【正文】 在不斷的完善這個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中也不斷的完善了自我。形成了一個(gè)比較完整的基于單片機(jī)控制礦用電機(jī)車調(diào)速系統(tǒng)，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。設(shè)計(jì)中培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，在自我分析和理解的基礎(chǔ)上再經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，經(jīng)過(guò)三個(gè)月的不懈努力，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于是完成了。電位器RP1用來(lái)改變前置放大器A1的輸出電壓，經(jīng)A2與二極管組成的絕對(duì)值放大器獲得標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓Ud。轉(zhuǎn)速反饋值為： （數(shù)字量）由于分辨率與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，所以轉(zhuǎn)速系數(shù)值的確定與M法測(cè)速相同。設(shè)考慮到轉(zhuǎn)速超調(diào)時(shí)的最高轉(zhuǎn)速為，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為，則測(cè)速分辨率為： (r/min) ()一定時(shí)，A/D的位數(shù)越多Rn越小，分辨能力越強(qiáng)。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期（二個(gè)機(jī)器周期）以上。無(wú)論用戶使用哪種類型的單片機(jī)，總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式是采用外部接晶振（在頻率穩(wěn)定性要求不高而希望盡可能廉價(jià)時(shí)，選擇陶瓷振蕩器）和電容組成并聯(lián)諧振回路，不論HMOS還是CHMOS型的單片機(jī)其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同。但是鍵閉合一次只能進(jìn)行一次鍵功能操作，因此須等到按鍵釋放后，再進(jìn)行鍵功能操作，否則按一次鍵，有可能會(huì)連續(xù)多次進(jìn)行同樣的鍵操作。一般由16個(gè)按鍵組成，在單片機(jī)中正好可以用一個(gè)P口實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵功能，這也是在單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的形式，4*4矩陣鍵盤(pán)的內(nèi)部電路如圖2所示。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。且有豐富的尋址命令集。寬工作電壓范圍：Vcc可為：～6V。ATMEL公司生產(chǎn)的此型號(hào)單片機(jī)是一種低功耗、高性能的8位CMOS微處理器芯片。電動(dòng)機(jī)電樞電感一般較小，不能滿足電流連續(xù)的要求，故必須在絕緣柵雙極型晶體管輸出電路中串入電抗器。另外脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)減速或停車時(shí)，儲(chǔ)存在電動(dòng)機(jī)和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)能將由電容器吸收，所以電容量較大（一般容量在幾千瓦系統(tǒng)中，電容要幾千微法）這里選兩個(gè)2000的電容并聯(lián)使用，使總?cè)萘窟_(dá)到4000，電壓按大于2倍電壓選取。圖35 光電隔離及驅(qū)動(dòng)電路圖X359是一個(gè)帶有光電隔離器的功率放大電路，電路工作原理如下：當(dāng)VT 為“1”時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，于是 ，+5V電源通過(guò) VT和R輸出一驅(qū)動(dòng)電流，使GTR導(dǎo)通。因?yàn)镸OSFET關(guān)斷后，PNP晶體管的存儲(chǔ)電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長(zhǎng)的尾部時(shí)間，td(off)為關(guān)斷延遲時(shí)間，trv為電壓Uds(f)的上升時(shí)間。 （3） 動(dòng)態(tài)特性IGBT 在開(kāi)通過(guò)程中，大部分時(shí)間是作為MOSFET 來(lái)運(yùn)行的，只是在漏源電壓Uds 下降過(guò)程后期， PNP 晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時(shí)間。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為15V左右。 IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓Ugs 為參變量時(shí)，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線。因此對(duì)散熱風(fēng)扇應(yīng)定期進(jìn)行檢查，一般在散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度感應(yīng)器，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)將報(bào)警或停止IGBT模塊工作。