舰船防化 ２０１０年第４期，２４－２６ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＤＥＦＥＮＣＥ ｏＮ ＳＨＩＰＳ Ｊ￣＿ｏ４．２４—，２６ 基于Ａｔｍｅｇａｌ６的ＰＧ电机调速 闫爱军，范海明，周钧 （中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北邯郸，０５６０２７） 摘要：介绍了由ＡＶＲ单片机控制的晶闸管电路，通过对工频电压零点相位的检测，控制晶闸管的 导通角度，实现ＰＧ电机的电压调整的调速过程，并通过对ＰＧ电机霍尔传感器信号的反馈采样，实 现对电机的风速平稳调整和工作故障判断。 关键词：ＰＧ电机；单片机控制；导通角；晶闸管；调速 中图分类号：ＴＰ３ｇ 文献识别码：＾ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ＰＧ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｔｍｅｇａｌ６ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈｉｐ Ｙａｎ Ａｉ－ｊｕｎ，Ｆａｎ Ｈａｉ—ｍｉｎｇ，Ｚｈｏｕ Ｊｕｎ （Ｔｈｅ ７１ ８ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣＳＩＣ，Ｈａｎｄａｎ ０５６０２７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＡＶＲ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｔｒｉａｃ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＰＧ ｍｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｚｅｒｏ ｐｈａｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｒｉａｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ａ ｓｍｏｏｔｈ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ’Ｓ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｗｏｒｋ ｒｔｏｕｂｌｅｓｈｏｏｔｉｎｇ ｗａｓ ａｌｓｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ＰＧ ｍｏｔｏｒ Ｈｕｏ Ｓｅｏｕｌ ｓｅｎｓｏｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＧ Ｍｏｔｏｒ，ＭＣＵ ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ，Ｔｒｉａｃ，Ｓｐｅｅｄ ０引言 在家电行业，ＰＧ电机实现对风速的平稳调节得 到广泛的应用。ＰＧ电机和多档位的抽头电机比较， 抽头电机需要增加绕组抽头，工序比较复杂，每个抽 头都需要驱动电路，成本高，而且由于受到抽头数量 的，无法实现舒适度较高的风速。而ＰＧ电机是 一采用了ＡＶＲ单片机 ］Ａｔｍｅｇａｌ６为核心的硬件电路 ， 通过Ｃ语言［８，９１编程技术实现软件编程设计。 １ Ａｔｍｅｇａｌ６简介 Ａｔｍｅｇａ１６是一款高性能、低功耗的８位ＡＶＲ￣ 微处理器：具有先进的ＲＩＳＣ结构；非易失性程序和 数据存储器；１６Ｋ字节的系统内可编程Ｆｌａｓｈ；擦写 寿命１００００次；５ １２字节的ＥＥＰＲＯＭ擦写寿命１０００００ 次；１Ｋ字节的片内ＳＲＡＭ；可以对锁定位进行编程 以实现用户程序的加密；两个具有预分频器和比 较器功能的８位定时器／计数器；一个具有预分频器、 比较功能和捕捉功能的ｌ６位定时器／计数器；３２个可 种带霍尔元件［１，２１的单相异步电动机 引，借助单片机 精确测量其转速，根据输入脉冲变化来实时动态调节 输出调制信号控制晶闸 钔，实现转速的闭环调节。 ＰＧ电机成本低，驱动部件少，调速ｌ５】范围宽，工作 平稳，噪音低，非常适合应用于家电行业。调速装置 ２０１０年第４期 基于Ａｔｍｅｇａｌ６的ＰＧ电机调速 ・２５・ 编程的Ｉ／Ｏ口；两个可编程的串行ＵＳＡＲＴ等。 调速的软件设计包括：主流程、捕获中断、定时 器０中断子程序流程。调速软件的采用中断方式实现 对可控硅的导通角的触发位置调整和输出，触发脉冲 宽度为２ｍｓ。 ２调速硬件组成 如图１，图中给出了调速装置的ＰＧ电机的调速部 分的电路，主要由ＡＶＲ单片机Ａｔｍｅｇａｌ６、零点检测 主程序流程的工作过程：如图２单片机上电后， 电路部分、ＰＧ电机驱动部分组成。