【正文】 對電動機的轉速，轉角，轉矩，電壓，電流，功率等物理量進行控制。伺 服系統(tǒng)是以機械運動的驅動設備，電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構，在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機的轉矩、轉速和轉角，將電能轉換為機械能，實現(xiàn)運動機械的運動要求。具體在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與調(diào)整后，由電動機和機械傳動機構驅動機床坐標軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工 件產(chǎn)生各種復雜的機械運動，從而加工出用戶所要求的復雜形狀的工件。作為數(shù)控機床的執(zhí)行機構，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅動及保護等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術、特種電機材料技術、微電子技術及現(xiàn)代控制技術的進步，經(jīng)歷了從步進到直流，進而到交流的發(fā)展歷程。目前，伺服技術正朝著交流化、數(shù)字化的方向迅速發(fā)展。 隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微型計算機的性能越來越高，價格也越來越便宜。此外電力電子技術的發(fā)展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比較普遍地應用微機來控制各類電機．完成備種 新穎的、高性能的控制策略，是電機的各種潛在能力得到充分發(fā)揮，是電機的性能更符合使用要求，還可以制造 出 便于控制納新型電機，使電機 出 現(xiàn)新的 面 貌。 比較簡單的電機微機控制，例如在適當?shù)臅r候讓電機啟動、制動或反轉之類，只要讓微機控制繼電器或電子開關元件使電路開通或關斷就可以了：在各種機床設備及生廣流水線中，現(xiàn)在已普遍采用微機的可編程控制器。按一定的規(guī)律控制各類電機的動作。 常州機電職業(yè)技術學院 6 至于復雜的控制，則要用微機控制電機的電壓、電流、轉矩、轉速、轉角等等，使電機按指定的指令準確工作。 通過微機控制，電機的性能有很大的提高。例如傳 統(tǒng)的直流電集合變流電機各有憂缺點，直流電動機的調(diào)速性能好。但帶有機械按向器，有機械磨損及換向火化等問題；交流電動機，不論是異步電動機還是同步電動機，結構都比直流電動機簡單。工作也比直流電動機可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運行時，他們的速度不能方便而又經(jīng)濟的調(diào)節(jié)。交流電動機采用正弦脈寬調(diào)制方式進行變額調(diào)速是比較理想的，但若要用普通的模擬電路或數(shù)字電路完成這任務，電器相當復雜．用微機控制就簡單多了。若要進一步調(diào)節(jié)精度及動態(tài)性能，可采用矢量控制方案，它的調(diào)速性能將與直流電動機相當。但矢量控制比較復雜，用傳統(tǒng)的模擬電路 或數(shù)字電路根難做到，而應用微機控制。則能方便的實現(xiàn)。目前，廣泛應用于數(shù)控機床等自動化設備的數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，其中電動機都是由微機控制的。為了提高性能．在先進的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中，已采用高速數(shù)字信號處理芯片 (Digital Signal Processor 簡稱 DSP)，指令執(zhí)行速度達到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩陣運算的指令。 復雜的電機微機控制主要用于以下兩個方而： 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的控制。用以保證正常工作時發(fā)電機電壓穩(wěn)定，發(fā)生故障后盡可能保持穩(wěn)定，達到優(yōu)化控制的目的。 電動機調(diào)速及其位置伺服控制。 用于鼓風機或水泵的調(diào)速節(jié)能、數(shù)控機床、微型計算機磁盤驅動器、機器人等控制系統(tǒng)。 在電機微機控制系統(tǒng)中，微機主要完成下列工作： 實時控制。根據(jù)給定的要求駛控制規(guī)律，對發(fā)電機的電壓，電動機的轉速等物理量實現(xiàn)在線實時控制。 監(jiān)控。完成事故報警、事故處理、系統(tǒng)診斷及管理等。 數(shù)據(jù)處理 完成必要的數(shù)據(jù)采集、分析處理、計算、顯不、記錄等。 課題研究的目的和意義 自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中自動平移門使用得最廣泛，我們通常所 說的自動門、感應門就是指自動平移門。 常州機電職業(yè)技術學院 7 自動平移門最常見的結構形式是自動門機械驅動裝置和門內(nèi)外兩側紅外線，當人走近自動門時，紅外線感應到人的存在，給控制器一個信號，控制器通過驅動裝置將門打開。當人通過門之后，再將門關閉。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(jié)約空調(diào)能源、防風、防塵、降低噪音，提高了建筑的檔次。 隨著電子科技的不斷發(fā)展 , 各種智能控制系統(tǒng)進入人們的生活。自動 平移 門控制系統(tǒng)成為學校、公司等人流密集地疏導人流、控制出入的首選。 課題研究的要求 （ 1）了解各種元器件的原理及其 在電路中的作用，繪制出電路原理圖。 （ 2）查閱相關資料，了解有關自動門設計的一些必要的知識。 （ 3）復習在學校里所學的知識，并且聯(lián)系實際，想好設計方案等等。 設計的基本思路 有人來時（進門或出門）開門。當人走到離門不遠的時候時，安裝在門上側的熱釋紅外線傳感器信號檢測裝置檢測到有人時，將啟動電動機帶動傳動鏈開門。 無人時關門延遲 ,當熱釋收發(fā)裝置沒有檢測到有人在離門 1m 的范圍內(nèi)，將延遲1秒啟動電動機帶動傳動鏈關門。 