【正文】 大化的簡化外圍電路。 調(diào)速方式的選擇 根據(jù)勵磁方式的不同，直流電動機分為自勵和他勵兩種類型。不同方式的直流電動機機械特性曲線有所不同。對于直流電動機，其轉(zhuǎn)速 計算見 式 （ 51） ： TKCC RKC UNree內(nèi)?? （ 51） 其中： C e 表示電勢常數(shù)； C r 表示轉(zhuǎn)矩常數(shù)； K 表示每級磁通（ W b）； U 表示電公式統(tǒng)一用英文斜體排版，公式中有上標、下標、頂標或底標等時，必須層次清楚，特別是角標層次多時，更應(yīng)注意此問題。公式應(yīng)居中放置，有序號公式可略靠左。若公式前有“解”、“證”、“假設(shè)”等文字時，文字頂格寫，公式末不加標點，公式序號寫在公式右側(cè)的行末頂邊線，并加圓括號。序號按章排，如“（ 11）”、“（ 12）”。文章中引用公式時，一般用“見式（ 11）”。公式在換行排版時，采取與等號對齊的方式。公式中第一次出現(xiàn)的物理量應(yīng)給予注釋，格式見：式中 ρ 標準溶液的密度（ Kg/m3）。 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 24 壓； R 內(nèi)表示勵磁繞組本身的電阻。由上式可知 直流電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主要有三種方法：調(diào)節(jié)電樞供電的電壓、減弱勵磁磁通和改 變電樞回路電阻。針對三種調(diào)速方法，都有各自的特點，也存在一定的缺陷。例如改變電樞回路電阻調(diào)速只能實現(xiàn)有級調(diào)速，減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但這種方法的調(diào)速范圍不大，一般都是配合變壓調(diào)速使用。所以，在直流調(diào)速系統(tǒng)中，都是以變壓調(diào)速為主。其中，在變壓調(diào)速系統(tǒng)中，大體上又可分為旋轉(zhuǎn)交流電機組調(diào)速系統(tǒng)、可控整流式調(diào)速系統(tǒng)、直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)三種。旋轉(zhuǎn)交流電機組調(diào)速系統(tǒng)目前已被淘汰。直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)與可控整流式調(diào)速系統(tǒng)（ VM 系統(tǒng)）相比有下列優(yōu)點 :由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的 直流電流，低速特性好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達 1： 10000 左右 ；同樣，由于開關(guān)頻率高，快速響應(yīng)特性好，動態(tài)抗干擾能力強，可以獲得很寬的頻帶 。開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率高 。直流電源采用不控 制 整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高 。 正因為直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)有以上的優(yōu)點，并且隨著電力電子器件開關(guān)性能的不斷提高，直流脈寬調(diào)制 ( PWM) 技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字電路 PWM 已被大規(guī)模集成電路所取代，這就使得數(shù)字調(diào)制技術(shù)成為可能。目前，在該領(lǐng)域中大部分應(yīng)用的是數(shù)字脈寬調(diào)制器與微處 理器集為一體的專用控制芯片。電動機調(diào)速系統(tǒng)采用微機實現(xiàn)數(shù)字化控制，是電氣傳動發(fā)展的主要方向之一。采用微機控制后，整個調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，操作維護方便，電動機穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速精度可達到較高水平，靜動態(tài)各項指標均能較好地滿足工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動的要求。 微處理器的選擇 PIC16F877 是 Microchip 公司 生產(chǎn) 的一款具有 RISC 結(jié)構(gòu)的高性能中檔單片機。