【正文】 摩椅市場(chǎng)每年銷售量就高達(dá) 60 萬(wàn)臺(tái)，銷售額約 80 億人民幣，由此可見(jiàn)該類產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量之大。預(yù)計(jì)隨著全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，我國(guó)按摩器具的出口金額年均增長(zhǎng)率仍可恢復(fù)到 15～ 20%的較高水平。那何為健康呢 ?1948 年世界衛(wèi)生組織指出：人不但要沒(méi)有疾病，而且要沒(méi)有缺陷，同時(shí)還 要有良好的生理、心理狀態(tài)，以及社會(huì)適應(yīng)能力。除了傳統(tǒng)的人工按摩外，按摩器具在現(xiàn)代人體閑保健生活中起著越來(lái)越重要的作用。一方面，人們有購(gòu)買“按摩椅”的心理需求。因此，人們非常珍惜休息 時(shí)間，重視休息的質(zhì)量，需要一個(gè)休閑康體的按摩椅。二是從家具的品種來(lái)看，無(wú)論是辦公室，還是在家庭，人們想到的品種都有了，正在尋找新的消費(fèi)空間 按摩椅。特別是在人們生活快節(jié)奏、工作高效率的今天和明天，對(duì)老年人特別是對(duì)長(zhǎng)期臥床的老年人的照料問(wèn)題，是每一個(gè)家庭，每一個(gè)做晚輩要遇到的問(wèn)題。忠、孝、仁、義缺一不可。一些企業(yè)通過(guò)發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，也給整個(gè)保健醫(yī)療器械行業(yè)帶來(lái)了新的生氣和更多的信心。系統(tǒng)按摩功能速度調(diào)節(jié)可以通過(guò)快慢按鍵實(shí)現(xiàn)。 按摩椅是指通過(guò)機(jī)電、電子以及電熱的技術(shù)方法產(chǎn)生模擬人手的各種按摩、揉捏、以及電熱等刺激人體某些穴位，以消除疲勞并起到一定保健作用的電動(dòng)工具。單片機(jī)具有優(yōu)異的性能價(jià)格比，集成度高、體積小、可靠性高，控制功能強(qiáng)和低電壓、低功耗等特點(diǎn)，在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、智能接口、家用電器、兒童玩具、健身器材等許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。于是當(dāng)前人們對(duì)健康非常關(guān)注和重視，而按摩對(duì)人體健康有特殊促進(jìn)功效。本按摩椅傳動(dòng)控制電路可實(shí)現(xiàn)市面上各類型按摩椅的基本功能，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，體積不大，可滿足人 體背部、腰部、足部以及頸部的按摩需要。 2） 用戶可根據(jù)個(gè)人喜好利用按鍵調(diào)節(jié)速度檔次 、 按摩方式 及預(yù)約 。 5） 當(dāng)按摩椅正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，發(fā)光二極管 顯示運(yùn)行狀態(tài) 。 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介及特點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)已成為除直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)以外的第三類電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)工業(yè)密切相關(guān)。 如電加工機(jī)床、小功率機(jī)械加工機(jī)床、測(cè)量?jī)x器、光學(xué)和醫(yī)療儀器以及包裝機(jī)械等。 ３）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 8 步進(jìn)電機(jī)工作原理 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制 ,將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相位移的電機(jī) ,其機(jī)械位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率成正比 ,每一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度 .脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度 ,脈沖的頻率決定了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度 .當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 (稱為“步距角” )，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。 這就需要采用單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加減速控制 ,實(shí)際上就是改變輸出脈沖的時(shí)間間隔 ,單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)加減法運(yùn)轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)的方法有軟件和硬件兩種 ,軟件方法指的是依靠延時(shí)程序來(lái)改變脈沖輸出的頻率 ,其中延時(shí)的長(zhǎng)短是動(dòng)態(tài)的 ,軟件法在電機(jī)控制中 , 要不停地產(chǎn)生控制脈沖 , 占用了大量的 CPU 時(shí)間 ,使單片機(jī)無(wú)法同時(shí)進(jìn)行其他工作 。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有單段式和多段式兩種類型?；旌鲜脚c傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱少 。 步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 1）空載啟動(dòng)頻率 即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生失步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為 176。），這個(gè)步距角可以稱之為‘電機(jī) 固有步距角’，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。、三相的為176。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同的相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距角的要求。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。一種是延時(shí)，一種是定時(shí)。因此只適合較簡(jiǎn)單的控制過(guò)程。由于從 定時(shí)器裝載完重新啟動(dòng)開(kāi)始至定時(shí)器申請(qǐng)中斷止，有一定的時(shí)間間隔，造成定時(shí)時(shí)間增加，為了減少這種定時(shí)誤差，實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)，要對(duì)重裝的計(jì)數(shù)初值作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整 [12]。