【正文】 控制理論的廣發(fā)發(fā)展應(yīng)用，應(yīng)用于電機(jī)控制方面的控制算法層出不窮。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面，由于計(jì)算機(jī)微電子技術(shù)和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用越來(lái)越大，不同類型的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的誕生為工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了越來(lái)越多的可選擇和執(zhí)行方案，其中應(yīng)用較多的有 MATLAB和 LabVIEW。 基于以上技術(shù)的研究，本設(shè)計(jì)就是采用虛擬儀器對(duì)系統(tǒng)就行 PID控制 ，通過(guò)對(duì)下位的單片機(jī)發(fā)送命令，控制單片機(jī)發(fā)送不同的 PWM波信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示： 上 位 機(jī)L a b V I E W驅(qū) 動(dòng) 電 路測(cè) 速 電 路直 流 電 機(jī)下 位 機(jī)A T 8 9 C 5 1 速度信號(hào)P I D輸出P W M 波 占 空 比 圖 1 利用 LabVIEW 所開(kāi)發(fā)的直流電機(jī)調(diào)速測(cè)試系統(tǒng)，不僅能夠很好地滿足調(diào)速測(cè)試的要求，而且具有 PID 調(diào)節(jié)控制輸出功能，充分調(diào)用 LabVIEW 軟件本身所提供的豐富的應(yīng)用分析工具包如 PID 工具包（ PID Toolkit）等工具模塊，避免大量的軟硬件開(kāi)發(fā)工作。 （ 2） 上位機(jī)串口通信 在 LabVIEW 中， VISA 稱為虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)（ Virtual Instrument Software Architecture），作為 LabVIEW 程序中驅(qū)動(dòng)程序間相互通信的底層功能模塊，可以連接不同標(biāo)準(zhǔn)的 I/O 設(shè)備，是一個(gè)用來(lái)在串口通信設(shè)備、 VXI 設(shè)備、GPIB 設(shè)備以及其它基于計(jì)算機(jī)設(shè)備之間通信的函數(shù)庫(kù)。 下位機(jī)功能的實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)中下位機(jī)用的是 AT89S52 單片機(jī) ，它是本系統(tǒng)執(zhí)行的核心 。本設(shè)計(jì)采用的是軟件生成 PWM 信號(hào)的方案。 3 虛擬儀器和 LabVIEW 介紹 虛擬儀器的概念 所謂的虛擬儀器，就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的通用硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義，采用虛擬面板，測(cè)試功能由軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。通過(guò)不同軟件模塊的組合，還可以實(shí)現(xiàn)多種自動(dòng)測(cè)試功能。同時(shí)，虛擬儀器面板上的學(xué)生研究和操作元件的種類不受“標(biāo)準(zhǔn)件”和“加工工藝”限制，它們是由 編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)用戶的認(rèn)識(shí)要求和操作要求設(shè)計(jì)儀器面板。 （ 5） 研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短。 LabVIEW 是一種虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件，能夠以其直觀簡(jiǎn)便的編程方式、眾多的源代碼級(jí)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、多種多樣的分析和表達(dá)功能支持，為用戶便捷地構(gòu)筑自己在實(shí)際工程中所需要的以其系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。像 C或 C++等其它計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言一樣， LabVIEW也是一種通用編程系統(tǒng)，具有各種格言、功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，包括數(shù)據(jù)采集、 GPIB、串行儀器控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，甚至還有目前十分熱門(mén)的網(wǎng)絡(luò)功能。下面通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的加減 法程序的實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)明。在框圖中，可以使用 G語(yǔ)言對(duì)前面板中所創(chuàng)建 的各種輸入、輸出的功能進(jìn)行編碼。框圖一般有 VI、結(jié)構(gòu)、前面板上的接線端子等節(jié)點(diǎn)（ Node）組成，這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)“導(dǎo)線（ Wire）”連接起來(lái)。 時(shí)鐘電路采用外部晶體振蕩器，外加兩個(gè)協(xié)調(diào)電容。 按鍵復(fù)位原理為按下按鍵后，按鍵和電容構(gòu)成回路，進(jìn)行電容放電。 AT89S52 單片機(jī)通過(guò) P3端口引腳的第二功能來(lái)實(shí)現(xiàn)其與上位機(jī)的串口通信和接收反饋速度信號(hào)的作用。 當(dāng) P0口作為普通輸出端口用的時(shí)候，需要外加上拉電阻才能輸出高電平 。 L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是 15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N（如圖所示） ，內(nèi)部同樣包含 4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路 ,即內(nèi)含二個(gè) H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)， 可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī) ，輸出電壓最高可達(dá) 50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 IO 口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便 。 1腳和 15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。 