該單片機穩(wěn)定性好，引腳具有的防瞬態(tài)能力給系統(tǒng)提供了穩(wěn)定保障。其具有的 PWM（脈寬調(diào)制）輸出功能，節(jié)省了外圍電路和單片機工作時間 。內(nèi)部集成的 A/D 口，滿足了系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速信號、電流反饋信號、欠壓信號等模擬信號采集的要求。豐富的中斷資源可準確地采集電機的相位信息，實現(xiàn)工作模式的轉(zhuǎn)換。獨特的哈佛總線結(jié)構(gòu)、極低的功耗、I/O 引腳上拉電路和看門狗電路等使系統(tǒng)有了極高的性價比。 由于該芯片價格便宜，性能穩(wěn)定，本控制器設(shè)計的基于 單片機 PIC16F877 的無刷直流電動機 調(diào)速系統(tǒng)具有實際應(yīng)用價值，并已在現(xiàn)實中得到了應(yīng)用。 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 25 PWM 調(diào)速原理 傳統(tǒng)的改變電壓的方法是將一個電阻和電樞串聯(lián)，通過調(diào)節(jié)電阻改變電樞電壓，達到調(diào)速的目的，這種方法效率低。隨 著電力電子的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法。如：由交流電源供電，使用晶閘管整流器進行相控調(diào)壓；脈寬調(diào)制（ PWM）調(diào)壓等等。其中脈寬調(diào)制（ PWM）可以應(yīng)用在許多方面，如電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短，通過改變直流電動電樞上的電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，因此， PWM 又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 圖 51 PWM脈沖與電機轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系 圖 51 表示出電樞電 壓占空比和平均電壓的關(guān)系，設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為 V max，占空比 D=t/T，其中 t 表示一個周期內(nèi)高電平時間， T 表示一個脈沖周期，這樣則電機的平均速度為： V d=V maxμ D，其中μ為比例常數(shù)，可見只要改變占空比 D，就可以得到不同的電機轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)速的目的。 PWM 信號的產(chǎn)生有兩種方法：一種是硬件的方法；一種是軟件的方法。本文主要介紹利用單片機 PIC16 F877 通過 MPLAB IDE 軟件用匯編語言進行編程從而產(chǎn)生PWM 信號。 總體設(shè)計 總體硬件設(shè)計 硬件 設(shè)計是依據(jù)圖 52 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 ，設(shè)計各處單元電路，最后結(jié)合起來成為升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 26 完整硬件電路系統(tǒng)。并通過 Protel99 SE 軟件把硬件電路系統(tǒng)繪制出相應(yīng)的電路原理圖，經(jīng)過各種電氣規(guī)則檢測后，生成 PCB 電路板圖，進而到工廠進行加工制作， 做 出對應(yīng)的電路板，再購買需要的材料， 焊接電路板 ，就可得到最終的可實現(xiàn)相應(yīng)工作的電路板。 圖 52 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 27 圖 53 單片機 PIC16F877引腳圖 單元電路主要包括：單片機的最小系統(tǒng)電路；單片機 I/O 設(shè)備電路；電源電路；硬件保護電路；隔離電路；驅(qū)動電路；外接端口電路。 其中單片機的最小系統(tǒng)電路、單片機 I/O 設(shè)備電路可根據(jù)圖 53 單片機 PIC16F877 引腳圖進行設(shè)計；電源電路可選用MC78L05CG 電壓穩(wěn)壓器， 并根據(jù)其原理圖搭建電路 ；硬件保護電路可根據(jù)輸入信號和輸出信號的邏輯關(guān)系搭建邏輯電路；驅(qū)動電路根據(jù)所選芯片 LMD18200 原理圖搭建電路；隔離電路可選用 TLP521 并根據(jù)其技術(shù)參數(shù)搭建電路；外接端口電路可選用 DB 接口進行連接電路。 