【正文】 ................................................................... 13 按鍵接口 ............................................................................................................. 13 LED 顯示器 ......................................................................................................... 14 穩(wěn)壓電源設計 ................................................................................................................ 15 電機 PWM 驅(qū)動模塊 ..................................................................................................... 16 PID 閉環(huán)控制 .................................................................................................................. 16 目錄 IV 硬件 PCB........................................................................................................................ 17 本章小結(jié) ........................................................................................................................ 17 4 系統(tǒng)軟件設計 ........................................................................................................................... 18 用 Keil 軟件進行編譯、連接 ..................................................................................... 18 Proteus 簡介 ................................................................................................................. 19 主程序 .......................................................................................................................... 21 轉(zhuǎn)速測量程序 ................................................................................................................ 21 PID 調(diào)節(jié)程序 .................................................................................................................. 22 本章總結(jié) ........................................................................................................................ 23 5 總結(jié) ........................................................................................................................................... 24 參考文獻 ....................................................................................................................................... 25 附 錄 ........................................................................................................................................... 26 致 謝 ........................................................................................................................................... 34 華東交通大學理工學院畢業(yè)論文 1 1 緒論 帶傳動及單片機的簡介 在兩個或者幾個帶輪中采用傳送帶的傳動方式去拖動其它的不見是一種帶傳動的機械傳動方式。 英特爾公司生產(chǎn)的 MCS51 單片機是一款高檔 8 位單片機，它的集成度高，功能較全，在控制和開發(fā)應用上有很好的特性，特別做在如今的測控領域是一款很好的 CPU 控制器。即使交流電機相比直流電機而言制造方便、價格便宜、結(jié)構(gòu)簡單、維護容易，但是直流電機具有較好的起動和制動性能，方便在大范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑的調(diào)速，故直流調(diào)速系統(tǒng)到現(xiàn)在仍在自動調(diào)速系統(tǒng)中占主要形式。 早期 試驗臺 是借助 調(diào)壓器手動 控制 電機 的 速度， 并且 是 工作于 開環(huán) 模式 ；用 來 模擬 負荷 的磁力制動 作用 ， 它的 電流也是 通過 滑動變阻器 進行人工 調(diào) 整 。 國內(nèi)外發(fā)展概況 對于 原試驗 設備 的狀況落后，本 設計 對試驗臺研制是基于應用、推廣數(shù)字控制計算機技術(shù)， 增加 系統(tǒng)的自動化 能力 ， 讓 試驗臺的控制系統(tǒng)具有先進性。 在國外， 脈沖寬度調(diào)制 最 先 是在軍事工業(yè) 和 空間技術(shù)中 使用 。 同時伴隨 市場發(fā)展， 用戶 對電 機驅(qū)動的控制要求更加嚴格，需要它功能更完善、算法復雜、噪聲低，而對于可靠性和穩(wěn)定運行的要求也越來越高，并且還需要馬達勻速向變速改進，同時還要滿足全球環(huán)保法規(guī)的嚴格標準環(huán)境。 