微機(jī)原理 無刷直流風(fēng)扇調(diào)速與測速

1、 工 學(xué) 院微機(jī)原理(3級)項(xiàng)目報(bào)告項(xiàng)目名稱： 微機(jī)原理課程設(shè)計(jì) 項(xiàng)目題目： 無刷直流風(fēng)扇調(diào)速與測速 指導(dǎo)教師： 系 別： 機(jī)電系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 組員信息 學(xué)號： 姓 名： 王 組員信息 學(xué)號： 姓 名： 郭 完成時(shí)間： 2014 年 12 月 01 日至 2016 年 1 月 3 日 成績： 評閱人：目錄1、 學(xué)習(xí)目標(biāo).（1）2、 項(xiàng)目要求.（1）3、 轉(zhuǎn)速測量和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成.（1）4、 程序流程圖并說明方案思路.（3）5、 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與占空比之間的關(guān)系表格和曲線.（4）6、 設(shè)計(jì)程序.（5）7、 分析設(shè)計(jì)過程出現(xiàn)的問題.（12）8、 方案總結(jié).（13）一、 學(xué)習(xí)目標(biāo)

2、本次系統(tǒng)作業(yè)的目的在于：通過脈沖寬度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)無刷直流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的改變；借助風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號，測量風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速并顯示；比較每組風(fēng)扇從某一轉(zhuǎn)速(600r/min)到另一轉(zhuǎn)速(2000r/min)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的所需要的時(shí)間。通過比較試驗(yàn)結(jié)果的估算結(jié)果并討論結(jié)果差異的主要原因，讓學(xué)生展示對無刷直流風(fēng)扇數(shù)學(xué)模型建立和調(diào)節(jié)方法局限性有深入理解。二、 項(xiàng)目要求檢查項(xiàng)目要求轉(zhuǎn)速顯示風(fēng)扇轉(zhuǎn)速能夠顯示在LED上，轉(zhuǎn)速單位是r/min，刷新周期為1秒鐘左右風(fēng)扇轉(zhuǎn)速可調(diào)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速可以改變，根據(jù)要求轉(zhuǎn)速在700-1400r/min風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與顯示通過簡單方法給風(fēng)扇加負(fù)載，隨著轉(zhuǎn)速的下降應(yīng)該看到轉(zhuǎn)速變化的顯示轉(zhuǎn)速指令輸入環(huán)節(jié)

3、通過串口或鍵盤輸入給定轉(zhuǎn)速給定某一轉(zhuǎn)速，1200-1500之間，看顯示轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能在穩(wěn)定轉(zhuǎn)動條件下1500r/min，在30cm處加載一個外加一個風(fēng)扇，對照加載前后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速回答問題隨機(jī)提出有關(guān)轉(zhuǎn)速測量、PWM輸出和轉(zhuǎn)速控制方面的問題，要有針對性，檢查設(shè)計(jì)過程中的付出。三、 系統(tǒng)硬件構(gòu)成風(fēng)扇電路：接線：黃線接Vcc，黑線接地，綠線接P32，藍(lán)線接P25。輸出：OC輸出，如下圖4、 畫程序流程圖并說明方案思路開始初始化中斷產(chǎn)生PWM波顯示轉(zhuǎn)速和占空比查詢是否需要反饋調(diào)整查詢是否收到串口數(shù)據(jù)查詢風(fēng)扇轉(zhuǎn)速是否更新查詢有無按鍵操作調(diào)整占空比更新目標(biāo)轉(zhuǎn)速刷新數(shù)碼管緩存數(shù)據(jù)計(jì)算需要的占空比YY

