【導(dǎo)讀】因素發(fā)生變化，因此采用模擬PID控制器難以獲得滿意的控制效果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與?？刂迫蝿?wù)，而且具備控制算法靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用面越來(lái)越廣。占空比受數(shù)字PID算法控制的脈寬調(diào)制脈沖實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。閉環(huán)控制，達(dá)到轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)的目的。在系統(tǒng)中采用了顯示器，通過(guò)4×4. 動(dòng)機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間。該系統(tǒng)控制精度高，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

　　

【正文】 或輸出 采用單電源 5V 供電。 其中 被測(cè)電流輸入或輸出引腳 均內(nèi)置有保險(xiǎn)，為待測(cè)電流的兩個(gè)輸入端，當(dāng)檢測(cè)直流電流時(shí)， IP+、 IP分別為待測(cè)電流的輸入端和輸出端。 該器件主要由 精確的低偏置線性霍爾傳感器電路 和 靠近芯片表面的銅制的電流通路 等組成。被測(cè)電流流經(jīng)的通路的內(nèi)電阻通常是 Ω，具有較低 的功耗。被測(cè)電流通路與傳感器引腳的絕緣電壓 ，幾乎是絕緣的。流經(jīng)銅制電流通路的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，能夠被片內(nèi)的霍爾 IC 感應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為成比例的電壓。精確的成比例的輸出電壓由穩(wěn)定斬波型低偏置 霍爾集成電路提供，該集成芯片 在出廠時(shí)已進(jìn)行了精確的編程。 ACS712 內(nèi)含一個(gè)電阻 RF(INT)和一個(gè)緩沖放大器，用戶(hù)可以通過(guò) FITER 引腳（第 6 腳）外接一個(gè)容 CFRF(INT)組成一個(gè)簡(jiǎn)單的外接 RC 低通濾波器，由于內(nèi)部緩沖放大器能消除因芯片內(nèi)部電阻和接口負(fù)載分壓所造成的輸出衰減，所以外接的 RC 低 通濾波器不會(huì)影響信號(hào)的衰減，且可進(jìn)一步降低輸出噪音并改善低電流精確度。此外， ACS712的響應(yīng)時(shí)間比一般的器件縮短了兩倍以上，非常適合保護(hù)及高速應(yīng)用。 工作特性 工作的溫度范圍為 40℃ 到 85℃ ，為 ACS712輸出電壓與檢測(cè)電流關(guān)系的特性曲線 在檢測(cè)范圍 177。30A 內(nèi)，傳感器的輸出電壓和檢測(cè)電流成正比，幾乎不受溫度的影響。 ACS712檢測(cè)靈敏度與電流關(guān)系的特性曲線，輸出靈敏度約為 66 mV/A，受溫度的影響很小 . 2 ACS712 與 ADC0809 接口 ACS712 的典型應(yīng)用被檢測(cè)的電流由 IP+端輸入 ， IP端輸出， VIOUT 輸出一模擬電壓，該電壓在指定的檢測(cè)范圍內(nèi)和被檢測(cè)的直流或交流電流 IP呈線性關(guān)系， CF用于噪聲管理，提高輸出的精度。 系統(tǒng)采用 ACS712ELCTR30AT 進(jìn)行電流檢測(cè)， ACS712的輸出端 VIOUT 接到ADC0809 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， ACS712 的 VCC=5V， ACS712 的電壓輸出 VOUT 和被檢測(cè)的電流 IP 間的關(guān)系為： VOUT=(2/30)IP+。 VOUT 的輸出范圍為 ～ ，量程為 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 4V，若采用 8 位的 ADC時(shí)，量化單位 Δ =4/256V= 小于 ACS712 的輸出靈敏度，即用 8 位的 ADC在轉(zhuǎn)換精度上可以滿足需要． 設(shè)計(jì)中 ADC0809 的 VCC=5V， VREF(+)=， VREF( )= 0 . 5 V ，根據(jù) A D C 0 8 0 9 的特性， ADC0809 輸入的模擬量 VIN 和輸出的數(shù)字量 D 之間的關(guān)系為： D= (VIN VREF()) 28/ (VREF(+)VREF())=64VIN 32。 另外 V OUT =VIN，所以 ADC0809 輸出的數(shù)字量 D 和被檢測(cè)電流 IP 間有如下的關(guān)系： D=(128 IP)/30+128。 即被檢測(cè)電流與 A / D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量間建立了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)被檢測(cè)的電流為 3 0 A 時(shí)， D = 0 ；當(dāng)被檢測(cè)的電流為 0A 時(shí)， D=128；當(dāng)被檢測(cè)的電流為 30A時(shí)， D =256， 被檢測(cè)電流的大小通過(guò) ACS712 和 ADC0809 轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理。 圖 27 ACS712 與 ADC0809 接口電路圖 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 顯示模塊設(shè)計(jì)方案 在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要對(duì)參數(shù)、工作方式以及電動(dòng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的顯示，因此在整個(gè)系統(tǒng)中必須設(shè)計(jì)一 個(gè)顯示模塊。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求顯示系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，因此本設(shè)計(jì)選擇常用的 4 行 16個(gè)字 12864LCD 液晶模塊。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中需要顯示的數(shù)據(jù)比較都，而且需要字母顯示，在這里選用 12864LCD 液晶顯示器比較適合。共有 20 個(gè)引腳 [8]，其引腳名稱(chēng)及引腳編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖 ，引腳功能如表 所示。 