數(shù)字PWM直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

I隨著人們生活水平的提高與社會(huì)發(fā)展現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)水平的要求也逐步提高。由于直流電機(jī)的靈活，操作簡單，易于廣泛的平穩(wěn)調(diào)速，控制性能好等特點(diǎn)，其應(yīng)用變得越發(fā)廣泛，從而對(duì)控制電機(jī)制造的要求也越來越高。直流本論文是圍繞H型PWM數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)研究和討論，力求每個(gè)部分系統(tǒng)性能都發(fā)揮最優(yōu)的效果。該設(shè)計(jì)的組成部分包括雙制核心采用了AT89C51單片機(jī)。使用全控型大功率晶體管GTR,可以很容易的控制其通斷，因而由以上各個(gè)組成部分組成的H型PWM調(diào)速系統(tǒng)ⅡWiththeimprovementofpeople'slifeandsocialofmodernization,theautomationlevelofrequirementsalsogrDCmotorhastheadvantagthecontrolperformanceisgood,itsapplicationihasbecometocontrolmotormanufacturingrequirementshigherandhigher.SpeedcontrolPWMpulsewidthmodulation,theperformanceofHtypestudyseparatelyanddiscussedeachpartoftheperformanceofeachpartofthplaythebesteffect.Partofthedesignofthedoubleclosedrivingcircuit,theLEDdigitaldisplaytube,currentcontrolcoreusesAT89C51mcu.Theuseofflow-speedperformanceisgood,theadvaKeywords:PWM,GTR,microcontroller,DCm1緒論 1.1研究背景與意義 11.2直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程 1.3國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 21.3.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 21.3.2國外發(fā)展現(xiàn)狀 21.4本論文的主要內(nèi)容 21.5PWM數(shù)字直流調(diào)速的特點(diǎn) 31.5.1電機(jī)微機(jī)控制的特點(diǎn) 31.5.2PWM直流調(diào)速的特點(diǎn) 32方案的論證與設(shè)計(jì) 2.1控制方案選擇 52.2元器件及控制器設(shè)計(jì)與選擇 52.2.1控制器選擇 52.2.2電動(dòng)機(jī)選擇 62.2.3晶體管選擇 62.2.4設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 72.2.5設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器 72.2.6檢測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 82.2.7顯示電路選擇 82.2.8電流檢測 2.2.9選擇A/D轉(zhuǎn)換器 83系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1硬件系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì) 3.1.1單片機(jī)的概述 3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路 3.1.3設(shè)計(jì)復(fù)位電路 3.2設(shè)計(jì)主電路 3.2.1直流電機(jī)的PWM控制原理 3.2.2PWM變換器分類 3.3設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路 3.4測速電路 3.5電流檢測電路 3.6鍵盤顯示電路 3.7A/D轉(zhuǎn)換電路 3.8報(bào)警電路 223.9設(shè)計(jì)直流電源電路 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 244.