【正文】 ............17 硬件調(diào)試 ............................................................................................................................17 Altium Designer 簡介 .....................................................................................................17 實(shí)物設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題 .................................................................................................17 軟件調(diào)試 ............................................................................................................................18 Keil 簡介 ..........................................................................................................................18 軟件設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題 ..................................................................................................18 結(jié)論 ...........................................................................................................................................19 致 謝 .........................................................................................................................................20 參 考 文 獻(xiàn) .............................................................................................................................21 附 錄 A ....................................................................................................................................22 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁 共 27 頁 1 引言 選題背景 隨著手機(jī)、影音設(shè)備、玩具 、醫(yī)療設(shè)備、保健器械、家用電器、辦公自動化設(shè)備、工業(yè)自動化設(shè)備、汽車、通訊設(shè)備和電動工具的需求不斷增加，直流電機(jī)在這些產(chǎn)品中的應(yīng)用需求也在迅速擴(kuò)大 ， 其中，汽車、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、保健器械和手機(jī)的貢獻(xiàn)尤為突出。小型直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制器成為小型直流電機(jī)配套使用的關(guān)鍵部件，低成本高性能的直流電機(jī)控制器無疑是為小型直流電機(jī)展現(xiàn)了更美麗的應(yīng)用前景。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 電動機(jī)的控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、電動控制技術(shù)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成果。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電機(jī) 控制技術(shù)在近 20 多年內(nèi)發(fā)生了翻天覆地的變化，其中電動機(jī)的控制部分已由模擬控制逐漸讓位于以單片機(jī)為主的微處理器控制，形成數(shù)字和模擬 [1]的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制的應(yīng)用，并曾向全數(shù)字化控制方向快速發(fā)展。而國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段。 