基于ARM超聲波測(cè)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、本 科 課 程 設(shè) 計(jì) （論文）題目：基于arm超聲波測(cè)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院：機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)：自動(dòng)化班 級(jí)：072學(xué) 生：高兆吉學(xué) 號(hào)：1指導(dǎo)教師： 職稱：教 授指導(dǎo)教師： 職稱：副教授 本 科 課 程 設(shè) 計(jì) （論文）任務(wù)書 機(jī)電學(xué)院 自動(dòng)化專業(yè) 07級(jí) 2班 學(xué)生 題目：基于arm超聲波測(cè)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介：原始依據(jù):（包括設(shè)計(jì)（論文）的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等）：超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械震蕩，縱向分辨率較高，超聲波對(duì)色彩、光照度、外界光線和電磁場(chǎng)不敏感，因此超聲波測(cè)距對(duì)于被測(cè)物處于黑暗、有灰塵或煙霧、強(qiáng)電磁干擾、有毒等惡略環(huán)境有一定的適應(yīng)能力。本

2、文利用超聲波遇到障礙物返回特性，通過計(jì)算時(shí)間差達(dá)到測(cè)水位的目的。采用ads1.2編程環(huán)境，使用lpc2131開發(fā)板，結(jié)合c語言實(shí)現(xiàn)軟件編程，達(dá)到測(cè)距目的，實(shí)現(xiàn)控制水位的要求。主要內(nèi)容和要求:(包括設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對(duì)學(xué)生提出具體要求):本文論述采用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)研制成功的超聲波測(cè)距的原理與方法。該測(cè)距系統(tǒng)是利用超聲波傳感器發(fā)送超聲波來測(cè)試相對(duì)應(yīng)的距離。工作時(shí)，lpc2131間歇性發(fā)出10us以上的一系列的短脈沖。最后由lpc2131對(duì)接受的時(shí)間差進(jìn)行處理，自動(dòng)測(cè)出液位距離，之后與給定液位進(jìn)行比較，再由lpc2131自動(dòng)控制相應(yīng)的電機(jī)蓄水或放水。該超聲波測(cè)距系統(tǒng)

3、具有測(cè)距原理簡(jiǎn)單，成本低，制作方便，易于實(shí)時(shí)控制等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)一種基于arm超聲波測(cè)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)。介紹了超聲波測(cè)距的原理及l(fā)pc2131的性能和特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上，給出了實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)液位方案的系統(tǒng)框圖及軟、硬件設(shè)計(jì)。日程安排：12010年6月25日-2010年6月27日對(duì)課程設(shè)計(jì)課題進(jìn)行研究，了解各個(gè)課題的發(fā)展過程、前景，了解其中有哪些重要的技術(shù)。進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)分析需求，確定系統(tǒng)主要性能指標(biāo)。22010年6月25日-2010年6月27日1） 進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)、原理圖繪制及電路板制作；2） 軟件設(shè)計(jì)編寫程序。32010年6月25日-2010年6月27日系統(tǒng)調(diào)試、實(shí)驗(yàn)分析與論文撰寫。42010

4、年6月25日論文答辯目 錄第1章 緒論51.1 引言1.2背景及意義1.3國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況第2章 方案設(shè)計(jì)與論證22.1方案比較論證22.2方案選擇32.3系統(tǒng)原理總框圖4第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4 3.1 器件選擇3.2 控制器選擇及介紹3.2.1 內(nèi)部原理框圖3.3電源電路模塊設(shè)計(jì)43.3.1電路原理圖53.4超聲波檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.4.1方案選擇53.4.2超聲波檢測(cè)電路原理圖73 .5鍵盤顯示電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)83.5.1鍵盤顯示板原理圖9 3.6 步進(jìn)電機(jī)工作原理 3.6.1 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 3.6.2 線圈通電順序 3.6.3步進(jìn)電機(jī)的控制 3.6.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 3.7 直流電機(jī)工

5、作原理 3.7.1 結(jié)構(gòu)圖 3.7.2 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路第4章 軟件設(shè)計(jì)10 4.1系統(tǒng)軟件部分概述 4.1.1 ads1.2的介紹4.2系統(tǒng)流程圖10 4.3調(diào)試與分析第5章 系統(tǒng)測(cè)試125.1測(cè)試條件125.2測(cè)試儀器125.3測(cè)試結(jié)果125.4測(cè)試小結(jié)12附錄：12a參考文獻(xiàn)：12b程序清單：12第1章 緒論1.1引言超聲波：科學(xué)家們將每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為2020000赫茲。當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率大于20000赫茲或小于20赫茲時(shí)，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。 超聲波具有如下特性： 1） 超聲