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的構(gòu)思 4.3處理與數(shù)據(jù)采集的子程序設(shè)計(jì) 4.3.1數(shù)字濾波程序 4.3.2數(shù)據(jù)采集程序 5系統(tǒng)的仿真及操作方法 5.1仿真的啟動(dòng) 5.2仿真系統(tǒng)系統(tǒng)的操作 參考文獻(xiàn) 附錄1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖 附錄2系統(tǒng)程序清單 數(shù)字直流調(diào)速裝置不僅可以成功做到調(diào)整參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的給定，到觸發(fā)脈沖數(shù)字化，使用附加的軟件通用硬件平臺(tái)的指定范圍來控制直流電動(dòng)機(jī)的功率和電流水平，甚至由同一個(gè)控制器就可以只通過參數(shù)設(shè)定與使用各種軟件版本就可以大通信能力，而且他的抗干擾能力很優(yōu)秀，操作也非常簡單。該系統(tǒng)靈活方便的調(diào)速方式、長期運(yùn)作的性能、完善的保護(hù)功能和控制器的體積小，彌補(bǔ)了模擬直流速由于數(shù)字控制系統(tǒng)具有維護(hù)簡單、調(diào)速精度高、查找故障迅速等優(yōu)勢，使其具最早的直流調(diào)速系統(tǒng)是利用恒定直流電壓為直流電機(jī)的電樞供電，以變更電樞但其存在無法在較寬范圍平滑調(diào)速、機(jī)械特性軟、效率低等缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在運(yùn)用極后來又出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組，配合采用閘流管、電機(jī)擴(kuò)大器、磁放大器等器件，能夠達(dá)到很好的調(diào)速性能，比如轉(zhuǎn)速變化率較小、調(diào)速平滑、調(diào)速范圍寬等特點(diǎn)，但發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組的系統(tǒng)缺點(diǎn)是必須增加一些輔助勵(lì)磁設(shè)備和兩臺(tái)與調(diào)速電機(jī)汞弧變流器產(chǎn)生后，迅速代替發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組，此后調(diào)速能力有了進(jìn)一步的提當(dāng)世界上出現(xiàn)了第一個(gè)晶閘管之后，由晶閘管組成的調(diào)速系統(tǒng)馬上廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。相比于別的變流元件，由于其使用壽命長、工作的可靠性高、響應(yīng)速度快、體積小巧、維修方便等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，晶閘管供電使直流調(diào)速系統(tǒng)的可靠性 2再后來，大功率晶體管整流裝置出現(xiàn)，并且因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)了小型化、低成本、高集成度和高可靠性，因此代替了從前的各種調(diào)速裝置，另直流電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展得到了一次大的更新?lián)Q代。其技術(shù)的應(yīng)用另直流調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展速度大幅度提高，應(yīng)用范圍也進(jìn)一步的擴(kuò)大，性能指標(biāo)大幅度提高。隨著新型傳感器、新型電力電子開關(guān)器件、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、電目前，我國對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展方向正靠向脈寬調(diào)制。自從60年代我國的第雖然我國的直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，但是一些精密數(shù)字控制設(shè)備依然需要依靠國外對(duì)數(shù)字直流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展相較于國內(nèi)要早。目前國外對(duì)該技術(shù)的研究已國外現(xiàn)在有很多個(gè)具有該類產(chǎn)品制造能力的公司，且已達(dá)到產(chǎn)品的系列化、模檢測回路包括轉(zhuǎn)速檢測和電流檢測兩個(gè)方面。