【正文】 小隨直流電機(jī)轉(zhuǎn)速大小變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此精度比較高，但由于該方案的安裝比較復(fù)雜、成本也比較高，在本次設(shè)計(jì)沒有采用此方案。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求以及成本考慮，顯示模塊選用方案一。 電源模塊設(shè)計(jì)方案 電源是任何系統(tǒng)能否運(yùn)行的能量來源，任何一種電力系統(tǒng)電源模塊都是不可或缺的，對(duì)于該模塊考慮下兩種方案： 方案一：通過電阻分壓的形式將整流后的電壓分別降為控制芯片和電機(jī)運(yùn)行所需的電壓，此種方案原理和硬件電路連接都比較簡(jiǎn)單，但對(duì)能量的損耗大，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)同一般不宜采用。每次電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后開始顯示，停止時(shí) LED 顯示出“ 0000”。這樣單片機(jī)產(chǎn)生的 PWM 脈沖控制 L298N 的選通端，使電機(jī)在 PWM 脈沖的控制下正常運(yùn)行，其中四個(gè)二極管對(duì)芯片起保護(hù)作用。 霍爾器件測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速裝置由一個(gè)測(cè)速齒輪和霍爾傳感器構(gòu)成。 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 43 頁 圖 44(a)測(cè)速齒輪 圖 44（ b） 霍爾傳感器安裝示意圖 AT89S52的簡(jiǎn)介 AT89S52 主要性能 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。圖 “c” 為引腳圖，從 ag 引腳輸入不同的 8 位二進(jìn)制編碼，可顯示不同的數(shù)字或字符。采用經(jīng)驗(yàn)法對(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行調(diào)試修正，最后取 P=10， I=2， D=。從 ISIS 窗口各欄內(nèi)容可知： PROTEUS VSM 所包括的內(nèi)容都已整合到 ISIS 中，所以， ISIS 實(shí)際上是 PROTEUS VSM 的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。 （ 4）程序編譯 點(diǎn)菜單 Source→ Add/Remove source Files”，選擇 ASEM51 編輯器， 將上面的匯編源程序 添加。倘若此時(shí)按啟停按鈕，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，回到圖 64 狀態(tài)。不僅讓我對(duì)學(xué)過的單片機(jī)知識(shí)有了很多的 鞏固，同時(shí)也對(duì)單片機(jī)這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣。老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、誨人不倦的態(tài)度和學(xué)術(shù)上精益求精的精神讓我受益終生。 其次，學(xué)校在這方面也給我們提供了很大的支持和幫助，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)比較重視，每個(gè)設(shè)計(jì)小組配有專門的指導(dǎo)老師，幫助 我們能順利完成整個(gè)設(shè)計(jì)。 由于實(shí)驗(yàn)條件不足沒能做出實(shí)物圖，所以沒有遇到做 PCB 板焊接電路之類的硬件設(shè)計(jì)問題。 圖 69 減速后 波形（ COT0=10） 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 32 頁 共 43 頁 同理，按動(dòng)多次加速鍵后，當(dāng) COT1=0AH＝ 10 后，加速檔位到達(dá)最高，不再加速，相當(dāng)于速度 11 檔。 （ 5）程序加載 在編輯環(huán)境左擊單片機(jī)然后右擊，在彈出的對(duì)話框中將編譯生成的 HEX 文件加載到芯片中，設(shè)單片機(jī)的時(shí)鐘工作頻率為 12MHZ。 Proteus 的軟件仿真基于處理器虛擬系統(tǒng)仿真模型 VSM，是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如 MCS51 系列、 AVR、 PIC湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 27 頁 共 43 頁 系列等常用的 MCU，以及單片機(jī)外圍電路，比如 LCD， RAM， ROM，鍵盤，馬達(dá)， LED， AD/DA等。 如圖 54 所示。不同數(shù)字或字符其字段碼不一樣，對(duì)于同一個(gè)數(shù)字或字符，共陰極連接和共陽極連接的字段碼也不一樣，共陰極和共陽極的 字段碼互為反碼。 當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。片上 Flash 允許 程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器?；魻栐潭ㄔ诰帻X輪外圓 1mm 的探頭上，對(duì)面粘貼小磁鋼，當(dāng)測(cè)速齒輪的每個(gè)齒經(jīng)過探頭正前 方時(shí)，改變了磁通密度，霍爾元件就輸出了一個(gè)脈沖信號(hào)?；魻杺鞲衅魇歉鶕?jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。在本系統(tǒng)中直流電機(jī)需要12V 電源，而單片機(jī)、顯示模塊等其它電路需要 5V 的電源，因此電路中選用 7805 和 7812兩種穩(wěn)壓芯片，其最大輸出電流為 ，能夠滿足系統(tǒng)的要求，其電路如圖 42 所示。 根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，采用方案二作為系統(tǒng)的供電模塊。