【正文】 的功能。對于鍵盤設計，本系統(tǒng)采用44行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成16個鍵的矩陣式鍵盤，其中按鍵的功能分別為0～9數(shù)字和“.”按鍵、“開始設定”、“確認”、“DEL”、“AC/ON”“復位”。矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設置在行列的交點上。在按鍵數(shù)量較多時，可以節(jié)省I/O口線。矩陣鍵盤示意圖如圖313。圖313 鍵盤接線圖圖中鍵盤的行線接8279的RL0—RL3，8279選用外部譯碼方式，SL0—SL3經(jīng)74LS138譯碼輸出，連接鍵盤的列線。本系統(tǒng)中有10位LED顯示器，因顯示位數(shù)比較多，所以要用到4線16線譯碼器74LS154，SL0—SL3又由74LS154譯碼輸出，經(jīng)7407驅(qū)動后到顯示器LED的各個位的公共陰極。輸出線OUTB0—OUTBOUTA0—OUTA3作為一個8位段選碼數(shù)據(jù)輸出端口，控制LED顯示器每一位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容，當從一位LED數(shù)碼管向下一位切換時，由消隱輸出線BD輸出低電平，74LS154譯碼產(chǎn)生低電平，使74LS138輸出全為高電平。此時，在8位段數(shù)據(jù)輸出端口輸出下一個LED顯示位的顯示內(nèi)容。74LS138譯碼循環(huán)產(chǎn)生低電平，8位段數(shù)據(jù)輸出端口也依次把公共陰極為低電平位的顯示位中的顯示內(nèi)容分別顯示出來，當這一過程很快顯示時，人們就會在幾個LED中看到了顯示出來的不同內(nèi)容。在連接32鍵以內(nèi)的簡單鍵盤時，CNTL、SHIFT輸入端可接地。74LS07芯片是8279作為LED數(shù)碼管顯示器的段選碼輸出端口的同相驅(qū)動芯片。鍵盤顯示電路接線圖如圖314。圖314 鍵盤顯示電路接線圖系統(tǒng)需要多種電源，單片機、D觸發(fā)器401AD080SN74191需要＋5V電源，AD620需要177。5V，電橋測量電路需要177。12V的線性電源，LA25ANP需要177。12V的電源。對于芯片IR2110，系統(tǒng)需要對功率地和其他接地信號進行隔離，其輸出+15V電源需要另行設計。穩(wěn)壓電源的設計，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、輸出電流Io、輸出紋波電壓ΔU等性能指標要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓等。此次設計的穩(wěn)壓電源由電源變壓器、二極管整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，具體流程圖如圖315所示。圖315 穩(wěn)壓電源電路流程圖對于普通電源和接地信號，本系統(tǒng)采用7805，7905固定式三端穩(wěn)壓器可輸出177。5V,固定式三端穩(wěn)壓器7812和7912組裝電路可對稱輸出177。12v，固定式三端穩(wěn)壓器7815和7915組裝電路可對稱輸出177。15v。分別輸出可供芯片使用。電路簡單，容易實現(xiàn)，而且使用起來也比較方便。在設計電源的時候應注意要加濾波電容，電源設計電路如圖316所示。圖316 電源電路原理圖對于IR2110使用的+15V電源以及各個功率地電源電路，設計原理圖如圖317所示。圖317 +15V電源和功率地電源電路第4章 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)軟件設計基于以上分析并搭建整個系統(tǒng)的硬件電路以后，本系統(tǒng)需要通過軟件編程使得系統(tǒng)的各個部分按照一定的方式自動運行，實現(xiàn)各個控制環(huán)節(jié)的實時控制和管理。所以，整個系統(tǒng)的軟件編程部分，是使本次設計實現(xiàn)自動控制的很重要的一個環(huán)節(jié)[18]。本設計用AT89C52單片機代替了直流電動機雙環(huán)調(diào)速裝置中的電流和轉(zhuǎn)速控制模擬調(diào)節(jié)器，同時還要檢測皮帶傳輸系統(tǒng)上的重量，并對上一級皮帶傳輸物料速度進行自動調(diào)節(jié)。整個控制程序由主程序、中斷服務程序、PI運算程序及一些輔助程序幾個部分組成。主程序流程圖如圖41所示。在主程序中，主要完成對各個可編程芯片進行初始化和鍵盤參數(shù)設置的處理。鍵盤參數(shù)設置的處理主程序中的重要部分，這部分程序設計采用程序的模塊化，有效的解決了復雜的多重分支問題。啟動功能鍵按下時，系統(tǒng)開始啟動采樣定時并進入實時控制階段，每次中斷返回時若有復位鍵和新的參數(shù)設置鍵按下則返回鍵處理程序。 主程序設計要點如下：用單片機控制電機啟動時，首先系統(tǒng)要進入初始化過程，使系統(tǒng)恢復初始狀態(tài)；系統(tǒng)初始化后，按下鍵盤上的開始鍵，則系統(tǒng)開始運行；首先，通過鍵盤控制整個系統(tǒng)開始運行，然后單片機開始進行信號采集處理，將檢測到的重量、轉(zhuǎn)速、電流信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并輸送給單片機，然后通過數(shù)碼管將采集到的轉(zhuǎn)速、重量值顯示出來；本系統(tǒng)主要目的是根據(jù)皮帶傳輸系統(tǒng)上的物料重量來自動調(diào)節(jié)物料輸送速度，從而達到使皮帶傳輸系統(tǒng)上物料重量保持在一定的范圍之內(nèi)。系統(tǒng)初始化流程如圖42，其中包括中斷始化、各存儲單元賦初值、鍵盤顯示器的各數(shù)據(jù)程序表賦常數(shù)、各種限定值裝入數(shù)據(jù)存儲器、設定堆棧指針、給主程序標志寄存器送初始值、控制器設定初值等。