【文章內(nèi)容簡介】 D、 D/A轉換接口，用于人機對話的鍵盤處理接口， LED和 LCD顯示接口等。然后開發(fā)一些應用軟件。即可組成完整的單片機系統(tǒng)。 [6] 根據(jù)擺動式球磨機的工作模型和對目前單片機市場的調(diào)查 ， 本次設計選用的單片機 AT89C52，選用單片機的原因是其經(jīng)濟易用，性能可靠，易擴充，控制功能強。內(nèi)部配置 8KB的 Flash Memory，無 需擴展外部存儲器，可點擦寫， 便于編程調(diào)試 。 AT89C52 內(nèi)部帶有存儲器件，不用擴展程序存儲器，減少硬件線路連接。其最大特點就是設計者可以根據(jù)自己的實際需要開發(fā)、設計一個單片機系統(tǒng)，因而更加方便，更加靈活，并且成本低。 根據(jù)多維擺動式球磨機的特點及實現(xiàn)的功能，微機控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能主要有以下幾點： （ 1）實現(xiàn)對交流電機的速度控制； （ 2）實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集并做出相應處理； （ 3）實現(xiàn)實時記憶功能，保證時間數(shù)據(jù)掉電不丟失； （ 4）實現(xiàn)簡單、直觀的人機交互界面。 輸入通道的確定 溫度傳感器的確定 由于 擺動式球 磨機在研磨物料過程中，球磨機內(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)設計要求本設計采用熱電偶溫度檢測。 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一，熱電偶工作原理是基于賽貝克 (seeback)效應 ,即兩種不同成分的導體兩端連接成回路，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)點是： ① 測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介 質的影響。 ② 測量范圍廣。常用的熱電偶從 50~+1600℃ 均可 連續(xù) 測量，某些特殊熱電偶最低可測到 269℃（論文） 8 （如金鐵鎳鉻），最高可達 +2800℃ （如鎢 錸）。 ③ 構造簡單，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，外有保護套管，用起來非常方便。 熱電偶測溫基本原理 是 將兩種不同材料的導體或半導體 A和 B焊接起來，構成一個閉合回路，如圖 23 所示。當導體 A和 B 的兩個執(zhí)著點 1和 2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢 ,因而在回路中形成一個大小的電流 ,這種現(xiàn)象稱為熱電效應。熱電偶就是利 用這一效應來工作 。 圖 23 熱電偶 常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調(diào)用標準熱電偶是指國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。 本次設計使用標準熱電偶。 標準化熱電偶我國從 1988年 1月 1日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC國際標準生產(chǎn)，并指定 S、 B、 E、 K、 R、 J、 T七種標準化熱電偶為我國統(tǒng)一設計型熱電偶。 [11] 熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對它的結構要求如下： ① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固； ② 兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路； ③ 補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； ④ 保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。 由于擺動式球磨機測量高溫所以本次設計采用 熱電偶溫度傳感器。 氣體壓力傳感器 罐內(nèi)氣體壓力檢測系統(tǒng)來監(jiān)測罐體的安全狀況是很必要的。機械法加工超細粉末的保護和保原問題，是超細粉末制備技術迫切需要解決的難題。 當罐內(nèi)氣體壓力低于要求時，系統(tǒng)采用緊急加熱點 金屬 b 金屬 a — + （論文） 9 停車，并且報警，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：陽極相對于陰極施加正向電壓，在陰極形成電場，使陰極產(chǎn)生電子發(fā)射。當敏感陽極膜受壓變形時，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系 系統(tǒng)原理框圖 在主 電路和控制電路的基礎上加上必需的輔助和驅動電路，就構成了本次設計的整個系統(tǒng)，其系統(tǒng)原理圖如圖 24所示。 由圖可知，本次設計以 AT89C52單片機為控制器，以交流電動機為控制對象，以直流測速發(fā)電機為速度傳感器，構成了閉環(huán)控制系統(tǒng)；針對交流電動機具有非線性、多變量強耦合以及獲得精確數(shù)學模型困難的特點，設計了模糊控制器，通過對變頻器的控制，實現(xiàn)電機轉速的自動調(diào)節(jié)；通過人機交互界面的設計，實現(xiàn)了加工時間、間歇時間、最高轉速、升速時間、降速時間、允許溫升范圍、超強加工、柔性加工等設置；通過 溫度傳感器 、 壓力傳感器 ，實現(xiàn) 了工作機溫度和罐內(nèi)氣體壓力的監(jiān)測。 