【正文】 . 14 監(jiān)控及其信號部分微處理器電路的設(shè)計 ................................... 14 單片機(jī)自動復(fù)位電路的設(shè)計 ....................................................... 16 晶閘管溫度監(jiān)測電路的設(shè)計 ....................................................... 17 人機(jī)交互界面的設(shè)計 ................................................................... 18 無線通信模塊的電路設(shè)計 ........................................................... 20 單片機(jī)與 PC 機(jī)通信電路 ............................................................. 21 本章小結(jié) .............................................................................................. 22 第 4章 系統(tǒng)程序的設(shè)計 ................................................................................... 23 程序語言的選擇 .................................................................................. 23 V 單片機(jī)編譯環(huán)境的介紹 ......................................................................23 程序的設(shè)計思路 ..................................................................................25 主函數(shù)程序 ..........................................................................................26 本章 小結(jié) ..............................................................................................27 第 5章 電磁制動器控制電路軟件仿真 ...........................................................28 MULTISIM 軟件簡介 ..............................................................................28 MULTISIM 軟件仿真界 面 ......................................................................29 MULTISIM 軟件對電路的仿真圖 ..........................................................30 本章小結(jié) ..............................................................................................32 第 6章 硬件電路的制作與調(diào)試 .......................................................................33 ALTIUM DESIGNER 軟件簡介 .................................................................33 ALTIUM DESIGNER 軟件界面 .................................................................34 系統(tǒng)主控部分原理框圖 ......................................................................35 系統(tǒng)主控部分 PCB..............................................................................35 系統(tǒng)信號部分原理框圖 ......................................................................35 系統(tǒng)信號部分 PCB..............................................................................36 系統(tǒng)運(yùn)行效果圖 ..................................................................................37 本章小結(jié) ..............................................................................................38 結(jié) 論 .................................................................................................................39 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................40 致 謝 .................................................................................................................42 附錄 .....................................................................................................................43 第 1 章 緒 論 1 第 1章 緒 論 課題背景 及意義 工業(yè)電磁制動器是一種將主動側(cè)扭力傳達(dá)給被動側(cè)的 連接器 ， 可以 跟據(jù)需要自由結(jié)合 ， 切離或制動 ， 因使用電磁力來啟動 ， 稱之電磁離合器 ，制動器 ， 是現(xiàn)代工業(yè)中一種理想的自動化 執(zhí)行元件 ，在機(jī)械傳動系統(tǒng)中主要起傳遞動力 和控制運(yùn)動 的 作用 [14]。尤其是煤炭的運(yùn)輸，我國煤炭資源豐富，儲量居世界之首，主要分布在華北和東北地區(qū)，每年都有上億噸的煤需要進(jìn)行 “ 北煤南運(yùn) ”。從國內(nèi)港口了解的情況看，由于定位車、推車機(jī)制動器動作頻繁，平均每個循環(huán)要動作 4 次，因此定位車、推車機(jī)制動器的選型問題一直困擾著各大港口生產(chǎn) [1012]。其 主要作用是產(chǎn)生控制信號，并以電流或者電壓的形式作用的電磁線圈上， 從而實現(xiàn)對電磁制動器的控制。因此，在吸持階段也需要對電流的大小進(jìn)行精確的控制。這些制動器都是借助與之匹配的制動輪，利用摩擦副相互摩擦，達(dá)到減速、停止、限速下降或保持其靜止不動的效果。 電磁制動器主要通過控制器發(fā)出的制動信號以電流的形式通過電磁體，利用改變通入電磁體的電流來改變制動器的制動力。為縮短制動時間，有的設(shè)計在回路中串入交流接觸器的常開觸點，即所說的較快制動接 法。