技術(shù)路線 分析 單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為在實(shí)時(shí)檢測和自動控制領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，更是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。而在電氣時(shí)代的今天，電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪幸嗥鹬种匾淖饔?。 直流電機(jī)是最常見的一種電機(jī)，在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。與交流電機(jī)相比，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，運(yùn)行維護(hù)困難。但是直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能、較大的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)，因此在許多行業(yè)中仍有應(yīng)用。近年來，直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以及新型的電力電子 [2,3]功率元器件的不斷出現(xiàn) ，本設(shè)計(jì)采用了以單片機(jī)為控制核心，以雙向可控硅等為執(zhí)行部件的轉(zhuǎn)速控制電路 。這種調(diào)速方法具有開關(guān)頻率高、低速運(yùn)行穩(wěn)定、動態(tài)性能優(yōu)良、效率高等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是這種調(diào)速方式很容易在單片機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，因此具有很好的發(fā)展前景 。 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁 共 27 頁 2 原理設(shè)計(jì) 基本原理 本設(shè)計(jì)以 51 單片機(jī) 為控制核心、以電力電子器件（晶閘管）等元件為執(zhí)行部件 ，設(shè)計(jì)了能夠?qū)崿F(xiàn)了 交流調(diào)壓、交直流變換的 小型 直流電機(jī) [4]轉(zhuǎn)速控制 電路 。 圖 電路原理圖 如圖 所示，本設(shè)計(jì)采用了零式整流穩(wěn)壓電路將 220V 的市電轉(zhuǎn)換為 5V 直流電壓 供單片機(jī)、光電耦合器使用。過零檢測模塊是由光電耦合器構(gòu)成的，實(shí)現(xiàn)對市電過零進(jìn)行檢測，檢測信號送到單片機(jī) [5,6,7]的 INT0 口，通過下降沿觸發(fā)，向單片機(jī)請求中斷。單片機(jī)進(jìn)入中斷子程序后進(jìn)行延時(shí)，通過控制雙向可控硅門極脈沖觸發(fā)電路在市電半個(gè)周期內(nèi)的觸發(fā)時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)對雙向可控硅導(dǎo)通角的控制，從而實(shí)現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)，最終達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的。 設(shè)計(jì)目標(biāo)要求 1） 輸入電壓：交流 220V177。 15% 2） 鍵控四檔轉(zhuǎn)速，默認(rèn)值為最低檔。（最高檔位為額定轉(zhuǎn)速， 最低檔轉(zhuǎn)速約為最高檔轉(zhuǎn)速的 1/4，具體 轉(zhuǎn)速值由具體型號電機(jī)決定） 3） 鍵控三檔循環(huán)轉(zhuǎn)速，默認(rèn)值為最低檔循環(huán)轉(zhuǎn)速。 4）定時(shí)停機(jī) 5）鍵控啟 /停 6） 直流電機(jī)功率： 550W，電壓： 200VDC 市電 AT89C2051 零式整流穩(wěn)壓電源 雙向可控硅 全橋整流 直流電機(jī) 過零檢測 按鍵電路 RC 脈沖觸發(fā)電路 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁 共 27 頁 3 功能說明 接通電源后，按下啟動 /暫停按鈕后電機(jī)以最低檔轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，再按一下電機(jī)停止轉(zhuǎn)動；按下加速按鈕電機(jī)轉(zhuǎn)速變快，每按一下速度加一檔，當(dāng)達(dá)到最高檔的時(shí)候就不再變化了；按下減速按鈕電機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，每按一下轉(zhuǎn)速就減一檔，當(dāng)減到最低檔后就不再變化了；按下循環(huán)按鈕進(jìn)入循環(huán)模式，電機(jī)實(shí)現(xiàn)三檔轉(zhuǎn)速循環(huán)變換，再按一下退出循環(huán)并以最低檔轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。 4 硬件電路 零式整流穩(wěn)壓電源 電子工程師總是在不斷追求減小設(shè)備體積，優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期最大限度地降低設(shè)備成本。