轉(zhuǎn)速檢測通過數(shù)字測速來進(jìn)行，由按鍵來對(duì)設(shè)定值進(jìn)行確定，并與測量值比較和判斷。如果檢測值小于或等于便于人工處理。使用閉環(huán)電路來作為電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)，通過軟件來進(jìn)行控制，其中 3以電壓環(huán)來作為外環(huán)，以電流環(huán)來作為內(nèi)環(huán)，并且外環(huán)的采樣周期大于內(nèi)環(huán)。因?yàn)椴蓸又禃?huì)出現(xiàn)擾動(dòng)的情況，所以要通過軟件來進(jìn)行濾波。顯示電路和鍵盤使用專用現(xiàn)今全控?cái)?shù)字系統(tǒng)是發(fā)展的主要方向，而大部分的電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)都是有模在微機(jī)控制系統(tǒng)中一般存在模擬與數(shù)字兩種信號(hào)，信號(hào)存在離散的，也存在連只包括數(shù)字信號(hào)，所以計(jì)算機(jī)必須進(jìn)行一個(gè)采樣的過程才能夠處理信息，那么電機(jī)(1)能夠進(jìn)行分時(shí)操作，使用一臺(tái)微機(jī)便可達(dá)到數(shù)個(gè)控制器的效果，能夠?qū)?shù)(2)硬件結(jié)構(gòu)簡單，使用很少芯片就能夠完成很多功能，并且易于通用。(3)微機(jī)的運(yùn)算速度和精度都很高，其具有大容量儲(chǔ)存單元和豐富的邏輯判斷(4)微機(jī)擁有判斷的功能與記憶的功能，由軟件來決定系統(tǒng)的控制方向，通常不需要變更系統(tǒng)硬件，只需要按照新的控制規(guī)律進(jìn)行一次新的編程，就能夠達(dá)到改變控制規(guī)律的目的，并且可以在運(yùn)行時(shí)隨時(shí)根據(jù)電機(jī)工作狀態(tài)選擇最為有利的系統(tǒng)(5)具有很強(qiáng)信息處理能力，可處理各種數(shù)據(jù)，及時(shí)提供有用的知識(shí)與信息制的高頻率開關(guān)控制的方法，從而形成的脈寬調(diào)制變換器與直流電機(jī)相結(jié)合的調(diào)速4(1)當(dāng)具備適當(dāng)?shù)拈_關(guān)頻率時(shí)，電力電子開關(guān)器件的開關(guān)消耗小，工作在開關(guān)(2)需用到的器件比較少，并且主電路的線路比較簡單；(3)諧波較少，并且電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與磨損程度都較低，具有較高的開關(guān)頻率，(5)調(diào)速范圍比較廣，可以達(dá)到1:1000左右，且穩(wěn)定精度高，低速性能好。5自動(dòng)控制是與人工控制的概念相對(duì)而言的。自動(dòng)控制顧名思義是利用外加裝置和設(shè)備，在沒有人的直接參與下就可以讓設(shè)備、機(jī)器和生產(chǎn)過程中某參數(shù)和工作狀自動(dòng)控制可分為閉環(huán)、開環(huán)與復(fù)合三種控制系統(tǒng)，它們是依據(jù)被控對(duì)象和控制開環(huán)控制指的是被控對(duì)象和控制裝置間不存在反相聯(lián)系，只存在正向作用的控(1)組成系統(tǒng)的原件及部件精度高，系統(tǒng)準(zhǔn)確度才高。(2)輸出對(duì)輸入沒有影響，不需要對(duì)輸出進(jìn)行測量，比較容易實(shí)現(xiàn)。(3)主要問題不包括系統(tǒng)穩(wěn)定性(1)存在存在變化規(guī)律沒有辦法預(yù)測的干擾時(shí)，系統(tǒng)較難實(shí)現(xiàn)。(2)對(duì)原件及部件的精度要求高。閉環(huán)控制系統(tǒng)指的是被控對(duì)象與控制裝置間有既有方向聯(lián)系也有正向作用的控(1)精度低的元件部件就可以組成高精度的系統(tǒng)。(2)輸入能夠被輸出影響，能夠抑制和削弱干擾。6工業(yè)控制計(jì)算機(jī)：它是一種用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)過程的控制與測量等工作的工(1)有很強(qiáng)的通信能力，有齊全的后備措施。(2)有很好的系統(tǒng)擴(kuò)展性，并且有開放性。(3)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，過程輸入與輸出配套較好。(4)實(shí)時(shí)性好，可靠性高。(1)能量消耗低，重量比較輕，體積小。(2)容易改造，維護(hù)方便，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建造工作量小。