在 變頻 調(diào)速 技術(shù) 上的使用 還不 廣泛 ， 很多 直流傳動 裝置現(xiàn)在還 釆用分離 的元件 作為 系統(tǒng)控制， 這種水平還有很大的提升空間 。試驗臺對現(xiàn)場生產(chǎn)的產(chǎn)品 生產(chǎn) 和質(zhì)量檢測也 帶 有較強的 實際 意義 。 (4)測試 不同初拉力 情況 下皮帶打滑時轉(zhuǎn)矩。包括主動輪和從動輪，主動輪通過交流電機帶動，而這個電機是轉(zhuǎn)動的，圖上只畫了電機的外殼，在工作過程中，電機的轉(zhuǎn)子給定子一個反作用力，使得機殼出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，這個機殼上有一個固定的測力裝置通過觸點傳到壓力傳感器，完成一定的操作后可以獲得力矩。改變電樞電壓 時，要使 電樞電壓從額 定電壓往下降低，從電動機額定轉(zhuǎn)速向下變速， 這種 調(diào)速方法 保證 轉(zhuǎn)矩 不變 。 調(diào)節(jié) 磁通可以 使 無級平滑調(diào)速 得以 實現(xiàn)，但只能減弱磁通進行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速， 這種 調(diào)速方法 保證 功率 不變 。 缺點是 只能進行有級調(diào)速，機械特性較軟，調(diào)速平滑性差；空載時會在調(diào)速電阻上消耗大量電能；還幾乎沒什么調(diào)速作用。其基本機構(gòu)如圖 22 所示 : （ 1）中央處理器為 8 位 單片機內(nèi)部設計主要完成累加器 ACC、算數(shù)邏輯運算 ALU、程序狀態(tài)寄存器 PSW、堆棧指針 SP、寄存器、數(shù)據(jù)指正 DPTR、指令存儲器、暫存器 TMP等， CPU 的運算內(nèi)部又包括一個特殊的位數(shù)據(jù)處理布爾處理機，添加了面向控制的處理能力，可以完成獨 立的位尋址。 （ 5） 唯一的 +5V 供電電源 通過一個低電壓供電，完成片內(nèi)正當器 與定時電路，工作的頻率最高也可以達到 12MHZ。 P0 口有三個功能 : ①如果使用外部存儲器時，作為數(shù)據(jù)總線②使用外部存儲器時，作為地址總線③做擴展時，可當做一般的I/O 使用，因為驅(qū)動能力不夠，所以需要加上拉電阻。 （ 2） 控制引腳 ALE/ PROG :ALE 是一個地址鎖存控制信號，正常作用使輸出為一個脈沖； PROG 是這個功能對應的另一個引腳，在程序編寫時，這個引腳會有一定脈沖。 XTAL1： 18 引腳，是晶體振蕩器的反相輸入端； XTAL2： 19 引腳，是外接晶體振蕩器的同向輸入端，與 18 引腳構(gòu)成一個完整的電路。 力矩檢測原理 本系統(tǒng)通過壓力傳感器測量力矩，如果知道了動力距和阻力距那么就可以算出試驗臺的效率了。 恒 流 源U0A CDBIR1R2R3R4 圖 24 直流電橋結(jié)構(gòu) 橋路補償法利用電橋的和、差原理來達到補償?shù)哪康?，下面說明雙絲半橋式補償?shù)脑怼? 控制系統(tǒng)總體方案 的確定 根據(jù)試驗要求，應在給定轉(zhuǎn)速和負載的條件下測試相關數(shù)據(jù)。而模擬設備由于硬件復雜，修改困難，使用很少。 華東交通大學理工學院畢業(yè)論文 11 3 系統(tǒng)硬件設計 單片機最小系統(tǒng) 硬件電路設計框圖如下圖所示，硬件電路結(jié)構(gòu)初步設想由以下部分組成：時鐘電路、復位電路、輸入電路、單片機、顯示電路。 圖 31 硬件系統(tǒng)電路設計框圖 采用 AT89S51 單片機作為控制系統(tǒng)的核心，主要模塊是復位和晶體震蕩電路。 圖 33 成品光電編碼器 這次設計我選的是光電傳感器，采用穿透法測量電機轉(zhuǎn)速。這種鍵盤又有獨立式和矩陣式，矩陣式又叫做行列式，這個因為按鍵比較多，所以采用行列式方式，如圖 35 所示： 程川川： 帶傳動試驗臺單片機控制系統(tǒng)的研究 14 圖 35 矩陣式鍵盤 LED 顯示器 LED 數(shù)碼顯示器這種顯示器件是由 LED 發(fā)光二極管組合而成的。 (2) 共陰極接法：將發(fā)光二極管的陰極都接一塊，形成一個公共端，這個公共端在實際使用時接電源的負極，而數(shù)碼管的正極是接電源的正極，但是因為二極管的導通電阻很低，如果直接接電源的話會把二極管燒壞，所以我們在數(shù)碼管的正極接一個電阻，作為限流。因為每個時刻只有一個數(shù)據(jù)信號輸入，控制位只能實現(xiàn)一個位置的控制。 華東交通大學理工學院畢業(yè)論文 15 圖 36 數(shù)碼管顯示 穩(wěn)壓電源設計 利用 LM7812 和 LM7805 芯片得到 12V 和 5V 的電壓， 220 的交流電先通過變壓器降壓，然后經(jīng)一個不控整流橋整流得到直流電壓，最后通過穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓其中 5V 給單片機供電， 12V 則給電機供電。 該電源電路也有其優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡潔，工作穩(wěn)定，便于檢修及調(diào)試；電路簡單所以程川川： 帶傳動試驗臺單片機控制系統(tǒng)的研究 16 使得價格便宜，對于工業(yè)很適合；本電路中幾乎不涉及高頻成分，或者高頻 工作元件，這可以減少好多的干擾，也特別容易控制。 PID 閉環(huán)控制 速度的采集： FX2N 能夠采用高速脈沖采集，頻率可達到 30KHz，共包含 6 個高速計數(shù)器（ HSC0~HSC5），有 12 種工作模式。 閉環(huán)控制就是將速度信號反饋給 PLC，再與給定量的比較，輸出給 PID 控制模塊，從而調(diào)節(jié)速度達到設定要求。你可以在很短的時間內(nèi)學會用它來開 發(fā)單片機應用程序。 首先用 Keil 建立項目文件，在對匯編程序進行編譯之前先將程序文件用 .asm 存盤。然后選擇 Project 菜單下的 Built Target 命令進行編譯、連接。在某種程度上可以得到與物理演示實驗相同的效果 ,后者物理演示實驗的效果難以實現(xiàn)，其組件、連接等都受到傳統(tǒng)的單片機實驗的硬件要求的限制。 仿真軟件能夠 支持 與其它 軟件 的 調(diào)試 以及各種仿真斷點調(diào)試、單步運行調(diào)試程川川： 帶傳動試驗臺單片機控制系統(tǒng)的研究 20 和全速運行調(diào)試三種常用調(diào)試方式 。本設計完成了按鍵的掃描、速度的反饋測量和處理、脈沖信號的產(chǎn)生等功能。從這個式中可以看出，如果 VCC 已知，電壓平均值由 PWM 脈沖的占空比決定，而這個占空比我們是通過單片機的內(nèi)部定時器設置完成，也就是我們只需要改變寄存器就可以。我們采用的是基于 Keil軟件的 C 語言編程，這便于結(jié)構(gòu)的理解，同時也便于我們的修改。摘要部分概要介紹了其可靠性和實用性，緒論部分介紹了帶傳動實驗臺單片機控制的背景和問題的提出、本文設計的意義及主要任務等；第二部分介紹了基于帶傳動試驗臺單片機控制的基本原理；第三部分介紹了硬件設計，包括轉(zhuǎn)速測量電