其中，減小作為輔助電源 的直流穩(wěn)壓電源電路部分的體積，往往是最難解決的問題之一。 本設(shè)計(jì)采用了一種零式整流穩(wěn)壓電源為電路提供 5V 的工作電源 。 阻容降壓基本原理： 圖 阻容降壓原理示意圖 如圖 ， 第一個(gè)環(huán)節(jié)降壓， 通常 使用變壓器來完成。但是變壓器體積較大，成本較高， 對于一個(gè)小型系統(tǒng) 加一個(gè)變壓器就顯得大材小用。 如 用一個(gè)電容 器 ，就可以 實(shí)現(xiàn) 降壓 的目的 ， 不但 簡化 了 電路， 而且 節(jié)約 了 成本 。 當(dāng)一個(gè)正弦交流電源 U（如 220V AC 50HZ）施加在電容 器兩端 時(shí)，電容器兩極板上的電荷 Q為 ： Q=CU () 可以把電容 器 近似的看成依賴頻率的電阻元件，這樣就可以用它構(gòu)成一個(gè)依賴頻率的分壓電路，當(dāng) 加在電容 器 上的電壓幅值一定，頻率一定時(shí)，就會流過一個(gè)穩(wěn)定的正弦交流電流 I： CUCUZUI ??j*j1c ??????????? () 容抗越?。娙葜翟酱螅?，流過電容器的電流越大， 如果 在電容器上串聯(lián)一個(gè)合適的負(fù)載，就能得到一個(gè)降低 了 的電壓源，可經(jīng)過整流，穩(wěn)壓 濾波 后 輸出 直流電壓 。 因?yàn)?電容器 在電路中只是吞吐能量，而不消耗能量，所以電容 器 降壓電路的效率很高。 市電 阻容降壓 整流 穩(wěn)壓濾波 直流輸出 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁 共 27 頁 50Hz220vC1Cap51/3WR1Res21uF/400VC2Cap1MR2Res2D21N4007D11N4007D31N4625470uF/16VC3Cap Pol1C4CapGNDVCCF1Fuse 1 圖 零式整流穩(wěn)壓電路 如圖 ， 市電經(jīng)過 C2降壓后 經(jīng) D2完成半波整流 ，再經(jīng) D3穩(wěn)壓， C3濾波后 輸出穩(wěn)定的直流電壓給負(fù)載。 對于降壓電容 C2的選取，首先應(yīng)根據(jù)負(fù)載所需的電流和穩(wěn)壓二極管正常工作的反向電流來確定電 源所需要提供的總電流。 然后用電容上 分得的 電壓除以總電流，得到相應(yīng)的容抗。最后選擇容值最接近的電容。容值小 了 ，提供不了足夠的電 流； 容值大 了 ，穩(wěn)壓管分擔(dān)的電流 就 多 了 ，功耗大 。這里選取的是 1uF/400V的聚丙烯電容，耐壓值要大于市電的峰值電壓。 R2是 一個(gè) 泄放電阻 ，主要是為了在較短的時(shí)間內(nèi)釋放掉 C2上的電荷，此處選用 1MΩ的碳膜電阻 。 D1是 為了 給 C1在市電的負(fù)半周提供充放電通路 ，以 保證 C2在整個(gè)交流電周期內(nèi)都是工作的。 此處 D D2選用的是 1N4007，它的最大可重復(fù)峰值反向電壓為 1000V,最大正向整流電流為 1A，滿足設(shè)計(jì)要求。 如果將C2后面的電路都看作負(fù)載的話，那么相當(dāng)于 C2 和一個(gè)電阻串聯(lián)在市電通路里，電容和電阻在交流下都是有阻抗的，串聯(lián)分壓。 其中 C2起到了限流的作用，它決定了電路中的最大電流，當(dāng)負(fù)載一定的情況下， C2 也就決定了負(fù)載上可以得到的電壓，最終起到了降壓的作用。 電路中 C1為旁路電容，可以濾除市電中的高頻噪聲，此處選用了 的聚丙烯電容，耐壓之一般選取輸出電壓的 34倍。電路上電瞬間電容阻抗幾乎為零，電路中的電流相當(dāng)大。圖中 R1為零式整流穩(wěn)壓電路的限流電阻，它是功率為 3W，阻值為 51Ω的線繞電阻 ，它可以使電路上電瞬間或市電峰峰值瞬間瞬時(shí)電流不至于過大，以保證電路安全。 D3是一個(gè)穩(wěn)壓二極管，選擇的穩(wěn)壓二極管最大反向電流要大于零式整流穩(wěn)壓電源提供的最大電流，這里選用的是 1N4625，它工作于反向?qū)〞r(shí)，兩端壓降為 ,最大反向電流為 70mA。 C3為濾波電容，此處選用了 470uF/16V的鋁電解電容，可以濾除脈動使輸出電壓波形變得平緩，很大程度上為整個(gè)系統(tǒng)提供了一個(gè)良好的工作環(huán)境。 C4為去耦電容，用來濾除輸出直流電源中的高頻噪聲，這里選用的是 容。 F1為 250V/1A的熔斷絲，用 作短路 保護(hù)。本電源電路提供的最大電流 I約為： CUCUCUUZUICC ???????????????????? f2j21j21j122 ???穩(wěn)壓市電 () 將前述元器件參數(shù)代入上式，計(jì)算可得： 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 共 27 頁 A34mI? () 因?yàn)榧恿讼蘖麟娮?R1，所以實(shí)際電流要小些。輸出直 流電壓約為 5V. 這種 電源 電路無變壓器，結(jié)構(gòu)非常簡單，具體有：體積小、重量輕、成本低廉、動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定可靠、高效等特點(diǎn)。 值得注意的是 電容降壓是一種低成本，沒有和 220V市電 隔離，電路應(yīng)該 需要用相應(yīng)的隔離措施，并