【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 D、 D/A轉(zhuǎn)換接口，用于人機(jī)對(duì)話的鍵盤處理接口， LED和 LCD顯示接口等。然后開發(fā)一些應(yīng)用軟件。即可組成完整的單片機(jī)系統(tǒng)。 [6] 根據(jù)擺動(dòng)式球磨機(jī)的工作模型和對(duì)目前單片機(jī)市場(chǎng)的調(diào)查 ， 本次設(shè)計(jì)選用的單片機(jī) AT89C52，選用單片機(jī)的原因是其經(jīng)濟(jì)易用，性能可靠，易擴(kuò)充，控制功能強(qiáng)。內(nèi)部配置 8KB的 Flash Memory，無 需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，可點(diǎn)擦寫， 便于編程調(diào)試 。 AT89C52 內(nèi)部帶有存儲(chǔ)器件，不用擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，減少硬件線路連接。其最大特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的實(shí)際需要開發(fā)、設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，因而更加方便，更加靈活，并且成本低。 根據(jù)多維擺動(dòng)式球磨機(jī)的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)的功能，微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能主要有以下幾點(diǎn)： （ 1）實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的速度控制； （ 2）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集并做出相應(yīng)處理； （ 3）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)記憶功能，保證時(shí)間數(shù)據(jù)掉電不丟失； （ 4）實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、直觀的人機(jī)交互界面。 輸入通道的確定 溫度傳感器的確定 由于 擺動(dòng)式球 磨機(jī)在研磨物料過程中，球磨機(jī)內(nèi)的物料受磨介和罐體的作用，其物理形狀發(fā)生改變，釋放出能量，球磨機(jī)內(nèi)物料碰撞周圍物體，由于壓力作用使物體表而產(chǎn)生微小的形變，球磨機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生很高的溫度。所以需要傳感器的穩(wěn)定性和耐高溫的要求要很高 。根據(jù)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)采用熱電偶溫度檢測(cè)。 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一，熱電偶工作原理是基于賽貝克 (seeback)效應(yīng) ,即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。其優(yōu)點(diǎn)是： ① 測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介 質(zhì)的影響。 ② 測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從 50~+1600℃ 均可 連續(xù) 測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到 269℃（論文） 8 （如金鐵鎳鉻），最高可達(dá) +2800℃ （如鎢 錸）。 ③ 構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。 熱電偶測(cè)溫基本原理 是 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A和 B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖 23 所示。當(dāng)導(dǎo)體 A和 B 的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn) 1和 2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) ,因而在回路中形成一個(gè)大小的電流 ,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利 用這一效應(yīng)來工作 。 圖 23 熱電偶 常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。 本次設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從 1988年 1月 1日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定 S、 B、 E、 K、 R、 J、 T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。 [11] 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： ① 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固； ② 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路； ③ 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； ④ 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。 由于擺動(dòng)式球磨機(jī)測(cè)量高溫所以本次設(shè)計(jì)采用 熱電偶溫度傳感器。 氣體壓力傳感器 罐內(nèi)氣體壓力檢測(cè)系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)罐體的安全狀況是很必要的。機(jī)械法加工超細(xì)粉末的保護(hù)和保原問題，是超細(xì)粉末制備技術(shù)迫切需要解決的難題。 當(dāng)罐內(nèi)氣體壓力低于要求時(shí)，系統(tǒng)采用緊急加熱點(diǎn) 金屬 b 金屬 a — + （論文） 9 停車，并且報(bào)警，避免了被加工物料的氧化和事故的發(fā)生。 這里選用 PTP708F壓力傳感器 ，其 工作原理是：陽極相對(duì)于陰極施加正向電壓，在陰極形成電場(chǎng)，使陰極產(chǎn)生電子發(fā)射。當(dāng)敏感陽極膜受壓變形時(shí)，陰陽極間距變化，陰極發(fā)射的電流發(fā)生變化。從而通過陰極發(fā)射電流的變化反映陽極膜所受壓力的變化。該傳感器上的施加在傳感器上的壓力在 25g～ 100g范圍內(nèi)，其壓力與輸出電壓的曲線呈線性關(guān)系，從而反映出施加在傳感器上的壓力與傳感器發(fā)射的電流成線性變化關(guān)系 系統(tǒng)原理框圖 在主 電路和控制電路的基礎(chǔ)上加上必需的輔助和驅(qū)動(dòng)電路，就構(gòu)成了本次設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)，其系統(tǒng)原理圖如圖 24所示。 由圖可知，本次設(shè)計(jì)以 AT89C52單片機(jī)為控制器，以交流電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以直流測(cè)速發(fā)電機(jī)為速度傳感器，構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)；針對(duì)交流電動(dòng)機(jī)具有非線性、多變量強(qiáng)耦合以及獲得精確數(shù)學(xué)模型困難的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了模糊控制器，通過對(duì)變頻器的控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)；通過人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了加工時(shí)間、間歇時(shí)間、最高轉(zhuǎn)速、升速時(shí)間、降速時(shí)間、允許溫升范圍、超強(qiáng)加工、柔性加工等設(shè)置；通過 溫度傳感器 、 壓力傳感器 ，實(shí)現(xiàn) 了工作機(jī)溫度和罐內(nèi)氣體壓力的監(jiān)測(cè)。 