【正文】 核心，針對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng) 了我 綜合運(yùn)用所學(xué) 的知識(shí)和技能解決問題的能力，鞏固和加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解；培養(yǎng)了我 探索研究的習(xí)慣和工作能力。 近些年隨著微型計(jì)算機(jī)、集成電路、新型電子器件及新的傳感器的成熟應(yīng)用，直流電動(dòng)機(jī)控制裝置也繼續(xù)向前發(fā)展。 使用一個(gè)通用的硬件平臺(tái)和一系列的附加軟件程序 來控制一定功率和電流的 直流電動(dòng)機(jī) ， 一臺(tái)控制器 可以 通過參數(shù)設(shè)定和使用相應(yīng)軟件對(duì)很多被控對(duì)象進(jìn)行控制，強(qiáng)大的通訊功能使得其 可以很容易與 PLC 等其他通訊設(shè)備構(gòu)成整個(gè)工業(yè)控制過程系統(tǒng)，并具有操作簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，特別是方便和靈活的調(diào)試方法、完善的保護(hù)功能和整個(gè)控制器的小型化，使模擬直流調(diào)速系統(tǒng)的不完善、調(diào)試不方便、笨重等不足之處完全克服，另外數(shù)字控制系統(tǒng)還具有迅速排除故障、速度快、精度高、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，所以它具有廣闊的應(yīng)用前景 [1]。目前我國大部分?jǐn)?shù)字化控制直流調(diào)速裝置還是依靠進(jìn)口。 (1) 在變頻控制電路方面： 隨著 變頻裝置 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制，控制技術(shù)的微電子數(shù)字化將 是今后的發(fā)展趨勢(shì)。目前提高開關(guān)頻率的一個(gè)方法是采用諧波技術(shù)及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的軟開關(guān)技術(shù)。 經(jīng)分析及設(shè)計(jì)， 該系統(tǒng) 將 主要由輸入 模塊、中央處理模塊、顯示器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和 測(cè)速元件部分組成。本設(shè)計(jì)的控制對(duì)象為直流電機(jī)，控制器為 鍵盤 ，控制量為電機(jī)轉(zhuǎn)速，顯示量為電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速 、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和設(shè)定轉(zhuǎn)速 。 對(duì)控制器的選擇我們做出以下選擇： 采用 STC89C52 作為 本 系統(tǒng) 的中央處理裝置 。 顯示模塊的 分析 與選擇 本設(shè)計(jì)中要求實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速的設(shè)定， 正反轉(zhuǎn)的狀態(tài)及電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值 都需要用顯示器進(jìn)行顯示，所以 采用液晶顯示屏 幕 作為系統(tǒng)的顯示器，同時(shí)液晶顯示屏（ LCD）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強(qiáng) ,并可靈活的實(shí)現(xiàn)多種狀態(tài)。 方案二：采用霍爾傳感器測(cè)速，霍爾元件是磁敏元件，在被測(cè)的旋轉(zhuǎn)體上裝一個(gè)磁體，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，每當(dāng)磁體經(jīng)過霍爾元件，霍爾元件就發(fā)出一個(gè)信號(hào)，經(jīng)放大整形得到脈沖信號(hào)，送至單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。但方案二中霍爾傳感器的采購不是很方便，價(jià)格比較也比較昂貴，方案三中硬件電路簡(jiǎn)單，器件采購方便，更重要的是它具有方案二的幾乎所有的優(yōu)點(diǎn)，故選擇方案三。 1 誤差（量化誤差），假設(shè)電機(jī)的最低設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為 120 轉(zhuǎn) /分，則記數(shù)時(shí)間 S=1s，所以其誤差 的絕對(duì)值 |γ |=|(N177。由此明顯看出 ,方法二在測(cè)量精度及提高系統(tǒng)控制靈敏度等方面優(yōu)于方法一，所以在這里我采用方法二進(jìn)行計(jì)數(shù)。 