【文章內(nèi)容簡介】 作原理，一般與普通的異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的基本原理近似，但是它們?cè)谛阅堋⒔Y(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝上各有其特殊性，多用于自動(dòng)控制過程中。步進(jìn)電機(jī)就是其中的一種。步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)過程控制及儀表中的主要控制元件之一。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。您可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)控制算法的選擇直接影響到系統(tǒng)的性能和技術(shù)指標(biāo)，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起著關(guān) 。鍵的作用。較為可行的方案有： 方案一：采用模糊控制。其優(yōu)點(diǎn)是不需要精確知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，而且適用于具。 有較大滯后特性的被控對(duì)象。缺點(diǎn)是靜態(tài)誤差不容易控制。 方案二：采用 PI 控制。其優(yōu)點(diǎn)是理論和技術(shù)都很成熟，在單片機(jī)上較易實(shí)現(xiàn)，可以達(dá)到較小的靜態(tài)誤差。 方案三：采用模糊控制與 PI 控制結(jié)合的算法。 根據(jù)題目對(duì)控制精度要求并不高，因此采用方案一。（3） 鍵盤顯示單元根據(jù)題目條件，滴速的大小要由人工設(shè)定的。滴速的設(shè)定值與調(diào)整值都可以在鍵盤上顯示。對(duì)于其顯示有以下的兩種方案：方案一：采用液晶顯示屏和通用矩陣鍵盤。液晶顯示屏（LCD）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但由于只需顯示三位溫度值，信息量比較少，且由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器資源占用較多，其成本也偏高。方案二：采用三位 LED 七段數(shù)碼管顯示點(diǎn)滴數(shù)目。按鍵采用單列三按鍵。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化，對(duì)外界環(huán)境要求較低。同時(shí)數(shù)碼管采用 BCD 編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件的基本組成部分 系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目要求系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)模塊：點(diǎn)滴速度測量模塊，儲(chǔ)液液面檢測模塊，鍵盤顯示模塊，電機(jī)系統(tǒng)控制（點(diǎn)滴速度控制）模塊。系統(tǒng)的基本框圖如圖31 所示。 圖 31 系統(tǒng)基本框圖本題目中運(yùn)用了檢測技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和電子技術(shù)。系統(tǒng)可以分為傳感器檢測部分和控制部分。傳感器檢測部分：系統(tǒng)利用紅外對(duì)管發(fā)射接收即光點(diǎn)傳感器將檢測到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制器可以辨別的電信號(hào)。傳感器檢測電路包括 2 個(gè)單元電路：點(diǎn)滴速度測量電路、儲(chǔ)液檢測電路。智能控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)有傳感器變換輸出的電信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，控制點(diǎn)滴的速度及數(shù)碼管的顯示，完成了點(diǎn)滴裝置的自動(dòng)檢測、自動(dòng)調(diào)速、數(shù)碼顯示及報(bào)警功能等各項(xiàng)任務(wù)。開控制部分主要包括 3 個(gè)電路：單片機(jī)控制電路、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示電路。 主要單元電路設(shè)計(jì)采用紅外對(duì)管發(fā)射接收測量點(diǎn)滴速度，其電路原理圖如圖 32 所示。圖 32 點(diǎn)滴速度測量電路由電路圖可以看到，接收管與發(fā)射管正相對(duì)，無液滴滴下時(shí)，接收管收到信號(hào)，輸出低電平；有液滴滴下時(shí)，下落的水滴對(duì)紅外光有較強(qiáng)的漫反射、吸收及一定的發(fā)散作用，導(dǎo)致接收光強(qiáng)的較大改變，接收管不能收到較強(qiáng)的信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)較長的脈動(dòng)，但是波形不是太好，需要經(jīng)過一級(jí)施密特觸發(fā)器整形，輸出一個(gè)正向的脈沖信號(hào)送給單片機(jī)中斷口，據(jù)此就可以正確的測出液滴的滴數(shù)，即點(diǎn)滴的速度（滴/分） 。 點(diǎn)滴速度控制電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)將點(diǎn)滴速度采集信號(hào)和儲(chǔ)液信號(hào)進(jìn)行處理后，在相應(yīng)的單片機(jī)的 I/O 控制口輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行精確的控制。圖 33 所示的電路為電動(dòng)機(jī)的速度采集電路。在電動(dòng)機(jī)上安裝一個(gè)連桿，連桿的另一頭接 S1 開關(guān)，每當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，四 S1 開關(guān)閉合一次，則通過單片機(jī)的 口就可以送入一個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)。在單位時(shí)間內(nèi)觀察計(jì)數(shù)值即可的到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖 33 電機(jī)的轉(zhuǎn)速采集電路點(diǎn)滴的控制其實(shí)是靠單片機(jī)檢測滴速，得到一個(gè)反饋量，輸出一定信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)儲(chǔ)液瓶的上升或下降來調(diào)節(jié)滴斗的高度即控制點(diǎn)滴的速度。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路就如圖 34 示。