的目的在于克服目前交流电机调速中存在的上述问题，提供一种基于单片机的单相交流电机调速系统。为实现本技术的目的，采用了下述的技术方案：一种基于单片机的单相交流电机调速系统，包括单片机，在单片机采集端口上连接有过零信号电路，单片机的输出上连接有晶闸管触发电路，晶闸管连接在交流电机的触发电路中，在电机上设置有光电编码器，光电编码器采集速度信号反馈给单片机，所述的过零信号电路包括光电耦合器P120，交流220V电源经限流分压电阻R3接入光电耦合器P120引脚1和引脚2，通过光电耦合器P120内部双向发光二极管和内部光电三极管耦合，从而使光电耦合器P120引脚3和引脚4导通和关断，光电耦合器P120端口3接地，光电耦合器P120端口4上接10K欧姆的上拉电阻R1，同时从光电耦合器P120端口4输出反相后的信号给芯片CD4001引脚1和引脚2，芯片CD4001是四2输入或非门，引脚1和引脚2为2输入或非门的两个输入端口，引脚1和引脚2并联后变成非门，光电耦合器引脚4的输出信号从CD4001的引脚1和2输入，反相后从CD4001引脚3输出，引脚3的输出信号经过电阻R5限流后，为单片机的采集端口提供交流220V的过零信号，从单片机的输出的晶闸管触发信号经电阻R4后，从CD4001的引脚12和引脚13输入，芯片CD4001内部反相后，从芯片CD4001的引脚输出晶闸管触发信号，该信号进入MOTOR_SPEED端口后，然后分成两路，一路经过电阻R6进入发光二极管D1阳极到阴极接地，起信号指示作用，另一路经过电阻R7、电阻R8后，从光电耦合器MOC3021的引脚1输入，然后从引脚2输出后接地，当输入的触发信号为高电平时光电耦合器MOC3021的引脚4和引脚6导通，引脚4和引脚6的导通，从而使交流电动机接线端口的相线电压经过电动机和电阻R10、电阻R11串联后，从光电耦合器MOC3021的引脚6输入，然后从引脚4输出，引脚4输出的交流相线电压输入到晶闸管BAT41-800的触发引脚3，晶闸管受触发导通，晶闸管BAT41-800的引脚2和引脚1导通，电流从相线L经过电机从晶闸管引脚2进入，然后从引脚1输出和零线N相接，形成回路，电机运行，光电编码器采集电机运行的实时速度，速度信号和设定值进行比较获得调节值，在单片机中经过PID计算后，单片机发出信号调节晶闸管的导通角从而调节电机转速，进一步的，所述的单片机采用STC15W4K60S2处理器，进一步的，所述的单相交流电机调速系统还包括触摸屏，触摸屏连接在单片机的串行通信接口上。与现有技术相比，本技术的有益效果是：速度稳定可调，可以实时查看电机当前运行状态，同时该系统留有串口，可以和上位机或触摸屏通信，上位机可以实时采集当前电机的状态或发送控制命令信号控制电机的运行状态。附图说明图1为STC15W4K60S2处理器原理图。图2为电源和过零信号采集电路。图3为晶闸管触发和晶闸管驱动电机接口电路。图4为编码器接口电路。图5为串行通信接口和触摸屏接口。图6系统电源模块一。图7为系统电源模块二。图8为触摸屏图形控制界面。具体实施方式下面结合附图对本技术进一步说明。如图1、所示，为STC15W4K60S2处理器和复位电路以及外部晶振电路构成单片机最小系统；K1和电阻R14、电阻R13构成手动复位电路，电容C3和R13构成上电自动复位电路，IO口P16、P17被分配为晶振输入输出端口，晶振振荡频率为11.0592M，IO口P54被分配为复位引脚；IO口P30、P31被分配为串行通信端口，可做为上位机、触摸屏、程序下载端口使用；IO口P32被分配为交流过零检测输入端口；IO口P33被分配为编码器信号输入端口；IO口P24被分配为晶闸管触发输出端口；如图2所示：P1为交流220V电源输入端口，电阻R3为限流分压电阻，为光电耦合器P120提供50Hz的交变信号，信号从光电耦合器P120引脚1和引脚2输入，通过内部双向发光二极管和内部光电三极管耦合，从而使光电耦合器P120引脚3和引脚4导通和关断，端口3接地，端口4上接上拉电阻，同时从端口4输出反相后的信号给CD4001引脚1和引脚2,CD4001是四2输入或非门，引脚1和引脚2为2输入或非门的两个输入端口，引脚1和引脚2并联后变成非门，光电耦合器引脚4的输出信号从CD4001的引脚1和2输入，反相后从CD4001引脚3输出，引脚3的输出信号经过电阻R5限流后，为图1中的单片机STC15W4K60S2的IO端口P32提供交流220V的过零信号。从图1单片机STC15W4K60S2的IO端口P24输出的晶闸管触发信号，经过图2的电阻R4后，从CD4001的引脚12和引脚13输入，芯片CD4001内部反相后，从CD4001的引脚输出晶闸管触发信号，该信号和图3的MOTOR_SPEED口相连；如图3所示：晶闸管触发信号进入图3MOTOR_SPEED端口后，然后分成两路，一路经过电阻R6进入发光二极管D1阳极到阴极接地，起信号指示作用，另一路经过电阻R7、电阻R8后，从光电耦合器MOC3021的引脚1输入，然后从引脚2输出后接地，当输入的触发信号为高电平时光电耦合器MOC3021的引脚4和引脚6导通，引脚4和引脚6的导通，从而使电动机接线端口的相线电压经过电动机和电阻R10、电阻R11串联后，从光电耦合器MOC3021的引脚6输入，然后从引脚4输出，引脚4输出的交流相线电压输入到晶闸管BAT41-800的触发引脚3,晶闸管受触发导通，晶闸管BAT41-800的引脚2和引脚1导通，电流从相线L经过电机从晶闸管引脚2进入，然后从引脚1输出和零线N相接，形成回路，电机运行。