【正文】 為實現(xiàn)單片機機對轉速的檢測，需對測速機輸出的模擬電壓 Ua 進行變換，圖 示是采用直流測速發(fā)電機的變換電路。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（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 故障檢測及保護電路 圖 轉速檢測 本設計中選用的轉速檢測裝置由單片微機、模擬電壓變換電路幾 A/D 轉換器接口芯片組成的測速裝置進行轉速檢測，其原理圖如圖 ，圖中的三部分均具有線行特性 ： (1) 分辨率 。除 PC 之外，復位操作還對其他寄存器有影響，對我們的設計也是要考慮的。綜合一二兩步的結果，可確定按鍵編號。 PROG 編程脈沖輸入端 29 PSEN 程序存儲允許輸出信號端 31 EA /Vpp 外部程序存儲器訪問允許信號。 片內(nèi)有 4KB 可在線重復編程的快閃檫寫存儲器（ Flash Memory）。 VD VD2 選用 2CP1G，額定電流為 25A，最高耐壓為 1200V。 （ 4） 光電隔離及驅動電路設計 由于輸出的 PWM 控制信號功率很小無法直接驅動 IGBT，要經(jīng)過脈沖功率放大后才能驅 動 IGBT。 由于 N+ 區(qū)存在電導調制效應，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，了解選擇及使用時的注意事項對實際中的應用是十分必要的。因此使用中要 注意以下幾點： 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 在使用模塊時，盡量不要用手觸摸驅動端子部分，當必須要觸摸模塊端子時，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進行放電后，再觸摸； 在用導電材料連接模塊驅動端子時，在配線未接好之前請先不要接上模塊； 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 電動機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 ,因而電動機可在正反兩個方向調速運轉。 降壓斬波電路 控制 原理 IGBT 相控調壓或 PWM 斬波器調壓比串電阻調壓損耗小，效率高，而斬波調壓比相控調壓又多了不少優(yōu)點，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；電動機的損耗和發(fā)熱很小，動態(tài)響應較快等。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點。開式傳動方式傳動效率低，傳動比較小，而閉式齒輪箱傳動效率較高，齒輪使用壽命較長。 車架是機車的主體，是由厚鋼板焊接而成的框架結構。 為實現(xiàn)系統(tǒng)的微機數(shù)字化控制，在設計中，采用了 AT89C51 單片機作為整個控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅動、測量對模塊，實現(xiàn)對電動機轉速參數(shù)的顯示和測量；主電路 由整流電路、濾波電路組成 ， 控制電路以單片微機為核心 ,組成包括電流檢測模塊、轉速檢測模塊、保護 模塊 等 。這是因為單片機具有很多優(yōu)點：體積小，功能全，抗干擾能力強，可靠性高，結構合理，指令豐富，控制功能強，造價低等。車架靠彈簧托架支承在軸箱上，軸箱是車架與輪對的連接點。旋轉變流機組簡稱 GM系統(tǒng)，適用于調速要求不高，要求可逆運行的系統(tǒng)，但其設備多、體積大、費用高、效率低、維護不便。得到過電流的自動保護。 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算方法，一種是進行比例調節(jié)運算， 它適合用于比例系數(shù) PK 較大的場合；另一種是直接輸出限幅值，使電動機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 較小的場合。其相互關系見下表。一般 散熱片底部安裝有散熱風扇，當散熱風扇損壞中散熱片散熱不良時將導致 IGBT 模塊發(fā)熱，而發(fā)生故障。在 IGBT 導通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)， Id 與 Ugs 呈線性關系。 IGBT 在關斷過程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥巍? （ 3） LC 濾波器 參數(shù)計算 整流橋輸出端所并接的電容除濾除整流后的電壓紋波，并在負載變 化時保持電平平穩(wěn)。它有 8K 字節(jié)的 ROM， 256 個字節(jié)的 RAM 以及 32個 I/O 口 。 可編程全雙工串行通道。這種行列式鍵盤結構能有效地提高單片機系統(tǒng)中 I/O 口的利用率。最常用 的內(nèi)部時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時，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 型的單片機其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同。復位信號是高電平 有效，其有效時間應持續(xù) 24 個振蕩周期（二個機器周期）以上。 轉速反饋值為： RnDnN f ?? ?? （數(shù)字量） 由于分辨率 nR 與轉速無關，所以轉速系數(shù) ? 值的確定與 M 法測速相同。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 28 AD 轉換 電路 圖 310 為 8位分 辨率 A/D 轉換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉換要求 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在 05V之間 芯片轉換時間僅為 32μS ，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤 差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強 獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便 通過 DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇 單片機對 ADC0832 的控制原理：正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應為 4條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、DI 但由于 DO端與 DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用 當 ADC0832 未工作時 其 CS 輸入端應為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意 當要進行。 