【正文】 致 謝通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《基于單片機控制的配料自動控制系統(tǒng)》終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果分析設(shè)置好仿真參數(shù)只好，點擊開始仿真按鈕，系統(tǒng)開始仿真。傳統(tǒng)的調(diào)試方法不僅增加系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試強度而且不易產(chǎn)生預(yù)期結(jié)果。鍵盤參數(shù)設(shè)置的處理主程序中的重要部分，這部分程序設(shè)計采用程序的模塊化，有效的解決了復(fù)雜的多重分支問題。穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓等。在按鍵數(shù)量較多時，可以節(jié)省I/O口線。在電路連接中。同時由于IR2110的輸出電壓為10V～20V，固可以直接用來驅(qū)動IGBT工作。模擬電路構(gòu)成的PWM調(diào)制器通常由三角波（或鋸齒波）發(fā)生器和比較器組成，這種電路適用于控制信號為模擬信號的場合。M/T法測速原理圖如圖38。采集到的電壓信號經(jīng)比例運放LM345放大為0～5V的電壓值，進ADC0809的A/D輸入端,。功率器件開通及關(guān)斷時所導(dǎo)致的過電流和過電壓情況不同，在功率器件開通時，電流迅速上升，di/dt很大；功率器件關(guān)斷時，du/dt迅速上升，并出現(xiàn)很高的過電壓。單片機的各個接口電路：XTAL1與XTAL2之間接一個12MHz晶振，并聯(lián)兩個30pF的小電容組成諧振電路； ，再由8155H數(shù)據(jù)端的PB0PB7接8279的DB0DB7來控制鍵盤/顯示模塊。經(jīng)過資料搜尋，我決定采用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809來完成本次設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換部分，ADC0809 是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。抗共模電壓干擾能力強。 本設(shè)計的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應(yīng)變傳感器半橋式測量電路。然后將放大后的電壓經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到單片機中進行數(shù)據(jù)分析處理，通過編程達到自動控制的目的。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，要校正成I型系統(tǒng)，顯然要用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； — 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。同時，8279芯片外接一個 44鍵盤，通過鍵盤可設(shè)置數(shù)字來控制系統(tǒng)的啟動停止，最終達到一個智能控制的目的。兩個調(diào)節(jié)器的作用[8]：（1）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。 硬件調(diào)試法：硬件調(diào)制法是為解決等面積法計算繁瑣的缺點而提出的，其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，當(dāng)調(diào)制信號波為正弦波時，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點,在交點時刻對開關(guān)器件的通斷進行控制，這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實現(xiàn)精確的控制. 軟件生成法：由于微機技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成SPWM波形變得比較容易，因此，其有兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法.本設(shè)計利用軟件編程設(shè)置一些關(guān)鍵控制字，實現(xiàn)脈寬調(diào)制信號的輸出，達到控制的目的。PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。通過以上的分析，可以看到配料自動控制系統(tǒng)還要經(jīng)過一些完善，具有很深刻的研究意義。計算機首次被引入電子配料系統(tǒng)，大大提高了它的集成度。可以看到，中國廣大的市場為配料系統(tǒng)的發(fā)展提供了廣闊的前景。在煤炭行業(yè)，配料系統(tǒng)用于定量供煤，能否準(zhǔn)確配料直接決定配煤質(zhì)量。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)、快速增長，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化、快速化已經(jīng)成為與人們生活息息相關(guān)的一個環(huán)節(jié)。