其優(yōu)點是用到的器件較少，一塊單片機(jī)可以代替大量的數(shù)字 和模擬 器件，成本低；其缺點是穩(wěn)定性問題一直讓可編程器件在工業(yè)控制領(lǐng)域止步不前。 4 對于系統(tǒng)自動智能控制方向的研究， 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛 [2122]。 本論文的主要內(nèi)容 論文的主要內(nèi)容如下： 1 主要闡述工業(yè)電磁制動器的 運(yùn)行 規(guī)律， 設(shè)計了 單片機(jī)對于晶閘管的控制方法，其中包括單片機(jī)過零檢測電路的實現(xiàn)、晶閘管的選型和 單片機(jī)控制 程序的編寫 。提出了信息無線傳輸?shù)脑O(shè)計方案，利用 無線通信模塊 24L01 將工業(yè)電磁制動器的運(yùn)行狀態(tài)信息實時反饋到主控室，大大方便了用戶操作。為了實現(xiàn)對工業(yè)電磁制動器的精確控制，需要實現(xiàn)數(shù)字化控制。 為了實現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控，系統(tǒng)需要設(shè) 計信息無線傳輸部分。目前的控制方案有兩種：一種是采用模擬器件組成控制電路，另一種是采用可編程數(shù)字器件組成 的控制電路。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 考慮到模擬和數(shù)字電路各自的優(yōu)缺點， 為了調(diào)試系統(tǒng)方便 ，得到較高的控制精度， 本次 畢業(yè) 設(shè)計決定采用可編程數(shù)字器件組成控制電路，即采用單片機(jī)作為主控芯片，通過調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通時刻的相位來達(dá)到控制 晶閘管 輸出 電流大小 的目的。 晶閘管 觸發(fā) 方案的選擇 晶閘管作為一種可靠的控制器件，廣泛地被用作各種控制系統(tǒng)的執(zhí)行器件。常用的觸發(fā)器件有 MOC304 MOC3061 等，但是 MOC3061自帶過零檢測電路，不能實現(xiàn)移相控制， 所以 不能實現(xiàn)對工業(yè)電磁制動器的精確控制。 當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時，由于電壓上升率 dtdv 較大，有可能超出 MOC3041 允許的范圍。按照 MOC3041 的技術(shù)指標(biāo)，允許最大電壓上升率 dtdv =10V/us。脈沖變壓器用于隔離主回路與觸發(fā)電路， 并把觸發(fā)脈沖加到晶閘管的門極上。因而它們的電磁過程各有特點，計算方法也不相同。 由于鐵磁材料具有磁滯和剩磁特性，在單向脈沖電壓 作用下，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度 cB 是在剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 rB 和未飽和時最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 mB 之間變化。一般晶閘管導(dǎo)通時間為 6us，故觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)有 6us 以上，一般取 2050us。在高頻開關(guān)器件大量應(yīng)用電力電子裝置中，由于高電壓和大電流脈沖的前后沿很陡峭，會產(chǎn)生頻段很寬的電磁干擾信號，這些電磁信號是嚴(yán)重的電磁干擾源，對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和其他設(shè)備構(gòu)成相當(dāng)大的危害。這些電磁干擾信號一方面會污染電網(wǎng)，通過電網(wǎng)干擾其他用電設(shè)備；另一方面通過傳輸線的傳導(dǎo)或經(jīng)過空間進(jìn)行輻射而對電子設(shè)備的正常工作造成威脅。因為按安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，零線不能裝設(shè)保護(hù)裝置，所以可能使零線因過熱而損壞。 ?u 2 t?i 2 i21I dO 圖 21 整流變壓器次級電壓和電流波形 諧波的抑制對策 1 LC 無源濾波器 利用 LC 電路串聯(lián)諧振特點抑制向電網(wǎng)注入的諧波電流。在工業(yè)電磁制動器運(yùn)行的電網(wǎng)中加入 LC 無源濾波器能有效的抑制諧波電流對電網(wǎng)的危 害。確定了工業(yè)電磁制動器的控制方案，決定采用可編程數(shù)字器件作為主控芯片。其片上資源非常豐富： ⑴ 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 。 ⑸ 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 FLASH 存儲單元 。 ⑼ 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 。當(dāng)按鍵開關(guān)按下時單片機(jī) RESET 引腳直接接到 VCC，實現(xiàn) 按鍵復(fù)位。 電源電路的設(shè)計 本次設(shè)計中系統(tǒng)需要提供 5V 電源為單片機(jī)、 MOC304 P52LCM12864 等 器件 供電， 為了防止供電出現(xiàn)問題，決定直接取用市電作為供電電源，變壓器 TF 將 220V 交流電轉(zhuǎn)換為 9V 交流電，通過整流橋和電容進(jìn)行整流和濾波后再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片 ,得到穩(wěn)定的 5V 電壓。 LM7805 是三端正電源穩(wěn)壓電路， 使用方便，電子 制作中經(jīng)常采用， 它的封裝形式為 TO220,它有固定的電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。 但當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 此設(shè)計需要注意的是電阻 R5 的選取，其阻值不能太小，否則輸出的脈沖波形的幅值會比較小，無法觸發(fā)單片機(jī)的中斷。 光耦合器觸發(fā)晶閘管電路的設(shè)計 在要求觸發(fā)脈沖較寬的晶閘管控制系統(tǒng)中，常用光耦合器組成晶閘管觸發(fā)電路。 1R 的大小由下式計算 1 /ppR V I? ，式中 pV 為工作電壓的峰值， pI 為MOC3041 輸出端的最大的允許電流。 Atmega8 單片機(jī) 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 ⑵ 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器。 ⑹ 10 位 6 路 (8 路為 TQFP 與 MLF 封裝 )ADC。 ⑽ 一個 SPI 串行端口 。目前監(jiān)控電路在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)和微處理器中已得到廣泛地應(yīng)用，它可以有效的防止程序的 “跑飛 ”，并自動將系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。 MR 端對TTL/CMOS 兼 容，因此，它可以由外部的邏輯電路去驅(qū)動。當(dāng)此腳的電壓低于 時，即電源電壓低于額定值時， PFO 將產(chǎn)生一個脈沖信號，可以用于向 CPU發(fā)出中斷，使 CPU 完成應(yīng)急處理。當(dāng)單片機(jī)超過 秒未向 MAX813L 的看門狗輸入端發(fā)脈沖信號， MAX813L 內(nèi)部的定時器將會強(qiáng)制將 WDO 拉到低電平，這個低電平通過 MR 產(chǎn)生復(fù)位信號。 DS18B20 溫