6、波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。 2） 超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。 3） 超聲波會(huì)產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。 4） 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。1.2背景及意義水情水位測(cè)量一直是水文、水利部門的重要課題。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故苗頭，防患于未來，經(jīng)濟(jì)實(shí)用、可靠的水位無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)發(fā)揮巨大的作用水位是水庫(kù)大壩安全、水利排灌調(diào)度、蓄水、泄洪的重要參數(shù)之一。水位的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、傳輸和處理為水庫(kù)現(xiàn)代化建設(shè)提供了良好的基礎(chǔ)資料。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域都需要對(duì)水位進(jìn)行監(jiān)控，可能現(xiàn)場(chǎng)無法靠近或現(xiàn)場(chǎng)無需人力來監(jiān)控。我們就可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，坐在儀器前就能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控

7、，既方便又節(jié)省人力。為了保證水利發(fā)電站的安全生產(chǎn),提高發(fā)電效率,水電站生產(chǎn)過程需要對(duì)水庫(kù)水位、攔污柵壓差和尾水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是,由于不同電站有著不同的實(shí)際情況,因此就有著不同的技術(shù)要求,而且水位參數(shù)的測(cè)量方法和測(cè)量位置不同，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的要求亦有所不同。這樣往往造成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備專用化程度高,品種多,互換性差,不利于設(shè)備維護(hù),亦增加了設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝的復(fù)雜性。因此,在綜合研究水電站水位監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況以及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,利用現(xiàn)代電子技術(shù),特別是單片機(jī)技術(shù)和不揮發(fā)存儲(chǔ)器技術(shù),設(shè)計(jì)開發(fā)一種通用性好,可靠性高,維護(hù)方便,可適用于多種監(jiān)測(cè)環(huán)境的多模式水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要的實(shí)際意義。1.3國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概

8、況傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量及控制的首要環(huán)節(jié)，一般傳感器有模擬式和數(shù)字式兩類，模擬式傳感器，在和計(jì)算機(jī)及數(shù)字化儀器相連的時(shí)候必須采用a/d轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，且易受電磁干擾，不利于遠(yuǎn)距離傳輸。數(shù)字式傳感器直接將待測(cè)量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，其輸出信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，可與數(shù)字設(shè)備直接連接。數(shù)字式傳感器的這些特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于水情遙測(cè)系統(tǒng)中。但限于成本控制本設(shè)計(jì)依然采用模擬傳感器。水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用已相當(dāng)普及。大型國(guó)家水壩常采用由pc機(jī)和單片機(jī)組成的主從式的多機(jī)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，單片機(jī)作為下位機(jī)，負(fù)責(zé)大壩現(xiàn)場(chǎng)各水位點(diǎn)的選通和采集，作為上位機(jī)的pc機(jī)，則負(fù)責(zé)大壩水位的集中顯示和管理記錄，pc機(jī)作為通用

9、機(jī)，在用于專項(xiàng)的應(yīng)用上時(shí)，難免會(huì)在很多方面存在問題，比如體積大，功耗大，運(yùn)行不穩(wěn)定、很難做到不間斷運(yùn)行等。而pc機(jī)與單片機(jī)之間的通訊方式主要采用rs485總線技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)兩種。rs-485是使用較為廣泛的雙向有補(bǔ)償傳輸線標(biāo)準(zhǔn)，其最大每段總線長(zhǎng)度為1200米，每段最多支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，采用單組雙絞線雙向主從通信。當(dāng)總線加長(zhǎng)或節(jié)點(diǎn)增多時(shí)需要使用中繼器連接，全網(wǎng)絡(luò)支持最多256個(gè)節(jié)點(diǎn)。rs-485通信技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，軟硬件實(shí)現(xiàn)較為容易，因此是國(guó)內(nèi)糧情測(cè)控系統(tǒng)采用較多的通信方式。第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 器件選擇 1、2803芯片2、電源3、電阻、電容、發(fā)光二極管、導(dǎo)線4、arm板5、步進(jìn)