目前，配料控制系統(tǒng)己廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會生活的各個領(lǐng)域。衡器是利用作用于物體上的重力來確定該物體質(zhì)量的計量儀器，按其操作方式可分為：自動衡器和非自動衡器。在自動配料系統(tǒng)的研發(fā)與設(shè)計方面，歐美發(fā)達國家的起步較早，而當(dāng)時的中國在清政府的統(tǒng)治下，采取閉關(guān)鎖國的外交政策，使得我國沒有及時的引進這些先進技術(shù)。這里主要對比后兩種方案。到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)[3]。如果設(shè)置PI調(diào)節(jié)器可以實現(xiàn)無靜差調(diào)速。（3）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓變化。直流電動機規(guī)格為：額定電壓220V，額定轉(zhuǎn)速1500r/min,允許過載倍數(shù)=；本次設(shè)計選用直流電動機的額定參數(shù)直流電動機Z232的額定參數(shù)PN=、UN=220V、IN=、nN=1500 r/min。（3）小時間常數(shù)近似處理條件：現(xiàn)在，=，滿足近似條件。是目前應(yīng)用在測量力、加速度、質(zhì)量等參數(shù)最廣泛的應(yīng)用傳感器之一。式（32）稱平衡條件。本系統(tǒng)采用AD620芯片對檢測到的重量信號進行放大，此類芯片內(nèi)部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單。邏輯數(shù)據(jù)信號由AT89C52的數(shù)據(jù)口P0發(fā)出直接接到ADC0809的8根數(shù)據(jù)線上，ADC0809的地址輸入線A、B、 三個端口控制，經(jīng)譯碼后可選通IN0～IN7 八個通道中的任意一個進行AD轉(zhuǎn)換，用于控制AD0809模擬信號輸入通道。、A1口，用來控制計數(shù)器的工作方式。 圖35 IGBT緩沖電路 IGBT選擇及計算本設(shè)計中IGBT的選擇主要依據(jù)以下參數(shù)：通態(tài)平均電流、斷態(tài)重復(fù)峰值電壓及反向重復(fù)峰值電壓。為了在較大的速度范圍內(nèi)獲得高精度和快速的數(shù)字測速，數(shù)字測速具有測速精度高、分辨能力強、受器件影響小等優(yōu)點。因為8253為下降沿計數(shù)，故將脈沖信號通過反向器74LS04接到8253的GATE0端[16]。所以考慮用數(shù)字電路：計數(shù)器（或定時器）、觸發(fā)器和少量輔助電路實現(xiàn)。當(dāng)HIN 為低電平時,聚集在Q2柵極和發(fā)射極之間的電荷在芯片內(nèi)部通過電阻迅速放電使Q2關(guān)斷。因此鍵盤模塊設(shè)計的好壞，直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。此時，在8位段數(shù)據(jù)輸出端口輸出下一個LED顯示位的顯示內(nèi)容。15v。 PI調(diào)節(jié)器數(shù)學(xué)表達式為: 式中, u(t)為系統(tǒng)控制量。 本文利用 matlab仿真工具對直流調(diào)速系統(tǒng)進行仿真分析，通過仿真方法來調(diào)整理論設(shè)計所得的參數(shù)，找出系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)，仿真結(jié)果可以用來指導(dǎo)實際系統(tǒng)的設(shè)計[21]。最高轉(zhuǎn)速1600r/min，轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于10%，達到預(yù)期目標(biāo)，整個變化曲線同實際情況非常類似。我將銘記我曾是一名科院學(xué)子，在今后的工作中把科院的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚光大。為使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能更好，該系統(tǒng)采用無靜差調(diào)節(jié)，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用比例積分調(diào)節(jié)器（PI調(diào)節(jié)器），使系統(tǒng)保證恒速運行，以保證滿足更嚴(yán)格的生產(chǎn)要求。和120176。 PI調(diào)節(jié)流程圖如圖43所示。所以，整個系統(tǒng)的軟件編程部分，是使本次設(shè)計實現(xiàn)自動控制的很重要的一個環(huán)節(jié)[18]。5V，電橋測量電路需要177。8279最多可用來控制16位LED顯示器，當(dāng)顯示位數(shù)超過8位時，均需要設(shè)定為16位字符顯示。為實現(xiàn)以上擴展功能，本系統(tǒng)需要進行I/O擴展，以實現(xiàn)鍵盤與顯示電路的連接，組成一個方便操作的人機界面。