圖 24 系統(tǒng)的原理框圖 傳感器 單片機 人機接口 看門狗 A/D 裝換 時鐘電 路 報 警 變頻驅動電路 電機 檢測電 路 （論文） 10 3 電氣控制系統(tǒng)硬件設計 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：單片機最小系統(tǒng)，時間記憶電路，檢測放大電路，變頻驅動電路以及人機交互電路。 本系統(tǒng)的 實現(xiàn)對多維擺動式球磨機整個工作流程的智能控制， 單片機選用 AT89C52，經(jīng)濟易用， 性能可靠，無須擴展外部存貯器 ，可多次修改程序，便于編程調(diào)試 。控制對象是一臺功率為 3kW 鼠籠式三相交流異步電動機，使用的主要元器件為 SA8282和 IGBT?？刂葡到y(tǒng)采用的是閉環(huán)，運用了 SPWM 正弦脈寬調(diào)制方式進行交流電機的調(diào)速，提高粉末的加工細度。 89C52單片機應用介紹 單片機 98SC52介紹 AT89C52是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 8kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM） 和 256bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準 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 存儲單元，功能強大 AT89C52 單片機適合于許多較為復雜控制應用場合 [7]。 單片機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)存儲器的寫入控制信號 RD （ ）：外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取控制信號 RST 復位端 ALE 地址鎖存使能端 PSEN 程序存儲器使能端 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提供以下標準功能： 8k字節(jié) Flash閃速存儲器， 256字節(jié) 內(nèi)部 RAM， 32個 I/O口線，3個 16位定時 /計數(shù)器，一個 6向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， 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 /計數(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硬件復位。 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)包括：時鐘電路、復位電路、看門狗電路以及使單片機正常工作的電源電路。時鐘電路為單片機提供時鐘 控制信號，本系統(tǒng)采用了 6M 的晶振作為 CPU 的內(nèi)部時鐘源；復位電路可以在單片機正常工作中如需要一個復位信號，以便使單片機上電或按下復位開關時能從頭開始工作，它的復位信號低電平有效；看門狗電路 MAX813L在單片機受外界干擾時，保證單片機程序不跑飛。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 單片機最小系統(tǒng) 時間記憶電路設計 本次設計的時鐘芯片采用 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 時間記憶電路 （論文） 13 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含 有一個實時時鐘和 31字節(jié)靜 RAM， 通過簡單的串行接口與單片機進行通信。 DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線， 1 RES復位， 2 I/O數(shù)據(jù)線， 3 SCLK串行時鐘。 RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達 31個字節(jié)的字符組方式通信。 DS1302 工作時功耗很低保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時，功率小于 1Mw 表 32 MAX813L管腳功能表 X1， X2 晶振管腳 GND 地 RST 復位腳 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 SCLK 串行時鐘 Vcc1， Vcc2 電源供電管腳 輸入檢測放大電路及 A/D轉換設計 檢測放大電路在整個控制系統(tǒng)中都具有重要作用，其檢測精度可以直接影響系統(tǒng)控制精度。在本系統(tǒng)中檢測放大電路可分為真空壓力檢測放大電路、溫度檢測放大電路和測速發(fā)電機檢測放大電路三部分組成。 壓力檢測電路 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 運行，必須對壓力進行監(jiān)測和控制，但需說明的是，這里所說的壓力，實際上是物理概念 中的壓強，即垂直作用在單位面積上的力。 在壓力測量中，常用絕對壓力、表壓力、負壓力或真空度之分。所謂絕對壓力是指被測介質作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號 pj表示。用來測量絕對壓力的儀表稱為絕對壓力表。用來測量大氣氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對壓力與大氣壓力之差 ， 稱為表壓力 。 用符號 pb表示。即 pb=pjpq。當絕對壓力值小于大氣壓力值時，表壓力為負值（即負壓力），此負壓力值的絕對值，稱為真空度，用符號 pz表示。 PTP708F 壓力傳感器采用全不銹鋼封焊結構，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質兼容性。廣泛 用于工業(yè)設備、化工、醫(yī)療、空調(diào)等壓力測量與控制 ， 綜合精度 : %FS、 %FS。 （論文）