10、電機(jī)、直流電機(jī)6、水箱、水閥、水管3.2 控制器選擇及介紹器件1：easyarm2131lpc2131微控制器是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16/32位arm7tdmi-s cpu，并帶有32kb、64kb、128kb、256kb和512kb嵌入的高速flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。 較小的封裝和很低的功耗使lpc2131特別適用于訪問控制和pos機(jī)等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范 圍的串行通信接口和8/16/32kb的片內(nèi)sram

11、，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件modem、語音識(shí)別、低端成像，為這些應(yīng)用提供大規(guī) 模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能。多個(gè)32位定時(shí)器、1個(gè)或2個(gè)10位8路的adc、10位dac、pwm通道、47個(gè)gpio以及多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的 外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)。特性16/32位arm7tdmi-s核，超小lqfp64封裝。8/16/32kb的片內(nèi)靜態(tài)ram和32/64/128/256/512kb的片內(nèi)，flash程序存儲(chǔ)器。128位寬度接口/加速器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)60mhz工作頻率。單個(gè)flash扇區(qū)或整片擦除時(shí)間為400ms。256字節(jié)行編程時(shí)間為1ms。embedd

12、edice rt和嵌入式跟蹤接口通過片內(nèi)realmonitor軟件對(duì)代碼進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試和高速跟蹤。1個(gè)(lpc2131/32)或2個(gè)(lpc2134/36/38)8路10位的a/d轉(zhuǎn)換器，共提供16路模擬輸入，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44us。2個(gè)32位定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器(帶4路捕獲和4路比較通道)、pwm單元(6路輸出)和看門狗。低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有獨(dú)立的電源和特定的32khz時(shí)鐘輸入。多個(gè)串行接口向量中斷控制器。可配置優(yōu)先級(jí)和向量地址。小型的lqfp64封裝上包含多達(dá)47個(gè)通用i/o口(可承受5v電壓)。通過片內(nèi)pll(100us的設(shè)置時(shí)間)可實(shí)現(xiàn)最大為60mhz的 cpu操作頻率。片內(nèi)

13、集成振蕩器與外部晶體的操作頻率范圍為130 mhz，與外部振蕩器的操作頻率范圍高達(dá)50mhz。3.2.1 內(nèi)部原理框圖 3.3電源電路模塊設(shè)計(jì)3.3.1、電源電路：由于步進(jìn)電機(jī)的電壓和驅(qū)動(dòng)電路需12v，以下為12v和5v電源電路。3.4超聲波檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量及控制的首要環(huán)節(jié)，一般傳感器有模擬式和數(shù)字式兩類，模擬式傳感器，在和計(jì)算機(jī)及數(shù)字化儀器相連的時(shí)候必須采用a/d轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，且易受電磁干擾，不利于遠(yuǎn)距離傳輸。數(shù)字式傳感器直接將待測(cè)量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，其輸出信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，可與數(shù)字設(shè)備直接連接。數(shù)字式傳感器的這些特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于水情遙測(cè)系統(tǒng)中。但限于成

14、本控制本設(shè)計(jì)依然采用模擬傳感器。目前主要測(cè)水位的液位傳感器有浮子式水位傳感器、水位跟蹤式傳感器、超聲波水位傳感器、雷達(dá)激光水位傳感器,壓力式水位傳感器等。下面是一些主要水位傳感器的簡(jiǎn)單介紹 3.4.1方案選擇 、本模塊性能穩(wěn)定，測(cè)度距離精確。能和國(guó)外的srf05,srf02等超聲波測(cè)距模塊相媲美。模塊高精度，盲區(qū)（2cm）超近,穩(wěn)定的測(cè)距是此產(chǎn)品成功走向市場(chǎng)的有力根據(jù)！2 主要技術(shù)參數(shù)：1：使用電壓：dc5v2：靜態(tài)電流：小于2ma3：電平輸出：高5v 4：電平輸出：底0v5：感應(yīng)角度：不大于15度6：探測(cè)距離：2cm-450cm7:高精度：可達(dá)0.3cm接線方式，vcc、trig（控制端）、

15、 echo（接收端）、 gnd本產(chǎn)品使用方法：一個(gè)控制口發(fā)一個(gè)10us以上的高電平,就可以在接收口等待高電平輸出.一有輸出就可以開定時(shí)器計(jì)時(shí),當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值,此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間,方可算出距離.如此不斷的周期測(cè),就可以達(dá)到你移動(dòng)測(cè)量的值了模塊工作原理：(1)采用io觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào);(2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回； (3)有信號(hào)返回，通過io輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是 超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340m/s)/2。3.4.2超聲波檢測(cè)電路原理圖1、發(fā)送電路接收電路3.5.1鍵盤顯示板