电阻R9接地，是为了上电瞬间触发电路误动作。如图4所示：为编码器接口电路，VCC为电源正极，GND为电源负极，SIGNAL为脉冲信号输出端，为图1中的单片机1STC15W4K60S2的IO端口P33提供速度检测信号。如图5所示：P2为触摸屏接线端口，P3为ISP程序下载端口或用作上位机串行通信端口。如图6所示：是为系统提供稳定的直流5V电源，该电源由稳压、滤波、电源指示电路组成。如图7所示：为外置直流DC12V电源接口电路，该电路由外置电源接线端子P5、滤波、指示电路组成。如图8所示：为触摸屏图形控制界面。下面结合各图8一种基于单片机单相交流电机调速系统运行原理加以说明，如图8所示，当按下启动按钮，触摸屏通过串口向STC15W4K60S2发送一帧启动命令数据，当单片机STC15W4K60S2接收到启动命令本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单片机的单相交流电机调速系统，包括单片机，其特征在于：在单片机采集端口上连接有过零信号电路，单片机的输出上连接有晶闸管触发电路，晶闸管连接在交流电机的触发电路中，在电机上设置有光电编码器，光电编码器采集速度信号反馈给单片机，所述的过零信号电路包括光电耦合器P120，交流220V电源经限流分压电阻R3接入光电耦合器P120引脚1和引脚2，通过光电耦合器P120内部双向发光二极管和内部光电三极管耦合，从而使光电耦合器P120引脚3和引脚4导通和关断，光电耦合器P120端口3接地，光电耦合器P120端口4上接10K欧姆的上拉电阻R1，同时从光电耦合器P120端口4输出反相后的信号给芯片CD4001引脚1和引脚2， 芯片CD4001是四2输入或非门，引脚1和引脚2为2输入或非门的两个输入端口，引脚1和引脚2并联后变成非门，光电耦合器引脚4的输出信号从CD4001的引脚1和2输入，反相后从CD4001引脚3输出，引脚3的输出信号经过电阻R5限流后，为单片机的采集端口提供交流220V的过零信号，从单片机的输出的晶闸管触发信号经电阻R4后，从CD4001的引脚12和引脚13输入，芯片CD4001内部反相后，从芯片CD4001的引脚输出晶闸管触发信号，该信号进入MOTOR_SPEED端口后，然后分成两路，一路经过电阻R6进入发光二极管D1阳极到阴极接地，起信号指示作用，另一路经过电阻R7、电阻R8后，从光电耦合器MOC3021的引脚1输入，然后从引脚2输出后接地，当输入的触发信号为高电平时光电耦合器MOC3021的引脚4和引脚6导通，引脚4和引脚6的导通，从而使交流电动机接线端口的相线电压经过电动机和电阻R10、电阻R11串联后，从光电耦合器MOC3021的引脚6输入，然后从引脚4输出，引脚4输出的交流相线电压输入到晶闸管BAT41‑800的触发引脚3，晶闸管受触发导通，晶闸管BAT41‑800的引脚2和引脚1导通，电流从相线L经过电机从晶闸管引脚2进入，然后从引脚1输出和零线N相接，形成回路，电机运行，光电编码器采集电机运行的实时速度，速度信号和设定值进行比较获得调节值，在单片机中经过PID计算后，单片机发出信号调节晶闸管的导通角从而调节电机转速。...

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机的单相交流电机调速系统，包括单片机，其特征在于：在单片机采集端口上连接有过零信号电路，单片机的输出上连接有晶闸管触发电路，晶闸管连接在交流电机的触发电路中，在电机上设置有光电编码器，光电编码器采集速度信号反馈给单片机，所述的过零信号电路包括光电耦合器P120，交流220V电源经限流分压电阻R3接入光电耦合器P120引脚1和引脚2，通过光电耦合器P120内部双向发光二极管和内部光电三极管耦合，从而使光电耦合器P120引脚3和引脚4导通和关断，光电耦合器P120端口3接地，光电耦合器P120端口4上接10K欧姆的上拉电阻R1，同时从光电耦合器P120端口4输出反相后的信号给芯片CD4001引脚1和引脚2，芯片CD4001是四2输入或非门，引脚1和引脚2为2输入或非门的两个输入端口，引脚1和引脚2并联后变成非门，光电耦合器引脚4的输出信号从CD4001的引脚1和2输入，反相后从CD4001引脚3输出，引脚3的输出信号经过电阻R5限流后，为单片机的采集端口提供交流220V的过零信号，从单片机的输出的晶闸管触发信号经电阻R4后，从CD4001的引脚12和引脚13输入，芯片CD4001内部反相后，从芯片CD4001的引脚输出晶闸管触发信号，该信号进入M...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志立，张伟，李若瑄，
申请(专利权)人：安阳市翔宇医疗设备有限责任公司，
类型：新型
国别省市：河南,41