表 33 12864LCD 引腳分布 引腳 符 號(hào) 引 腳 功 能 1 VSS 電源地 2 VDD 電源正 +5V 3 VO 液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比 度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度 4 RS 寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器 5 R/W 讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù) 6 E 使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令 714 DB0DB7 8 位雙向數(shù)據(jù)線 1520 空腳 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 表 34 指令作 用表 指令 作用 1 清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置 2 光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H 3 光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效 4 顯示開(kāi)關(guān)控制 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 5 光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo) 6 功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10 的點(diǎn)陣字符 7 字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置 8 DDRAM 地址設(shè)置 9 讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙 10 寫(xiě)數(shù)據(jù) 11 讀數(shù)據(jù) 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 28 顯示模塊電路圖 鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì) 在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要按鍵進(jìn)行參數(shù)的輸入、工作方式的設(shè)定以及電機(jī)起停的控制，因此鍵盤(pán)在整個(gè)系統(tǒng)中是不可缺少的一部分， 采用行列式鍵盤(pán)，這種鍵盤(pán)的特點(diǎn)是行線、列線分別接輸入線、輸出線 ， 因此矩陣式鍵盤(pán)適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。 采用 掃描法 ： 掃描法的特點(diǎn)是逐行（或逐列）掃描查詢(xún)，這時(shí)相應(yīng)行（或列）應(yīng)有上拉電阻接高電平。行列式鍵盤(pán)掃描程序就是采用掃描法來(lái)確定哪個(gè)鍵按下的，圖 1 中行線上拉電阻接＋ 5V，列線逐列掃描。 逐行（或列）掃描查詢(xún)法 ， 過(guò)程如下。 （ 1） 判斷鍵盤(pán)中有無(wú)鍵按下， 首先 將全部行線 ～ 置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤(pán)中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4 根行線相交叉的 4 個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤(pán)中無(wú)鍵按下。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 （ 2） 判斷閉合鍵所在的位置，在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其他線為高電平，在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)，若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鈕就是閉合的按鍵。 圖 29 按鍵接口電路 表 35 鍵盤(pán)各按鍵的功能定義 按鍵 鍵名 功能 Start 啟動(dòng)鍵 使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) Stop 停止鍵 使系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，進(jìn)入設(shè)置狀態(tài) Positive amp。 Negative 正反轉(zhuǎn)鍵 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn) Set 設(shè)置參數(shù)鍵 設(shè)置 PID 參數(shù) Clear 清除鍵 清除錯(cuò)誤輸入 Enter 確認(rèn)鍵 確認(rèn) PID 值 09 數(shù)字鍵 輸入數(shù)字 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 光電耦合隔離 光藕起到隔離和電平轉(zhuǎn)換的作用，因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的是 TTL 電平 (0～ 5V)，而驅(qū)動(dòng)部分采用的是 L298N，它的電源要求是 5V～ 35V，光耦部分電路中采用了 5V電源，其輸入電平在 0～ 5V之間。在此選用光耦 TLP5211 芯片 ,其耐壓和速度都符合電路的要求。 電源模塊設(shè)計(jì) 電源是任何系統(tǒng)能否運(yùn)行的能量來(lái)源，無(wú)論那種電力系統(tǒng)電源模塊都是不可或缺的，對(duì)于該模塊考慮一下兩種方案。 通過(guò)固定芯片對(duì)整流后的電壓進(jìn)行降壓、穩(wěn)壓處理（如 781 7805 等），此種方案可靠性、安全性高，對(duì)能源的利用率高，并且電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)。 圖 電源電路圖 圖 210 系統(tǒng)供電電源 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 算法實(shí)現(xiàn) 電機(jī)速度采集算法 本系統(tǒng) 中電機(jī)速度采集是一個(gè)非常重要的部分，它的精度直接影響到整個(gè)控制的精度。在設(shè)計(jì)中采用了 光電編碼 器做為測(cè)速裝置，其計(jì)算公式為： v= 60??tNn r/min (41) 速度 v 的誤差主要取決于圓盤(pán)邊緣上的凹槽數(shù)，為了減少系統(tǒng)誤差應(yīng)盡量提高凹槽的數(shù)量，在本次設(shè)計(jì)中取凹槽數(shù) N 為 120，采樣時(shí)間 t 為 ，則速度計(jì)算具體程序流程如圖 31 所示。 圖 41 測(cè)速程序流程 t = 0 . 5 s ?計(jì)算 r = n / 120計(jì)算 v =( r / 0 . 5 )* 60返回NY 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 PID 算法 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心算法為 PID 算法，它根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差 )(ne ，對(duì)偏差進(jìn)行 P、 I、 D 運(yùn)算最終利用運(yùn)算結(jié)果控制 PWM 脈沖的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加在電機(jī)兩端電壓的調(diào)節(jié) [10]，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。其運(yùn)算公式為： ?)(nu (42) 其程序流程如圖 42 所示。 0)]2()1(2)([)()]1()([ unene neKneKneneK DIP ????? ????計(jì)算 e ( n )計(jì)算 KIe ( n )計(jì)算 KP ( e ( n ) e ( n 1 ))計(jì)算 KD ( e ( n ) 2 e ( n 1 )+ e ( n 2 ))計(jì)算 Δ u ( n )計(jì)算 Δ u ( n )＋ u ( n 1 )e ( n 1 ) → e ( n 2 )e ( n ) → e ( n 1 )u ( n ) → u ( n 1 )返回圖 4 . 1 P ID 程序流程圖 42 PID程序流程 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 程序設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì) 按照要求和系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程本設(shè)計(jì)主程序流程如圖 33 所示。