關門中途來人，立即開門。當啟動電動機帶動傳動鏈關門時，感應探頭突然檢測到在 離門 1m的范圍內(nèi)有人，則立即停止電動機關門，啟動電動機帶動傳動鏈開門。 總體結構圖如下圖 1： 人體 信號 光學系統(tǒng)（菲涅爾透鏡） 熱釋電紅外 線傳感器 信號 處理 自動門 控制電路 圖 1 設計總結構圖 常州機電職業(yè)技術學院 8 第 2 章 . 系統(tǒng)硬件設計 設計電路的框圖和原理 （原理圖見 附錄Ⅰ） 紅外自動門控制系統(tǒng)的硬件組成如圖 21所示。本系統(tǒng)主要由 AT89C51 單片機及其外圍電路、紅外檢測電路，門行程檢測電路、步進電機控制電路、故障檢測電路、故障顯示電路、控制方式切換電路等七部分組成。單片機循環(huán)檢測紅外檢測電路和門行程檢測電路輸出信號，據(jù)此產(chǎn)生步進電機控制信號，電動機帶動門運行 ，當系統(tǒng)檢測到控制方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)進入相應的控制方式。如門在關門過程中遇到人或其他障礙物時門無條件朝相反方向打開，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進入故障處理程序。 系統(tǒng)硬件框圖如圖 2 所示： AT89C51 單片機 SRAM 紅外線檢測 門行程檢測 故障檢測 EPROM 電機電路控制 故障顯示報警 控制方式切換 圖 2 紅外線自動門控制系統(tǒng)硬件框圖 常州機電職業(yè)技術學院 9 感應 自動門的種 類很多，在此，僅以平移型感應 自動門機 作為設計的重點。首先，平移式自動門機組由以下部件組成： （ 1）主控制器：它是自動門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應指令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。 （ 2）感應探測器：負責采集外部信號，如同人們的眼睛， 當有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號。 （ 3）動力馬達：提供開門與關門的主動力，控制門扇加速與減速運行。 （ 4）門扇行進軌道：就 像 火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進。 （ 5）門扇吊具走輪系統(tǒng) :用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。 同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引門扇吊具走輪系統(tǒng)。 （ 6）下部導向系統(tǒng)：是門扇下部的導向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。 （ 7）當門扇要完成一次開門與關門，其工作流 程如下： 感應探測器探測到有人進入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行，同時監(jiān)控馬達轉數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進入慢行運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使門扇開啟；門扇開啟后由控制器 做 出判斷，如需關門，通知馬達作反向運動，關閉門扇。 單片機介紹 單片機是把微型計算機主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計算機，即將運算器，控制器，輸入輸出接口，部分存儲器以及其他一些邏輯部件集成在一個芯片上，故可以把單片機看成是一個不帶外部 設備的微型計算機，相當于一個沒有顯示器，沒有鍵盤，不帶監(jiān)控程序的單板機。 由于單片計算機具有體積小，重量輕，耗電少，功能強和價格低等特點，又由于數(shù)據(jù)大多是在芯片內(nèi)傳送處理，所以運行速度快，抗干擾能力強。單片機從七十年代常州機電職業(yè)技術學院 10 問世以來，在二十多年的時間里，發(fā)展異常迅速，并已廣泛應用于各種領域。單片機具有通訊接口，用單片機進行接口的控制與管理，單片機與主機可并行工作，大大地提高了系統(tǒng)的運行速度，所以在網(wǎng)絡通訊領域也得到了越來越多的應用。 AT89C51是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。 AT89C51單片 機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 。 外形及引腳排列如圖 3所示。 圖 3 AT89C51外形及引腳圖 AT89C51 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定常州機電職業(yè)技術學院 11 義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個TTL 門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序存儲 器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當 P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。在實際應用中，大多數(shù)情況下都使用 P3口的第二功能。 — RXD：串行輸入口 — TXD：串行輸出口 — /INT0：外部中斷 0 — /INT1：外部中斷 1 — T0：記時器 0外部輸入 — T1：記時器 1外部輸入 — /WR：外部數(shù)據(jù)存儲器 — /RD：外部數(shù)據(jù)存儲器 P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引 腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率常州機電職業(yè)技術學院 12 周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 ，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。