【文章內(nèi)容簡介】 有兩種方法， 用測速發(fā)電機檢測出與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號，再反饋給控制系統(tǒng)。其特點是測速發(fā)電機工作可靠，價格低廉，但存在兩個很大的缺點，就是非線性以及死區(qū)問題，而且精度較差。采用脈沖編碼器作為檢測器件，與傳動軸相連接，每當(dāng)軸轉(zhuǎn)過一周便發(fā)出一定數(shù)量的脈沖信號，微機通過記數(shù)器，可測得脈沖的頻率或是周期，從而可以間接得到軸上的轉(zhuǎn)速。由于脈沖編碼器可以達到很高的精度，而且不受外部影響，所以可以用于高精度的控制。本設(shè)計采用這種方法。采用脈沖編碼器檢測轉(zhuǎn)速，通常有三種方法：M法：即測頻法。在一定的時間內(nèi)，對脈沖編碼器輸出的脈沖計數(shù)，從而得到與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖數(shù)m,此種方法用于高速系統(tǒng)的檢測，因為速度越高，一定時間內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)就越多，因而檢測系統(tǒng)的分辨率也就越高。T法：即測周期法。通過測量脈沖編碼器發(fā)脈沖的周期來計算軸上的轉(zhuǎn)速的方法。脈沖周期的測量的實現(xiàn)是借助某一時鐘頻率確定的時鐘來間接獲得。若時鐘頻率為f，測得的時鐘脈沖為m，則轉(zhuǎn)速為n=60f/(mp),n的單位為r/min。該法與測頻率法相反，比較適合于較低轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)。M/T法：結(jié)合了M法和T法的各自的特點，由定時器確定采樣周期T，定時器的定時開始時刻總與脈沖編碼器的第一個記數(shù)脈沖前沿保持一致，在T的期間內(nèi)得到脈沖數(shù)m,同時，另一個記數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)的時鐘脈沖進行記數(shù)，當(dāng)T定時結(jié)束時，只停止對脈沖編碼第一器的記數(shù)，而T結(jié)束后脈沖編碼器輸出的第一個脈沖前沿時，才停止對標(biāo)準(zhǔn)時鐘脈沖的記數(shù)，并得到記數(shù)值m2，其持續(xù)時間Td=T+△T。M/T法是轉(zhuǎn)速檢測的較為理想的手段，可以在寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度的測量，但缺點是硬件和數(shù)據(jù)處理的軟件相對復(fù)雜。本設(shè)計就是采用了M/T法的原理。根據(jù)這個原理用單片機8031最小系統(tǒng)設(shè)計數(shù)字測速電路，由轉(zhuǎn)速的公式可知，我們只要測得m1和m2這個測速過程所用的時間就可以知道轉(zhuǎn)速了，所以本設(shè)計用8031的定時/記數(shù)器T0來記數(shù)m1,T1來記數(shù)m2,用8155的定時/記數(shù)器來定時T,TIN來測量實際時間Td。測速電路如圖所示： 圖九：測速電路測速過程如下：（1） 開關(guān)K置1，測速開始，這時CLK1和CLK2為高電平1，J2=0,k2=1。（2） ，此時Q2=1,D=1,當(dāng)f1的上升沿到來的時候，Q1由0變?yōu)?，打開G1,G2,G3 ,開始T0,T1,Tin記數(shù)和定時。,若CP2未收到下降沿信號脈沖，表示Tout端沒信號輸出，也就是說還沒有到設(shè)定的時間，Q2保持1不變，Q1同樣保持1，T時間到，在Tout端產(chǎn)生一個負脈沖，使Q2翻轉(zhuǎn)為0，于是D=0,在下一個CP的上升沿才會停止記數(shù)，這也是△T0產(chǎn)生的原因，即測速電路的實際時間為兩者之和，Tout同時向INT0發(fā)出中斷請求，在處理程序中，讀取m1,m2,并轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速存入單片機。（4）記數(shù)器清零后，返回到（2）。