PWM 波的占空比取決于單片機(jī)的一個(gè)端口，另一個(gè)端口為低電平，兩個(gè)輸出口的切換控制著電機(jī)的正反轉(zhuǎn)， PWM 占空比控制著電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 (3) PWM 軟件實(shí)現(xiàn)方式 方案 一 ：采用軟件延時(shí) 的 方式， 此方式的缺點(diǎn)是 在引入中斷 之 后，將 會(huì) 有一定的誤差。 方案 一 ：獨(dú)立式鍵盤 獨(dú)立式鍵盤與單片機(jī)進(jìn)行接口時(shí)，鍵盤接口 使用 的 I/O 線 和鍵盤的數(shù)量相等，其特點(diǎn)為 其按鍵 的數(shù)量 比較少，且鍵盤 中各按鍵工作 時(shí)不會(huì)相互干擾 。 方案 二 ：行列式鍵盤 行列式鍵盤是用 N條 I/O 線作為行線， M 條 I/O 線作為列線組成的鍵盤，按鍵在行線和列線的每個(gè) 交叉點(diǎn)上，按鍵中按鍵的個(gè)數(shù)是 M*N 個(gè)。由 于采用 PWM 控制直流電機(jī)的電樞電壓 ， 單片機(jī)的輸出 信號(hào) 通過驅(qū)動(dòng)進(jìn)行放大 后就是電機(jī)的電樞電壓 ， 從而通過控制PWM 波的占空比 來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 系統(tǒng)硬件組成 及各模塊功能 本 調(diào)速系統(tǒng)主 要是由：?jiǎn)纹瑱C(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、直流電機(jī)、測(cè)速元件、接口電路、顯示器和 輸入控制模塊 等部分組成。其中轉(zhuǎn)速單位為 r/min） ，另外 六個(gè)按鍵分別實(shí)現(xiàn) 電機(jī)的開始、停止、加速、減速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的 六種控制 。 測(cè)速模塊： 采用紅外光電耦合器測(cè)速，發(fā)射管發(fā)射信號(hào)，接收管接受到信號(hào)時(shí)輸出脈沖。 本章小結(jié) 本章主要介紹了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的方案分析 與選擇，應(yīng)用了適合于該系統(tǒng)的電機(jī)調(diào)速控制方案和總體設(shè)計(jì)方案；在器件的選擇方面也做了比較具體的說明；最后又詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的具體功能。 CPU 主控制模塊 本系統(tǒng)選用 STC89C52 單片機(jī)作為主控制器。 在用 STC89C52 單片機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí) ,首先要構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng) ,單片機(jī)才能正常工作 ,即將單片機(jī)接上時(shí)鐘(晶振 )電路和復(fù)位電路。 根據(jù)不同的運(yùn)行速度和功耗的要求，時(shí)鐘頻率可以設(shè)置在033M 之間。同時(shí)，該單片機(jī)支持計(jì)算機(jī)并口下載，簡(jiǎn)單的數(shù)字芯片就可以制成下載線，僅僅幾塊錢的價(jià)格讓該型號(hào)單片機(jī)暢銷 10 年不衰。如圖 所示： RST單片機(jī)C1R1GNDVCC RST單片機(jī)C2R2GNDVCCR3S?SWPB 上電復(fù)位 手動(dòng)復(fù)位 圖 復(fù)位電路圖 有時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開發(fā)過程中，經(jīng)常需要手動(dòng)復(fù)位。本系統(tǒng)中 單片機(jī)本身 用于 控制， 不需要太高頻率的時(shí)鐘 ，所以 選擇適當(dāng) 頻率 的時(shí)鐘 ， 同時(shí) 適當(dāng)頻率的晶振有利于選頻信號(hào)強(qiáng)度的準(zhǔn)確度。輸出電流為 1A 時(shí)，最小輸入輸出電壓差小于 ；最大 輸入電壓為 26V，輸入電壓范圍比較大；工作溫度也比較大，可以在 40至 +125 攝氏度范圍內(nèi)正常工作；內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路。 13 圖 電源電路 H 橋驅(qū)動(dòng)電路 H 橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)電機(jī) 和四個(gè)三極管 ，要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)， 就 必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。 