單片機的最小系統(tǒng)電路設(shè)計是指能使單片機正常工作的最小外圍電路：包括晶振的設(shè)計；復(fù)位電路的設(shè)計； 通信電路設(shè)計 （可省略）。單片機 I/O 設(shè)備電路 的設(shè)計指限位信號、開關(guān)信號、中斷信號、輸出信號對應(yīng)的電路設(shè)計。電源電路指的是把 +12V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的可供單片機使用的 +5V電壓的電路。硬件保護電路指的是硬件上進行剎車的相應(yīng)的邏輯電路。驅(qū)動電路指處理 PWM 信號、方向信號和剎車信號并驅(qū)動電機的電路。外圍端口電路指實現(xiàn)電路板與外界各種信號和電源相連的電路。 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 28 總體軟件設(shè)計 模塊化設(shè)計是軟件設(shè)計的基本方法。模塊化設(shè)計思想是將一個功能較多， 程序量較大的程序整體按功能分成若干獨立程序模塊 。分別調(diào)試完善形成一 體。故可把整個程序分為初始化程序；查詢程序； 正轉(zhuǎn)調(diào)速程序；反轉(zhuǎn)調(diào)速程序；正轉(zhuǎn)正常運行程序；反轉(zhuǎn)正常運行程序等。這樣大大的簡化了編程難度，使程序條理化、清晰化。 本系統(tǒng)主程序結(jié)構(gòu)是進行各種初始化 ，查詢按鍵狀態(tài)，并根據(jù)按鍵狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的操作。 軟件設(shè)計要注意 ： 1. 采用匯編語言編程，匯編具有執(zhí)行速度快占用內(nèi)存少有點，適合于實時控制。 2. 完成基本任務(wù)后，軟件設(shè)計考慮系統(tǒng)可靠性和抗干擾。 3. 合理選擇控制控制算法，達到要求精度對存儲器作統(tǒng)一安排。 4. 畫程序模塊流程圖，說明其功能，對程序指令加 以 必要的注釋，以便閱讀。 5. 主程序和各個模塊設(shè)計完成后，連接成一個完整程序。 總體軟件仿真設(shè)計 本設(shè)計在制作電路板前可用 Proteus 7 電路仿真軟件進行仿真，進一步檢測硬件電路和軟件設(shè)計是否正確匹配，能不能實現(xiàn)所需功能。這樣調(diào)試程序及電路更直觀、方便，更容易編出合理正確的程序。但也不能完全憑借它調(diào)節(jié)軟件及電路，畢竟只是對現(xiàn)實的仿真，與事實中的硬片有一定差別?？蓞⒖荚撥浖M行電路及軟件設(shè)計。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 升降機構(gòu)的控制系統(tǒng) ，對 PIC 單片機的特點、調(diào)速方式、微處理器、PWM 調(diào)速原理 做了系統(tǒng)的介紹。 同時也做出總體方案的設(shè)計、硬件的設(shè)計、軟件設(shè)計等總體設(shè)計思路。 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 29 結(jié)論 本文探索 性設(shè)計出升旗機構(gòu)中的防卷機構(gòu)，自動手動升旗機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分布，通過現(xiàn)有整體尺寸對零部件進行了具體的計算、校核 。方案設(shè)計后 得出如下結(jié)論： 1. 本文探索并研究出一種 新型的升旗結(jié)構(gòu) 。 2. 影響 升降效果 的主要因素有： 焊接精度 ； 控制系統(tǒng)的控制精度 ； 材料性能等 。 3. 該 升降機構(gòu) 進行進一步工程化、產(chǎn)品化，可以取代 傳統(tǒng)的升旗機構(gòu) ， 因為任何重要場所都有國旗所在，所以該設(shè)計在生活中 有一定意義。 本課題在以下幾個方面還有待于進一步開展工作： 1. 更改蝸桿的提升自鎖機構(gòu) ； 2. 更改控制系統(tǒng)，實現(xiàn)完全聲控 ； 3. 做旗幟的裝卸機構(gòu)，實現(xiàn)完全 自動化 ； 4. 把該 設(shè)計 產(chǎn)品化。 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 30 參考文獻 [1] 濮良貴 , 紀名剛 . 機械設(shè)計 [M]. 北京 : 高等教育出版社 , 1999: 101132. 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