【正文】 產(chǎn)生了一批新型的電動機，如永磁直流電動機，交流伺服電動機，超聲波電動機等。為了適應(yīng)時代的發(fā)展，現(xiàn)有的電動機控制系統(tǒng)也在朝著高精度，高性能，網(wǎng)絡(luò)化，信息化，模糊化的方向不斷前進。目前，晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國國民經(jīng)濟各部門得到廣泛的應(yīng)用。我國現(xiàn)在大部分數(shù)字化控制直流調(diào)速裝置依靠進口。在磁場中放如通有電流的導(dǎo)體就會產(chǎn)生磁感應(yīng)效應(yīng)。最常用的直流調(diào)速技術(shù)是脈寬調(diào)制 (PWM) 直流調(diào)速技術(shù) ,它具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和耗損低等特點。此時換向器起到將外電路的直流改變?yōu)榫€圈內(nèi)交流的“逆變”作用。直流電機的運行性能與勵磁 方式有密切的關(guān)系。 圖 并勵電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，因其勵磁電流受電機端電壓波動的影響故其運行性能略次于他勵式電機。 直流電機的優(yōu)越性 直流電機是最早出現(xiàn)的電動機，也是最早實現(xiàn)調(diào)速的電動機。 直流電動機的應(yīng)用 在家用電器中的空調(diào)器、電冰箱、風扇、洗衣機、跑步機等應(yīng)用直流電機已經(jīng)十分普遍。 解決方案 為 使電機的實際轉(zhuǎn)速能在給定誤差范圍內(nèi)自動達到給定轉(zhuǎn)速，特設(shè)計一個基于 AVR 單片機的直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng)。在系統(tǒng)中采用 128x64LCD 顯示器作為顯示部件，通 過 4x4 鍵盤設(shè)置 P、 I、 D、 V 四個參數(shù)和正反轉(zhuǎn)控制，啟動后通過顯示部件了解電機當前的轉(zhuǎn)速和運行時間。 （ 2）使用光電耦合器將主電路和控制電路利用光隔開， 使系統(tǒng)更加安全可靠。 方案論證與設(shè)計 方案一：采用 DSP 芯片來產(chǎn)生 PWM 信號來控制電機轉(zhuǎn)動，同時和單片機結(jié)合來實現(xiàn) PID 算法，實現(xiàn)實時控制。 方案二：采用專用電機控制集成芯片 RI2110 來控制電機轉(zhuǎn)動，該方案電路簡單，可靠。 鍵盤電路的設(shè)計 由于系統(tǒng)要求控制功能少，所以直接采用行列式鍵盤進行控制。圖中 控制器模塊為系統(tǒng)的核心部件，鍵盤和顯示器用來實現(xiàn)人機交互功能，其中通過鍵盤將需要設(shè)置的參數(shù)和狀態(tài)輸入到單片機中，并且 通過控制器 顯示到顯示器上。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達 1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 ATmega16 有如下特點 :16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線， 32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 / 計數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8路 10位具有可選差分輸入級可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六 個可以通過軟件進行選擇的省電模式。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用 Flash存儲區(qū) (ApplicationFlash Memory)。 ATmega16 引腳及功能 VCC：電源正 GND：電源地 端口 A： (PA7..PA0) 端口 A：做為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 A 處于高阻狀態(tài)。在復(fù)位過程中，即使 14 系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。門限時間見 P36Table 15。 AVCC： AVCC是端口 A與 A/D轉(zhuǎn)換器的電源。 15 引腳圖 圖 ATmega16 引腳圖 單片機時鐘電路 工作所需的時序又時鐘產(chǎn)生， ATmega16 單片機可以采用兩種時鐘信號，一種是使用外部石英振蕩器 ，如圖 （ a）所示 ，一種是選用外部時鐘作為系統(tǒng)時鐘源 如圖 （ b）所示 。 下圖為 IR2110 引腳圖： 圖 IR2110 引腳圖 IR2110 芯片引腳功能如下： LO(引腳 1):低端輸出 COM(引腳 2):公共端 Vcc(引腳 3):低端固定電源電壓 18 Nc(引腳 4): 空端 Vs(引腳 5):高端浮置電源偏移電壓 VB (引 腳 6):高端浮置電源電壓 HO(引腳 7):高端輸出 Nc(引腳 8): 空端 VDD(引腳 9):邏輯電源電壓 HIN(引腳 10): 邏輯高端輸入 SD(引腳 11):關(guān)斷 LIN(引腳 12):邏輯低端輸入 Vss(引腳 13):邏輯電路地電位端，其值可以為 0V Nc(引腳 14):空端 電機驅(qū)動電路 的工作條件： 高端懸浮電源絕對值電壓 Vb： +10V 至 20V 低端輸出電壓 VOL： 0至 VCC 低端工作電源電壓 VCC： 10V 至 20V 邏輯電源電壓 VDD： +5V 至 +20V 邏輯電源參考電壓 VSS： — 5V 至 +5V 19 圖 IR2110 控制邏輯圖 電機驅(qū)動電路主電路圖 根據(jù)以上原理，我們可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關(guān)的動作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充足的通路。 電源經(jīng) Q1 至電動機的正極經(jīng)過整個直流電機后再通過 Q4 到達零電位，完成整個的回路，此時直流電機正轉(zhuǎn)。 電源經(jīng) Q3 至電動機的負極經(jīng)過整個直流電機后再通過 Q2 到達零電位，完成整個回路，此時電機反轉(zhuǎn)。 1之間變化，如果改變 λ ，那么便可實現(xiàn)對直流電機的無極調(diào)速。 圖 電機驅(qū)動電路 21 顯示電路設(shè)計 顯示給定的速度參數(shù)和經(jīng)過 PID 調(diào)速后穩(wěn)定的速度參數(shù)。