【正文】 內(nèi)的 Flash信息存儲器與片外的非易失性存儲器 93C46 作為數(shù)據(jù)存儲等，在電源的設計上考慮了干擾和保護問題 。直接通過鍵盤修改運行頻率等輸出狀態(tài)能夠加快和簡化現(xiàn)場調(diào)試等，在現(xiàn)場實際測試中也能夠非常穩(wěn)定可靠的運行。 41 參考文獻 [1] 賈正春，馬志源 ， 電力電子學 .北京 .中國電力出版社 .2022 [2] 苗曉燕，王小椿 ， 智能功率模塊在 VVVF 變頻器設計中的選用 .微特電機 .1999 [3] 李寧，劉啟新 ， 電機自動控制系統(tǒng) .北京 .機械工業(yè)出版社 .2022 [4] 幻劉巧榆，劉勇強等 .基于自然采樣法的 SPWM 脈沖計算方法 .2022 [5] 楊東進 ， 變頻器 V/f 曲線的合理設定 .電氣傳動 .2022 [6] 日本三菱公司 .三菱 TKP13106 電梯門機使用手冊 .2022 [7] 魏小龍 ， MSP430 系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設計實例 .北京 .北京航空航天大學出版社 .2022 [8] 胡大可 ， MSP430 超低功耗 16 位單片機原理與應用 .北京 .北京航空航天大學出版社 .2022 。 本文所討論的電梯門機變頻控制器著眼于低 硬件成本、高穩(wěn)定可靠 39 性、易于安裝調(diào)試。這部分程序的流程如圖 54所示 ： 圖 54設置模式退出流程圖 看門狗復位后，系統(tǒng)重新執(zhí)行基本初始化并判斷模式設置，根據(jù)撥碼開關(guān)的狀態(tài)進入相應的模式。在主程序的循環(huán)中，檢測這兩個標志位的狀態(tài)，如果其中任何一個標志位被置位，系統(tǒng)都將從工作狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到保護狀態(tài)。相鄰頻點之間的載波比的變化不能 過大，否則會導致電機工作特性的改變，電機運行的噪聲會產(chǎn)生突變問題。 受到 MSP430F149的工作頻率和運算速度等方面的限制，在產(chǎn)生 SPWM控制波形的方面，利用 MSP430F149具有較大的 ROM (60KB )，將事先在計算機上計算 好的代表 SPWM控制波形的數(shù)組存儲在 ROM 中，使用時， MCU按照一定的順序讀取這些數(shù)據(jù)，并執(zhí)行特定的功能，實現(xiàn) SPWM控制信號的輸出。因此，系統(tǒng)在開門和關(guān)門的過程中 ADC 12處于停止狀態(tài)下，不會干擾系統(tǒng)的正常工作，當處于系統(tǒng)的待機或者保戶狀態(tài)下時，系統(tǒng)調(diào)用 GetTempVal()程序使用內(nèi)部的溫度傳感器采樣并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得當前系統(tǒng)內(nèi)部的溫度。 系統(tǒng)的啟動時，首先需要對系統(tǒng)中的各個功能模塊進行初始化設置，然后才能進入到工作狀態(tài)下，因此程序的初始化是代碼中是最先需要解決的問題。基于 MSP430單片機的電梯門機控制器的研制 。 門機變頻控制系統(tǒng)的軟件中的主要部分使用了有限狀態(tài)機 (FSM)的工作方式。 綜上所述電梯門機變頻控制器的控制核心 MSP430F149 單片機的程序中必須完成以下的工作 :響應外部的開 關(guān)量輸入、響應人機交互界面的用戶設置、響應系統(tǒng)過流保護信號和過熱信號、通過輸出的 SPWM控制信號對電動機作變頻調(diào)速控制、控制繼電器組的吸合狀態(tài)、控制人機交互界面的顯示內(nèi)容等。 (4)考慮系統(tǒng)整體的散熱分布，系統(tǒng)中的功率部分會有一定的發(fā)熱，應當考慮其周圍的元件的熱穩(wěn)定性和整體的散熱問題。功率板向上為控制核心板提供 +MIA 和十 24V/200mA 的電源，控制核心板向下為功率板提供 24 SPWM控制信號并接受經(jīng)過隔離后的故障輸出信號，在各個信號之間加入了 GND用來防止信號之間的干擾。 顯示電路的設計 在電梯的門機環(huán)境中，對比了 LCD 和 LED 數(shù)碼管的兩種顯示方案，其中使用 4位 8段的紅 色 LED數(shù)碼管的方案能夠獲得更明顯的顯示效果，在電梯門機變頻控制系統(tǒng)的工作環(huán)境中，能夠觀察的更清晰 。 低電壓電源處理部分 功率部分的系統(tǒng)低壓開關(guān)電源向控制核心提供了一路 ++5V/IA 的電源，對 于 MSP430 控制核心以及邏輯保護等部分電路，其工作電壓為++，但是繼電器仍然需要 ++5V供電，因此，進入控制核心的 +5V/IA電源需要經(jīng)過預處理后才能供給 MSP430 等電路。