第四節(jié) 系統(tǒng)的工作過程，啟動時發(fā)光二極管LED亮，正轉(zhuǎn)時發(fā)光二極管亮。啟/停開關(guān)置1，則系統(tǒng)開始工作，這時單片機系統(tǒng)給0809一個轉(zhuǎn)換啟動信號，開始將外界給的速度模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在INT1中斷程序中已經(jīng)將PA口將轉(zhuǎn)換后的速度數(shù)字量讀入內(nèi)存中。而在此時，測速部分也開始工作，在INT0中斷程序中，將測速電路的記數(shù)值讀入，并轉(zhuǎn)換成速度寸入內(nèi)存，將實際值與設(shè)定值相比較，確定當(dāng)前的速度控制量，也就是確定8253的分頻系數(shù)，從而確定了FCT和VCT的頻率，其中VCT經(jīng)過P0口送入8253的數(shù)據(jù)口，而FCT分頻數(shù)送入兩個CD4527比例乘法器的數(shù)據(jù)輸入端，在由OUT1 和OUT2輸出相對應(yīng)的頻率脈沖，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送入到4752中，使之產(chǎn)生相對應(yīng)的調(diào)制波，經(jīng)過基極驅(qū)動電路放大后驅(qū)動開關(guān)元件。系統(tǒng)中有電壓和電流保護電路，當(dāng)系統(tǒng)由于某種原因發(fā)生故障的時候，可以有效地防止元件的損壞，以來控制電動機的轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)對多臺電機的控制過程如下：啟/停開關(guān)置1時，整個系統(tǒng)開始工作，主電路的HL燈亮，各個電機的模擬量速度有比例電位器給定，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器0809的轉(zhuǎn)換后，變?yōu)閿?shù)字量。也是由于有各自的比例電位器，故各機可以微調(diào)，也適合統(tǒng)一控制。系統(tǒng)檢測到轉(zhuǎn)換完的信號后就將速度的數(shù)字中斷量在INT1中斷處理程序中將主，從電機的速度存入系統(tǒng)，另外測速部分開始工作，通過鎖存器封鎖其它的電機的主軸脈沖信號，先對主電機開始測速，以便實現(xiàn)主電機的閉環(huán)控制，在INT0中斷程序中將記數(shù)值讀入并計算出速度，與給定的速度信號比較，確定當(dāng)前的速度控制量，從而就能確定主機的FCT和VCT分頻數(shù)，即確定FCT和VCT的頻率。其中VCT的分頻數(shù)由P0口直接送入8253的數(shù)據(jù)口，F(xiàn)CT的分頻數(shù)由P0口送入級聯(lián)的比例乘法器數(shù)據(jù)口，再送入8253中，在8253的OUT1和OUT2輸出相應(yīng)的頻率脈沖，輸入給主機的HEF4752的VCT和FCT端，控制主機的速度穩(wěn)定后，開始測量從動機的速度，同理將分頻系數(shù)確定后送入相應(yīng)的芯片，控制從機的速度與主機的相等，即使△n=0。這樣可以并接入很多單元，很容易實現(xiàn)多臺電機的同步，擴展8155很容易實現(xiàn)，在印染界，紡絲界的電力拖動中經(jīng)常用到。如圖十所示： 圖十：系統(tǒng)工作示意圖第四章 系統(tǒng)的抗干擾及保護第一節(jié) 系統(tǒng)的抗干擾工業(yè)環(huán)境中的干擾的來源一般是以脈沖形式進入單片機系統(tǒng)，主要是通過以下三條渠道：（1） 空間干擾，是由電磁信號通過空間輻射進入系統(tǒng)。（2） 過程通道干擾，干擾通過與系統(tǒng)相連的前向通道，后向通道及其它系統(tǒng)的相互通道進入。（3） 供電系統(tǒng)干擾，電磁信號通過供電線路進入系統(tǒng)。在一般情況下，單片機系統(tǒng)中后兩種干擾遠遠大于空間干擾，因此，在單片機系統(tǒng)種，對于干擾的防止主要是從防止后兩種情況入手?？垢蓴_的措施有硬件措施以及軟件措施兩種。硬件措施可以防止大部分干擾，但仍不免有一部分干擾信號進入系統(tǒng)，所以此時軟件抗干擾就起到了重要的作用。