【導(dǎo)讀】自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)就是其中之一。本論文介紹的自動(dòng)門(mén)控制器使用簡(jiǎn)單、工作。穩(wěn)定、成本低廉，采用雙速運(yùn)行、動(dòng)作迅速。除能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)之外，還具有常開(kāi)、常關(guān)、門(mén)禁、防誤夾等多種功能。通過(guò)對(duì)“控制自動(dòng)門(mén)系。統(tǒng)”的研究和設(shè)計(jì)，精心撰寫(xiě)了控制自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)論文。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。其優(yōu)點(diǎn)硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功。單片機(jī)在控制領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)：體積小，成本低，運(yùn)用靈活，易于產(chǎn)。品化，它能方便的組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器，做到機(jī)電一體化。率和可靠性大為提高。本課題通過(guò)紅外傳感器感應(yīng)到來(lái)人進(jìn)出門(mén)時(shí)向單。片機(jī)送入一個(gè)高電平，后以單片機(jī)為控制核心對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但功能強(qiáng)，能有效的對(duì)門(mén)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。

　　

【正文】 。 步進(jìn)電機(jī)的速度、位置控制 速度控制： 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度會(huì)與輸入的脈沖速度成等比例的關(guān)系，所以在脈沖的速度愈快時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)跟著加快；脈波速度愈慢時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速自然也跟著變慢。 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度（ RPM）與脈沖速度（ PPS，又稱(chēng) Hz）間的關(guān)系式如下： 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度（ RPM）＝ 脈沖速度（ PPS 或 Hz） 60 247。 步進(jìn)電機(jī)分割數(shù) /圈 說(shuō)明： 為一般電機(jī)的速度單位，即 rev / min，為每分鐘電機(jī)所轉(zhuǎn)的圈數(shù)； PPS 為步進(jìn)、伺服電機(jī)的速 度單位，即 pulse per second，為每秒所送出的脈沖數(shù)。 RPM 與 PPS 的單位不同，所以于轉(zhuǎn)換的過(guò)程中要先將 PPS的秒鐘乘以 60 變?yōu)榉昼? 。 /圈，又代表要讓電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所必須送出的脈沖數(shù)。 → rev/min = pulse/sec 60 1/ 分割數(shù) 實(shí)例：五相半步級(jí)角 176。 時(shí)（即 1000 分割 /圈） （ 1）電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度 600RPM 時(shí)，即相當(dāng)于脈沖速度 10000PPS。 （ 2）脈沖速度3000PPS，即相當(dāng)于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度 180RPM。位置控制： 步進(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器（ SENSOR），就可依照輸入的脈沖數(shù)決定移動(dòng)量，并將負(fù)載順利、正確的送達(dá)指定位置點(diǎn)上。而移動(dòng)量的大小，是依照電機(jī)分辨率的大小與輸入的脈沖數(shù)來(lái)決定。脈沖數(shù)（ PULSE）與移動(dòng)量間的關(guān)系式如下： 位置移動(dòng)量（ 176。 ）＝ 步進(jìn)電機(jī)分辨率（ 176。 ） 輸入脈沖數(shù) 實(shí)例：二相全步級(jí)角 176。 時(shí) ＊當(dāng)輸入 1000 個(gè)脈沖 數(shù)（即 1000PULSE），此時(shí)之移動(dòng)量會(huì)是 1800176。 ，剛好為 5 圈。 ┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 21 頁(yè) 共 49 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 7 章 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān) SB 接通電源， SA、 SC、 SD 斷開(kāi)， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3 號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的 4 號(hào)齒就和 C、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5 號(hào)齒就和 D、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。 當(dāng)開(kāi)關(guān) SC 接通電源， SB、 SA、 SD 斷開(kāi)時(shí)，由于 C 相繞組的磁力線和 4 號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)， 4 號(hào)齒和 C 相繞組的磁極對(duì)齊。而 0、 3 號(hào)齒和 A、 B 相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5 號(hào)齒就和 A、 D 相繞組table align=lefttbodytrtd id=Adimg/td/tr/tbody/table磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類(lèi)推， A、B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著 A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可 以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精 。 基于 AT89C2051 的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電路 。 