4、YYNNNN 程序主要用查詢法判斷需要執(zhí)行的操作，并且利用中斷處理函數(shù)來產(chǎn)生各種對應(yīng)的標(biāo)志位來通知主循環(huán)，在主循環(huán)中進(jìn)行要求的運(yùn)算。其中T0定時(shí)約500us，它的每次中斷相當(dāng)于輸出一個載波脈沖，實(shí)際上是用載波脈沖數(shù)為200個，載波周期為500us的方式構(gòu)成周期為100ms的PWM波。T1用做波特率發(fā)生器。T2定時(shí)60ms。每次T2中斷能重置一次按鍵處理標(biāo)志位，這個標(biāo)志位能保證每60ms內(nèi)只允許處理一次按鍵操作，讓按鍵處理既能高速增減，也能準(zhǔn)確；此外當(dāng)有合計(jì)25次T2的中斷發(fā)生時(shí)，它能保存當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值并且通知主循環(huán)刷新數(shù)碼管顯示請況，因此我們計(jì)算轉(zhuǎn)速的方式是“統(tǒng)計(jì)1.5s內(nèi)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動圈數(shù)”。利用

5、在T2中斷的定時(shí)判斷，也能把當(dāng)前數(shù)碼管的顯示請況發(fā)回PC機(jī)。串口通訊方面，也是利用一個標(biāo)志位來申明是否接受了數(shù)據(jù)。使用“操作符+操作數(shù)據(jù)”的5字節(jié)字符串?dāng)?shù)據(jù)格式，例如用“A0980”代表需要風(fēng)扇按n=980r/min的速度運(yùn)行。通知標(biāo)志被主循環(huán)檢測到的時(shí)候，會將串口數(shù)據(jù)檢查并且保存成整數(shù)形式，方便后續(xù)函數(shù)的調(diào)用。當(dāng)串口數(shù)據(jù)不合理時(shí)，會發(fā)送信息到PC機(jī)。五、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與占空比之間的關(guān)系表格和曲線編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)給PC定時(shí)發(fā)送轉(zhuǎn)速與占空比數(shù)據(jù)后，取對應(yīng)的數(shù)據(jù)制表如下。占空比(%)10095908580757065605550轉(zhuǎn)速n/(r/min)2140196018201740168016001500

6、1420130011801060占空比(%)454035302520151050轉(zhuǎn)速n/(r/min)90074058044010000000將500個轉(zhuǎn)速與占空比數(shù)據(jù)擬合成關(guān)系曲線如下可以發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)扇正常轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)速與占空比有著正相關(guān)的關(guān)系，占空比越大，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速越高。此外，當(dāng)占空比小于26%時(shí)，風(fēng)扇停轉(zhuǎn)。六、設(shè)計(jì)程序1、主程序：#include #define jingzhen 11059200UL /*使用11.0592M晶體*/ #define botelv 9600UL /*波特率定義為9600*/volatile unsigned char sending;sbit dula =P

7、26;/段選信號的鎖存器控制sbit wela =P27;/位選信號的鎖存器控制sbit PwmOut=P25;/PWM輸出位置 藍(lán)線sbit need_steady=P34;/接地后開始調(diào)整sbit HideValue =P35;/接地后顯示目標(biāo)轉(zhuǎn)速sbit K3 =P36;/增加占空比按鈕sbit K4 =P37;/減少占空比按鈕unsigned char code wei=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/數(shù)碼管各位的碼表unsigned char code duan=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0

8、x07,0x7f,0x6f;/0-9的碼表 unsigned char SPEED,SPEED_temp,count_time,count_send,wait;unsigned char PWM_count,PWM_turn,PWM_max;/控制PWM波的計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)變值，周期個數(shù)，unsigned char Number8=0,value6=0;/數(shù)碼管顯示緩存和串口字符串?dāng)?shù)據(jù)緩存int Target;bit flag=0,flag_k=0,flag_send=0,flag_direct=0;/通知標(biāo)志void Timer0Init(void);/初始化函數(shù)void Timer2Init(vo

9、id);void Ext0Init(void);void UARTInit(void);void check();void VALUE_To_Num(int num,unsigned char d); /數(shù)據(jù)填入數(shù)碼管函數(shù)void direct();/直接與反饋調(diào)節(jié)PWM函數(shù)void adjust();void Display();void send(unsigned char d);void sendc(unsigned char * pd);void sendc_num(unsigned char * pd);void main()flag_direct=0;flag_send=0;wai