CS3144 霍爾開(kāi)關(guān)集成電路應(yīng)用霍爾效應(yīng)原理，采用半導(dǎo)體集成技術(shù)制造的磁敏電路，它是由電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器、溫度補(bǔ)償點(diǎn)電路和集電極開(kāi)路的輸出級(jí)組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓訊號(hào)。輸出電壓 ～ 24V，直流電源要有足夠的濾波電容，測(cè)量極性為 S 極。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛。RS232 在微機(jī)串行通信接口中廣泛采用，在加裝了調(diào)制解調(diào)器（ modem）的情況下，這種通信可以通過(guò)電話線傳輸數(shù)據(jù)，并且可以傳輸幾千公里遠(yuǎn)的距離，如果沒(méi)有 modem可以傳輸十幾米遠(yuǎn)。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可以用單立元件，也可以用集成芯片，本文 設(shè)計(jì) 采用 MAX232 來(lái)完成 TTL EIA（美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）雙向電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)通過(guò) 200V12V 變壓器變壓隔離、整流橋整流和三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓來(lái)輸出 +5V 的直流電壓。 220V 交流市電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路 D1～D4 和濾波電容 C1 的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vin 和 GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓 (該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化 )。整體程序流程圖如下圖所示： Vin12Vout3GNDLM7805C10C11470uFC13470uFC12AC220V 12VDC +5V 開(kāi) 始 是 否 啟 用 P I D控 制串 口 初 始 化系 統(tǒng) 初 始 化開(kāi) 始接 收 數(shù) 據(jù)進(jìn) 行 P I D 計(jì) 算發(fā) 送 P I D 數(shù) 據(jù)調(diào) 節(jié) P W M 波 占 空比電 機(jī) 轉(zhuǎn) 動(dòng)中 斷 收 到 的 脈 沖 數(shù)接 收 P I D 命 令計(jì) 算 實(shí) 時(shí) 轉(zhuǎn) 速是 否 開(kāi) 啟 外 部中 斷 是 否 進(jìn) 入 定 時(shí)器 T 0 中 斷YNYNYN上 位 機(jī) 程 序 流 程下 位 機(jī) 程 序 流 程 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)下位機(jī)用 AT89S52 作為主控制器，下位機(jī)編程部分工作采用 Keil uVsion2 單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件完成，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)不同模塊子程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不用部分的功能，然后在主程序中調(diào)用各個(gè)子程序，模塊化編程將復(fù)雜的大任務(wù)分解為若干子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)完成一項(xiàng)簡(jiǎn)單的功能，這樣便于組織，便于修改。首先，串口通信的初始化。 定時(shí)器 T0 和外部中斷 1共同來(lái)計(jì)算反饋的轉(zhuǎn)速值，在定時(shí)器 T0所定時(shí)間之內(nèi)計(jì)數(shù)外部中斷接收到的脈沖數(shù)。延時(shí)函數(shù) 的語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)間決定了延時(shí)程序的精確程度。然后通過(guò) while 條件判斷值的改變可以實(shí)現(xiàn)不用時(shí)長(zhǎng)的延時(shí)。 } } 串口中斷子 函數(shù) 本設(shè)計(jì)中上位機(jī)和下位機(jī)通過(guò)串口通信來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞，單片機(jī)在接收到上位機(jī)發(fā)送的調(diào)節(jié)命令后進(jìn)入中斷子 函數(shù) ，接收上位機(jī)的指令，然后返回給主函數(shù)接收到的 PWM 波的值。 其子函數(shù)如下 void int1() interrupt 0 { Pulse+=1。//發(fā)送轉(zhuǎn)速值給上位機(jī) // Pulse=0。 。計(jì)算出轉(zhuǎn)速后將脈沖數(shù)清零以便計(jì)算下一次的轉(zhuǎn)速值。其子函數(shù)如下： void timer0() interrupt 1 { Speed=Pulse*20。 Rece=SBUF。i125。 AT89S52 屬于 51 系列單片機(jī)的一種，本設(shè)計(jì)中最小系統(tǒng)設(shè)定晶振頻率為 12MHz，因此 每個(gè)機(jī)器周期包含 12 個(gè)時(shí)鐘周期，即1us。外部中斷 1采用低電平觸發(fā)的方式 。串口通信時(shí)，定時(shí)器 T1 是波特率發(fā)生器，因此應(yīng)該工作在模式 2， TL1 作為技術(shù)用， TH1 用于存放計(jì)數(shù)初值 ，當(dāng) TL1 計(jì)滿溢出時(shí)， TH1 中的 值將自動(dòng)重裝到 TL1中，這樣避免了由于軟件裝載而引起的操作誤差。因此， AT89S52 的程序設(shè)計(jì)就是讓單片機(jī)通過(guò)接收不同的中斷指令，進(jìn)入不同的中斷子程序中執(zhí)行任務(wù)，其程序流程圖如下： 主 函 數(shù)系 統(tǒng) 初 始 化是 否 進(jìn) 入 串 口中 斷是 否 進(jìn) 入 外 部中 斷 1是 否 進(jìn) 入 定 時(shí)器 T 0 中 斷計(jì) 脈 沖算 轉(zhuǎn) 速發(fā) 送 轉(zhuǎn) 速接 收 P W M 信 號(hào)驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 動(dòng)YNY YN N 主函數(shù)設(shè)計(jì) 主函數(shù) 主要完成系統(tǒng)的初始化， 然后調(diào)用其它子函數(shù) 。本穩(wěn)壓電源可作為T(mén)TL 電路或單片機(jī)電路的電源。 123456789DB9R1 OUT12R2 OUT9T1 OUT14T2 OUT7C2+4C25R1 IN13C1+1R2 IN8C13T2 IN10T1 IN11GND15VCC16V+2V6U4MX232C8C6C7C5100uFC9+5V+5VGNDGNDGNDRXDTXD 如圖所示電路為輸出電壓 +5V、輸出電流 的穩(wěn)壓電源。 MAX232 泵電源引腳必須接 0． 1μf 電容，如圖中的 C C C C8。 123U33144+5VGNDPulse