【正文】 ； //清除 Flash存儲鎖定位 *Flash_ptrB=0 //初始化 Flash 的 B段首數據 FCTL1=FWKEY+WRT； //設置寫寄存器以寫入數據 For(itemp=0； itemp128； itemp++){ *Flash_ptrB++=Userdata[itemp]； } //向 B段中寫入數據 FCTL1=FWKEY； //清除寫寄存器 33 FCTL3=FWKEY+LOCK； //恢復鎖定狀態(tài) 統(tǒng)中可以根據需要保存的數據量決定使用的 Flash容量， A， B兩個段最多能夠存儲 256字節(jié)的數據。 SPWM控制信號的發(fā)生程序 系統(tǒng)中，控制核心 MSP430的最主要的任務是產生正確的 SPWM控制信號控制 DIPIPM 輸出，進而控制電動機的工作頻率和有效電壓。 受到 MSP430F149的工作頻率和運算速度等方面的限制，在產生 SPWM控制波形的方面，利用 MSP430F149具有較大的 ROM (60KB )，將事先在計算機上計算 好的代表 SPWM控制波形的數組存儲在 ROM 中，使用時， MCU按照一定的順序讀取這些數據，并執(zhí)行特定的功能，實現 SPWM控制信號的輸出。 SPWM信號通過 P4口的第二功能實現，僅僅在生成 SWPM 信號時才啟用 Timer B 定時器和 P4口的第二功能，并在系統(tǒng)待機時關閉 Timer B定時器和 P4口的第二功能，相應的 Timer B定時器設置如下 ： TBCTL=TBSSELZ+MC_ 3+TBIE+TBIFG； //MCLK，增減計數模式，允許中斷和溢出 系統(tǒng) 中，使用前面所介紹過的 Timer B和 P4 I/O口的第二功能實現 SPWM的輸出。在系統(tǒng)的初始化程序中，使用 Timer B的增減計數方式，設置 P4口的 , 為輸出模式 2— PWM 翻轉 /復位模式，設置 , 和 6— PWM翻轉 /復位模式，這種輸出模式下，通過設定寄存器 TBCCRITBCCR6中的值能夠獲得 6路波形。取 作為 U相的下臂輸出和上臂輸出、 和 V相的下臂輸出和上臂輸出、 P43和 P45作為 W相的下臂輸出和上 臂輸出。在程序中，對相應的寄存器的設定如下 ： TBCCR1=Point_Arr[Cont_U++]； TBCCR2=Point_Arr[Cont_U++]； TBCCR3=Point_Arr[Cont_U++]； //下橋臂 34 TBCCR4= TBCCR1DEADTIME； TBCCR5= TBCCR2DEADTIME； TBCCR6= TBCCR3DEADTIME； //上橋臂 其中的 DEADTIME 為死區(qū)時間 [32]，在這段時間 內同相的上橋臂和下橋臂同時關斷，用來避免因 IGBT的反應延遲而造成的短路現象。 需要注意的是，比較增減計數模式的 波形 和三角波斬波的波形是完全相反的，這并不會影響系統(tǒng)的正常運行，僅僅會給還原出的正弦波帶來 180度的相位差。 因此，在這種情況下，實際的 SPWM 輸出頻率 f =4x1975N二 Hz，對于電梯門機控制這類對于誤差要求不是很嚴格的場合而言，這樣的輸出精度是完全能夠滿足應用要求的。 系統(tǒng)以 1Hz 作為變頻的最小變頻單位，在計算鄰近的頻點時，必須考慮載波頻率問題。相鄰頻點之間的載波比的變化不能 過大，否則會導致電機工作特性的改變，電機運行的噪聲會產生突變問題。例如，當前系統(tǒng)選定 25Hz下的載波比 N=81，載波頻率 ft=2025Hz，對于鄰近頻點26Hz： 2022/26/3= (52) 可以選擇載波比為 75或者 78，這兩種載波比下對應的載波頻率為1950Hz, 2028Hz,因此在 26Hz的頻點下，應當選擇載波比為 78，取得比較接近的載波頻率。 