由于軟件抗干擾措施是以CPU為分期代價的，如果沒有硬件消除絕大多數(shù)干擾，CPU將高負荷工作，無暇顧及正常的工作，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作效率和實用性。因此，一個成功的抗干擾系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分構(gòu)成的?？垢蓴_可以采用以下幾種方法：（1） 光電隔離 在輸入和輸出通道上采用光電隔離器來進行有很大的好處，它將單片機系統(tǒng)與各種傳感器從電氣上隔離開來，很大一部分干擾將被阻擋，本系統(tǒng)中電機驅(qū)動電路采用了光電隔離器GD，還有過流檢測電路也采用了光電隔離，防止誤動作。（2） 過電壓保護電路 在輸入輸出通道上應(yīng)采用一過壓保護電路，以防引入高電壓，傷害單片機系統(tǒng)。過壓保護點路由限流電阻和穩(wěn)壓管組成，限流電阻選擇要適宜，太大會引起信號衰減，太小起不到保護穩(wěn)壓管的作用。穩(wěn)壓管的選擇也要適宜，其穩(wěn)壓值以略高于最高傳送信號電壓為宜，太低將對信號起限幅效果，使信號失真。所以本設(shè)計不采用這種方法。（3） 抗干擾電源單片機系統(tǒng)供電線路是干擾的主要來源，電源采用隔離變壓器接入電網(wǎng)?？梢苑乐闺娋W(wǎng)的干擾侵入單片機系統(tǒng)。隔離變壓器與普通變壓器的不同之處在于它在初級和次級這間加了一層屏蔽層，并將它和鐵芯一起接觸。（4） 配置去耦電容原則上每個集成電路芯片上都應(yīng)安置一個陶瓷電容器，可以消除大部分高頻干擾。（5） 接地良好接地也是一種很好的防干擾措施，在實際應(yīng)用中將不可忽視，本系統(tǒng)既有模擬電路，又有數(shù)字電路，因此數(shù)字電路和模擬電路要分開，最后只在一點相連接，如果不是這樣處理，則會互相干擾。 另外，在電路版PCB設(shè)計上，要保證互不干涉的前提下，電阻以及電容的引線要盡可能的短，過孔的數(shù)量也要盡量的少，一般不多于2個。整個系統(tǒng)抗外界的電磁干擾還可以用導(dǎo)磁性能較好的材料罩住主芯片，可以破壞外界的強磁干擾。系統(tǒng)使用的芯片除了關(guān)鍵的芯片外，應(yīng)盡可能使用低速芯片。由于該系統(tǒng)是變頻系統(tǒng)，不可避免的會產(chǎn)生強磁場，為防止它對其他的電子器件造成干擾，可在工頻電源的引入端加入一個零序電抗器，可有效阻止該系統(tǒng)對外界的電磁干擾。軟件抗干擾的方法：（1） 輸入信號抗干擾混入測量數(shù)據(jù)中的干擾信號分周期性和非周期性兩種。對于周期性干擾信號來說。在進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的時候，采用積分變換原理，就可以對其進行有效的抑制。非周期性的干擾信號往往是用數(shù)字濾波算法消除的，所謂數(shù)字濾波就是通過數(shù)學(xué)計算來消除干擾的方法。本設(shè)計采用其中的算術(shù)平均值法，對每個采樣點采樣4次，染病后求它們的算術(shù)平均值作為采樣的有效值。（2） 輸出信號抗干擾測控系統(tǒng)的輸出信息，既有數(shù)據(jù)信號也有控制信號。這些信號在受到干擾后，就會擾亂系統(tǒng)的正常工作。在軟件上解決這一問題的辦法是數(shù)據(jù)和控制信號的重復(fù)輸出，其輸出方式有兩種：一種是在數(shù)據(jù)或控制信號輸出后，以最短的周期重復(fù)輸出原來的信息。另一種是系統(tǒng)輸出信息后，CPU應(yīng)通過檢測的通道來檢測輸出的結(jié)果是否正確。（3） 程序抗干擾干擾信號除了能使輸入輸出數(shù)據(jù)誤差加大，使輸入輸出狀態(tài)發(fā)生錯誤造成局部控制失靈外，它還會干擾單片機內(nèi)部程序使程序運行紊亂，造成系統(tǒng)無法工作，程序干擾技術(shù)就是在程序中采用一些措施，及時發(fā)現(xiàn)和攔截失控的程序，使程序盡可能無擾動的恢復(fù)正常工作，使系統(tǒng)的損失減到最小。本設(shè)計采用了指令昂余方法。第二節(jié) 保護電路　 GTR能通過的最大電流比額定電流高不了多少，因此，對GTR的保護就成了應(yīng)用的難題，GTR的保護一般是在驅(qū)動電路中實現(xiàn)對GTR的自保護。