(3)運(yùn)用及原理學(xué)習(xí)簡單。(4)具有很高抗干擾能力及可靠性。(5)適用性強(qiáng)，功能齊全，配套完善。單片微型計(jì)算機(jī)：是采用大規(guī)模集成電路技術(shù)把能夠處理數(shù)據(jù)的中央處理器、(1)產(chǎn)品化容易，使用方便。(2)有強(qiáng)大的控制功能。(3)可靠性高，體積小，性價(jià)比高。功率電壓電流調(diào)速范圍7如果處于工作信號(hào)的頻率比較高的情況下，就需要選擇使用超高頻或高頻管。同種型號(hào)的晶體管中，通常反向電流越小的，其性能就較好，這個(gè)規(guī)律對(duì)我們進(jìn)行晶體管的選擇提供了一個(gè)有效的參考。對(duì)于β值通?？紤]幾十到一百之間，如并且應(yīng)讓其包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中，因?yàn)閿_動(dòng)作用點(diǎn)之后已有一個(gè)積分環(huán)節(jié)存在，所以轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)所存在的積分環(huán)節(jié)一共有兩個(gè)。這樣就應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成能夠同依據(jù)線性系統(tǒng)理論數(shù)據(jù)來進(jìn)行推算，超調(diào)量會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和在進(jìn)行電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)時(shí)，必須要優(yōu)先考慮的是將電流校正成為何種典型系從動(dòng)態(tài)要求上來看，系統(tǒng)不允許超調(diào)在電樞電流突加控制作用的時(shí)候過大，這8是否及時(shí)檢測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速密切關(guān)系到閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制的精密度。不管是交流轉(zhuǎn)速的基本數(shù)字檢測方法是根據(jù)轉(zhuǎn)速和光電脈沖發(fā)生器與電動(dòng)機(jī)同軸連接的輸出脈常用顯示元件有1602液晶和LED數(shù)碼管。(1)1602液晶顯示：因?yàn)樗暮穸缺∵@一優(yōu)點(diǎn)，能夠用于大規(guī)模集成電路的直接驅(qū)動(dòng)，容易實(shí)現(xiàn)全彩顯示。其利用了液晶的物理特性這一原理，利用電壓控制顯管為發(fā)光單元，顏色有單白、紅、黃、藍(lán)、綠效果。其優(yōu)點(diǎn)包括壽命長、成本低、(1)霍爾元件：因?yàn)榛魻栐蓄l帶響應(yīng)寬，輸出電動(dòng)勢的變化范圍大、對(duì)磁(2)直流電差位計(jì)：這是根據(jù)直流補(bǔ)償?shù)脑硭圃斓囊环N儀器。補(bǔ)償法的測量結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度，這是一種比較測量法，在高準(zhǔn)確度指示儀器的校準(zhǔn)和精因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能夠接收數(shù)字信號(hào)，所以如果要讓外部模擬量被單片機(jī)接收，就時(shí)間長，但抗干擾力強(qiáng)，適合在現(xiàn)場干擾嚴(yán)重且信號(hào)變化慢的場合。逐次逼近式抗9根據(jù)本設(shè)計(jì)需要，選用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。 根據(jù)本設(shè)計(jì)需要，選用了AT89C51單片機(jī)。AT89C51是種帶4K字節(jié)閃爍有編成和擦除功能只讀儲(chǔ)存器的高性能、低電壓爍儲(chǔ)存器和多功能8位CPU組合在單個(gè)芯片中AT89C51為相當(dāng)多系統(tǒng)提供了一種廉(1)兩個(gè)16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。(2)三級(jí)程序儲(chǔ)存器鎖定。(3)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年。(4)可編程穿行通道。(5)壽命：1000寫/擦循環(huán)。(6)有5個(gè)中斷源(7)時(shí)鐘電路和片內(nèi)振蕩器；(10)掉電模式和低功耗的閑置。(11)32位可編程I/O接口。(12)全靜態(tài)工作：OHz-24Hz。