由于 獨立式鍵盤的特點是：各按鍵相互獨立，每個按鍵的“接零端”均接地，每個按鍵的“測試端”各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線 上的工作狀態(tài)。由于矩陣鍵盤中行列為多鍵共用，所以必須將行、列信號配合起來并作適當處理，才能 確定閉合鍵的位置，因此軟件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 圖 鍵盤電路 電機速度采集電路設(shè)計 為實現(xiàn) 對直流電機速度的采樣，采用常用的光電編碼器來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的編碼，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器是一種廣泛使用的數(shù)字傳感器，具有精度高、非接觸測量、測量范圍大、信號處理能力強和運算、控制、儲存極為方便等優(yōu) 點。這種編碼器的特點是不要計數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可 讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。當圓盤隨電機旋轉(zhuǎn)時，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)過整理后變?yōu)槊}沖。例如當電機以一定的速度運行時， PC3 將輸出如圖 （ c） 所示的脈沖。單端電壓輸入以 0V (GND) 為基準。如果使用 1x 或 10x 增益，可得到 8 位分辨率。基準電壓可以通過在 AREF 引腳上加一個電容進行解耦，以更好地抑制噪聲。 本設(shè)計采用 C 語言， C 語言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，它具有簡單而強大的處理功能，具有運行 速度快、編譯效率高、移植性好的可讀性強等多種優(yōu)點，并且可以實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的直接操作。 算法實現(xiàn)及 PWM 脈沖產(chǎn)生 PID 算法 控制算法是系統(tǒng)設(shè)計的核心，整個系統(tǒng)的控制功能主要由控制算法來實現(xiàn)。 27 圖 PID程序流程圖 PWM 介紹 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）是英文“ Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM進行編碼。 如果占空比為 0%,那么高電平時間為 0,則沒有電壓輸出 。也正因如此， PWM 又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。只要按照一定規(guī)律改變通斷、電時間，即可讓電機轉(zhuǎn)速得到控制。 ②軟件模擬式利用單片機的一個 I/O 引腳 ,通過軟件對該引腳輸出高低電 30 平來模擬 PWM 波 ,該方法占用 CPU 的時間較多 , 控制軟件較復(fù)雜 。 本設(shè)計采用通過改變單片機引腳輸出高低電平的時間比產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM 脈沖，進而控制直流電機轉(zhuǎn)速，其中脈沖周期為 T，若每個周期高電平時間為 U0(0≦ U0≦ T)，則低電平時間為 TU0,程序流程圖如圖 所示 ，相關(guān)程序見。 EA=1。 en=0。 Un=0。 pwm2=0。 //清屏 flag0=0； for（；；） //等待設(shè)置鍵按下 {if（ flag0==1） break； } Clr_Scr()。Disp_Chinese(0,48,shu)。Disp_Chinese(0,16,zhi)。Disp_Digit(2,20,maohao)。Disp_Digit (2,36,s[0])。Disp_Digit (2,52,s[0])。Disp_Digit(2,20,maohao)。Disp_Digit(2,36,s[0])。Disp_Digit(2,52,s[0])。Disp_Digit (4,20,maohao)。Disp_Digit (4,36,s[0])。Disp_Digit (4,52,s[0])。Disp_Digit(4,20,maohao)。Disp_Digit(4,36,s[0])。Disp_Chinese(6,4,zhuan)。Disp_Digit(6,36,maohao)。 For(set=0。 left()。 Kpp=0。 Delay12864(1000)。 34 if(flag==1) break。 For(flag=0,n=0。 left()。} left()。) { left()。Disp_Digit (2,36,s[n])。Disp_Digit (2,36,s[n])。Disp_Digit (2,52,kong)。 Delay12864(2500) If(flag==1)break} left()。break。Disp_Digit(2,36,s[0])。 For(flag=0,n=0。Disp_Digit(2,28,s[n])。Disp_Digit(2,28,s[n])。Disp_Digit(2,36,kong)。 Delay12864(2500)。 Kii+=n。 Delay12864(1000)。 If(flag==1)break。 Set=0。 left()。 Kdd=0。 Delay12864(1000): left()。} left()。) { left()。Disp_Digit (4,36,s[n])。Disp_Digit (4,36,s[n])。Disp_Digit (4,52,kong)。 Delay12864(2500)。 37 Kdd+=*n Set=0。 right()。 V0=0。 D。) { right()。 right()。 Case 4: right()。} left()。 left()。 For(flag=0,n=0。 If(flag==1)break。 Delay12864(1000)。 Kdd+=10*n。 Delay12864(2500)。) { left()。 left()。 case 3: left()。Disp_Digit(2,52,s[n])。Disp_Digit(2,52,s[n])。) { right()。} right()。 right()。 For(flag=0,n=0。 If(flag==1)break。Disp_Digit(2,28,kong)。Disp_Digit(2,52,s[0])。Disp_Digit(2,28,s[0])。 35 Kpp+=*n。 left()。 For(flag=0,n=0。 If(flag==1) Break。 Delay12864(1000)。 Kpp+=10*n。 Delay12864(2500)。Disp_Digit (2,36,kong)。