其保護電路的形式依賴于逆變器是電壓源供電還是電流源供電。電流源逆變器易于實現(xiàn)負載短路保護，如發(fā)生短路現(xiàn)象時，可將所有晶體管開通，以最大限度地發(fā)揮電流承受能力，并且把可控整流橋拉入逆變，使存儲在電感中的能量逆變回電網(wǎng)；實現(xiàn)開路保護則很困難，必須設(shè)置電壓鉗位電路以限制dv／dt，并使尖峰電壓值小于晶體管的擊穿電壓。電壓型逆變器實現(xiàn)開路保護容易，實現(xiàn)短路保護難度大些，一般是利用GTR可自關(guān)斷的特點，故障一旦檢出，就迅速關(guān)斷GTR器件。一般認為GTR損壞的主要原因有： a．瞬態(tài)過壓。由于感性負載或布線電感的影響，GTR關(guān)斷時會產(chǎn)生瞬態(tài)電壓尖峰。瞬態(tài)過壓是GTR二次擊穿手主要原因，它的防護一般是給GTR并一RC或RCD網(wǎng)絡(luò)，消除峰值電壓，改善GTR開關(guān)工作條件?！　．過流。流過GTR的電流超過最大允許電流ICM時，可能會使電極引線過熱而燒斷，或使結(jié)溫過高而損壞。檢測過流信號是技術(shù)難點，檢測到過流信號后，通常是關(guān)閉GTR的基極電流，利用GTR42的自關(guān)斷能力切斷電路?！　．退飽和。GTR的電路中工作在準(zhǔn)飽和狀態(tài)，但也可因外部電路條件的變化，使它退出了飽和區(qū)，進入了放大區(qū)，使得集電極耗散功率增大。第五章 軟件的設(shè)計第一節(jié) 程序流程圖根據(jù)以上的工作原理，本軟件由一個主程序和兩個中斷程序組成。主程序流程圖：8253初始化 8155初始化 向兩個8253定時器輸入分頻數(shù)T0 T1初始化 記數(shù)單元清零，設(shè)置中斷方式 TR0=1,TR1=0 讀轉(zhuǎn)向控制信息 轉(zhuǎn)向控制信息 CW啟動 輸入主機測速命令 調(diào)轉(zhuǎn)速處理子程序 AB 開始 減小至最小 A調(diào)W轉(zhuǎn)換成BCD換成算fct分頻程序　　輸出到主機FCT VCT　分頻數(shù)　　　　輸入從動機測速命令調(diào)速度處理子程序及將W換成FCT分頻數(shù)子程序輸出到從動機FCT VCT 分頻數(shù)停機及電機反轉(zhuǎn)　　　　　　　減小至最小　　新的轉(zhuǎn)向信息到　CW禁止中斷　　開始Y NNBINT0中斷（入口002H） INT1中斷（入口0072H） 延遲 TR0=1 TR0=0讀取T0記數(shù)值m1讀取T2記數(shù)值m2將m1m2存入內(nèi)存計算W=Cm1/Cm2存入內(nèi)存T0,T1記數(shù)單元清零TR0=0 TR1=0打開記數(shù)器封鎖門 返回 啟動0809讀取數(shù)據(jù)存入內(nèi)存 返回轉(zhuǎn)換結(jié)束NY轉(zhuǎn)速處理子程序（入口0319H）w=wnn+△ww=wn+△wm2w=wn△wW=w2△wm1調(diào)二十進制轉(zhuǎn)換子程序?qū)轉(zhuǎn)換成BCD碼換算成相應(yīng)的FCT分頻率數(shù)低頻區(qū)域確定VCT分頻數(shù)確定FCT分[頻數(shù)輸出FCT VCT分頻數(shù) 返回轉(zhuǎn)速1=轉(zhuǎn)換2△w=w1w2 △w0△w△wm2∣△w∣=△w△wwmNYNYNY第二節(jié) 地址空間分布表 0000H 復(fù)位入口地址0020H的 中斷入口地址 中斷服務(wù)程序區(qū) 子程序區(qū) 主程序區(qū) 子程序區(qū) RAM 0030HT0低四位數(shù) 0031H T0高四位數(shù) 0032H T1低四位數(shù) 0033H T1高四位數(shù) 0034H 主動機速度值 0035H 從動機速度值0036H~0042H轉(zhuǎn)速處理中間值 0043H 轉(zhuǎn)向信息 0044H~0049H BCD轉(zhuǎn)換中間值 0050H主機FCT分頻數(shù) 0051H主機VCT分頻數(shù) 0060H 從機FCT分頻數(shù) 0061H 從機VCT分頻數(shù)