(13)與MCS-51兼容。AT89C51共有40個(gè)管腳，其管腳電路如下圖3.1所示。導(dǎo)導(dǎo)2DWlR9345678GND:該端口用于接地。VCC:該端口用于供電電壓PO口：該端口的每個(gè)管腳都能夠吸收電流8TTL門，是一個(gè)8位的漏極開路雙向I/O端口，能用于外部程序數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器，并且可被定義為數(shù)據(jù)、地址第八位。在編程，作為原碼輸入口。位雙向I/O口，P2接口緩沖器可以接收。該端口在FLASH進(jìn)行校驗(yàn)與和編程時(shí)作為第八位地址的接收口。P2口：該端口輸出電流4TTL門，是一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，當(dāng)該口被寫1時(shí)，管腳被內(nèi)部上拉為高電平，作為輸入端口。P2口管腳被外部拉低，會(huì)輸出電流。這是因?yàn)閮?nèi)部被上拉。當(dāng)其用于16位地址外部儲(chǔ)存器或外部程序儲(chǔ)存器進(jìn)行存取時(shí)，該口輸出地址的高八位。當(dāng)所給地址為1時(shí)，其利用上拉優(yōu)勢，在對(duì)外八位地址數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器進(jìn)行讀寫時(shí)，它輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。該口在FLASH校驗(yàn)和編程時(shí)接收控制信號(hào)和高八位地址信號(hào)。P3口：該口的管腳是8個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，能夠接收輸出電流 4TTL門。該口寫入1之后，被內(nèi)部上拉成高電平，并且用于輸入。作為輸入，因?yàn)锳LE/PROG:FALSH編程時(shí)，該引腳就用于輸出編程脈沖。地址鎖存所目的或者用來對(duì)外部輸出脈沖。但是要注意，當(dāng)用于外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器時(shí)，會(huì)跳過一個(gè)ALE脈沖。若想禁止ALE的輸出，可以于SFR8EH地址上置0。這時(shí)，只有在執(zhí) PSEN有效。但是訪問外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)這兩次有效P EA/VPP:在EA維持在低電平時(shí)，不論是否有內(nèi)部程序儲(chǔ)存器，這時(shí)均為程序儲(chǔ)存器。如果加密方式為1,EA會(huì)將內(nèi)部鎖定為RESET。EA維持在高電平時(shí)，其間為內(nèi)部程序儲(chǔ)存器。FLASH編程時(shí)，該引腳單片機(jī)是一個(gè)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為確保其各個(gè)內(nèi)部部件間能夠同時(shí)進(jìn)行工作，其內(nèi)部的電路絕對(duì)按照時(shí)序在唯一時(shí)鐘信號(hào)下工作，就是單片機(jī)時(shí)鐘AT89C51單片機(jī)內(nèi)部含有一個(gè)用來構(gòu)成振蕩(1)外部時(shí)鐘方式：該方式是直接將振蕩時(shí)鐘脈沖從單片機(jī)的外部引入，讓振蕩時(shí)鐘脈沖由AT89C51單片機(jī)的XTAL1引腳輸入，XT外部時(shí)鐘懸空(2)內(nèi)部時(shí)鐘方式：該方式是在XTAL1與XTAL2引腳的兩端跨接一個(gè)晶體振蕩器，利用芯片內(nèi)部振蕩器，這樣就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。如下圖3.3所示在單片機(jī)出現(xiàn)例如程序進(jìn)入死循環(huán)或跑飛這種未知狀態(tài)或上電時(shí)就需要將單片(1)外接復(fù)位芯片：常用復(fù)位芯片有MAX810。在某些情況下處在間歇性工作情況時(shí)，為確保單片機(jī)復(fù)位的可靠性，就必須外接復(fù)位芯片，這時(shí)單片機(jī)需要頻繁復(fù)位。電路如下圖3.4所示。(2)上電復(fù)位：這種復(fù)位方式是通過利用電容充電實(shí)現(xiàn)來達(dá)到復(fù)位的目的。在+(3)按鍵復(fù)位：當(dāng)單片機(jī)在工作過程中需要復(fù)位，當(dāng)復(fù)位按鍵被按下時(shí)，此時(shí)彈起后RST端經(jīng)由電阻接地，并完成復(fù)位。電路如下圖3.6所示。+直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可以分為電樞電壓控制和勵(lì)磁控制兩種類型。