16、原理圖 3.6 步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵部件之一，被廣泛應(yīng)用于需要精確定位、同步、行程控制等場(chǎng)合。一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三線式、五線式、六線式三種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來驅(qū)動(dòng)。若每旋轉(zhuǎn)一圈以200個(gè)勵(lì)磁信號(hào)來計(jì)算，則每個(gè)勵(lì)磁信號(hào)前進(jìn)1.8 度，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來控制。二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式可分為全部勵(lì)磁及半步勵(lì)磁,其中全步勵(lì)磁又有1相勵(lì)磁及2相勵(lì)磁之分，而半步勵(lì)磁又稱1-2相勵(lì)磁。圖為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制等效電路，適應(yīng)控制a、b、/a、/b 的勵(lì)磁信號(hào)，即可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。每輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只走一步。因此，依序不斷送出脈沖

17、信號(hào)，即可步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。分述如下：相勵(lì)磁法：在每一瞬間會(huì)有二個(gè)線圈同時(shí)導(dǎo)通。因其轉(zhuǎn)矩大，振動(dòng)小，故為目前用最多的勵(lì)磁方式，每送一勵(lì)磁信號(hào)可走1.8 度。若以2 相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如圖所示。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。3.6.1 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖1.1 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)1.2 永磁式步進(jìn)電機(jī)3.6.2 線圈通電順序相順序從0 到1 稱為一步，電機(jī)軸將轉(zhuǎn)過18 度，01234 則稱為通電一周，轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過72 度，若循環(huán)進(jìn)行這種通電一周的操作，電機(jī)便連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)起來，而進(jìn)行相反的通電順序如4321 將使電機(jī)同速反轉(zhuǎn)。通電一周的周期越短，即驅(qū)動(dòng)頻率越高，則電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，但

18、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也不可能太快，因?yàn)樗孔咭徊叫枰欢ǖ臅r(shí)間，若信號(hào)頻率過高，可能導(dǎo)致電機(jī)失步，甚至只在原步顫動(dòng)。3.6.3步進(jìn)電機(jī)的控制（1）.步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中改變繞組的勵(lì)磁順序可改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向.（2）. 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)框圖一般一個(gè)完整的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)包括控制器,驅(qū)動(dòng)器,電機(jī)三部分.（3）.步進(jìn)電機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)電路綜合系統(tǒng)使用的是小型步進(jìn)電機(jī)，對(duì)電壓和電流要求不是很高，為了說明應(yīng)用原理，故采用最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，目的在于驗(yàn)證步進(jìn)電機(jī)的使用，在正式工業(yè)控制中還需在此基礎(chǔ)上改進(jìn)。一般的驅(qū)動(dòng)電路可以用下圖所示的形式。1.9 一般的驅(qū)動(dòng)電路在實(shí)際應(yīng)用中一般驅(qū)動(dòng)路數(shù)不止一路，用

19、上圖的分立電路體積大，很多場(chǎng)合用現(xiàn)成的集成電路作為多路驅(qū)動(dòng)。常用的小型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以用uln2003或uln2803。uln2003 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適應(yīng)于各類低速小功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。uln2003 由8組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)8 組負(fù)載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。uln2003 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及等效電路圖如下圖所示:圖.2.0 3.64步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路： uln2803a 8個(gè)npn達(dá)林頓晶體管，連接在陣列非常適合邏輯接口電平數(shù)字電路（例如ttl，cmo

20、s或pmos上/ nmos）和較高的電流/電壓，如電燈，電磁閥，繼電器，打印錘或其他類似的負(fù)載，廣泛的使用范圍：計(jì)算機(jī)，工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用。所有設(shè)備功能由集電極輸出和 鉗位二極管瞬態(tài)抑制。 該uln2803是專為符合標(biāo)準(zhǔn)ttl，而制造uln2804適合6至15v的高級(jí)別cmos或pmos上。該電路為反向輸出型，即輸入低電平電壓，輸出 端才能導(dǎo)通工作3.7 直流電機(jī)工作原理1.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理：實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)裝有換向裝置的交流電動(dòng)機(jī)；（1） 原理：帶電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用并形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來（2） 特點(diǎn)： a、 外加電壓并非直接加于線圈，而是通過電刷和換向器再加到線圈b、 電樞