圖 24 系統(tǒng)的原理框圖 傳感器 單片機(jī) 人機(jī)接口 看門狗 A/D 裝換 時(shí)鐘電 路 報(bào) 警 變頻驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī) 檢測(cè)電 路 （論文） 10 3 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 電氣控制系統(tǒng)的硬件組成 系統(tǒng)的硬件組成主要由五部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)，時(shí)間記憶電路，檢測(cè)放大電路，變頻驅(qū)動(dòng)電路以及人機(jī)交互電路。 本系統(tǒng)的 實(shí)現(xiàn)對(duì)多維擺動(dòng)式球磨機(jī)整個(gè)工作流程的智能控制， 單片機(jī)選用 AT89C52，經(jīng)濟(jì)易用， 性能可靠，無須擴(kuò)展外部存貯器 ，可多次修改程序，便于編程調(diào)試 ?？刂茖?duì)象是一臺(tái)功率為 3kW 鼠籠式三相交流異步電動(dòng)機(jī)，使用的主要元器件為 SA8282和 IGBT。控制系統(tǒng)采用的是閉環(huán)，運(yùn)用了 SPWM 正弦脈寬調(diào)制方式進(jìn)行交流電機(jī)的調(diào)速，提高粉末的加工細(xì)度。 89C52單片機(jī)應(yīng)用介紹 單片機(jī) 98SC52介紹 AT89C52是美國(guó) ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM） 和 256bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS－ 51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合 [7]。 單片機(jī)芯片的管腳描述如圖 31和表 31所示。 p101p112p123p134p145p156p167p178I N T 113I N T 012T014T115X018X119E A / V P31R E S E T9WR16RD17P S E N29A L E / P30T X D11R X D10P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728A T 89 C 52 圖 31 AT98C52 管腳圖 （論文） 11 表 31 AT89C52 管腳詳盡功能描述 助字符 名稱和功能 Vss 接地 Vcc 電源 P0 口 P1 口 P2 口 P3 口 RXD（ )：串行輸入口 TXD（ )：串行輸出口 INT0（ )：外部中斷 INT1（ ）：外部中斷 T0 （ ）： TIMER0的外部輸入腳 T1 （ ）： TIMER1的外部輸入腳 WR （ ）：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入控制信號(hào) RD （ ）：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取控制信號(hào) RST 復(fù)位端 ALE 地址鎖存使能端 PSEN 程序存儲(chǔ)器使能端 EA/Vpp 外部訪問使能編程電壓提供 XTAL1 晶振 1 XTAL2 晶振 2 功能特性概述： AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash閃速存儲(chǔ)器， 256字節(jié) 內(nèi)部 RAM， 32個(gè) I/O口線，3個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， AT89C52可降至 0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括：時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、看門狗電路以及使單片機(jī)正常工作的電源電路。時(shí)鐘電路為單片機(jī)提供時(shí)鐘 控制信號(hào)，本系統(tǒng)采用了 6M 的晶振作為 CPU 的內(nèi)部時(shí)鐘源；復(fù)位電路可以在單片機(jī)正常工作中如需要一個(gè)復(fù)位信號(hào)，以便使單片機(jī)上電或按下復(fù)位開關(guān)時(shí)能從頭開始工作，它的復(fù)位信號(hào)低電平有效；看門狗電路 MAX813L在單片機(jī)受外界干擾時(shí)，保證單片機(jī)程序不跑飛。提高系統(tǒng)可靠性 [12]。其具體電路如圖 32： （論文） 12 p101p112p123p134p145p156p167p178I N T 113I N T 012T014T115X018X119E A / V P31R E S E T9WR16RD17P S E N29A L E / P30T X D11R X D10P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728A T 89 C 52V C C11223344556677882M A X 81 3L20pFC420pFC312Y1 6M H Z10uFC 39S110KR 25V C C 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng) 時(shí)間記憶電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的時(shí)鐘芯片采用 DS1302。 如圖 33 3 2 .7 6 8 K H ZY3C 2 25 .6 pC 2 15 .6 p3VR S T5I / O6S C L7X12X23V b a t8VCC1GND4U2D S 1 3 0 2R410kR510kR610k+ 5 v 圖 33 時(shí)間記憶電路 （論文） 13 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含 有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和 31字節(jié)靜 RAM， 通過簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。 DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線， 1 RES復(fù)位， 2 I/O數(shù)據(jù)線， 3 SCLK串行時(shí)鐘。 RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。 DS1302 工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)，功率小于 1Mw 表 32 MAX813L管腳功能表 X1， X2 晶振管腳 GND 地 RST 復(fù)位腳 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 SCLK 串行時(shí)鐘 Vcc1， Vcc2 電源供電管腳 輸入檢測(cè)放大電路及 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) 檢測(cè)放大電路在整個(gè)控制系統(tǒng)中都具有重要作用，其檢測(cè)精度可以直接影響系統(tǒng)控制精度。在本系統(tǒng)中檢測(cè)放大電路可分為真空壓力檢測(cè)放大電路、溫度檢測(cè)放大電路和測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)放大電路三部分組成。 壓力檢測(cè)電路 壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，為了保證 其正常 運(yùn)行，必須對(duì)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，但需說明的是，這里所說的壓力，實(shí)際上是物理概念 中的壓強(qiáng)，即垂直作用在單位面積上的力。 在壓力測(cè)量中，常用絕對(duì)壓力、表壓力、負(fù)壓力或真空度之分。所謂絕對(duì)壓力是指被測(cè)介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號(hào) pj表示。用來測(cè)量絕對(duì)壓力的儀表稱為絕對(duì)壓力表。用來測(cè)量大氣氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對(duì)壓力與大氣壓力之差 ， 稱為表壓力 。 用符號(hào) pb表示。即 pb=pjpq。當(dāng)絕對(duì)壓力值小于大氣壓力值時(shí)，表壓力為負(fù)值（即負(fù)壓力），此負(fù)壓力值的絕對(duì)值，稱為真空度，用符號(hào) pz表示。 PTP708F 壓力傳感器采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。廣泛 用于工業(yè)設(shè)備、化工、醫(yī)療、空調(diào)等壓力測(cè)量與控制 ， 綜合精度 : %FS、 %FS。 （論文）