勵(lì)磁控制法來控制磁通，控制功率小，然而存在很多缺點(diǎn)。它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也較差，勵(lì)磁線而處于低速時(shí)又會(huì)受到磁極飽和的限制。因此，相比于勵(lì)磁控制，電樞電壓控制法的目的，然而該方法效率非常低。所以隨電力電子技術(shù)進(jìn)步，電樞電壓控制法也發(fā)展了很多種。例如：利用蓄電池之類的直流電源來供電或者利用硅整流器將交流電假設(shè)晶體管V1先導(dǎo)通T1秒，然后再關(guān)斷T2秒，此期間電樞端的電壓為0。如要改變a的值來進(jìn)行調(diào)速，用以下三種方法中的(1)變頻調(diào)寬法：維持T值一定，讓T1在O-T1的范圍內(nèi)變化。(2)定寬調(diào)頻法：維持T1一定，讓T2變化。(3)定寬調(diào)頻法：維持T2值一定，讓T1變化。電樞電壓的平均值Ua的調(diào)節(jié)范圍是0到Ud,都是正值。這是因?yàn)椴徽撚檬裁?1)每個(gè)晶體管的驅(qū)動(dòng)脈沖在低速時(shí)仍交款，利于確保晶體管可靠導(dǎo)通。(2)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)會(huì)有微振電流，可以消除靜摩擦的死區(qū)。(3)調(diào)速范圍可達(dá)到2000左右，低速平穩(wěn)性好。(4)電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。(5)電流一定連續(xù)。如下圖3.8是雙極性H型可逆PWM變換器的波形圖及電路原理圖。V4不能與V2、V3同時(shí)導(dǎo)通，因?yàn)闀?huì)造成Ud直通短路。假設(shè)V1和V4同時(shí)導(dǎo)通T1面之后關(guān)斷，在間隔一定時(shí)間后再讓V2和V3同時(shí)導(dǎo)通TO≤a≤1,所以電動(dòng)機(jī)可在正反兩個(gè)方向調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)殡姌须姼嗅尫艃?chǔ)能作用下V2和V3的c-e極承受反壓，V1和V4其驅(qū)動(dòng)電路如圖3.9所示。結(jié)合本設(shè)計(jì)所選擇的電動(dòng)機(jī)測速法，選擇使用6N137廣電編碼盤。其硬件電路如下圖3.10所示。草QAQAB當(dāng)磁場作用于半導(dǎo)體中的載流子和金屬導(dǎo)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生的橫向的電位差，我們稱這種物理現(xiàn)象為霍爾效應(yīng)。如果在電流通過金屬箔片的時(shí)候在與電流垂直的方向加入一個(gè)磁場，這種情況下金屬箔片的兩面就會(huì)出現(xiàn)橫向的電位差?；魻栃?yīng)在半導(dǎo)體中所呈現(xiàn)的效果相較于處于金屬箔片中時(shí)更加顯著。當(dāng)相變溫度處于居里點(diǎn)以下時(shí)，鐵磁體所體現(xiàn)的霍爾效應(yīng)會(huì)非常強(qiáng)。因?yàn)橥妼?dǎo)線的周圍有磁場，大小和導(dǎo)在的缺口中，圓環(huán)上所環(huán)繞的線匝會(huì)通過檢測電流，磁場就由此產(chǎn)生，那么霍爾傳感器就有信號(hào)輸出。在線圈是9匝，電流是20A時(shí)，將產(chǎn)生0.1T磁場強(qiáng)度，那么HD7279是一片可以驅(qū)動(dòng)8位共陰數(shù)碼管且具有串行接口的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片。其可連接64鍵之多的鍵盤矩陣，單片便可以完成鍵盤接口和LED與LED顯示的所(1)64鍵盤控制器，其中含有去抖動(dòng)電路。(2)右移和左移指令。(3)串行接口，不需要依靠外圍元件就能直接驅(qū)動(dòng)LED。(4)有SOIC與DIP兩種封裝形式可以選擇。(5)各種獨(dú)立控制譯碼。(6)有段尋址指令，控制獨(dú)立LED方便。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只可以接收數(shù)字信號(hào)，而霍爾元件輸出的信號(hào)是模擬信號(hào)，所以外部模擬量就要在外部模擬器與計(jì)算機(jī)間加裝一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)選擇了ADC0809來作為A/D轉(zhuǎn)換原件。ADC0809是一種有微機(jī)處理兼容控制邏輯、帶有8路多路開關(guān)和8位A/D轉(zhuǎn)換器的CMOS組件，是一種逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，可與單片機(jī)直接接口。