為此，通常采用雙絞線來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以減少寄生電感。使用中當(dāng)IGBT模塊集電極電流增大時(shí)，所產(chǎn)生的額定損耗亦變大。對(duì)于PWM變換器中的濾波電容，其作用除濾波外，還有當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)吸收運(yùn)行系統(tǒng)動(dòng)能的作用。轉(zhuǎn)速環(huán)的作用：（1）使轉(zhuǎn)速環(huán)n跟隨給定電壓Un變化，達(dá)到靜態(tài)無(wú)差。（2）啟動(dòng)時(shí)保證系統(tǒng)在也許的最大電流下恒流啟動(dòng)。(3) 定頻調(diào)寬法。如此反復(fù)。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。而且工作可靠，能耗小，效率高。靜止可控整流器和直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。而以往直流電動(dòng)機(jī)的控制只是簡(jiǎn)單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)智能化。軌道不平時(shí)，輪對(duì)與車架的相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生在軸箱的滑槽與車架的導(dǎo)軌之間，并依靠彈簧托架起緩沖作用。車架用彈簧托架支承在軸承箱上。所以選用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可行性。為了提高控制系統(tǒng)的性能和可靠性。再將硬件分成主電路和控制電路分別進(jìn)行描述。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心—單片機(jī)，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量和強(qiáng)I/O功能等方向發(fā)展。電氣部分包括：直流串激電動(dòng)機(jī)、控制器、電阻箱、受電弓、空氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)（架線式電機(jī)車）或隔爆插銷、蓄電池（蓄電池電機(jī)車）。驅(qū)動(dòng)輪對(duì)有傳動(dòng)齒輪，電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)?！? 礦用電機(jī)車的齒輪傳動(dòng)裝置有兩種型式：一種是單級(jí)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，另一種是兩級(jí)閉式齒輪減速箱。第二章 方案比較與選擇；；；?？紤]使電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且滿足性能要求，選擇IGBT三相全控橋交流器供電方案。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。設(shè)直流電源電壓為U，將電樞串聯(lián)成一個(gè)電阻R，接到電源 U，則穩(wěn)態(tài)電壓方程式為 U= U IR （）顯然，調(diào)節(jié)電阻R既可改變端電壓，達(dá)到調(diào)速的目的，但這種傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速方法，其效率太低，因此，隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了很多新的電樞電壓控制方法，如：由交流電源供電，使用IGBT整流器進(jìn)行相控調(diào)壓；使用硅整流器將交流點(diǎn)整流成直流電，再由PWM降壓斬波器進(jìn)行斬波調(diào)壓等。T保持一定，使T在0~范圍內(nèi)變化。 所示。為了減少退飽和超調(diào)，采用積分分離的比例積分調(diào)節(jié)算法。主電路如圖33所示從圖中可以看出，380V電壓經(jīng)過(guò)六個(gè)二極管的全波整流，變?yōu)橹绷鳌GBT與MOSFET一樣也是電壓控制型器件，在它的柵極—發(fā)射極間施加十幾V的直流電壓，只有在uA級(jí)的漏電流流過(guò)，基本上不消耗功率。因此因靜電而導(dǎo)致柵極擊穿是IGBT失效的常見(jiàn)原因之一。在安裝或更換IGBT模塊時(shí)，應(yīng)十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度。 IGBT模塊由于具有多種優(yōu)良的特性，使它得到了快速的發(fā)展和普及，已應(yīng)用到電力電子的各方各面。 IGBT 的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流Id 與柵源電壓Ugs 之間的關(guān)系曲線。 通態(tài)電流Ids 可用下式表示： Ids=(1+Bpnp)Imos 式中Imos ——流過(guò)MOSFET 的電流。當(dāng)選擇這些驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，必須基于以下的參數(shù)來(lái)進(jìn)行：器件關(guān)斷偏置的要求、柵極電荷的要求、耐固性要求和電源的情況。IGBT導(dǎo)通時(shí)的飽和壓降比MOSFET低而和GTR接近，飽和壓降隨柵極電壓的增加而降低。整流二極管最高反電壓為： （）取兩倍裕量，則二極管耐壓應(yīng)可達(dá)940V。VDVD2選用2CP1G，額定電流為25A，最高耐壓為1200V。