圖 34 路采用的是 H 型的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。整個(gè)的電路可以分為兩級(jí)：第一級(jí)接單片機(jī)的 I/O 口，用射級(jí)跟隨電路加大電流的驅(qū)動(dòng)能力；第三級(jí)才是驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng) 為高電平時(shí)，Q5 導(dǎo)通，Q3，Q7 導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為+5V，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) 為高電平時(shí)，Q6 導(dǎo)通，Q4，Q8 導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為5V，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。圖 34 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本電路采用的是 H 型的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。整個(gè)的電路可以分為兩級(jí)：第一級(jí)接單片機(jī)的 I/O 口，用射級(jí)跟隨電路加大電流的驅(qū)動(dòng)能力；第三級(jí)才是驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng) 為高電平時(shí)，Q5 導(dǎo)通，Q3，Q7 導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為+5V，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) 為高電平時(shí)，Q6 導(dǎo)通，Q4，Q8 導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為5V，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。點(diǎn)滴控制靠單片機(jī)檢測滴速，得到一個(gè)反饋量，輸出一定信號(hào)控制電機(jī)上升或下降調(diào)節(jié)滴斗的高度。 鍵盤顯示電路由于本系統(tǒng)中采用動(dòng)態(tài)顯示方式驅(qū)動(dòng) 3 個(gè)七段數(shù)碼管，來顯示點(diǎn)滴的速度。數(shù)碼管采用共陰極，由于 AT89C52 單片機(jī)每個(gè) I/O 的拉電流只有 1—2mA。所以在位碼和段碼都加上了反向驅(qū)動(dòng)器。鍵盤采用按鍵開關(guān)經(jīng)上拉電阻分別接 、 口上，起到確定、上調(diào)和下調(diào)作用。每按上調(diào)和下調(diào)鍵，設(shè)定速度值增 1 減 1。單片機(jī) XTALXTAL1 接12MHZ 晶振，提供系統(tǒng)時(shí)鐘基值。另 RESET 接上電復(fù)位按鍵。原理圖如圖 35圖 35 鍵盤顯示電路第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)在系統(tǒng)剛開始啟動(dòng)時(shí)，首先是準(zhǔn)備狀態(tài)，包括一些清零程序等；然后就將設(shè)定點(diǎn)滴速度和從站號(hào)，那么此時(shí)需要按下一個(gè)設(shè)定鍵向單片機(jī)申請(qǐng)中斷用來來說明將開始設(shè)定數(shù)據(jù)，如果沒有鍵按下，則繼續(xù)等待按鍵，設(shè)置完畢后將按確認(rèn)鍵說明設(shè)置完畢；液面報(bào)警是最優(yōu)先級(jí)的報(bào)警，因此在設(shè)置完成后，一方面看液面是否報(bào)警，另一方面看實(shí)際點(diǎn)滴速度是否符合設(shè)定點(diǎn)滴速度，如果反常，將進(jìn)行點(diǎn)滴速度報(bào)警；然后將實(shí)際滴速和設(shè)定滴速，通過比較兩滴速的大小來調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，如果滴速小于給定值則電機(jī)正轉(zhuǎn)，拉動(dòng)點(diǎn)滴瓶上升，加快滴速；如果滴速大于給定值，則電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)點(diǎn)滴瓶下降，減慢滴速；如果滴速正好等于給定滴速，則電機(jī)保持不動(dòng)；若需修改點(diǎn)滴速度，則按下修改鍵重新設(shè)定。具體流程圖如圖 41 所示：Y NYY開 始顯示 READY有鍵按下設(shè)定鍵?N是否有報(bào)警 ？Y 確認(rèn)鍵？顯示當(dāng)前滴速和給定的點(diǎn)滴速判斷工作方式滴速小于給定值 滴速大于給定值 滴速等于給定值電機(jī)正轉(zhuǎn) 電機(jī)反轉(zhuǎn) 電機(jī)不動(dòng)作NN判斷有無修改鍵按下N Y圖 41 系統(tǒng)的主程序 檢測點(diǎn)滴速度子程序滴速的測量是通過紅外線傳感器所接收到的點(diǎn)滴信號(hào)，通過脈沖轉(zhuǎn)換電路把脈沖送單片機(jī)的 INT0 口進(jìn)行中斷。用定時(shí)器 T0 來定時(shí)，用狀態(tài)字寄存器標(biāo)志位 來控制 T0 的關(guān)開，這里我們?cè)O(shè)置 =0 時(shí)開 T0，=1 時(shí)關(guān) TO。當(dāng)有一滴點(diǎn)滴滴下時(shí)，設(shè)置 =1，則開 T0，此時(shí) TO 開始定時(shí)，同時(shí)把 設(shè)置成0；當(dāng)?shù)诙吸c(diǎn)滴滴下時(shí)，此時(shí) =0，所以關(guān) TO，此時(shí)，可以測出定時(shí)器所定出的時(shí)間，即為兩點(diǎn)滴之間的間隔時(shí)間，這里需要查看 T0 溢出次數(shù)，如果 TO 溢出次數(shù)在 06H 和 2DH 之間，則進(jìn)行滴速處理程序，從而計(jì)算出點(diǎn)滴的速度；如果大于2DH 則滴速作 20 滴/分鐘，如果小于 06H，則滴速做 150 滴/分鐘，這些都是異?，F(xiàn)象。其中 2DH 和 06H 可以這樣計(jì)算，以 2DH 為例：我們知道，定時(shí)器的溢出次數(shù)是指當(dāng)定時(shí)器從所設(shè)定的數(shù)值開始每一微秒就會(huì)減 1，直到減到 0 為止，此時(shí)，我們說定時(shí)器響應(yīng)一次中斷，即溢出一次，并在每次響應(yīng)中斷時(shí)，將分配單片機(jī)里面的一個(gè)單元將自動(dòng)加 1 來計(jì)數(shù)，從而計(jì)出溢出的次數(shù)。這里我們?cè)O(shè)定 T0 初值為FFFFH，那么減到 0000H 時(shí)所用的時(shí)間為 FFFFus，化成十進(jìn)制是 ，即溢出一次需要 ，那么