【正文】 為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，需對(duì)測(cè)速機(jī)輸出的模擬電壓 Ua 進(jìn)行變換，圖 示是采用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的變換電路。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 R 3 8R E S 2R 3 7R E S 2R 3 9R E S 2R 5 4P O T 2 U9O P T O I S O 1U 1 0O P T O I S O 1R 5 3P O T 2P W M _ C T R LR 4 0R E S 2U 1 4NANDU 1 3NAND+ 5VR 4 1R E S 2U 1 6NANDU 1 5NAND+ 5VR S TU 1 9NORU 1 8ORU 1 7ORCLKA1MCUCTRLC1 圖 故障檢測(cè)及保護(hù)電路 圖 轉(zhuǎn)速檢測(cè) 本設(shè)計(jì)中選用的轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置由單片微機(jī)、模擬電壓變換電路幾 A/D 轉(zhuǎn)換器接口芯片組成的測(cè)速裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)，其原理圖如圖 ，圖中的三部分均具有線(xiàn)行特性 ： (1) 分辨率 。除 PC 之外，復(fù)位操作還對(duì)其他寄存器有影響，對(duì)我們的設(shè)計(jì)也是要考慮的。綜合一二兩步的結(jié)果，可確定按鍵編號(hào)。 PROG 編程脈沖輸入端 29 PSEN 程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端 31 EA /Vpp 外部程序存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)允許信號(hào)。 片內(nèi)有 4KB 可在線(xiàn)重復(fù)編程的快閃檫寫(xiě)存儲(chǔ)器（ Flash Memory）。 VD VD2 選用 2CP1G，額定電流為 25A，最高耐壓為 1200V。 （ 4） 光電隔離及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 由于輸出的 PWM 控制信號(hào)功率很小無(wú)法直接驅(qū)動(dòng) IGBT，要經(jīng)過(guò)脈沖功率放大后才能驅(qū) 動(dòng) IGBT。 由于 N+ 區(qū)存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以 IGBT 的通態(tài)壓降小，耐壓 1000V 的 IGBT 通態(tài)壓降為 2 ～ 3V 。因此熟悉 IGBT 模塊性能，了解選擇及使用時(shí)的注意事項(xiàng)對(duì)實(shí)際中的應(yīng)用是十分必要的。因此使用中要 注意以下幾點(diǎn)： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 在使用模塊時(shí)，盡量不要用手觸摸驅(qū)動(dòng)端子部分，當(dāng)必須要觸摸模塊端子時(shí)，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后，再觸摸； 在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動(dòng)端子時(shí)，在配線(xiàn)未接好之前請(qǐng)先不要接上模塊； 盡量在底板良好接地的情況下操作。采用大功率電容 C濾波，以獲得恒定的直流電壓 Us。 V1V2V3V4U d1U d2MUa 橋式 PWM降壓斬波器 原理電路圖 UdUaT1 T2 T1 T2 T1T T 橋式 PWM 降壓斬波器 電壓輸出波形 圖 電動(dòng)機(jī)電樞端電壓的平均值為 Ua = ddd UUTTUTT TT )12()12( 121 21 ?????? ? () 由于 0? ? ? 1 , 范圍是 Ud ~+ Ud ,因而電動(dòng)機(jī)可在正反兩個(gè)方向調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)。 降壓斬波電路 控制 原理 IGBT 相控調(diào)壓或 PWM 斬波器調(diào)壓比串電阻調(diào)壓損耗小，效率高，而斬波調(diào)壓比相控調(diào)壓又多了不少優(yōu)點(diǎn)，如需要的濾波裝置很小甚至只利用電樞電感已經(jīng)足夠，不需要外加濾波裝置；電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱很小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快等。因三相橋式全控整流電壓的脈動(dòng)頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。開(kāi)式傳動(dòng)方式傳動(dòng)效率低，傳動(dòng)比較小，而閉式齒輪箱傳動(dòng)效率較高，齒輪使用壽命較長(zhǎng)。 車(chē)架是機(jī)車(chē)的主體，是由厚鋼板焊接而成的框架結(jié)構(gòu)。 為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)數(shù)字化控制，在設(shè)計(jì)中，采用了 AT89C51 單片機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動(dòng)、測(cè)量對(duì)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測(cè)量；主電路 由整流電路、濾波電路組成 ， 控制電路以單片微機(jī)為核心 ,組成包括電流檢測(cè)模塊、轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、保護(hù) 模塊 等 。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)：體積小，功能全，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，控制功能強(qiáng)，造價(jià)低等。