14 圖 H 橋的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 鍵盤部分 在第二章已經(jīng)選用了 4*4 矩陣 鍵盤作為該系統(tǒng)的輸入設(shè)備， 由矩陣鍵盤十六個(gè)按鍵中的十個(gè)鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的分級(jí)設(shè)定，另外六個(gè)按鍵分別實(shí)現(xiàn)電機(jī)的開始、停止、加速、減速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的六種控制。基于這一思想， 采用了三極管輸出型紅外光電耦合器。使用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、 方便的操作指令，可構(gòu)成全中文 人機(jī) 交互式圖形界面， 不僅 可以顯示 8 4 行 16 16點(diǎn)陣漢字，還 可 以顯示 圖形。本次設(shè)計(jì)主要是單片機(jī)寫數(shù)據(jù)到液晶屏，所以此處只介紹單片機(jī)寫數(shù)據(jù)到液晶屏的時(shí)序圖， 并行模式下的寫時(shí)序圖如圖 。 18 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本軟件程序在 keil μ vision2 軟件編程環(huán)境下，根據(jù)超聲波測(cè)距的公式采用C 語言將其分為主程序、定時(shí)中斷子程序、速度測(cè)量子程序、顯示子程序和鍵盤子程序。在設(shè)計(jì)編程時(shí)要盡量向結(jié)構(gòu)化、模塊化方向編寫， 部分 程序清單見附錄 C。以后就循環(huán)著執(zhí)行測(cè)速子程序、顯示子 程序和鍵盤掃描子程序 ，直至停止鍵按下 [11]。因?yàn)?按鍵是機(jī)械觸點(diǎn)， 所以 按鍵閉合或斷開時(shí)均會(huì)有抖動(dòng)現(xiàn)象，此時(shí) 所示。而在單片機(jī)中一般使用 軟件方法， 因此 本設(shè)計(jì) 采用 軟件去抖動(dòng) 解決 問題。如果沒有鍵按下就跳過鍵識(shí)別，直接執(zhí)行主程序；如果有鍵按下，則執(zhí)行鍵盤子程序，得到按鍵編碼值，然后對(duì)編碼值進(jìn)行處理，對(duì)電機(jī)進(jìn) 行相應(yīng)操作。于此同時(shí)單片機(jī)還會(huì)檢測(cè)停止鍵 是否 按下 ，若有則 電機(jī)將停止轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn) 軟件 PWM 信號(hào) 的最大難題是死區(qū)的大小，就是 PWM 的最少分辨時(shí)間；其次是程序的效率問題。 圖 就是 應(yīng) 用延時(shí)的方法實(shí)現(xiàn) PWM 波形輸出的流程圖。 圖 產(chǎn)生 PWM 信號(hào)的流程圖 停 止 T1， PWM 置 0 入口 啟動(dòng) T1， PWM 置 1 初始化 T1 和 T0 初始化 T0和 T1 返回 T1入口 返回 T0 入口 返回 22 測(cè)速子程序 測(cè)速也是是本設(shè)計(jì)的主要 功能，使用測(cè)速元件對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量， 并 通過顯示器 顯示，使人們可以直觀地觀察調(diào)速的結(jié)果 。 對(duì)于這兩種測(cè)速方法， M法適用于 對(duì) 高速的檢測(cè)，速度越高誤差越小， 測(cè)量數(shù)據(jù)越精確，反之， 誤差就越大； T法則適用于低轉(zhuǎn)速的檢測(cè)。在圖 中可見， INT0 中斷執(zhí)行的功能就是外部每輸 入一個(gè)脈沖，R0 寄存器就加 1。 23 圖 測(cè)速功能程序流程圖 顯示子程序 本系統(tǒng)采用 12864LCD 顯示 電機(jī) 設(shè)定轉(zhuǎn)速、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和 正反轉(zhuǎn)狀態(tài)。相應(yīng)的每 個(gè) 程序 的清單在附錄 C 中可見。 Keil C51 編譯器由 UVision2 集成開發(fā)環(huán)境與編輯器和調(diào)試器以及 C51 編譯器組成。通過軟件模塊化的 設(shè)計(jì)思想 利用模塊化調(diào)試，通過觀察存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)的變化， 編譯程序 查找并解決程序的語法和邏輯錯(cuò)誤，具體的 開發(fā)流程和 調(diào)試步驟如下： (1) 創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，從器件庫中選擇目標(biāo)器件，配置工具設(shè)置。 (5) 把各個(gè)模塊組合起來， 進(jìn)行編譯、 測(cè)試， 并 連接應(yīng)用 。 反轉(zhuǎn) 時(shí)： 27 圖 電機(jī)反轉(zhuǎn) 仿真圖 從上面仿真圖可以看出當(dāng)開始鍵或者正轉(zhuǎn)鍵按下時(shí)，電機(jī)開始處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，并在 LCD 液晶顯示屏上顯示出來，告知操作者電機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)。 通過以上仿真軟件的仿真可以發(fā)現(xiàn)在這種理想狀態(tài)下，調(diào)試出的 各種 結(jié)果和預(yù)想的結(jié)果基本一致。 下面主要介紹 按鍵控制電路 和 顯示電路在本次設(shè)計(jì)調(diào)試的方法與過程。先將按鍵模塊 、電源及 單片機(jī)最小系統(tǒng)連接好，并依據(jù)連接圖寫好相應(yīng)的程序 ，然后把程序下載到單片機(jī)內(nèi)，按下按鍵看其控制的二極管能否點(diǎn)亮，如果能則說明此按鍵焊接正確，不能則說明此按鍵焊接存在問題，然后進(jìn)行檢測(cè)及修改。 （ 1）線路錯(cuò)誤 在實(shí)際焊硬件電路 時(shí) ，由于線路較多， 經(jīng)常會(huì)發(fā)生 電路 焊接錯(cuò)誤的情況 ，比如 單片機(jī)最小系統(tǒng)剛開始就不能下載程序 ，查找原因后 發(fā)現(xiàn)是單片機(jī)使能端口沒有給正 5V 電壓，在使能端給正 5V 電壓后，單片機(jī)最小系統(tǒng)便能正常工作了。 本章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件調(diào)試、軟件調(diào)試及 仿真 軟件調(diào)試 的過程，并對(duì)調(diào)試結(jié)果進(jìn)行了介紹和分析。 在該設(shè)計(jì)中我選用了 STC89C52 單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了用軟件產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，并且通過單片機(jī)將信號(hào)傳輸給 H 橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)小型直流電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正向 、反向、加速和減速的控制。經(jīng)過幾個(gè)月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，這段時(shí)間里我通過查閱相關(guān)資料了解了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，熟悉了單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并將這幾年所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化、理論化、實(shí)用化。回顧這段努力 學(xué)習(xí)的過程，除了能力的提高 、知識(shí)的充實(shí) 之外，感受最多的便是來自老師、同學(xué)和朋友的關(guān)懷和幫助， 相信這是我大學(xué)生涯中最值得懷念的 東西 ， 正是因?yàn)橛辛诉@些感情的存在，激勵(lì)我不斷摸索、 不斷學(xué)習(xí)。所以在這段日子里，我感覺從臺(tái)老師這里學(xué)到的做人處事之道比我在畢業(yè)設(shè)計(jì)里學(xué)到的知識(shí)還要重要。 最后對(duì)各位專家、老師審閱我的論文深表感謝，并渴望給予批評(píng)指正。 電子信息與 電氣 工程系 各位老師對(duì)科研一絲不茍和對(duì)教書育人理念認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，讓我永久受益。我們的指導(dǎo)老師 臺(tái)老師， 把我們叫到一起對(duì)我們講解論文該怎么寫，這時(shí)我們不僅見識(shí)了臺(tái)老師的和藹近人，也體驗(yàn)了臺(tái)老師的耐心，他不知疲倦的對(duì)每個(gè)同學(xué)的論文進(jìn)行查看，并找出問題所在，還告訴我們論文的每一塊該寫什么該如何寫，剛開始時(shí)我們的論文寫得很不好， 大家一起讀時(shí) 自己看著都感覺寫得太差了，好丟人的感覺。 32 參考文獻(xiàn) [1] 羅金成 . 智能全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)理論研究與設(shè)計(jì) [D].武漢理工大學(xué)， 20xx. 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