圖41 主程序流程圖圖42 初始化流程圖 PI控制子程序設計為了安全起見并實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，系統(tǒng)對設置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務子程序或電流調(diào)節(jié)中斷服務子程序進行到“轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)”或“電流調(diào)節(jié)”時，便進入PI控制子程序[19]。 PI調(diào)節(jié)器數(shù)學表達式為: 式中, u(t)為系統(tǒng)控制量。e(t)為系統(tǒng)的控制偏差。Kp 為比例系數(shù)Ti 為積分時間常數(shù)。其中比例系數(shù)Kp越大,系統(tǒng)的響應速度越快,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高,但系統(tǒng)易產(chǎn)生超調(diào),甚至會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。但如果Kp取值過小,會降低調(diào)節(jié)精度,使響應速度緩慢,從而延長調(diào)節(jié)時間,使系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性變壞。,系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快,但Ti過大,在響應過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象,將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除,影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。 PI調(diào)節(jié)流程圖如圖43所示。圖43 PI控制流程圖 中斷服務程序為了很好地實現(xiàn)系統(tǒng)對各個信號的采樣分析，本系統(tǒng)需要設置中斷服務子程序，及時的將信號反饋到單片機中，以便準確的完成控制指標[20]。中斷服務子程序流程圖如圖44。圖44 中斷服務子程序流程圖第5章 配料系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真在直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設計中，在理論設計基礎上根據(jù)實際系統(tǒng)運行情況作參數(shù)的調(diào)整是系統(tǒng)設計調(diào)試過程必不可少的一部分。原因在于系統(tǒng)的實際參數(shù)，往往與理論設計時所用的值有一定的誤差，而且系統(tǒng)某些環(huán)節(jié)非線性因素影響會使系統(tǒng)在理論設計參數(shù)后并不能立即獲得理想的調(diào)速性能，因此需要通過調(diào)試過程才能獲得理想性能。傳統(tǒng)的調(diào)試方法不僅增加系統(tǒng)的設計與調(diào)試強度而且不易產(chǎn)生預期結(jié)果。matlab/simulink仿真平臺是基于模型化圖形組態(tài)的動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，利用這種仿真工具可以不運行實際系統(tǒng)，只要在計算機上建立數(shù)字仿真模型，模仿被仿真對象的運行狀態(tài)及其隨時間變化的過程。通過對數(shù)字仿真模型的運行過程的觀察和設計，得到被仿真系統(tǒng)的仿真輸出參數(shù)和基本特征，以此來估計和推斷實際系統(tǒng)的真實參數(shù)和真實性。而且可以非常方便地完成調(diào)試過程且能十分直觀地得到系統(tǒng)輸出波形。利用matlab/simulink仿真工具有效地對直流調(diào)速系統(tǒng)進行參數(shù)調(diào)試，可以非常直觀地觀察電動機電流和轉(zhuǎn)速響應情況進行靜態(tài)和動態(tài)分析，是目前國際上廣泛流行的工程仿真技術(shù)。 本文利用 matlab仿真工具對直流調(diào)速系統(tǒng)進行仿真分析，通過仿真方法來調(diào)整理論設計所得的參數(shù)，找出系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)，仿真結(jié)果可以用來指導實際系統(tǒng)的設計[21]。 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型的構(gòu)建Matlab仿真結(jié)構(gòu)框圖中ASR、ACR采用PI模塊,其參數(shù)設置就根據(jù)第2章第五節(jié)計算所求得數(shù)值,輸出控制IGBT，其限幅均為[10, 10]。然后通過電流反饋和速度反饋構(gòu)成雙閉環(huán)電路[22]。仿真模型整體框圖如圖51所示。圖51 仿真模型整體框圖三相電源設置峰值電壓為220V,頻率為50 Hz,相位分別為0176。、240176。和120176。整流橋為系統(tǒng)默認值。由于電動機輸出信號是角速度ω, 故把其轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速(n =60ω/2π=)。系統(tǒng)主要檢測電機的輸出轉(zhuǎn)速，在將角速度ω轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速n后，接一個顯示器用于顯示轉(zhuǎn)速波形。為了更好的看到電機運行情況，再接一個顯示器用來顯示電機中電流波形。 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果分析設置好仿真參數(shù)只好，點擊開始仿真按鈕，系統(tǒng)開始仿真。