10、t=5;PWM_count=0,PWM_turn=170,PWM_max=200;Timer0Init();Timer2Init();Ext0Init() ;UARTInit() ;need_steady=1;/接地后開始調(diào)整HideValue =1;/接地后顯示目標(biāo)轉(zhuǎn)速K3 =1;/增加占空比按鈕K4 =1;/減少占空比按鈕while(1)/主循環(huán)if(flag_k)/控制每60ms允許通過按鍵調(diào)整一次PWM_turnif(!K3&PWM_turn10 ) PWM_turn-;flag_k=0;if(flag_direct)check();direct();flag_direct=0;wai

11、t=4;/傳送了直接值后不能馬上進(jìn)行反饋調(diào)整，誤差太大了if(flag)/控制約1.5s允許調(diào)整數(shù)碼管顯示值VALUE_To_Num(500*(SPEED_temp)/25),4);if(wait0) wait-;/減緩約4.56s才允許反饋調(diào)整if(0=wait)&(!need_steady)/滿足條件時(shí)啟用轉(zhuǎn)速反饋調(diào)整adjust();flag=0;VALUE_To_Num(PWM_turn,0);if(!HideValue) VALUE_To_Num(Target,0);/直接按下K2顯示當(dāng)前的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的值，可以檢查有沒有收到串口數(shù)據(jù)if(flag_send)sendc_num(Numb

12、er);flag_send=0;Display();2、 初始化子程序void Timer0Init(void)TMOD |= 0x01;/T0 16位定時(shí)TL0 = 0x33;/設(shè)置定時(shí)初值TH0 = 0xFE;/設(shè)置定時(shí)初值TF0 = 0;/清除TF0標(biāo)志EA = 1; /總中斷打開ET0 = 1; /定時(shí)器0中斷打開TR0 = 1;/定時(shí)器0開始計(jì)時(shí)void Timer2Init(void)RCAP2H = 0x28;RCAP2L = 0x00;/定時(shí)60msEA=1;/打開總中斷ET2=1;/打開定時(shí)器2中斷TR2=1;/定時(shí)器2開始計(jì)時(shí)void ext0Init(void)INT0=

13、1;/置高接收口P3.2PX0=1;/設(shè)置高中斷優(yōu)先級EA=1;/全局中斷開IT0=1;/邊沿觸發(fā)EX0=1;/外部中斷0開 void UARTInit(void)/9600bps11.0592MHzEA=0;/暫時(shí)關(guān)閉中斷TMOD|=0x20;/定時(shí)器1工作在模式2，自動重裝模式SCON=0x50;/串口工作在模式1TH1=256-jingzhen/(botelv*12*16); /計(jì)算定時(shí)器重裝值TL1=256-jingzhen/(botelv*12*16);PCON|=0x80;/串口波特率加倍PS=1;/給串口中斷高優(yōu)先級ES=1;/串行中斷允許TR1=1;/啟動定時(shí)器1REN=1;/

14、允許接收 EA=1;/允許中斷3、 中斷操作程序/* 外部中斷0統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)速脈沖*/void ext0(void) interrupt 0 /負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)速度值，信號下降沿產(chǎn)生中斷SPEED+;/* 定時(shí)器0負(fù)責(zé)調(diào)控PWM波*/void time0(void) interrupt 1 using 1/負(fù)責(zé)產(chǎn)生PWM波TL0 = 0x33;/設(shè)置定時(shí)初值TH0 = 0xFE;/設(shè)置定時(shí)初值PwmOut=PWM_count=PWM_max)/PWM_count達(dá)到頂端時(shí)回到初始PWM_count=0;/* 串行中斷服務(wù)函數(shù)接受速度控制命令*/void serial() interrupt 4static