單片機通過利用 Timer B和端口的輸出功能，調用 Arr 25Hz 81 CCRO和 Arr 25Hz 81 一 50[]中保存的數據還原 SPWM控制波形是軟件系統(tǒng)中非常重要的部分，其中軟件的工作流程很大程度上決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以開門過程為例，主程序的基本流程如圖 53(a)所示 ： 循環(huán)的流程中判斷外界的控制信號的狀態(tài)、系統(tǒng)自身的狀態(tài)來決定下一個狀態(tài)，同時改變相關的標志位和變量。每個頻點上數組數值的替換，不同頻點的切換的工作都是在中斷中完成的，中斷程序根據主程序中所設定的相關標志位和變量，執(zhí)行不同的工作。中斷程序的基本流程 35 如圖 53(b)所示 ： 在主流程中的系統(tǒng)保護主要判斷系統(tǒng)當前的狀態(tài)是 否正常，包括判斷過流保護計數器、判斷系統(tǒng)溫度保護標志位。其中的過流保護計數中的數值是在過流中斷服務程序中處理的，一旦 IPM過流， F。輸出的過流信號觸發(fā)單片機的中斷，進入過流保護中斷服務程序后首先禁用了 SPWM控制信號的輸出，然后修改過流保護計數器的值，主程序循環(huán)中只需要將當前的計數器與保存在 Flash中的用戶設置的閥值相比較，如果超過閥值則置位過流保護標志位。系統(tǒng)溫度保護標志位是在系統(tǒng)的空閑時間設置的，系統(tǒng)在待機狀態(tài)下，調用 ADC12 模塊，通過多次比較 ADC12轉化的結果和用戶設置的閥值，確定系統(tǒng)當前的溫度 ，修改溫度保護標志位。在主程序的循環(huán)中，檢測這兩個標志位的狀態(tài)，如果其中任何一個標志位被置位，系統(tǒng)都將從工作狀態(tài)跳轉到保護狀態(tài)。 圖 53開門主程序流程圖 (a)，中斷服務程序流程圖 (b) 36 用戶設置的軟件部分中，通過下面列出硬件的實現相應的功能 ： (1) 1個撥碼開關用來選擇控制器啟動后所進入的模式 ： 啟動時軟件檢測該開關所設置的狀態(tài)，選擇進入工作模式 (NORMAL)或者是用戶設置模式 (SETTING)。 (2) 4個受控的 LED指示燈顯示當前 繼電器組的吸和狀態(tài) ： LED在相應的繼電器吸合時點亮，在繼電器斷開時熄滅 。 (3) 4個受控的 LED數碼管顯示當前狀態(tài)等代碼信息， 8個按鍵接受用戶的設置信息。 軟件中，設置 8個按鍵的功能如下 ： 功能∧ 子功能∧ 參數∧ 確定 功能∨ 子功能∨ 參數∨ 取消 在用戶設置模式下，按下鍵盤中的設置功能鍵，部分設置內容如表51所示 ： 表 51系統(tǒng)部分顯示代碼功能和含義 顯示位 3 顯示位 2 顯示位 10 對應參數含義 功能∧ ∨ 子功能∧ ∨ 參數∧ ∨ U 1 04～ 10 開門起始區(qū)目的頻率 2 15～ 25 開門高速區(qū)目的的頻率 3 03～ 10 開門低速區(qū)目的的頻率 4 06～ 15 開門快速區(qū)目的的頻率 5 20～ 25 開門高速區(qū)目的的頻率 6 03～ 10 開門低速區(qū)目的的頻率 P 1 00～ 99 系統(tǒng)過流保護次數 2 00、 25～ 99 系統(tǒng)過熱保護溫度 用戶在設置模式下，首先通過功能鍵選擇需要調整的主要功能，包括開門、關門各個階段的期望速度和力矩，關門后的保持力矩、繼電器的輸出狀態(tài)以及系統(tǒng)保護條件。然后通過子功能鍵選擇下面的需要修改的具體功能，參數修改鍵能夠在系統(tǒng)所允許的范圍內調 整子功能的參數， 37 確認鍵保存參數，取消鍵返回原來設定的值。 所有參數修改、保存工作完成后，用戶將模式開關恢復到工作模式下。用戶模式下的軟件檢測到模式開關的變化后，將啟用看門狗，設置系統(tǒng)復位時間為 1000mS左右，在此時間內繼續(xù)檢測模式開關的狀態(tài)，如果一直沒有發(fā)生變化，則不對看門狗計數器進行復位，最終由看門狗對系統(tǒng)進行復位。