這種鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是：電路簡(jiǎn)單，各條檢測(cè)線獨(dú)立，識(shí)別按下按鍵的軟件編寫簡(jiǎn)單。最主要的 是它 對(duì)外部環(huán)境的要求不高，并且工作溫度可以達(dá)到 150176。該器件內(nèi)部由三片霍爾金屬板組成。因此在本次設(shè)計(jì)選用方案一。 本控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速是待檢測(cè)的參數(shù)，也是反饋檢測(cè)量，通過測(cè)速電路將直流電機(jī) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為反饋信號(hào)輸入單片機(jī)，通過 PID 算法來控制 PWM(脈沖寬度調(diào)制 )輸出的占空比，進(jìn)而對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)期設(shè)定值。因此，實(shí)際用得較多的還是工程整定法。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) IT ， IT 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)； （ 3）微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。這也是 PWM 用于通信的主要原因。 圖 25 電樞電壓“占 空比”與平均電壓關(guān)系圖 設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 maxV ， 設(shè)占空比為 D=t1/T， 則電機(jī)的平均速度為 aV = DV ?max （ 22） 式中 ， aV — 電機(jī)的平均速度 ； maxV — 電機(jī)全通電時(shí)的速度 (最大 )； D=t1/T— 占空比。 目前，受到器件容量的限制， PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng) 。脈沖寬度調(diào)制（ Pulse Width Modulation），簡(jiǎn)稱 PWM。 圖 23 晶閘管－電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（ VM系統(tǒng)） 直流斬波器又稱直流調(diào)壓器，是利用開關(guān)器件 來實(shí)現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷時(shí)間的變化來改變負(fù)載上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源，亦稱直流－直流變換器。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。改變電樞湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 43 頁 電壓可通過多種途徑實(shí)現(xiàn)，如晶閘管供電速度控制系統(tǒng)大功率晶體管速度控制系統(tǒng)、直流發(fā)電機(jī)供電速度控制系統(tǒng)及晶體管直流脈寬調(diào)速系 統(tǒng)等。 aI 變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。此時(shí)載流導(dǎo)體 ab 和 cd 受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。絕大多數(shù)的直流電動(dòng)機(jī)都是由電磁力形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的。 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因?yàn)樵菀桌匣驮谑褂弥幸资芡饨绺蓴_影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。 PWM 控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80 年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。直流電機(jī)由于具有速度控制容易，啟動(dòng)制動(dòng)性能良好，且能在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等特點(diǎn)而在電力、冶金、機(jī)械制造等工業(yè)部 門中得到廣泛應(yīng)用。 Hall sensor。本文設(shè)計(jì)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，主要由 51 單片機(jī)、電源、驅(qū)動(dòng)電路、 LED 液晶顯示器、霍爾測(cè)速電路以及獨(dú)立按鍵組成的電子產(chǎn)品。通過獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟停、調(diào)速、轉(zhuǎn)向的人工控制， LED 實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)（速度）的顯示。 1960年以來，晶閘管整流器的應(yīng)用，使得直流拖動(dòng)控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，對(duì)滯留拖動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)也有了一套實(shí)用的工程設(shè)計(jì)方法。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。 選題的目的和意義 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速 ，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)中，采用了 PWM 技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過對(duì)占空比的計(jì)算達(dá)到精確調(diào)速的目的。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。 