在使用過流保護電路時，需要根據(jù)系統(tǒng)正常工作時的電流選取合適阻值的采樣電阻，為了避免由于引線電感干擾所引起的短路保護誤動作，應在電路中加入時間常數(shù)為 的 RC 延時電路，組成三菱公司推薦的 SC 保護外部電路。因此為了保證電梯門機變頻控制器自身的穩(wěn)定運行以及電梯系統(tǒng)中其他電氣設備的正常運行，必須在設計和使用中注意防范 EMI(電磁干擾 )的問題。顯示界面上，先后設計了 LCD (1602,帶背光 )和 LED (4 位 8 段 )數(shù)碼管兩種顯示方案，但是由于電梯門機控制器工作環(huán)境和操作環(huán)境 的限制，從顯示的清晰的和現(xiàn)場的光照情況方面考慮，選用了 4 位 8 段紅色 LED 數(shù)碼管作為狀態(tài)顯示方案，通過簡化的代碼和數(shù)字向用戶反饋系統(tǒng)信息，并且這種顯示方法在電梯吊箱這樣的工作環(huán)境中能很好的工作，獲得很理想的顯示亮度和顯示效果。電梯門機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 41所 示 ： 開門 /關(guān)門 （控制信號） → 門機控制器 → 交流電動機 → 減速箱 ↑ ↓ 電梯門 /行程開關(guān) /光幕開關(guān) 圖 41電梯門機控制 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 門機變頻控制器的控制模式 根據(jù)設計要求，所設計的控制器使用行程開關(guān)組作為位置檢測開關(guān)。 (2)電力電子器件在使用時會不同情況的發(fā)熱， IPM的工作溫度為一20度一 100度 (不結(jié)露 )。 BJT 從一種狀態(tài)向另一種工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，受到其內(nèi) 10 部載流子濃度的影響，需要一個過渡過程，這就制約了 BJT 的反應速度。在系統(tǒng)調(diào)試過程中，該 JTAG工作穩(wěn)定，配合 IARSYSTEM公司“ IAR Embedded Workbench Evaluation for MSP430”集成開發(fā)環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)程序代碼下載、程序運行控制等調(diào)試所需要的基本功能。 (3)看門狗 (WDT)定時器 MSP430F149中包含了 16位、 8種可選定時時間的看門狗定時器模塊，看門狗定時器在程序發(fā)生故障時能夠控制系統(tǒng)的重新啟動。 (5)論文的最后一個部分測試了系統(tǒng)的性能，并列出了部分的測試結(jié)果。門機控制系統(tǒng)必須能夠 長期、穩(wěn)定的工作，但是部分情況下出現(xiàn)的異常情況會導致系統(tǒng)硬件的損壞。 課題所需要解決的問題 (1) SPWM在電動機變頻調(diào)速控制中的應用，以及這種技術(shù)在微處理器上的實現(xiàn)方法。功率器件使用三菱智能功率模塊 PS21265AP DIPIPM，其內(nèi)置的驅(qū)動功能和保護功能能夠大大的提高系統(tǒng)的可靠性。單片機采用 16 位單片機 MSP430F149，該芯片中集成了許多功能模塊，能夠簡化系統(tǒng)的設計 。在電梯門機控制系統(tǒng)中使用集成度高、體積較小、運行穩(wěn)定的智能化專用控制設備是一種必然的發(fā)展趨勢。 (4)系統(tǒng)的保護功能。分別從硬件和軟件兩個方面詳細闡述了系統(tǒng)的設計理念和設計思路，包括硬件各個部分的構(gòu)成和作用，軟件各個功能模塊在系統(tǒng)中的作用，以及在系統(tǒng)的設計等環(huán)節(jié)中需要注意的和特殊處理的問題。 (2) ADC 12 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 MSP430F149 中帶有的 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊具有采樣和保持功能，采樣速度達到 200ksps，并且在 4 種工作模式下，可以選擇包括內(nèi)置的溫度 傳感器在內(nèi)的 4個內(nèi)部采集通道和 8個外部采集通道。這里，我們根據(jù)一種常見的 TI 公司的 FET430P14x JTAG 仿真器的電路圖，自制出 JTAG 工具來完成調(diào)試工作。 (BJT) 雙極型晶體 管是一種由電子和空穴兩種載流子參與導電的電流控制型器件，在控制 BJT 導通或者截至時，需要通過控制端向 BTJ 內(nèi)灌入電流或者拉出電流。 MSP430單片機的電梯門控制器的設計 (1)對于電力電子器件，都有其最大工作電流和最大工作電壓。 電梯吊箱通過在電梯間里面懸浮的電纜連接來取電，一般為220V/50Hz 的交流電，因此在一般的實驗室設計和測試時，可以使用市電來替代電梯吊箱中的供電。 