ADC0809共28個(gè)引腳，其管腳圖如下圖3.12所示。 EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up12(6),7) VCCGNDV INO-IN7:用于8路模擬電壓輸入的端口。A、B、C:模擬輸出通道地址的選擇線。COE:該端口為輸出允許端口，高電平有效。當(dāng)該端為高電平，將三態(tài)輸出緩沖START:啟動(dòng)轉(zhuǎn)換脈沖的輸入端。其所加信號(hào)上升沿把所有內(nèi)部寄存器清零，A/D轉(zhuǎn)換的電路圖如下圖3.13所示。 123456789ABC 2323圖3.13A/D轉(zhuǎn)換電路圖3.8報(bào)警電路本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路選擇蜂鳴器與LED發(fā)光二極管。在出現(xiàn)故障時(shí)單片機(jī)會(huì)給出信號(hào)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，便可報(bào)警電路如下圖3.14所示。圖3.14報(bào)警電路本系統(tǒng)所需要的供電電源有兩個(gè)：直流5V電源，給單片機(jī)和其他芯片供電。直直流5V電源，交流電經(jīng)過整流橋后，由穩(wěn)壓芯片LM7805將電壓穩(wěn)定為5V,來對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電。直流220V電壓的電源能夠由單相橋式整流電路來產(chǎn)生，然而整流電路輸出的電壓有很大的交流成分，無法兼容大部分設(shè)備和電子電路。所以，在整流之后還要使用濾波電路把直流電壓變得平滑。直流電源中的濾波電路相比用在信號(hào)處理上的濾波電路，其特點(diǎn)有：(1)可以輸出大電流。(2)在理想狀態(tài)之下，可以完全濾掉交流部分，只留下直流部分。(3)都采用無源電路。電源電路圖如下圖3.15所示。該設(shè)計(jì)使用的控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用匯編語言作為系統(tǒng)的編程語言。單元為起始來執(zhí)行程序，堆棧指針就寫入07H。通過單片機(jī)輸出口接H驅(qū)動(dòng)控制電路，方便于調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度。在按下鍵使用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示來作為顯示電路，這樣就能夠時(shí)刻顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速或者電流電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)都使用閉環(huán)，電壓環(huán)作為外環(huán)，電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，外環(huán)的采樣因?yàn)椴蓸又荡嬖跀_動(dòng)的情況，所以我們需要使用軟件來進(jìn)行濾波。使用軟件控NY人工處理PID就是比例、微分、積分的英文縮寫。而PID控制，簡而言之就是比例、微分、積分控制，PID控制系統(tǒng)中，PID控制器指的是完成PID控制規(guī)律的部分。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)被控對(duì)象的新能和特征要求選用用不同控制組和。如下圖4.2是PID控制算法的方框圖。+++該調(diào)節(jié)作用具備對(duì)系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化進(jìn)行反映的功能，可以對(duì)偏差變化趨勢起到提前預(yù)知的作用，所以其控制作用非常優(yōu)異。在偏差形成前便被微分調(diào)節(jié)消除，能夠?qū)ο到y(tǒng)動(dòng)態(tài)性能有所改善。如果微分時(shí)間選擇合適，能夠減少超調(diào)和調(diào)節(jié)時(shí)間。因?yàn)槲⒎肿饔么嬖诩又卦肼暩蓴_的缺點(diǎn)，如果過分加強(qiáng)微分調(diào)節(jié)不利于系統(tǒng)抗擾。微分作用通常需要與其他兩種調(diào)節(jié)相結(jié)合來組成PID或PD控制器。且微分作用是反映變化率的，如果輸出無變化，微分作用則無輸出。積分調(diào)節(jié)的作用：能夠充分消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。