圖310 PWM信號產(chǎn)生電路 PWM信號驅(qū)動電路由于單靠光耦不能驅(qū)動IGBT工作，所以要選取專門的驅(qū)動芯片。這樣從測速啟動點到停止點時間間隔內(nèi)，GATE0為高電平，則輸入8253的CLK0端口的測速脈沖計數(shù)值即為。 M/T法測速原理M/T法測速原理是在對光電編碼器輸出的測速脈沖數(shù)進行計數(shù)的同時，對時鐘脈沖的個數(shù)也進行計數(shù)。同時，在本次設(shè)計中，要求電機快速啟動、制動，通過電流采樣，單片機控制控制電流在允許的范圍內(nèi)達到最大值，保證電機快速、平穩(wěn)運行。由于電路中瞬時電流會很大，為了安全起見，開關(guān)采取繼電器吸合。 系統(tǒng)采用ATM公司的AT89C52作為控制中心，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)和外接設(shè)備的信號，再處理數(shù)據(jù)，發(fā)出控制信號，以達到所需的要求。AD620 為三運放集成的儀表放大器結(jié)構(gòu), 為保護增益控制的高精度, 其輸入端的三極管提供簡單的差分雙極輸入, 并采用β工藝獲得更低的輸入偏置電流, 通過輸入級內(nèi)部運放的反饋, 保持輸入三極管的集電極電流恒定, 并使輸入電壓加到外部增益控制電阻Rg上。另一方面，檢測電路對運算放大器要求很高。其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠壽命長；靈敏度和分辨力高。圖23 雙閉環(huán)等效結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計步驟如下：（1）電流環(huán)等效時間常數(shù)2=（2）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)，（3）轉(zhuǎn)速換小時間常數(shù)，按小時間常數(shù)近似處理=按跟隨和抗擾性能都好的原則，取h=5,則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)為=轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 =（213） 于是ASR的比例系數(shù) = （214） 轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率為：20/S(1)轉(zhuǎn)速環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：，現(xiàn)在=20，幾乎等于，滿足簡化條件。 直流電機相關(guān)參數(shù)的計算電樞電阻 一個經(jīng)驗公式，其中認(rèn)為在額定負(fù)載下，電樞銅損占電動機總損耗的～，由于是Z232型號的直流電動機銅損占總損耗的比例較高，故取，電樞電阻計算公式為 （23）代入數(shù)據(jù)=220V，=，==。系統(tǒng)采用高分辨率數(shù)字觸發(fā)器和高精度數(shù)字測速裝置。圖21為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖[7]。利用旋轉(zhuǎn)編碼器測得電機速度，同時利用霍爾式電流傳感器取得到電流信號并將其轉(zhuǎn)化為合適的電壓信號，把電壓信號輸入給A/D轉(zhuǎn)換芯片再送給給單片機，在內(nèi)部通過軟件編程進行運算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實現(xiàn)電機的自動調(diào)速控制。把該電路應(yīng)用于本設(shè)計，能實現(xiàn)電動機連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動機不可逆運行等技術(shù)要求。在生產(chǎn)任務(wù)繁重的時候，要求系統(tǒng)能夠加快生產(chǎn)速度，集中控制電機的啟動、瀏覽生產(chǎn)工業(yè)流程圖、作出事故報警響應(yīng)、調(diào)節(jié)電機運行速度等功能，實現(xiàn)所需功能的集中控制，這就要求系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程控制功能，并且實時對現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)控。第二次世界大戰(zhàn)之后，隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，配料系統(tǒng)的發(fā)展也是突飛猛進。因此，配料精度的高低和配料速度的快慢制約著整個生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，因此應(yīng)對配料過程的質(zhì)量和產(chǎn)量控制給予足夠重視。能否準(zhǔn)確配料已經(jīng)成為影響人們生產(chǎn)生活的一個重要因素，但是我國現(xiàn)有的這方面的產(chǎn)品少且設(shè)備功能不齊全、精度不高、工作不穩(wěn)定。皮帶配料系統(tǒng)作為一種動態(tài)衡器，已經(jīng)廣泛用于工礦企業(yè)、交通運輸、冶金、化工、建材等國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域的配料中，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。