【正文】 ................................................... 8 第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 ......................................................................................... 9 設(shè)計思路 ............................................................................................................ 9 方案論證與設(shè)計 ................................................................................................. 10 ................................................................ 10 電機控制電路的設(shè)計 ............................................................................... 10 鍵盤電路的設(shè)計 ...................................................................................... 10 顯示電路設(shè)計 .......................................................................................... 11 速度檢測電路的設(shè)計 ............................................................................... 11 系統(tǒng)組成 ........................................................................................................... 11 ATMEGA控制電路 ............................................................................................ 11 電源電路 ................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。本課題正是以此為出發(fā)點，利用單片機來實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速的監(jiān)測和控制。本文對基于微機控制的雙閉環(huán)可逆直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)進行了較深入的研究，從直流調(diào)速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用微機硬件和軟件發(fā)展的最新成果，探討一個將微機和電力拖動控制相結(jié)合的控制方法， 本文 重點對控制部分展開研究，它包括對實現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件的探討，控制策略和控制算法的 2 探討等內(nèi) 容。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機、電動機系統(tǒng)不能比擬的。隨著微型計算機、超大規(guī)模集成電路、新型電子電力開關(guān)器件和新型傳感器的出現(xiàn)，以及自動控 制理論、電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)的深入發(fā)展，直流電動機控制 裝置 也 不斷向前發(fā)展。正是這些技術(shù)的進步使電動控制技術(shù)在近二十年內(nèi)發(fā)生了很大的變化。 在那些對電動機控制系統(tǒng)的性能要求較高的場合（如數(shù)控機 床，工業(yè)縫紉機，磁盤驅(qū)動器，打印機，傳真機等設(shè)備中，要求電動機實現(xiàn)精確定位，適應(yīng)劇烈負載變化），傳統(tǒng)的控制算法已難以滿足系統(tǒng)要求。因此我國直流電機調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制（ pulse width modulation,簡稱PWM）方向發(fā)展。 直流調(diào)速技術(shù)已廣泛運用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的各個方面。勵磁方式是指勵磁線圈的供電方式。 復(fù)勵電機的同一磁極有兩套勵磁繞組，一套繞組與電樞繞組并聯(lián) (或其他電源供給 )，另一套繞組與電樞繞組串聯(lián)。 8 第二章 問題的提出和解決方案 問題的提出 在 實際的生產(chǎn)過程中，電機的運行狀態(tài)至關(guān)重要，要求電機按照給定的轉(zhuǎn)速來運行，但受負荷 變化 和電壓波動 等因素 影響，電機的實際轉(zhuǎn)速和給定轉(zhuǎn)速會存在偏差，如果偏差較大， 會 對生產(chǎn)過程帶來很嚴重的后果。 本系統(tǒng)主要有以下特點： （ 1）使用光電傳感器將電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖頻率，比較精確地反映出電機的轉(zhuǎn)速，從而與設(shè)定值進行比較產(chǎn)生偏差，實現(xiàn)比例、積分、微分的控制，達到轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)的目的。 電機控制電路的設(shè)計 方案一：采用晶閘管 —— 電動機控制系統(tǒng)（ VM）進行控制。 系統(tǒng)組成 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)和要求，設(shè)計系統(tǒng)框圖如 所示。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的 數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括： C 語言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器 / 軟件仿真器、仿真器及評估板。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。 XTAL2：反向振蕩放 大器的輸出端。 本設(shè)計驅(qū)動電路采用了 IR2110 集成芯片，該集成電路具有較強的驅(qū)動能力和保護功能。 同理， IC2 的 HO 為高電平而 LO 為低電平， Q3 導(dǎo)通且 Q4 截止， Q3 的漏極接近于零點平，此時 VCC通過 D2 向 C3充電，為 Q4 的又一次導(dǎo)通做準(zhǔn)備。 當(dāng) λ =1 時， VOUT=V,此時電機全速運行。 行列式鍵盤的特點是：行線、列線分別接輸入線、輸出線，按鍵設(shè)置在行、 22 列線的交叉點上，每一行和每一列的交叉處不同，而是通過按鍵來聯(lián)通，利用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需 m 跟行線和 n跟列線就可以組成 m n個按鍵的鍵盤，因此，矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合。 絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另 23 一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號，形成二進制數(shù)。 采樣方法 本設(shè)計采用增量式編碼器來采樣轉(zhuǎn)速信號，具體做法是 ：在電機軸上固定一 圓盤，且其邊緣上有 N個等分凹槽，在圓盤的一側(cè)固定一個發(fā)光二極管，其位置對準(zhǔn)凹槽處 ， 如圖 （ a） 所示，在另一側(cè)和發(fā)光二極管平行的位置上固定一個光敏三極管，如果電動機轉(zhuǎn)到凹槽處時，發(fā)光二極管通過縫隙將光照射到光敏三極管上，三極管導(dǎo)通，反之三極管截止，電路如圖 （ b） 所示，從圖中可以得出電機每轉(zhuǎn)一圈在 PC3 的輸出端就會產(chǎn)生 N個低電平，這樣就可以根據(jù)低電平的數(shù)量來計算電機的轉(zhuǎn)速了。七路差分模擬輸入通道共享一個通用負端(ADC1), 而其他任何 ADC 輸入可做為正輸入端。而采用高級語言可以提高系統(tǒng)應(yīng)用程序的編寫效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)時間和周期。它根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進行比較的出偏差 e(n)，對偏差進行 P、 I、 D 運算，最終利用運算結(jié)果控制 PWM 脈沖的占空比來實現(xiàn)對加在電機兩端電壓的調(diào)節(jié)，進而控制電機轉(zhuǎn)速。通 的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。 在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)速系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開 電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短，通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，從而控制電機的轉(zhuǎn)速。 產(chǎn)生 PWM 脈沖的四種方法 ① 分立電子元件組成的 PWM 信號發(fā)生器這種方式是用分立的邏輯電子元件組成 PWM 信號電路 ,是較早采用的方法 ,可靠性、可調(diào)性較差 。 Flag1=0。 U0=200。 //設(shè)置液晶顯示器 Clr_Scr()。 right()。 left()。 right()。 33 right()。 left()。 right()。 Left()。 Flag1=0。Disp_Digit (2,52,s[0])。 Delay12864(2500)。 Delay12864(1000)。 For(flag=0,n=0。} left()。Disp_Digit (2,52,s[n])。 right()。 Delay12864(1000) right()。) { right()。Disp_Digit(2,36,s[n])。 Delay12864(2500)。Disp_Digit (4,28,s[0])。Disp_Digit (4,28,kong)。 For(flag=0,n=0。} left()。Disp_Digit (4,52,s[n])。Disp_Digit(4,28,s[0])。Disp_Digit(4,28,kong)。Disp_Digit(4,44,s[0])。Disp_Digit (4,52,s[n])。) { left()。 left()。 If(flag==1)break。Disp_Digit (4,52,s[0])。 36 Kii+=*n。Disp_Digit(2,52,kong)。Disp_Digit(2,36,s[n])。} right()。 Kii=0。 Set=0。) { left()。 left()。 if(flag==1) break。 Kpp+=10*n。Disp_Digit (2,28,kong)。Disp_Digit (2,28,s[0])。 Left()。 right()。 left()。 left()。 right()。 left()。 left()。 left()。 pwm1=0。 32 count=0。通過單片機的初始化設(shè)置 ,使其自動發(fā)生 PWM脈沖波 ,只有在改變脈沖寬度時 ,CPU才進行干預(yù) ,該方法控制直流電動機轉(zhuǎn)速簡單、可靠。如圖 所示： 圖 （ a） PWM 調(diào)速系統(tǒng)原理圖 29 圖 （ b） 圖 直流電機 PWM 調(diào)速曲線 在脈沖作用下，當(dāng)電機通電時，速度增加，電機斷電時，速度逐漸減少。 PWM 的意思是脈寬調(diào)節(jié) ,也就是調(diào)節(jié)方波高電平和低電平的時間比 ,一個20%占空比波形 ,會有 20%的高電平時間和 80%的低電平時間，而一個 60%占空比的波形則具有 60%的高電平時間和 40%的低電平時間 ,占空比越大 ,高電平時間越長 ,則輸出的 脈沖幅度越高 ,即電壓越高 。 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。 直流電機驅(qū)動器的單片機控制軟件采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上，包括一個主循環(huán)體程序、鍵盤程序、顯示程序以及一些控制程序。標(biāo)稱值為 的基準(zhǔn)電壓，以及 AVCC，都位于器件之內(nèi)。 ADC 與一個 8 通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對來自端口 A 的 8 路單端輸入電壓進行采樣。 增量式光電編碼器在圓盤上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線條，在圓盤兩側(cè)安放發(fā)光元件和光敏元件。在本設(shè)計中，用 鏈接鍵盤的列信號 L0L3，用 鏈接鍵盤行信號 H0H3。 根據(jù)按鍵開關(guān)與 CPU 的連接方式不同，鍵盤又可以分為獨立式和行列式兩大類。 HIN 信號的占空比為 D=t1/T，設(shè)電源電壓為 V， 20 那么電樞低壓的平均值為： VOUT=[t1（ Tt1） ]V/T =(2t1T)V/T =(2D1)V 定義負載電壓系數(shù)為 λ ， λ =VOUT/V，那么 λ =2D1，當(dāng) T 為常數(shù)時，改變 HIN為高電平的時間 t1，也就改變了占空比 D，從而達到改變 VOUT的目 的， D 在 01之間變化，因此 λ 在 177。 在 HIN 為高電平期間， Q Q4 導(dǎo)通，在直流電機上加正向工作電壓，具體操作步驟如下： 當(dāng) IC1 的 LO 為低電平而 HO 為高電平的時候， Q2 被截止， C1 上的電壓經(jīng)過VB、 IC 內(nèi)部電路和 HO 端加在 Q1 的柵極上，從而使得 Q1導(dǎo)通，同理，此時 IC2的 HO 為低電平而 LO 為高電平， Q3 截止， C3 上的電壓經(jīng)過 VB、 IC 內(nèi)部電路和HO端加在 Q4 的柵極上，從而使得 Q4 導(dǎo)通。 AREF： A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。片內(nèi) ISP Flash 允許程序存