21、導(dǎo)體中的電流隨其所處磁極極性的改變方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變。c、 電樞電動(dòng)勢(shì)反電勢(shì)（與i反向）；d、 電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩（與n同向）（說明：直流電機(jī)是可逆的，它們實(shí)質(zhì)上是具有換向裝置的交流電機(jī)）3.7.1 結(jié)構(gòu)圖3.7.2 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件部分概述 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，是基于嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的前后臺(tái)設(shè)計(jì)思想，即傳統(tǒng)的主函數(shù)加中斷的程序設(shè)計(jì)思想，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行是在一個(gè)while（1）加上若干個(gè)中斷服務(wù)程序。前臺(tái)的程序設(shè)計(jì)，使用方便、簡(jiǎn)單、思路很清晰。 本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)是基于常用的嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)ads1.2，這個(gè)開發(fā)平臺(tái)的界面十分友好，使用非常方便。 4.

22、1.1 ads1.2的介紹ads是arm公司的集成開發(fā)環(huán)境軟件，他的功能非常強(qiáng)大。他的前身是sdt，sdt是arm公司幾年前的開發(fā)環(huán)境軟件，目前sdt早已經(jīng)不再升級(jí)。ads包括了四個(gè)模塊分別是：simulator;c 編輯器；實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)器；應(yīng)用函數(shù)庫(kù)。 ads的編譯器調(diào)試器較sdt都有了非常大的改觀，ads1.2提供完整的windows界面開發(fā)環(huán)境。c 編譯器效率極高，支持c以及c+，使工程師可以很方便的使用c語言進(jìn)行開發(fā)。提供軟件模擬仿真功能，使沒有emulators的學(xué)習(xí)者也能夠熟悉arm的指令系統(tǒng)。配合fft-ice使用，ads1.2提供強(qiáng)大的實(shí)時(shí)調(diào)試跟蹤功能，片內(nèi)運(yùn)行情況盡在掌握中。ad

23、s1.2需要硬件支持才能發(fā)揮強(qiáng)大功能。目前支持的硬件調(diào)試器有multi-ice以及兼容multi-ice的調(diào)試工具如fft-ice。而簡(jiǎn)易下載電纜不能支持ads1.24.2系統(tǒng)流程圖： 開始 gpio引腳設(shè)置，定時(shí)器捕獲以及鍵盤顯示引腳設(shè)置 主程序（鍵盤輸入，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)） 中斷程序返回4.3調(diào)試與分析 （1）、鍵盤輸入模塊：程序?qū)崿F(xiàn)的是想輸入每分鐘電表要發(fā)出脈沖的個(gè)數(shù)，即我們所需要的恒定流量的大小。子程序主函數(shù)見主程序：（2）、超聲波脈沖捕獲模塊：通過定時(shí)1的cap1.0和cap2.0對(duì)接受的脈沖進(jìn)行捕獲，之后進(jìn)行鍵盤顯示。 （3）、pid算法模塊：通過鍵盤模塊中輸入的流量大小

24、與水表脈沖捕獲到的脈沖數(shù)進(jìn)行pid公式進(jìn)行pid調(diào)整，然后在調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)恒流量。子程序函數(shù)見主程序：（4）、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)模塊：通過前面計(jì)算出來的誤差大小來控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而該變水閥的開度，最后實(shí)現(xiàn)恒定流量輸出。（5）、直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)模塊：通過計(jì)算之后比較出差值控制點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止進(jìn)而控制液位高度，與步進(jìn)電機(jī)相互作用，保證工程要求的高度。第5章 系統(tǒng)測(cè)試5.1測(cè)試條件5.2測(cè)試儀器5.3測(cè)試結(jié)果5.4測(cè)試小結(jié) 附錄： a 程序清單：/*copyright (c)* guangzou zlg-mcu development co.,ltd.* graduate school* h

25、ttp:/*-file info-* file name:main.c* last modified date: 2004-09-16* last version:1.0* descriptions:the main() function example template*-* created by:chenmingji* created date:2004-09-16* version:1.0* descriptions:the original version*-* modified by:* modified date:* version:* descript

26、ions:*/#include config.h#define key 15uint32 w=0;uint8 digitable11=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x80;uint8 selectable8=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80;uint8 t0flag = 0;uint8 data08;uint8 setdata=30,x=0,k=0,sf=0,r=0;uint32 tk = 0x09,m=0,t1=0;uint32time=0,distance=0,i=0;ui