當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)電壓降至監(jiān)測(cè)探測(cè)水平時(shí)，閉環(huán)控制轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)環(huán)，完成最終的位移移動(dòng)； ③． 全伺服控制，指全時(shí)間的使用反饋設(shè)備，用于步進(jìn)電機(jī) —光電開(kāi)關(guān)或其它反饋傳感器上，從而更為精確地控制步進(jìn)電機(jī)位移和轉(zhuǎn)矩。在這些步進(jìn)系統(tǒng)中，反饋設(shè)備或間接參數(shù)傳感方法的閉環(huán)能進(jìn)行校正或控制失步 、監(jiān)測(cè)電機(jī)停滯，以及確保更大的可用轉(zhuǎn)矩輸出。 2）驅(qū)動(dòng)方式 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般有兩種方法，一種是通過(guò)單片機(jī)的 CPU 直接來(lái)驅(qū)動(dòng)，這種方法一般不宜采用，因?yàn)?CPU 的輸出電流脈沖是特別小，它不能足以讓步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；別一種是通過(guò)單片機(jī)的 CPU來(lái)間接驅(qū)動(dòng)，就是把從 CPU輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，然后直接驅(qū)動(dòng)或是再通過(guò)光電耦合間接來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，這種方法比較安全可靠。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 11 3）驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路有多種，但最為常用的就是單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)、斬波驅(qū)動(dòng)、細(xì)分控制驅(qū)動(dòng)等。雙電壓驅(qū)動(dòng)是電路一般采用兩種電源電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)，因這兩個(gè)電源分別是一個(gè)為高壓一個(gè)為低壓，因此也稱為高低壓驅(qū)動(dòng)電路 [13]。但由于其波形頂部呈現(xiàn)鋸齒形波動(dòng)，所以會(huì)產(chǎn)生較大的電磁噪聲。但因本次設(shè)計(jì)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精度要求比較高，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍比較廣，固應(yīng)選用驅(qū)動(dòng)芯片 L298 來(lái)驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。直到進(jìn)入上世紀(jì) 80 年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和 迅速發(fā)展， PWM 控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒(méi)有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無(wú)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將會(huì)成為 PWM 控制長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 12 技術(shù)發(fā)展的主要方向之一 [14]。 PWM 信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有 (ON)，要么完全無(wú) (OFF)。 PWM 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。從模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長(zhǎng)通信距離。 從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制SPWM 信號(hào)以控制功率器件的開(kāi)關(guān)開(kāi)始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實(shí)時(shí)在線的 PWM 信號(hào)輸出，可以說(shuō)直到目前為止， PWM 在各種應(yīng)用 場(chǎng)合仍在主導(dǎo)地長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 13 位，并一直是人們研究的熱點(diǎn)。正弦 PWM 已為人們所熟知，而旨在改善輸出電壓、電流波形，降低電源系統(tǒng)諧波的多重 PWM 技術(shù)在大功率變頻器中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)（如ABB ACS1000 系列和美國(guó) ROBICON 公司的完美無(wú)諧波系列等）；而優(yōu)化 PWM 所追求的則是實(shí)現(xiàn)電流 諧波畸變率（ THD）最小，電壓利用率最高，效率最優(yōu)，及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小以及其它特定優(yōu)化目標(biāo)。正因?yàn)槿绱耍词乖?IGBT 已被廣泛應(yīng)用的今天，對(duì)于 載波頻率必須限制在較低頻率的場(chǎng)合，隨機(jī) PWM 仍然有其特殊的價(jià)值（ DTC 控制即為一例）；別一方面則告訴人們消除機(jī)械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率，因?yàn)殡S機(jī) PWM 技術(shù)提供了一個(gè)分析、解決問(wèn)題的全新思路。一個(gè)輸入信號(hào)是鋸齒波調(diào)制信號(hào)，另一個(gè)是控制電壓，其極性大小可隨時(shí)改變，與鋸齒波調(diào)制信號(hào)相減，從而在運(yùn)算放大器的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調(diào)制輸出電壓。 在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi) “接通 ”和 “斷開(kāi) ”時(shí)間的長(zhǎng)短 [19]。 由上面的公式可見(jiàn)，當(dāng)我們改變占空比 D = t1 / T 時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度 Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 ②．調(diào)寬調(diào)頻法： t2 時(shí)間不變，通過(guò)改變 t1 的時(shí)間來(lái)改變占空比，從而改變了周期 T。 2) PWM 實(shí)現(xiàn)方式 方案一：采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè) us。 2） 靜止可控整流器。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 GM系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的組成和功能 1) PWM 信號(hào)發(fā)生與調(diào)節(jié)模塊 作為一個(gè) PWM 調(diào)速系統(tǒng)，首要的是需要產(chǎn)生 PWM信號(hào)。