積分調(diào)節(jié)會(huì)在系統(tǒng)出現(xiàn)誤差時(shí)開始進(jìn)行，一直到?jīng)]有誤差為止，對(duì)系統(tǒng)消除靜態(tài)誤差有著良好的作用。積分作用的強(qiáng)弱由其時(shí)間常數(shù)決定并與其成反比，積分時(shí)間常數(shù)越大積分作用就越弱，反之則越強(qiáng)。積分作用一般是與其他兩種調(diào)節(jié)相結(jié)合來組成PID或PI調(diào)節(jié)器。積分調(diào)解會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也會(huì)拖慢動(dòng)態(tài)響應(yīng)。能夠按比例反應(yīng)系統(tǒng)偏差。系統(tǒng)出現(xiàn)偏差時(shí)在第一時(shí)間比例調(diào)節(jié)就開始作用，降低偏差。比例作用越大，調(diào)節(jié)速度就越快。如果比例作用過大，會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PID算法流程圖如下圖4.3所示。將u(k)輸出采樣時(shí)刻是否到?Y4.3處理與數(shù)據(jù)采集的子程序設(shè)計(jì)X1<x2NYNYY圖4.4中值濾波流程圖該設(shè)計(jì)測量電流是使用霍爾元件VGN3501經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換的方法。開始開始采樣次數(shù)N=3A/D轉(zhuǎn)換完成?Y讀、存結(jié)果Y返回5系統(tǒng)的仿真及操作方法使用仿真軟件的開始按鍵開始仿真后，整個(gè)仿真系統(tǒng)被激活，數(shù)碼管被點(diǎn)亮，所顯示的數(shù)據(jù)為0,如下圖5.1所示，這時(shí)電動(dòng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。在停止?fàn)顟B(tài)下可以數(shù)字?jǐn)?shù)字PWM直流調(diào)速系統(tǒng)仿真圖P表示正向，-表示反向電機(jī)速度顯示電機(jī)控制與速度調(diào)節(jié)按鍵如果已經(jīng)設(shè)定了轉(zhuǎn)速，則電動(dòng)機(jī)從最低速開始緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，最終轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值。如果已經(jīng)設(shè)定了轉(zhuǎn)速，則電動(dòng)機(jī)從最低速開始緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，最終轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值。電動(dòng)機(jī)下方會(huì)顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速。如果要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，必須再點(diǎn)擊一次“啟動(dòng)/停止”按鍵停止電動(dòng)機(jī)，然后才能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)方向的調(diào)節(jié)。如果電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，數(shù)碼管與電動(dòng)機(jī)所顯示的轉(zhuǎn)速值前為“-”號(hào)。如果電動(dòng)機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)所顯示的轉(zhuǎn)速值前為“+”號(hào)，而數(shù)碼管因?yàn)闊o法顯示“+”號(hào)，所以用字母P來表示。上述說明如下圖5.2所示。P表示正向，-表示反向電機(jī)速度顯示直流電機(jī)動(dòng)指示燈電機(jī)控制與速度調(diào)節(jié)按鍵直流調(diào)速系統(tǒng)的各個(gè)部分的軟、硬件進(jìn)行分別研究，并針對(duì)各個(gè)組成部件的每種類深入的了解。在查閱資料的過程中所接觸到的大量自動(dòng)化相關(guān)知識(shí)讓我對(duì)本專業(yè)的并且，在這個(gè)過程中我對(duì)自身優(yōu)缺點(diǎn)和掌握專業(yè)知識(shí)的程度也有了透徹的認(rèn)識(shí)，然 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