27、nt32cap1_1=0,cap1_2=0;/*延時(shí)程序*/void delayns(uint8 dly);/*定時(shí)器0設(shè)定*/ void timer0(void);/*定時(shí)器1設(shè)定*/ void time1(void);/*irq中斷服務(wù)程序*/ void _irq timer0_irq(void);/*irq中斷設(shè)置*/ void irq_init(void);void _irq timer1_capint(void); /*pwm初始化*/voidpwm_init(void); /*spi設(shè)定*/ void spi(void); /*發(fā)送設(shè)置*/ uint8 msend(uint32 d

28、ata);/*二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制*/ void zh(uint32 num,uint8 wei); /*鍵盤顯示*/ void key_display (void); /*計(jì)算距離*/ void distance (void); /*main主程序*/ int main (void) pinsel0 = (pinsel0&(0xc0ff03)|0x809502);/p0.4,p0.5,p0.6為spi功能 p0.0選擇pwm1功能 p0.11 接cap1.1 pinsel1 = (pinsel1 & (0x0c)| 0x04);/p0.17接cap1.2 irq_init( ); spi( )

29、; timer0( ); time1( ); irqenable( ); pwm_init(); pwmtcr = 0x09; / 啟動(dòng)pwm輸出 while(1) distance(); key_display(); return 0;/*函數(shù)*/*/ /*計(jì)算距離*/ void distance (void) distance=t1;/*17000/fpclk;/計(jì)算距離 /*time1捕獲irq中斷服務(wù)程序 */void _irq timer1_capint (void)if(t1ir&0x01)!=0)/ mr0中斷服務(wù)t1ir = 0x01; vicvectaddr = 0x00;/

30、 向量中斷處理結(jié)束t1ccr = (1 3)|/ 設(shè)置cap1.1上升沿捕獲(1 5)|/ 允許產(chǎn)生中斷(1 7)|/ 設(shè)置cap1.2下降沿捕獲(1 8);/開捕獲elseif(t1ir&0x20)!=0)/ cr1中斷服務(wù)cap1_1 = t1cr1;t1ir = 0x20;if(t1ir&0x40)!=0)/ cr2中斷服務(wù)cap1_2 = t1cr2;t1ir = 0x40;t1tc=0;t1=cap1_1-cap1_2;cap1_1 = 0;cap1_2 = 0; vicvectaddr = 0x00;/ 向量中斷處理結(jié)束/*定時(shí)器1設(shè)定*/ void time1(void)t1pr

31、 = 0;t1ccr = (1 3)|/ 設(shè)置cap1.1上升沿捕獲(1 5)|/ 允許產(chǎn)生中斷(1 7)|/ 設(shè)置cap1.2下降沿捕獲(1 0;dly-) for(i=0;i50000;i+); /*二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制*/ void zh(uint32 num,uint8 wei) data0wei = num%10; data0wei+1 = num/10; return; /*irq中斷設(shè)置*/ void irq_init(void) vicintselect = 0x00000000; vicvectcntl1 = 0x24; vicvectaddr1 = (uint32)timer

32、0_irq; vicvectcntl0 = 0x20|5; vicvectaddr0 = (uint32)timer1_capint; vicintenable = (14|15); /*定時(shí)器0設(shè)定*/ void timer0(void) t0tc = 0; t0pc = 0; t0mcr = 0x03; t0mr0 = fpclk/400; t0tcr = 0x01; /*time0 irq中斷服務(wù)程序*/ void _irq timer0_irq(void) t0flag = 1; t0ir = 0x0f; vicvectaddr = 0; /*pwm初始化*/void pwm_init(void) pwmtc = 0; / 定時(shí)器初值為0 pwmpc = 0; / 不分頻 pwmpcr = 0x200; / pwm1為單邊延輸出 pwmmcr = 0x01; / pwm0匹配時(shí)復(fù)位 pwmmr0 = fpclk/10; / 設(shè)置pwm周期 pwmmr1 = pwmmr0/2; / 設(shè)置pwm的占空比 pwmler = 0x03; / 使能pwm匹配0、1鎖存 pwmtcr = 0x09; / pwm使能，啟動(dòng)pwm定時(shí)器 /*spi設(shè)定*/ void spi(void) pinsel0