如果配制的質(zhì)量達不到要求，輕則造成原料、能源的浪費，重則影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率川，并且有些重要生產(chǎn)崗位的配料失誤甚至?xí)o整個生產(chǎn)釀成事故。最早的皮帶傳輸系統(tǒng)稱重原理來自于斗式輸送機對散狀物料連續(xù)自動稱量的裝置。 配料系統(tǒng)的發(fā)展趨勢近年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，對原有配料系統(tǒng)進行技術(shù)方面改進已經(jīng)成為必然的趨勢，提出了通過數(shù)據(jù)采集、自動控制、遠程監(jiān)視、報警、運行管理、變頻調(diào)速等多方面的技術(shù)改進方法。三相全控橋整流電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，其輸出電壓波動小，適合直流電動機的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣（將近50）。論文中采用了專門的芯片組成了PWM信號的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過控制直流電機電路中的IGBT來控制電機的轉(zhuǎn)速。雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)中采用了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實現(xiàn)串級連接。電機控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)雙閉環(huán)調(diào)速，可以達到迅速控制電機轉(zhuǎn)速變化，快速穩(wěn)定轉(zhuǎn)速等目的。轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%； 低速平穩(wěn)性好，穩(wěn)定精度好，調(diào)速范圍廣； UPE系統(tǒng)開關(guān)頻率高，電機損耗，發(fā)熱量要求小； 系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，抗干擾能力強； 有鍵盤、顯示器組成的人機界面，顯示器用來顯示測量秤上物料的重量和當(dāng)前皮帶的轉(zhuǎn)速；鍵盤用來設(shè)定測量秤所允許的重量裕度。轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖簡化過程如圖23。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。所以應(yīng)該在電路中設(shè)置一對大的電解電容濾除低頻噪聲和一對普通小電容消除高頻干擾。C)特性。圖33 A/D轉(zhuǎn)換電路 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)AT89C52為8位通用為處理器，是一個低電壓，高性能的CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用[13]。本設(shè)計限流電阻取1K，并聯(lián)一個開關(guān)。圖36 PWM變換器電路 直流電機電流檢測電路在電機運行過程中，電路中的電流可能會因為電機過載、外部環(huán)境干擾、電機運行異常變得過大，從而對IGBT和直流電機產(chǎn)生損害，本系統(tǒng)需要把電路中的電流采集出來，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送給單片機，在單片機內(nèi)部執(zhí)行一定的算法，來控制主電路中的電流大小。綜合考慮，我采用M/T法測速處理。當(dāng)8155H的PC0端口輸出高電平，發(fā)出啟動測速信號，即置D為高電平，測速脈沖計數(shù)器立即從初始值開始計數(shù)直至PC0口輸出低電平，即發(fā)出停止測速信號，迫使計數(shù)過程停止。PWM信號產(chǎn)生電路如圖310所示。顯示器要及時的顯示皮帶傳輸系統(tǒng)上的物料重量，同時，還要顯示上一級傳輸帶傳輸物料的速度。本系統(tǒng)鍵盤/顯示器芯片接口芯片采用8279，8279是Intel公司生產(chǎn)的通用可編程鍵盤/顯示接口芯片，利用8279芯片作為通用接口電路，一方面接受來自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)并進行預(yù)處理，另一方面實現(xiàn)對顯示數(shù)據(jù)的管理和對數(shù)碼顯示器的控制，從而實現(xiàn)對鍵盤/顯示器的自動掃描，并識別鍵盤上閉合鍵的鍵號，不僅可以大大節(jié)省CPU對鍵盤/顯示器的操作時間，從而減輕CPU的負(fù)擔(dān)，而且顯示穩(wěn)定，程序簡單，不會出現(xiàn)誤操作，由于這些優(yōu)點，8279芯片日益被廣泛采用。圖314 鍵盤顯示電路接線圖系統(tǒng)需要多種電源，單片機、D觸發(fā)器401AD080SN74191需要＋5V電源，AD620需要177。圖3