15、unsigned char write_point=0;static bit read_able=0;unsigned char Temp;if(RI)/判斷是接收中斷產(chǎn)生RI=0;/標(biāo)志位清零Temp=SBUF;/讀入緩沖區(qū)的值if(read_able)valuewrite_point=Temp;write_point+;if(write_point4)/只讀入4個字節(jié) flag_direct=1;/通知主函數(shù)可以調(diào)節(jié)PWM了read_able=0;write_point=0;wait=4;/立即暫停反饋調(diào)整if(Temp=A)/A作為特征碼檢測，也可以使用其他的字母來規(guī)定控制代碼write

16、_point=0;/一旦收到A_ _ _ _，指針回到開頭并且允許接受數(shù)據(jù)read_able=1;if(TI) /如果是發(fā)送標(biāo)志位，清零TI=0;sending=0; /清正在發(fā)送標(biāo)志/* 定時(shí)器2調(diào)節(jié)數(shù)碼管的刷新速度*/void time2(void) interrupt 5 using 1 /定時(shí)器2中斷TF2=0;/必要的軟件清中斷標(biāo)志count_time+;flag_k=1;if (count_time=25)flag=1;SPEED_temp=SPEED;SPEED=0;count_time=0;count_send+;if (count_send=5)flag_send=1;cou

17、nt_send=0;4、 輔助處理程序/* 檢查串口數(shù)據(jù)*/void check()unsigned char i;for(i=0;i4;i+)if(valuei9)valuei=0;Target=(value0-0)*1000+(value1-0)*100+(value2-0)*10+(value3-0);if(Target2180|Target3;i-)Numberi-d=Num%10;Num=Num/10;/* 直接調(diào)節(jié)PWM函數(shù)*/void direct()if(Target2180|Target280)/禁止不可調(diào)節(jié)范圍的PWM return;if(Target200) PWM_tu

18、rn=200;/* 反饋調(diào)節(jié)PWM函數(shù)*/void adjust()double num;num=SPEED_temp*20;if(Target2180|Target280)/禁止不可調(diào)節(jié)范圍的PWM return;if(Target1520)PWM_turn=PWM_turn+( 0.00006*Target + 0.01311)*(Target-num);/原理是dy=f(x)*dxelse /屬于比例調(diào)節(jié)PWM_turn=PWM_turn+(-0.00018*Target + 0.4299)*(Target-num);if(num200) PWM_turn=200;/* 數(shù)碼管顯示程序*

19、/void Display()unsigned char num;unsigned int m;for(num=0;num0;m-); /時(shí)間間隔短，利用人眼的余輝效應(yīng)，覺得每個數(shù)碼管都一直在亮。/*- 發(fā)送一個字節(jié)-*/void send(unsigned char d) /發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，形參d即為待發(fā)送數(shù)據(jù)。SBUF=d; /將數(shù)據(jù)寫入到串口緩沖sending=1; /設(shè)置發(fā)送標(biāo)志while(sending); /等待發(fā)送完畢/*- 發(fā)送一個字符串-*/void sendc(unsigned char * pd)while(*pd)!=0) /發(fā)送字符串，直到遇到0才結(jié)束send(*pd); /發(fā)送一個字符pd+; /移動到下一個字符void sendc_num(unsigned char * pd)unsigned char t;for(t=0;t8;t+)if(t=4) send( );send(*pd)+0); /發(fā)送一個字符pd+; /移動到下一個字符send(n);7、 分析設(shè)計(jì)過程出現(xiàn)的問題1.在設(shè)計(jì)PWM的調(diào)控方式的過程中，我們遇到了一個選擇PWM波周期的問題。查閱資料后發(fā)現(xiàn)，PWM波的周期大小能直接影響小風(fēng)扇的輸出轉(zhuǎn)矩。在實(shí)際測試過程中，第一次選用載波脈沖數(shù)為200個，載波周期為250us的方式構(gòu)成周期為50ms的PWM。我們發(fā)現(xiàn)，此時(shí)使風(fēng)扇恰好