雙閉環(huán)系統(tǒng)輸出電流、轉(zhuǎn)速均接顯示器[23]。轉(zhuǎn)速信號波形圖如圖52所示。電流信號波形圖如圖53所示。圖52 轉(zhuǎn)速信號波形圖圖53 電流信號波形圖從仿真結(jié)果可以看出,當給定信號為10V時,在電機起動過程中,電流調(diào)節(jié)器作用下電機電樞電流接近最大值,使得電機以最優(yōu)時間準則開始上升,電流很快下降,在穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速為1500r/min,。最高轉(zhuǎn)速1600r/min，轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于10%，達到預期目標，整個變化曲線同實際情況非常類似。總 結(jié)本文所述的配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)是以低價位的單片微機AT89C52為核心的。而通過單片機來實現(xiàn)電機調(diào)整又有多種途徑，相對于其他用硬件或者硬件與軟件相結(jié)合的方法實現(xiàn)對電機進行調(diào)整，采用PWM軟件方法來實現(xiàn)的調(diào)速過程具有更大的靈活性和更低的成本，它能夠充分發(fā)揮單片機的效能，對于簡易速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑。而在軟件方面，采用PI算法來確定閉環(huán)控制的補償量也是由數(shù)字電路組成的直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)所不能及的。曾經(jīng)也試過用單片機直接產(chǎn)生PWM波形，但其最終效果并不理想，在使用了少量的硬件后，單片機的壓力大大減小，程序中有充足的時間進行閉環(huán)控制的測控和計算，使得軟件的運行更為合理可靠。因為本系統(tǒng)采用了雙閉環(huán)系統(tǒng)，所以系統(tǒng)能夠通過兩個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進行自動調(diào)節(jié)作用減少穩(wěn)態(tài)速降，但是有超調(diào)。為使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能更好，該系統(tǒng)采用無靜差調(diào)節(jié)，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用比例積分調(diào)節(jié)器（PI調(diào)節(jié)器），使系統(tǒng)保證恒速運行，以保證滿足更嚴格的生產(chǎn)要求。雖然這只是一次仿真設計，沒有接受現(xiàn)實中嚴峻環(huán)境的考驗。但是通過這次設計，我有了很大的收獲：學習與掌握了AT89C52單片機的基本原理及其相關(guān)應用，對它的一些硬件接口與軟件設計有了一定程度上的認識和了解。學習了很多軟件的應用，比如altium designer、MATLAB、VISIO、匯編語言等。對直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能及其控制有一定的認識。致 謝通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《基于單片機控制的配料自動控制系統(tǒng)》終于完成了，這意味著大學生活即將結(jié)束。在大學階段，我在學習上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。在本論文的寫作過程中，我的導師李春華老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時我還要感謝在我學習期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學和朋友。寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學習生活的開始。我將銘記我曾是一名科院學子，在今后的工作中把科院的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚光大。感謝各位老師的批評指導。參考文獻1 陳伯時主編 電力拖動自動控制系統(tǒng)—運動控制系統(tǒng)（第3版） 機械工業(yè)出版社 2007 2 王兆安，黃俊主編 電力電子技術(shù)（第4版） 北京：機械工業(yè)出版社 20003 孟慶春 電力拖動自動控制系統(tǒng) 沈陽：東北大學出版社 4 李發(fā)海，：清華大學出版社，20015 張世銘，：華中理工大學出版社，19936 廖曉鐘 ：北京理工大學出版社，20007 姚世文，：國防工業(yè)出版社，19808 尹璐，速度與電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)分析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，20069 Leonhard,:科學出版社,1988.10 王離九，黃錦恩。：華中理工大學出版社，1998電子科技大學碩士學位論文11 胡壽松 ：南京航空航天大學出版社，200712 何立民 單片機應用技術(shù)選編（8）.北京：北京航空航天大學出版社，200013 張毅剛 單片機原理及接口技術(shù) 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，200714 喬忠良 ，200015 萬福君 潘松峰 單片微機原理系統(tǒng)設計與應用(第二版) 200416 李仁定 電機的微機控制 機械工業(yè)出版社 200417 公茂法 ：北京航空航天出版社，199918 Bose B K. 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