車(chē)架靠彈簧托架支承在軸箱上，軸箱是車(chē)架與輪對(duì)的連接點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱(chēng) GM系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不便。得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。 T2 保持一定 ， 使 T1 在 0~? 范圍內(nèi)變化 。 在 eε 的情況下，將積分分離后有兩種運(yùn)算方法，一種是進(jìn)行比例調(diào)節(jié)運(yùn)算， 它適合用于比例系數(shù) PK 較大的場(chǎng)合；另一種是直接輸出限幅值，使電動(dòng)機(jī)在最大容許的電樞電流下加速或減速，它適合于比例系數(shù) PK 較小的場(chǎng)合。其相互關(guān)系見(jiàn)下表。一般 散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇，當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導(dǎo)致 IGBT 模塊發(fā)熱，而發(fā)生故障。在 IGBT 導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)， Id 與 Ugs 呈線(xiàn)性關(guān)系。 IGBT 在關(guān)斷過(guò)程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥巍? （ 3） LC 濾波器 參數(shù)計(jì)算 整流橋輸出端所并接的電容除濾除整流后的電壓紋波，并在負(fù)載變 化時(shí)保持電平平穩(wěn)。它有 8K 字節(jié)的 ROM， 256 個(gè)字節(jié)的 RAM 以及 32個(gè) I/O 口 。 可編程全雙工串行通道。這種行列式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O 口的利用率。最常用 的內(nèi)部時(shí)鐘方式是采用外部接晶振（在頻率穩(wěn)定性要求不高而希望盡可能廉價(jià)時(shí)，選擇陶瓷振蕩器）和電容組成并聯(lián)諧振回路，不論 HMOS 還是 CHMOS 型的單片機(jī)其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同。復(fù)位信號(hào)是高電平 有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)振蕩周期（二個(gè)機(jī)器周期）以上。 轉(zhuǎn)速反饋值為： RnDnN f ?? ?? （數(shù)字量） 由于分辨率 nR 與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，所以轉(zhuǎn)速系數(shù) ? 值的確定與 M 法測(cè)速相同。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 AD 轉(zhuǎn)換 電路 圖 310 為 8位分 辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 05V之間 芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32μS ，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤 差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng) 獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便 通過(guò) DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇 單片機(jī)對(duì) ADC0832 的控制原理：正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4條數(shù)據(jù)線(xiàn)，分別是 CS、 CLK、 DO、DI 但由于 DO端與 DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線(xiàn)上使用 當(dāng) ADC0832 未工作時(shí) 其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意 當(dāng)要進(jìn)行。 測(cè)速發(fā)電機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換器測(cè)速的檢測(cè)時(shí)間，包括 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間、微機(jī)執(zhí)行 A/D 轉(zhuǎn)換程序及轉(zhuǎn)向判別、轉(zhuǎn)速測(cè)量值運(yùn)算程序等所經(jīng)歷的時(shí)間。 + 5 V2 2 P F2 0 0R1 S W 1R21 0 KR S TA T 8 9 C 5 1 圖 上電 復(fù)位電路 圖 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。單片機(jī)也可使用外部振蕩器脈沖信號(hào)，由 XTAL2 端輸入，直接接至內(nèi)部時(shí)鐘電路。在行線(xiàn)和列線(xiàn)的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵。 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。也稱(chēng)為 Buck 變換器（ Buck Converter） 。整流二極管最高反電壓為： 26 6 1 9 2 4 7 0RMU U V? ? ? ? （ ） 取兩倍裕量，則二極管耐壓應(yīng)可達(dá) 940V。當(dāng)選擇這些驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，必須基于以下的參數(shù)來(lái)進(jìn)行：器件關(guān)斷偏置的要求、柵極電荷 的要求、耐固性要求和電源的情況。 