這部分程序的流程如圖 54所示 ： 圖 54設置模式退出流程圖 看門狗復位后，系統(tǒng)重新執(zhí)行基本初始化并判斷模式設置，根據撥碼開關的狀態(tài)進入相應的模式。 38 第 6 章 結 論 本論文 結合電梯門機變頻控制器項目，主要論述了控制器的原理、硬件和軟件的設計等。選用了具有較大的片內存儲空間的高性能 16位微處理器 MSP430F149 作為控制核心，用高速數字電路對 SMWM 控制信號做邏輯保護，高速光藕隔離，使用新一代的智能功率器件 PS21265AP DIPIPM 作為功率逆變器件，配合 74HC595 作靜態(tài)顯示，片內的 Flash信息存儲器與片外的非易失性存儲器 93C46 作為數據存儲等，在電源的設計上考慮了干擾和保護問題 。軟件主體部分使用了狀態(tài)機方式工作。此外，系統(tǒng)從軟件設計和硬件設計兩部分考慮到了 EMI 問題，介紹了 PCB的設計經驗以及系統(tǒng)的調試方法和經驗。 在完成本論文和項目的過程中，閱讀了大量的相關的國內文獻資料 ；研究并使用了 BJT, IGBT 和 IPM 等功率器件，通過比較選擇了功能更強更容易使用的 IPM 作為系統(tǒng)功率器件 ； 深入研究了 SPWM 的工作原理和MSP430 的定時器工作方式，選擇了對稱規(guī)則采樣法 ； 在深入理解MSP430F149單片機結構體系的條件下，使用 IAR開發(fā)環(huán)境進行單片機的開發(fā)和調試 ： 在系統(tǒng)的軟件設計、硬件設計，并借鑒了現有的類似產品的資料 ； 實驗室調試和現場調試兩個環(huán)節(jié)中，及時發(fā)現問題、解決 問題，并總結了系統(tǒng)的優(yōu)缺點。 系統(tǒng)中設計的用戶界面操作方便，能夠對系統(tǒng)中需要修改的參數，如各 個階段的運行頻率、輸出的力矩、繼電器輸出和系統(tǒng)的保護功能作調整， 可以在一定程度上適應不同場合的電梯門的控制需求。 在這些工作的基礎上最終完成了變頻器的規(guī)劃、設計、 制作和調試等幾個主要方面的工作，除此之外，收獲了很多 MSP430單片機的調試經驗，借助自制的 JTAG 完成了整個系統(tǒng)的軟件調試，學習了 SPWM 工作模式和控制理論，開關電源的設計經驗以及系統(tǒng)電源的抗干擾處理手段和保護手段。 本文所討論的電梯門機變頻控制器著眼于低 硬件成本、高穩(wěn)定可靠 39 性、易于安裝調試。通過行程開關確定電梯門的運行位置 。直接通過鍵盤修改運行頻率等輸出狀態(tài)能夠加快和簡化現場調試等，在現場實際測試中也能夠非常穩(wěn)定可靠的運行。盡管如此，系統(tǒng)中仍然有很多方面需要改進 ： 如在調速時頻點之間的躍進比較大，載波頻率較低，系統(tǒng)還有很大的改進空間。 40 致 謝 本文在老師的悉心指導和親切關懷下完成的。值此論文完成之際，謹向導師致以深深的敬意和衷心的感謝。 衷心感謝對本論文進行評審工作的各位專家、教授。 最后，再一次向所有給予本人支持、 鼓勵、幫助與關心的師長、專家及同學們表示衷心的感謝。 41 參考文獻 [1] 賈正春，馬志源 ， 電力電子學 .北京 .中國電力出版社 .2022 [2] 苗曉燕，王小椿 ， 智能功率模塊在 VVVF 變頻器設計中的選用 .微特電機 .1999 [3] 李寧，劉啟新 ， 電機自動控制系統(tǒng) .北京 .機械工業(yè)出版社 .2022 [4] 幻劉巧榆，劉勇強等 .基于自然采樣法的 SPWM 脈沖計算方法 .2022 [5] 楊東進 ， 變頻器 V/f 曲線的合理設定 .電氣傳動 .2022 [6] 日本三菱公司 .三菱 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