Скоростью двигателя постоянного тока управляет свет

Эта схема управления на основе микроконтроллера 8051 с помощью фотодатчиков регулирует скорость небольшого двигателя постоянного тока с постоянными магнитами (Рисунок 1). Схема может найти применение в системах слежения за светом для регулировки скорости следящего двигателя в зависимости от интенсивности падающего света. Ее также можно изменить для одновременного управления более чем одним двигателем.

Рисунок 1.	В этой схеме управления скоростью вращения двигателя постоянного тока используются стандартные доступные компоненты. Скорость двигателя определяется светом, падающим на два независимых фоторезистора.

Схема и программа устанавливают три уровня скорости двигателя, в зависимости от состояния двух фотодатчиков, подключенных к микроконтроллеру. Входной порт микроконтроллера (Порт 1) измеряет уровень напряжения каждой схемы фотодатчика, в то время как программой, хранящейся в памяти микроконтроллера, на выводе выходного порта (Порт 2) формируется ШИМ-сигнал, необходимый для управления схемой двигателя.

Скорость двигателя можно регулировать интенсивностью света, попадающего на фоторезисторы LDR1 и LDR2. Эти фоторезисторы управляют смещениями двух транзисторов, подключенных через входной инвертирующий буфер (74LS240) к Порту 1 микроконтроллера AT89C51. Базовые и коллекторные резисторы схемы фотодатчика были выбраны опытным путем, чтобы правильно установить области отсечки и насыщения транзисторов. Выходной сигнал Порта 2 микроконтроллера подается на схему двигателя через неинвертирующий буфер 74LS244.

Когда свет не падает на какой-либо фотодатчик, его сопротивления будут большими (достигая примерно 1 МОм) и, таким образом, транзистор выключится. Тогда напряжение на коллекторе этого транзистора будет высоким (+5 В). При увеличении светового потока, падающего на фоторезистор, его сопротивление уменьшается, достигая примерно 1 кОм при полном освещении, тем самым, вызывая включение связанного с ним n-p-n транзистора. В этом случае напряжение на коллекторе транзистора будет низким.

Для инвертирования уровней сигналов на коллекторах транзисторов используется микросхема инвертирующего буфера 74LS240. Этот буфер также используется для защиты Порта 1 микроконтроллера 8051.

Буфер 74LS244 защищает Порт 2 микроконтроллера от цепи двигателя и обеспечивает ток, достаточный для управления выходным транзистором. Двигатель постоянного тока подключен к источнику питания +5 В через управляющий транзистор. Обратный диод подключен к двигателю для защиты транзистора от любого обратных выбросов напряжения. Конденсатор в цепи двигателя устраняет электромагнитные помехи и шумы, возникающие во время работы мотора.

Когда сигнал на выходе P2.0 имеет уровень «лог. 1», ток проходит через буфер и базу управляющего транзистора. Соответственно, включаются управляющий транзистор и двигатель постоянного тока. На  выводе P2.0 вырабатывается ШИМ сигнал, среднее значение которого регулирует скорость двигателя через управляющий транзистор. Этот сигнал формирует программа, хранящаяся в памяти микроконтроллера 8051 и доступная для скачивания в разделе Загрузки.

Управляющая программа была преобразована в машинный hex-код с использованием ассемблера ASEM-51, а затем прошита во флэш-память AT89C51 с помощью коммерческого универсального программатора. Выбор необходимой скорости достигается за счет управления светом, падающим на LDR1 и LDR2 (Таблица 1).

Таблица 1.	Уровни скорости двигателя постоянного тока
LDR2 LDR1 Коэффициент заполнения Скорость двигателя ВЫКЛ. ВЫКЛ. 0% Останов ВЫКЛ. ВКЛ. 25% Минимальная ВКЛ. ВЫКЛ. 50% Средняя ВКЛ. ВКЛ. 100% Максимальная

Порт 1 определен как входной порт, а Порт 2 – как выходной. Сигнал, принятый Портом 1, маскируется двоичным числом 00000011 с помощью логической инструкции ANL, чтобы проверить значение, полученное Портом 1, в зависимости от состояний фотодатчиков. Это значение сравнивается с 00, 01, 02 и 03, чтобы отправить соответствующий ШИМ сигнал в цепь управления двигателем. Подпрограмма задержки включена для создания необходимого времени задержки для требуемых сигналов ШИМ.

Материалы по теме

1. Datasheet Microchip AT89C51
2. Datasheet Texas Instruments SN74LS240
3. Datasheet Texas Instruments SN74LS244

Загрузки

1. DC motor speed control