負(fù)載電流平均值 （）電流斷續(xù)時(shí)，uo平均值會(huì)被抬高，一般不希望出現(xiàn)斬波電路三種控制方式（1）脈沖寬度調(diào)制（PWM）或脈沖調(diào)寬型——T不變，調(diào)節(jié)ton（2）頻率調(diào)制或調(diào)頻型——ton不變，改變T（3）混合型——ton和T都可調(diào)，使占空比改變其中PWM控制方式應(yīng)用最多基于“分段線性”的思想，可對(duì)降壓斬波電路進(jìn)行解析 AT89C51單片機(jī)介紹單片機(jī)采用ATMEL公司的89C51。片內(nèi)有4KB可在線重復(fù)編程的快閃檫寫(xiě)存儲(chǔ)器（Flash Memory）。中斷結(jié)構(gòu)具有6個(gè)中斷源和2個(gè)優(yōu)先級(jí)。編程脈沖輸入端29程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端31/Vpp外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)。這樣鍵盤(pán)上按鍵的個(gè)數(shù)就為4*4個(gè)。判斷有無(wú)按鍵按下的方法是：第一步，置列線PA0PA3為輸入狀態(tài)，從行線PC0PC3輸出低電平，讀入列線數(shù)據(jù)，若某一列線為低電平，則該列線上有鍵閉合。反相器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，在XTAL1和XTAL2兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。其主要功能是把PC初始化為000H，使單片機(jī)從000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。復(fù)位電路可分為上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，在本系統(tǒng)采用的是手動(dòng)復(fù)位。過(guò)流信號(hào)一般采用霍爾電流傳感器檢測(cè)，或采用直流回路中串電阻的方法檢測(cè)。(3) 檢測(cè)時(shí)間。根據(jù)圖可得，端電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減去它的內(nèi)阻r上的壓降，即 ()，整理后得 ()。 采用霍爾電流傳感器的檢測(cè)電路圖，R1取100 K；R2，R23，R4，R6，R7，R8取1 K；R5，R9取2 K即可實(shí)現(xiàn)四倍放大。本次完成的單片機(jī)控制PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)單片機(jī)AT89C51產(chǎn)生PWM信號(hào)對(duì)礦用電機(jī)車的控制。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我遇到了許多的困難，尤其是對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定和時(shí)序的設(shè)計(jì)，郭老師給了我很大啟發(fā)和幫助。感謝在大學(xué)學(xué)習(xí)期間與我一起度過(guò)的所有老師和同學(xué)們，這段難忘的時(shí)光是我一生的財(cái)富。自做畢業(yè)設(shè)計(jì)以來(lái)，導(dǎo)師以淵博的學(xué)識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的工作態(tài)度指導(dǎo)和幫助我完成設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，最讓我佩服的是郭老師對(duì)工作的態(tài)度和對(duì)學(xué)生的耐心以及對(duì)學(xué)識(shí)的一絲不茍，特別是郭老師一方面要完成繁重的教學(xué)任務(wù),一方面又不辭辛勞、細(xì)心指導(dǎo)我們。同時(shí)，通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我分析和解決設(shè)計(jì)實(shí)際問(wèn)題的能力。對(duì)電流的檢測(cè)在本設(shè)計(jì)中采用霍爾傳感器(BHL)，霍爾傳感器是一、二 次側(cè)電路高度絕緣、帶寬從直流到100kHz、反應(yīng)時(shí)間小于1us的傳感器 ?？梢?jiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)線性關(guān)系 。(2) 測(cè)速精度。一般，SW1閉合時(shí)間約為幾毫秒到幾十毫秒，能保證C5充分放電時(shí)能使R2有充分長(zhǎng)時(shí)間處于高電平狀態(tài)使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位信號(hào)是外部輸入的強(qiáng)制性信號(hào)，其作用是使單片機(jī)初始化。CC2可在20pF100pF之間選擇，本設(shè)計(jì)的電容CC2都取30pF。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種，在本次設(shè)計(jì)中電路的采用的方式為內(nèi)部方式。當(dāng)無(wú)按鍵閉合時(shí)PA0PA3與PC0PC3之間開(kāi)路。： 顯示電路圖 鍵盤(pán)模塊的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)鍵盤(pán)采用行列式設(shè)計(jì)，矩陣鍵盤(pán)又稱行列鍵盤(pán)，它是用四條I/O線作為行線，四條I/O線作為列線組成的鍵盤(pán)。采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，必須接地9RST/VPDRST是復(fù)位信號(hào)接入端，高電平有效。32條可編程I/0線。片上的EPROM允許在線對(duì)程序存儲(chǔ)器重