【正文】 ............................... 6 直流電機調(diào)速 ..................................................... 7 電機控制系統(tǒng)方案 ........................................... 7 PWM 調(diào)速原理 ................................................ 8 本設(shè)計主要研究內(nèi)容 ............................................... 9 總體控制方案設(shè)計 ................................................. 9 第二章 硬件部分 ........................................................ 10 單片機介紹 ...................................................... 10 單片機發(fā)展歷史 ............................................ 11 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 .......................................... 11 常用單片機芯片簡介 ........................................ 12 AT89S51 介紹 ............................................... 13 紅外感應(yīng)開關(guān) .................................................... 15 功能特點 .................................................. 16 使用說明 .................................................. 16 技術(shù)參數(shù) .................................................. 17 PWM 信號產(chǎn)生電路 ................................................ 17 直流電機的驅(qū)動 .................................................. 18 IGBT 驅(qū)動器的基本要求 ...................................... 18 IGBT 的驅(qū)動 ................................................ 19 H 橋電路 ........................................................ 22 電流檢測 ........................................................ 23 霍爾效應(yīng) 霍爾元件 霍爾傳感器 .............................. 23 霍爾傳感器的分類 .......................................... 24 霍爾傳感器的特性 .......................... 錯誤 !未定義書簽。 清華大學出版社 ， 2021 專 業(yè) 班 級 自動化 0601 班 學生 趙 振 要求設(shè)計（論文）工作起止日期 2021 年 3 月 1 日 —— 2021 年 6 月 20 日 指 導 教 師 簽 字 日期 教研室主任審查簽 字 日期 系主任批準簽 字 日期 第 4 頁 I 旋轉(zhuǎn)門自動控 制器的設(shè)計 摘要 本文設(shè)計了一種旋轉(zhuǎn)門自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由 AT89S51 單片機和 IGBT 及其驅(qū)動電路等控制電路組成。要求為轉(zhuǎn)門設(shè)計控制器，能滿足以下功能： 1. 使系統(tǒng)的控制曲線平穩(wěn)無波動，門體運行流暢，并且進行無極無擾動調(diào)速，用戶滿意。 ，內(nèi)容包括： 1) 畢業(yè)設(shè)計說明書電子文檔； 2) 有關(guān)的電路設(shè)計原理圖 ； 3）主要軟件流程圖 。紅外檢測開關(guān)對人體進行檢測，將檢測信號送入單片機，單片機對開關(guān)信號進行檢測并對反饋電流及轉(zhuǎn)速的采集數(shù)據(jù)進行處理，輸出控制信號，由 PWM發(fā)生電路產(chǎn)生 PWM 波，控制 IGBT 及其驅(qū)動電路，從而實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)門的控制。 數(shù)字濾波 ........................................................ 36 中值濾波法 ................................................ 37 中值濾波程序 .............................. 錯誤 !未定義書簽。高水平地實現(xiàn)單向左旋轉(zhuǎn)或單向右旋轉(zhuǎn)，靜音無沖擊，核心部件高品質(zhì)化，用戶能得到物美質(zhì)優(yōu)的完美服務(wù)。 自動旋轉(zhuǎn)門與手動區(qū)別在于自動旋轉(zhuǎn)門帶感應(yīng)裝置，能自行感知物體從而達到開門效果。用戶可根據(jù)不同的季節(jié)、場合和需求，通過功能控制面板可以選擇所需的功能，能有效地對室內(nèi)外氣溫進行隔離從而保持合適的室內(nèi)氣溫。 兩翼帶展不帶平移旋轉(zhuǎn)門 帶展不帶平移的兩翼旋轉(zhuǎn)門是錦上添花之作，可以另用展臺這一突出的設(shè)計作為廣告平臺和藝術(shù)品擺放的載體。寬敞的通行空間與典雅的外觀設(shè)計，內(nèi)部空氣流出量比普通門少，有效的抵御了外部風、灰塵、垃圾的進入，可大幅度改善樓宇的室內(nèi)環(huán)境。四翼自動旋轉(zhuǎn)門的控制系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)技術(shù)成熟，具有進口多種防護系統(tǒng)，運行安全可靠，故障率極低，免維護時間最長，是應(yīng)用最廣泛的一種旋轉(zhuǎn)門。 曲壁：曲 壁采用新型鋁合金擠壓式型材骨架，適用于玻璃或密閉曲壁四周門柱均安裝橡皮安全膠條。每扇門翼靠軸心一側(cè)的玻璃直插入中心軸內(nèi)，另三面邊 框安裝毛條與地面、天花及曲壁緊密連接。據(jù)資料顯示，在所有動力資源中，百分之九十以上來自電動機。這種方法簡單易行設(shè)備制造方便，價格低廉。