交流工频相电压 经过全波整流、分压通过光耦输入给ＣＰＵ的捕获引 脚ＰＤ６，经过程序处理后，通过ＰＤ５引脚输出导通 角的触发脉冲，通过光耦控制晶闸管导通角，实现对 电机调速的控制。电路的零点输入信号部分和调速脉 冲输出控制部分，均采用了光电隔离技术，使强电电 路和弱电电路通过光耦联系在一起，大大提高了调速 电路的抗干扰能力，增强了电路的稳定性。 １调运电路原理 Ｆｉｇ．１ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｍｕｉｔ ｄｉａ￣ａｍ 同时，调速部分硬件组成所用器件较少，性能稳 定，维护方便，大大降低了原材料的成本和维护成本， 非常适合中小型家电产品的规模化生产，具有很高的 性价比。 ２．２ Ｐ６电机简介 ＰＧ电机是一种带有霍尔元件的电机。霍尔元件 被安装在电机的内部，正常时风机每转一周，霍尔元 件输出一个或几个脉冲信号。当风扇电机转速高时， 其输出脉冲信号频率高：当风扇电机转速低时，其输 出脉冲信号频率低。输出的脉冲信号被单片机采集， 然后通过调整晶闸管的导通角从而调整ＰＧ电机的工 作电压，实现风速的自动控制。 ３调速软件设计 首先对ＵＯ、ＴＯ、捕获控制寄存器以及相关的控制寄 存器进行初始化，设置速度初值，即捕获到零点后， 到触发角度位置所需要的延时。而后打开捕获中断和 总中断，判断是否有速度值变化（速度值的变化可由 单片机Ａｔｍｅｇａｌ６的其他Ｉ／Ｏ口的状态变化作为输入 条件），如果有变化，则更新新的触发位置值。’判别 ＰＧ电机的反馈状态与设定的电机状态（开、关机状 态）是否一致，以及电机的速度状态是否稳定，并进 行相应的程序处理。 图２调速主程序流程 ‘ Ｆｉｇ．２ Ｓｐｅｅｄｆｌｏｗ ｃｈａｒｔｏｆｔｈｅ ｈｏｓｔ 捕获中断子程序工作过程：进入捕获中断后，根 据主程序的工频触发角位置值对定时器Ｔ０赋值，并 开启定时器０中断后返回主程序。 定时器ＴＯ中断程序工作过程：进入中断后，首 先关闭Ｔ０中断，根据产生工频触发角脉冲的Ｉ／Ｏ引 脚电平状态来判断是触发脉冲的开始位置还是结束 ・２６・ 舰船位置，并进行相应的程序处理，而后返回主程序。 图３速度反馈捕获中断、定时器０中断流程 Ｆｉｇ．３ Ｓｐｅｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃａｐｔｕｒｅ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｓ，Ｔｉｍｅｒ ０ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ４调试分析 经过试验，对图１电路中的Ａｔｍｅｇａｌ６的脉冲输 出引脚和零点输入引脚的电压波形通过示波器进行 了分析。如图４为在低速下所记录的信号图形，输入 信号是从全波整流桥前端的电源交流信号，过零信号 为零点输入脉冲，调制信号为晶闸管导通角触发脉 冲。由于零点输入信号和导通角触发信号都具有一定 的脉冲宽度，因此，在通过调整晶闸管导通角位置的 过程中，触发范围并不是从０～１８０度之间，而是在 １Ｏ～ｌ７０度之间。 ； ｝ｉ Ｉ ｉ Ｉ｝ 糖＾ ； ＿｝ ＋爿 ｉ 髓乓二 １ 广 磷‘ ｊ ｛ ｆ ｉ ｌ ｛ ｌ｛ ｊ ｉ ｊ ｛ 图４输入信号、过零信号、触发脉冲信号波形图 Ｆｉｇ．４ Ｗａｖｅｆｏｒｍ ｏｆ ｉｎｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ，Ｚｅｒｏ ｓｉｇｎａｌ，ｔｒｉｇｇｅｒ ｐｕｌｓｅ ｓｉｇｎａｌ 防化 ２０１０年第４期 ５结束语 在用单片机对控制电机的晶闸管的导通角控制 时，由于零点输入信号是对输入工频电压的全波整 流，因此，导通角触发脉冲应该是每半个周期触发一 次，而工频电压的过零脉冲具有一定的宽度，一般在 ｉ０￣２０度之间，所以控制角的触发脉冲不应该出现 在前半个周期结尾和后半个周期开始ｌ０度左右的位 置，故每半个周期控制的导通角在１０～ｌ７０度之问， 才能实现稳定调速。 参考文献 ［１］陈建元．传感器技术．北京：机械工业出版社，２０００ ［２］程宪平．机电传动与控制．武汉：华中科技大学出版 社，２００３ ［３］何希才，薛永毅，姜余祥．传感器技术及应用．北京航空 航天大学出版社，２００５ １４］佟纯厚．交流电动机晶闸管调速系统．北京：机械工业出版 社，１９８８ ［５］易继错，姜祥贤，侯媛彬，杨玉珍．电气传动自动控制原 理与设计．北京工业大学出版社，１９９７ ［６］刘海成．ＡＶＲ单片机原理及测控工程应用：基于 ＡＴｍｅｇａ４８／ＡＴｍｅｇａ１ ６．北京航空航天大学出版社，２００９ ［７］徐本钊，王英杰，唐素容．电动机及其控制电路．人民邮 电出版社，１９９７ ［８］郝玉洁，袁平，常征，易涛．Ｃ语言程序设计．机械工业 出版社，２０００ ［９］沈文，Ｅａｇｌｅ ｌｅｅ，詹前卫．ＡＶＲ单片机Ｃ语言开发入门指导． 清华大学出版社，２００３ 作者简介：闰爱军（１９７３～），工程师，主要从事仪器仪表及 电子电路应用设计