IGBT 的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流 Id 與柵源電壓 Ugs 之間的關(guān)系曲線(xiàn)。 在安裝或更換 IGBT 模塊時(shí)，應(yīng)十分重視 IGBT 模塊與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度。 IGBT 與 MOSFET一樣也是電壓控制型器件，在它的柵極 — 發(fā)射極間施加十幾 V 的直流電壓，只有在 uA級(jí)的漏電流流過(guò)，基本上不消耗 功率。為了減少退飽和超調(diào)，采用積分分離的比例積分調(diào)節(jié)算法。 T1 保持一定 ， 使 T2 在 0~? 范圍內(nèi)變化 。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第二章 方案比較與選擇 系統(tǒng)控制對(duì)象的確定 30NP KW? ； 220NUV? ； ? ； 2250 m inNnr? 。驅(qū)動(dòng)輪對(duì)有傳動(dòng)齒輪，電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心 — 單片機(jī)，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量和強(qiáng) I/O 功能等方向發(fā)展。為了提高控制系統(tǒng)的性能和可靠性 。車(chē)架用 彈簧托架支承在軸承箱上。而以往直流電動(dòng)機(jī)的控制只是簡(jiǎn)單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)智能化。而且工作可靠，能耗小，效率高。如此反復(fù)，則電樞端電壓波形如圖 中所示。 （ 2）啟動(dòng)時(shí)保證系統(tǒng)在也許的最大電流下恒流啟動(dòng)。 對(duì)于 PWM 變換器中的濾波電容，其作用除濾波外，還有當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)吸收運(yùn)行系統(tǒng)動(dòng)能的作用。為此，通常采用雙絞線(xiàn)來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以減少寄生電感。 IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓 Ugs 為參變量時(shí)，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線(xiàn)。 （ 3） 動(dòng)態(tài)特性 IGBT 在開(kāi)通過(guò)程中，大部分時(shí)間是作為 MOSFET 來(lái)運(yùn)行的，只是在漏源電壓 Uds 下降過(guò)程后期， PNP 晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時(shí)間。 U5O P T O I S O 1D1D I O D EC1C A PR1R E S 2U1NOTC T R L A+ 5VR4R E S 2R5R E S 2R2R E S 2R3R E S 2R6R E S 2R8R E S 2R9R E S 2R7R E S 2Q1N P NQ2N P NQ3N P ND2D I O D EC5C A P A C I T O R+ 5V 圖 35 光電隔離及驅(qū)動(dòng)電路 圖 X359 是一個(gè)帶有光電隔離器的功率放大電路，電路工作原理如下： 當(dāng) VT 1 為“ 1”時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，于是 VT1 與復(fù)合管 VT 2 導(dǎo)通 .VT1 導(dǎo)通使復(fù)合管 VT 3 截止， +5V 電源通過(guò) VT2 和 Rf 輸出一驅(qū)動(dòng)電流，使 GTR 導(dǎo)通。泵升電壓為 50v 為則 ? ? ? ?1 4 7 2 . 5 0 . 9 0 . 4 32 2 4 5 0 5 0mfdPItCFUU ??? ? ??? （ ） 取 1C 為 1 F? 、 1200V 的電容， 1R 阻值取 100? (5) 電抗器參數(shù)計(jì)算與選擇 對(duì) 絕緣柵雙極型晶體 管 直流調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載電流較小，會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)的現(xiàn)象，使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，影響系 統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間為 10 年。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。 鍵盤(pán)電路如圖 所示： S0 S 1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S 1 0 S 1 1 S 1 2 S 1 3 S 1 4 S 1 5 4. 7k 4. 7k4. 7k 4. 7k+ 5 VP C 0P C 1P C 2P C 3L E 1 L E 2 L E 3 L E 4 圖 鍵盤(pán)電路圖 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整 個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。 maxn 和 AN 選定后， CPU 從A/D 轉(zhuǎn)換器讀入的轉(zhuǎn)換值成正比。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 A1C1R P 1A2R2R3R6R9R7R4R1 R5R8V D 3V D 2V D 1TG+ 5 V+ 5 VUd 圖 速度檢測(cè)電路 圖 圖 中 ， R2取 99K? ； R3， R5， R8， R6 取 2 K? ； R1， R4， R7 取 1 K? 即可實(shí)現(xiàn) 四 倍放大 。根據(jù)圖可得，端電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減去它的內(nèi)阻