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟指標上和可靠性有所 提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。近年來，一些先進國家陸續(xù)推出并大量使用以微機為控制核心的直流電氣傳動裝置，如西門子公司的 SIMOREG K 6RA2 ABB 公司的 PAD/PSD 等等。電動機的驅(qū)動部分所采用的功率器件經(jīng)歷了幾次的更新?lián)Q代以后，速度更快，控制更容易的全控型功率器件 MOSFET 和 IGBT 逐漸成為主流。 直流電動機控制的研究現(xiàn)狀 數(shù)字直流調(diào)速裝置，從技術(shù)上，它能成功地做到從給定信號、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定、直到觸發(fā)脈沖的數(shù)字化，使用通用硬件平臺附加軟件程序控制一定范圍功率和電流大小的直流電機，同一臺控制器甚至可以僅通過參數(shù)設(shè)定和使用不同的軟件版本對不同類型的被控對象進行控制，強大的通訊功能 使它易和 PLC 等各種器件通訊組成整個工業(yè)控制過程系統(tǒng)，而且具有操作簡便、抗干擾能力強等特點，尤其是方便靈活的調(diào)試方法、完善的保護功能、長期工作的高可靠性和整個控制器體積小型化，彌補了模擬直流調(diào)速控制系統(tǒng)的保護功能不完善、調(diào)試不方便、體積大等不足之處，且數(shù)字控制系統(tǒng)表現(xiàn)出另外一些優(yōu)點，如查找故障迅速、調(diào)速精度高、維護簡單，使其具備了廣闊的應(yīng)用前景。但由于進口設(shè)備價格昂貴，也給出了國產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展空間。改變電樞電壓從而改變轉(zhuǎn)速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，動態(tài)響應(yīng)快，適用于要求大范圍無級平滑調(diào)速的系統(tǒng) 。 (2)20 世紀 50 年代，開始用汞弧整流器和閘流管組成的靜止變流裝置取代旋轉(zhuǎn)變流機組，但到 50 年代后期又很快讓位于更為經(jīng)濟可靠的晶閘管變流裝置。 本設(shè)計采用單片機產(chǎn)生 PWM 脈寬信號來控制直流電機的轉(zhuǎn)速。采用紅外感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)人體進行旋轉(zhuǎn)門的開啟和關(guān)閉，設(shè)置兩個按鈕提供 手推模式 和 老年人殘疾人模式 兩種選擇，兩個旋鈕以供快速和慢速兩種速度的調(diào)節(jié)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。 單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于 嵌入式系統(tǒng) ，因此它得到了最多的應(yīng)用。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十 K 的尺寸！對于家用 PC 的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。 1976 年， Intel公司首先推出了 MCS48 系列的單片微型計算機，它具有體積小、功能全、價格低等特點，獲得了廣泛的應(yīng)用，為單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型 程控交換機 、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通 信， 無線電 對講機等。 常用單 片機芯片簡介 STC 單片機 STC 公司的單片機主要是基于 8051 內(nèi)核 ,是新一代增強型單片機 ,指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,速度快 8~12 倍 ,帶 ADC,4 路 PWM,雙串口 ,有全球唯一 ID 號 ,加密性好，抗干擾強 . PIC 單片機： 是 MICROCHIP 公司的產(chǎn)品 ,其突出的特點是體積小 ,功耗低 ,精簡指令集 ,抗干擾性 13 好 ,可靠性高 ,有較強的模擬接口 ,代碼保密性好 ,大部分芯片有其兼容的 FLASH 程序存儲器的芯片 . EMC 單片機： EMC 單片機是臺灣義隆公司的產(chǎn)品 ,有很大一部分與 PIC 8 位單片機兼容 ,且相兼容產(chǎn)品的資 源相對比 PIC 的多 ,價格便宜 ,有很多系列可選 ,但抗干擾較差 . ATMEL 單片機： ATMEl 公司的 8 位單片機有 AT8 AT90 兩個系列 ,AT89 系列是 8 位 Flash 單片機 ,與 8051 系列單片機相兼容 ,靜態(tài)時鐘模式 。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。 2）兩種觸發(fā)方式：（可選擇） :即感應(yīng)輸出后，延時時間段一結(jié)束，輸出將自動關(guān)閉。 ，以免引進干擾信號產(chǎn)生誤動作；使用環(huán)境盡量避免流動的風，風也會對感應(yīng)器造成干擾 ，探頭的窗口為長方形，雙元（ A 元 B 元）位 于較長方向的兩端，當人體從左到右或從右到左走過時 ,紅外光譜到達雙元的時間、距離有差值，差值越大，感應(yīng)越靈敏，當人體從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過時，雙元檢測不到紅外光譜距離的變化，無差值，因此感應(yīng)不靈敏或不工作；所以安裝感應(yīng)器時應(yīng)使探頭雙元的方向與人體活動最多的方向盡量相平行，保證人體經(jīng)過時先后被探頭雙元所感應(yīng)。由于單片機運行速度很快，單片機的調(diào)速過程不會對電機的速度構(gòu)成影響。 PWM 的頻率由電容的充電和放電時間決定，其充電時間為 T1=RAC1Ln2 () 放電時間為 T2= RBC1Ln2 () 故 PWM 的頻率為 f=1/T= 1/ (T1+T2) = 1/ (RA+ RB) C1Ln2 () 電路中， RA+ RB=10kΩ , C1取 F,因此 PWM 的頻率為 。 IGBT 導通。當 UGE 增大時， IGBT 承受短路或過電流時間減小，對 IGBT 安全不利。 (3) 信號具有一定的前沿陡度和寬度 IGBT 的門源特性呈電容性，與開關(guān)速度有關(guān)，因此驅(qū)動器須具有足夠的瞬時電流的吞吐能力，才能使 IGBT 柵、射電壓建立或消失的足夠快，從而使開關(guān)損耗降較低的水平。它具有隔離強度高、反應(yīng) 速度快、參數(shù)一致性好、具有防擎住效應(yīng)的緩關(guān)斷電路等優(yōu)點，并可以對 IGBT 實施過流保護。 常用的 EXB8..Series 主要有：標準系列的 EXB850 和 EXB851，高速系列的 EXB840和 EXB841。 1 輸入電流 IIN