AT89C2051 將控制脈沖從 P1 口的 輸出，經(jīng) 74LS14 反相后進(jìn)入 9014，經(jīng) 9014 放大后控制光電開(kāi)關(guān)，光電隔離后，由功率管 TIP122 將脈沖信號(hào)進(jìn)行電壓和電流放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組。使步進(jìn)電機(jī)隨著不同的脈沖信號(hào)分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等動(dòng)作。 L1 為步進(jìn)電機(jī)的一相繞組。AT89C2051 選用頻率 22MHz 的晶振，選用較高晶振的目的是為了在方式 2下盡量減小 AT89C2051 對(duì)上位機(jī)脈沖 信號(hào)周期的影響。 RL1RL4 為繞組內(nèi)阻， 50Ω 電阻是一外接電阻，起限流作用，也是一個(gè)改善回路時(shí)間常數(shù)的元件。 D1D4 為續(xù)流二極管，使電機(jī)繞組產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)通過(guò)續(xù)流二極管 (D1D4)而衰減掉，從而保護(hù)了功率管 TIP122不受損壞。 ┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 22 頁(yè) 共 49 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 在 50Ω 外接電阻上并聯(lián)一個(gè) 200μF 電容，可以改善注入步進(jìn)電機(jī)繞組的電流脈沖前沿，提高了步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。與續(xù)流二極管串聯(lián)的 200Ω 電阻可減小回路的放電時(shí)間常數(shù)，使繞組中電流脈沖的后沿變陡，電流下降時(shí)間變小，也起到提高高頻工作性能的作用。 該驅(qū)動(dòng)器根據(jù)撥碼開(kāi)關(guān) KX、 KY 的 不同組合有三種工作方式供選擇： 方式 1 為中斷方式： (INT1)為步進(jìn)脈沖輸入端， 為正反轉(zhuǎn)脈沖輸入端。上位機(jī) (PC 機(jī)或單片機(jī) )與驅(qū)動(dòng)器僅以 2 條線相連。 方式 2 為串行通訊方式：上位機(jī) (PC 機(jī)或單片機(jī) )將控制命令發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)控制命令自行完成有關(guān)控制過(guò)程。 方式 3 為撥碼開(kāi)關(guān)控制方式：通過(guò) K1~K5 的不同組合，直接控制步進(jìn)電機(jī)。 當(dāng)上電或按下復(fù)位鍵 KR 后， AT89C2051 先檢測(cè)撥碼開(kāi)關(guān) KX、 KY 的狀態(tài)，根據(jù) KX、 KY 的不同組合，進(jìn)入不同的工作方式。 在程序的編制中，要特別注意步進(jìn)電機(jī)在換 向時(shí)的處理。為使步進(jìn)電機(jī)在換向時(shí)能平滑過(guò)渡，不至于產(chǎn)生錯(cuò)步，應(yīng)在每一步中設(shè)置標(biāo)志位。其中 20H 單元的各位為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志位 。21H 單元各位為反轉(zhuǎn)標(biāo)志位。在正轉(zhuǎn)時(shí)，不僅給正轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值，也同時(shí)給反轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值 。在反轉(zhuǎn)時(shí)也如此。這樣，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，就可以上一次的位置作為起點(diǎn)反向運(yùn)動(dòng)，避免了電機(jī)換向時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)步。 ┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 23 頁(yè) 共 49 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 8 章 用單片機(jī)和 CPLD 實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制 步進(jìn)電機(jī) 是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的伺服執(zhí)行器件。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、控制方便。 電機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 為了使電機(jī)的控制簡(jiǎn)便可靠 ,使用了電機(jī)專(zhuān)用控制芯片 MC33033 ,該芯片是 MOTORLA 公司生產(chǎn)的一種高性能 直流 電機(jī)控制器 ,可對(duì) 步進(jìn) 電機(jī)速度進(jìn)行開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制 ,亦可分別對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)速 .MC33033 內(nèi)含三個(gè)集電極開(kāi)路的頂部驅(qū)動(dòng)器和為 MOSFET驅(qū)動(dòng)電源而設(shè)計(jì)的三個(gè)高電流推拉式底部驅(qū)動(dòng)器 .控制以及正反轉(zhuǎn)的分別調(diào)速 [5 7 ] . MC33033 電機(jī)控制器的內(nèi)部電路由轉(zhuǎn)子位 置譯碼器、基準(zhǔn)電壓源、振蕩器、誤差放大器、脈沖寬度調(diào)制器 ( PWM) 以及欠壓鎖定、過(guò)流限制、熱關(guān)斷和輸出驅(qū)動(dòng)電路組成 . 若在傳感器的輸入端 (pin4 ,pin5 ,pin6) 加上某個(gè)輸入碼 ,如 100 ,則當(dāng)控制器的正轉(zhuǎn) / 反轉(zhuǎn)引腳為邏輯 1 時(shí) ,輸入碼使輸出2 ,15 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng) ,當(dāng)控制器的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)為邏輯 0 時(shí) ,輸入碼使輸出 20 ,17 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng) . MC33033 該芯片內(nèi)含轉(zhuǎn)子位置譯碼器，并可為傳感器工作提供帶有溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖蓟鶞?zhǔn)電壓。 