本文采用專門的驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于電流波形比 VM 系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。目前利用單片機(jī)進(jìn)行 PWM 控制， PWM 信號(hào)的產(chǎn)生有兩種方法：一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法。 根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中受控電機(jī)的容量和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)對(duì) PWM 信號(hào)的軟件實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行調(diào)速。 一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容： 一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 ROM、 RAM、 I/O、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。 ② . 系統(tǒng)擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 ④ . 系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠，可通過(guò)增設(shè)線驅(qū)動(dòng)器增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力或減少芯片功耗來(lái)降低總線負(fù)載。智能化按摩椅調(diào)速系統(tǒng)電路基本模塊方框圖如圖所示。如圖 所示： 控 制 系 統(tǒng) A T 8 9 C 5 1按 鍵L C D 1 2 8 6 4指 示 燈L 2 9 8 N 驅(qū) 動(dòng) 模 塊四相步進(jìn)電機(jī)蜂 鳴 器 圖 硬件 系統(tǒng)框圖 1） 按鍵輸入與 L12864 液晶顯示 部分。該模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)從交流中整流出穩(wěn)定的 5V 和 24V 供電電壓。 L298N 芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以取得一個(gè)四相電機(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。按摩椅在各種工作狀態(tài)下使不同二極管發(fā)光以明確表示按摩椅的運(yùn)行情況。因此 AT89C51是一種功能強(qiáng) ,靈活性高 ,且價(jià)格合理的單片機(jī) ,可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。 ② XTAL2：接外部晶體的另一個(gè)引腳。 C C2 是反饋電容，其值在 5pF～ 30pF 之間選取，典型值為 30pF。一般情況下 ，無(wú)論是機(jī)械振動(dòng)的振幅，還是交變電場(chǎng)的振幅都非常小。石英晶振起振后要能在 XTAL2 線上輸出一個(gè) 3V 左右的正弦波，以便使 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)的 OSC 電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。單片機(jī)的復(fù)位后是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的 RST 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（ 2 個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。 (3)控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST,ALE/PROG,PSEN 和 EA/Vpp. 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 21 ① RST：復(fù)位輸入端 .當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí) ,在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 如果需要的話 ,通過(guò)對(duì)專用寄存器 (SFR)區(qū)中 8EH 單元的 D0 位置數(shù) ,可禁止 ALE操作。 ④ EA/VPP 外部訪問(wèn)允許端 ,要使 CPU 只訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器 (地址為 0000H— FFFFH),則 EA 端外部必須保持低電平 (接到 GND 端 )然而要注意的是：如果保密被編程 ,復(fù)位時(shí)在內(nèi)部會(huì)鎖存 EA端的狀態(tài)。 在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) ,它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址 (低 8 位 )/數(shù)據(jù)總線 ,在訪問(wèn)期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。 P1的輸出緩沖 器可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流方式 )4個(gè) TTL輸入 .對(duì)端口寫 1時(shí) ,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位 ,這時(shí)可用作輸入口 ,P1 口作輸入口使用時(shí) ,因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻 ,那些被外部信號(hào)低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 P3 端口 (— ):P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口 .P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流方式 )4 個(gè) TTL 輸入。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。 2） 靜力矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的 23倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸） 3） 電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參 考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓） 4） 力矩與功率換算 步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功率換算如下 [27]： P= Ω 45ZY直流電機(jī)，采用稀土材料，具有性能穩(wěn)定、力矩強(qiáng)勁特點(diǎn)。公司擁有國(guó)家級(jí)電機(jī)技術(shù)中心、浙江省高新技術(shù)研發(fā)中心，公司擁有完善的質(zhì)量保證體系，已通過(guò) ISO9001:2021 質(zhì)量管理體系、 ISO/TS16949 汽 車行業(yè)質(zhì)量管理體系、 ISO14001 環(huán)境管理體系