fI 變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同 aI 變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。 （ 2）靜止可控整流器 （簡(jiǎn)稱 VM 系統(tǒng)） 。 VM 系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。當(dāng)開關(guān) VT接通時(shí)，電源電壓 U。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。在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。 PWM 脈寬調(diào)制方式 PWM 脈寬調(diào)制的方式有 3 種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。根據(jù)偏差的比例（ P）、積分（ I）、微分（ D）進(jìn)行的控制，稱為 PID控制。工業(yè)應(yīng)用中，采用 PID 位置算法是不夠方便和有欠缺的。這種方法是對(duì)連續(xù)系統(tǒng)臨界比例度法的擴(kuò)充，適用于有自平衡特性的被控對(duì)象，不需要準(zhǔn)確知道對(duì)象的特性。并且它還具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。因此此中方案不宜采用。其檢測(cè)方式為：發(fā)射器和接受器相互對(duì)射安裝， 發(fā)射器的光直接對(duì)準(zhǔn)接受器，當(dāng)測(cè)物擋住光束時(shí)，傳感器輸出產(chǎn)生變化以指示被測(cè)物被檢測(cè)到。數(shù)碼管具有亮度高、工作電壓低、功耗小、易于集成、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、耐沖擊且性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，并且它可采用 BCD 編碼顯示數(shù)字，編程容易，硬件電路調(diào)試簡(jiǎn)單。按鍵設(shè)置在行、列線的交叉點(diǎn)上，利用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需 m 根行線和 n 根列線就可組成 mn? 個(gè)按鍵的鍵 盤，因此矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過 LED 顯示出來。 Vs 為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。因?yàn)檗D(zhuǎn)速常用 r/min 表示，所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 V=60N/24=(r/min)。 AT89S52 主要功能 列舉 擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash 晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ ROM）為 8KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）為 256 字節(jié) 32 個(gè)可編程 I/O 口線 8 個(gè)中斷向量源 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 全雙工 UART 串行通道 AT89S52 引腳圖 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 43 頁 圖 45 AT89S52 單片機(jī)引腳圖 各個(gè)引腳功能在此就不再詳述了。圖（ b）為共陽極結(jié)構(gòu)， 8 端發(fā)光二極管的陽極端連接在一起，陰極端分開控制，使用時(shí)公共端接電源。 圖 47 鍵盤電路 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 43 頁 整體硬件電路圖 圖 48 整體電路 圖 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 22 頁 共 43 頁 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主程序流程圖 圖 51 主程序流程圖 直流電機(jī)速度控制程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用增量式 PID 控制對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，它根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差 ()en ，對(duì)偏差進(jìn)行 P、 I、 D 運(yùn)算最終利用運(yùn)算結(jié)果控制 PWM 脈沖的占空比來實(shí)現(xiàn)對(duì)加在電機(jī)兩端電壓的調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 本文中由于我們主要使用 keilC51 軟件編輯、調(diào)試程序， Proteus 軟件仿真單 片機(jī)。 （ 2）設(shè)置編輯環(huán)境：按上述的方法對(duì) Proteus 的設(shè)計(jì)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。 圖 64 上電狀態(tài) 按下啟停按鈕。采用單片機(jī)控制取代了以往的模擬控制，使控制精度更高，而且方便系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)，靈活性和適應(yīng)性更強(qiáng)。 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 34 頁 共 43 頁 致謝 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，凝結(jié)了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。 湖北科技學(xué)院本科畢