MC33033 的另一個(gè)特點(diǎn)是內(nèi)含三個(gè)集電極開(kāi)路的頂部驅(qū)動(dòng)器和為 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電源而設(shè)計(jì)的三個(gè)高電流推拉式底部驅(qū)動(dòng)器，并具有電機(jī)過(guò)流檢測(cè)和保護(hù)功能。此外， MC33033 還具有如下特點(diǎn)： (1) 具有 10～ 30V 的寬電源電壓范圍； (2) 具有欠壓鎖定功能； (3) 可提供 帶有溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓源； (4) 帶有為閉環(huán)控制提供的誤差放大器； (5) 與 MC33033 組合可控制三相橋式高電流驅(qū)動(dòng)器； (6) 具有周期 — 周期電流限制功能； ┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 24 頁(yè) 共 49 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ (7) 具有熱開(kāi)關(guān)斷功能； (8) 可在 60176。 /120176?；?120176。 /240176。的傳感器相位中任選； 利用 MC33033 也可以設(shè)計(jì)出電機(jī)的速度控制電路。 如果在傳感器的輸入端加上某個(gè)輸入碼，如 100，則當(dāng)控制器的正轉(zhuǎn)／反轉(zhuǎn)引腳為邏輯 1時(shí)，輸入碼使左上角 Q 和右下角 Q 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng) 。當(dāng)控制器的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)為邏輯0 時(shí)，輸入碼使右上角 Q 和左下角 Q 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)。 在通常情況下，控制器在 PWM 頻率為 25kHz 時(shí)就能正常工作，電機(jī)速度的控制可以通過(guò)調(diào)節(jié)誤差放大器的同相輸入電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)它也為 PWM 提供基準(zhǔn)和限幅電平。周期電流限制 (3A 電機(jī)電流 )是由電阻 R 到地之間的 100mV 門(mén)限電壓來(lái)完成的。過(guò)流保護(hù)電路能夠防止電機(jī)啟動(dòng)和改變轉(zhuǎn)向時(shí)損壞器件，可以保證整個(gè) 電路的安全 [4～ 6]。 MC33033 應(yīng)用到 自動(dòng)門(mén)的電機(jī)控制。 將邏輯運(yùn)算電路得出的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)作為三個(gè)輸入信號(hào)，其中 ,優(yōu)先級(jí)高低順序是停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)(正常情況下三個(gè)信號(hào)中有且僅有一個(gè)有效 )。 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯門(mén)接入 MC33033 的 3 端，如果該端為高電平時(shí)， MC33033 將使 AT 輸出高電平，開(kāi)關(guān) Q1 導(dǎo)通，同時(shí) CB 端輸出 PWM調(diào)制波形，開(kāi)關(guān) Q4 相應(yīng)地動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)并進(jìn)行速度調(diào)整；反之， MC33033 將使 AB 輸出高電平，開(kāi)關(guān) Q2 導(dǎo)通，同時(shí) CT 端輸出 PWM 調(diào)制波形，開(kāi)關(guān) Q3 相應(yīng)地動(dòng)作，從而 實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)并進(jìn)行速度調(diào)整。低電平時(shí)，停止信號(hào)接入到 MC33033 的 19 端 (使能端 )，如果它為高電平時(shí)，芯片將停止正常工作，此時(shí)就能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的停轉(zhuǎn)。這就是電機(jī)部分如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止以及正反轉(zhuǎn)分別調(diào)速的原理。 下面將具體分析電路是如何實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。當(dāng)電機(jī)控制部分被輸入正轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)，在 MC33033 芯片的 3 端為高電平信號(hào)， U2A 光電隔離不會(huì)導(dǎo)通，U2B 光電隔離可以導(dǎo)通，此時(shí) L2 發(fā)光二極管會(huì)發(fā)光，表示正轉(zhuǎn)，高電平將通過(guò) RP二級(jí)管 D2 進(jìn)入到 MC33033 的 9 端，其電壓可以通過(guò)滑動(dòng)變阻器 RP2 來(lái)調(diào)整，而 MC33033 的 9 端是振蕩波，將會(huì)利用 PWM 原理對(duì) 8與 9 進(jìn)行比較來(lái)控制 Q4 的輸出脈沖波形，從而調(diào)整電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的端電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速。 當(dāng)電機(jī)控制部分被輸入反轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)， MC33033 芯片的 3 端是低電平信號(hào)，在經(jīng)過(guò) 4011 與非門(mén)后得出高電平， U2A 光電隔離可以導(dǎo)通， U2B 光電隔離不會(huì)導(dǎo)通，此時(shí)， L1 發(fā)光二極管會(huì)發(fā)光，表示反轉(zhuǎn)，高電平將通過(guò) RP二級(jí)管 D1 進(jìn)入到 MC33033 的 9 端，其電壓可以通過(guò)滑動(dòng)變阻器RP2 來(lái)調(diào)整，控制 Q3 的輸出脈沖，從而調(diào)整電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的端電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)調(diào)速。 ┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 25 頁(yè) 共 49 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 通常的 步進(jìn)電機(jī) 控制方法是采用 CPU