在本設計中的操作界面上，設計了 8 個按鍵，在系統(tǒng)軟件中定義了 15 按鍵的操作順序和調(diào)整的參數(shù)，供用戶輸入控制指令、調(diào)整參數(shù)等。 對于電梯門機變頻控制器來說，在工作過程中一方面要防止電梯間中的電磁干擾對系統(tǒng)造成的影響，另一方面變頻器與開關(guān)電源類似，使用較高的頻率控制開關(guān)管的導通和關(guān)斷，在此過程中的電壓和電流的突變都會造成較大的電磁干擾。 DIPIPM中內(nèi)置了過流保護電路，能夠在 IPM過流時，能夠關(guān)斷 IPM的下橋臂，并輸出錯誤信號 (Fo)，直到過流狀態(tài)消失為止。因此，從功能上劃分控制核心的組成，包括 MSP430F149控制核心、繼電器及驅(qū)動電路、外部開關(guān)量輸入與隔離電路、復位控制電路、 SPWM邏輯保護電路、用戶配置保存芯片和低電壓電源處理七個部分。 圖 415 按鍵電路圖 23 按鍵默認是低電平狀態(tài)，按下按鍵時為高電平，因此對于帶有中斷能力的 1/O 口可以選擇按鍵按下時產(chǎn)生的上升沿觸發(fā)中斷或者是按鍵松開時的下降沿觸發(fā)中斷，對沒有中斷能力的 1/O 口，則使用掃描的方式判斷 1/O的輸入狀態(tài)。 功率板與控制核心板之間通過長排針相連接。容易產(chǎn)生較強 25 干擾的功率器件，如 IPM等，應當遠離單片機等 容易受干擾的器件?？勺x性對于程序的調(diào)試、閱讀、修改和升級都有很重要的作用。在 程序調(diào)試的最初階段，甚至可以將功能模塊單獨建立工程，按照程序的輸入接口和輸出接口觀察其運行結(jié)果，然后再將各個功能模塊組合調(diào)試，這種方法在調(diào)試上能夠?qū)栴}的范圍縮小到具體功能模塊上，一定程度上能夠提高首次調(diào)試時的成功率。 (2)時鐘 :狀態(tài)機要求能夠在下一個時鐘中改變系統(tǒng)狀態(tài)，因此狀態(tài)機中的時鐘不能以單片機的時鐘周期為時鐘，可以近似認為時鐘是單片機完成判斷并執(zhí)行所需要的時間 周期。系統(tǒng)正常完成開門動作后，則返回到系統(tǒng)待機狀態(tài)。在系統(tǒng)的初始化階段，已經(jīng)對 ADC 12模塊就行了初始化 ，即 ADC 12工作在單通道單次轉(zhuǎn)換的模式下。 SPWM控制信號的發(fā)生程序 系統(tǒng)中，控制核心 MSP430的最主要的任務是產(chǎn)生正確的 SPWM控制信號控制 DIPIPM 輸出，進而控制電動機的工作頻率和有效電壓。 系統(tǒng)以 1Hz 作為變頻的最小變頻單位，在計算鄰近的頻點時，必須考慮載波頻率問題。系統(tǒng)溫度保護標志位是在系統(tǒng)的空閑時間設置的，系統(tǒng)在待機狀態(tài)下，調(diào)用 ADC12 模塊，通過多次比較 ADC12轉(zhuǎn)化的結(jié)果和用戶設置的閥值，確定系統(tǒng)當前的溫度 ，修改溫度保護標志位。用戶模式下的軟件檢測到模式開關(guān)的變化后，將啟用看門狗，設置系統(tǒng)復位時間為 1000mS左右，在此時間內(nèi)繼續(xù)檢測模式開關(guān)的狀態(tài)，如果一直沒有發(fā)生變化，則不對看門狗計數(shù)器進行復位，最終由看門狗對系統(tǒng)進行復位。 在這些工作的基礎(chǔ)上最終完成了變頻器的規(guī)劃、設計、 制作和調(diào)試等幾個主要方面的工作，除此之外，收獲了很多 MSP430單片機的調(diào)試經(jīng)驗，借助自制的 JTAG 完成了整個系統(tǒng)的軟件調(diào)試，學習了 SPWM 工作模式和控制理論，開關(guān)電源的設計經(jīng)驗以及系統(tǒng)電源的抗干擾處理手段和保護手段。 最后，再一次向所有給予本人支持、 鼓勵、幫助與關(guān)心的師長、專家及同學們表示衷心的感謝。盡管如此，系統(tǒng)中仍然有很多方面需要改進 ： 如在調(diào)速時頻點之間的躍進比較大，載波頻率較低，系統(tǒng)還有很大的改進空間。軟件主體部分使用了狀態(tài)機方式工作。 (3) 4個受控的 LED數(shù)碼管顯示當前狀態(tài)等代碼信息， 8個按鍵接受用戶的設置信息。每個頻點上數(shù)組數(shù)值的替換，不同頻點的切換的工作都是在中斷中完成的，中斷程序根據(jù)主程序中所設定的相關(guān)標志位和變量，執(zhí)行不同的工作。取 作為 U相的下臂輸出和上臂輸出、 和 V相的下臂輸出和上臂輸出、 P43和 P45作為 W相的下臂輸出和上 臂輸出。=～ ENC； //禁止轉(zhuǎn)換開始 32 ADCResult=ADC12MEM0 //讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 通常對 ADCResul