測速發(fā)電機 A/D 轉換器測速的檢測時間，包括 A/D 轉換器的轉換時間、微機執(zhí)行 A/D 轉換程序及轉向判別、轉速測量值運算程序等所經(jīng)歷的時間。 + 5 V2 2 P F2 0 0R1 S W 1R21 0 KR S TA T 8 9 C 5 1 圖 上電 復位電路 圖 RST 引腳是復位信號的輸入端。單片機也可使用外部振蕩器脈沖信號，由 XTAL2 端輸入，直接接至內(nèi)部時鐘電路。在行線和列線的每個交叉點上設置一個按鍵。 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器。也稱為 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，則二極管耐壓應可達 940V。當選擇這些驅動電路時，必須基于以下的參數(shù)來進行：器件關斷偏置的要求、柵極電荷 的要求、耐固性要求和電源的情況。 IGBT 的轉移特性是指輸出漏極電流 Id 與柵源電壓 Ugs 之間的關系曲線。 在安裝或更換 IGBT 模塊時，應十分重視 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級的漏電流流過，基本上不消耗 功率。為了減少退飽和超調，采用積分分離的比例積分調節(jié)算法。 T1 保持一定 ， 使 T2 在 0~? 范圍內(nèi)變化 。采用轉速電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設置了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，這樣就可以實現(xiàn)在起動過程中只有電流負反饋，而它和轉速負反饋不同時加到一個調節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉速后，只靠轉速負反饋，不靠電流負反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 3 第二章 方案比較與選擇 系統(tǒng)控制對象的確定 30NP KW? ； 220NUV? ； ? ； 2250 m inNnr? 。驅動輪對有傳動齒輪，電動機經(jīng)齒輪減速后帶動輪對旋轉。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心 — 單片機，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、大存儲容量和強 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 。車架用 彈簧托架支承在軸承箱上。而以往直流電動機的控制只是簡單的控制，很難進行調速，不能實現(xiàn)智能化。而且工作可靠，能耗小，效率高。如此反復，則電樞端電壓波形如圖 中所示。 （ 2）啟動時保證系統(tǒng)在也許的最大電流下恒流啟動。 對于 PWM 變換器中的濾波電容，其作用除濾波外，還有當電動機制動時吸收運行系統(tǒng)動能的作用。為此，通常采用雙絞線來傳送驅動信號，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，漏極電流與柵極電壓之間的關系曲線。 （ 3） 動態(tài)特性 IGBT 在開通過程中，大部分時間是作為 MOSFET 來運行的，只是在漏源電壓 Uds 下降過程后期， PNP 晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時間。 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 光電隔離及驅動電路 圖 X359 是一個帶有光電隔離器的功率放大電路，電路工作原理如下： 當 VT 1 為“ 1”時，發(fā)光二極管導通發(fā)光，使光敏三極管導通，于是 VT1 與復合管 VT 2 導通 .VT1 導通使復合管 VT 3 截止， +5V 電源通過 VT2 和 Rf 輸出一驅動電流，使 GTR 導通。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)計算與選擇 對 絕緣柵雙極型晶體 管 直流調速系統(tǒng)，當負載電流較小，會出現(xiàn)電流斷續(xù)的現(xiàn)象，使電動機的機械特性變軟，影響系 統(tǒng)的靜、動態(tài)性能。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 20 存儲數(shù)據(jù)保存時間為 10 年。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。 鍵盤電路如圖 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 鍵盤電路圖 時鐘電路的設計 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。而單片機復位電路設計的好壞，直接影響到整 個系統(tǒng)工作的可靠性。 maxn 和 AN 選定后， CPU 從A/D 轉換器讀入的轉換值成正比。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 27 A1C1R P 1A2R2R3R6R9R7R4R1 R5R8V D 3V D 2V D 1TG+ 5 V+ 5 VUd 圖 速度檢測電路 圖 圖 中 ， R2取 99K? ； R3， R5， R8， R6 取 2 K? ； R1， R4， R7 取 1 K? 即可實現(xiàn) 四 倍放大 。根據(jù)圖可得，端電壓等于感應電動勢減去它的內(nèi)阻