【正文】 術人員提供一個良好的學習平臺。然后選擇Project菜單下的Built Target命令進行編譯、連接。由于是匯編語言程序，否則編譯時會出錯。首先用Keil建立項目文件。因此Keil uVision2編譯后的執(zhí)行代碼效率非常的高效，提高了程序的運行效率。你可以在很短的時間內(nèi)學會用它來開發(fā)單片機應用程序。4 系統(tǒng)軟件設計 用Keil軟件進行編譯、連接美國Keil Software公司開發(fā)的Keil uVision2 IDE用于 51系列單片機C語言集成開發(fā)系統(tǒng),使用的開發(fā)語言是傳統(tǒng)的C語言,容易學習使用,極大地提高工作效率和減少了項目開發(fā)周期,它還可以嵌入到組裝,可以嵌入在關鍵的位置,使程序達到非常高工作效率。閉環(huán)控制就是將速度信號反饋給PLC，再與給定量的比較，輸出給PID控制模塊，從而調(diào)節(jié)速度達到設定要求。例：設采樣周期是100ms ，即每間隔100ms采集一次脈沖，光電開關每發(fā)出8個脈沖，這樣就可知道速度為 （）其中， 為采樣周期內(nèi)所獲得的脈沖數(shù)。 PID閉環(huán)控制速度的采集：FX2N能夠采用高速脈沖采集，頻率可達到30KHz，共包含6個高速計數(shù)器（HSC0~HSC5），有12種工作模式。有些驅(qū)動是采用集成芯片，而這里我們是使用的三極管電路，通過兩個對稱的三極管電路，完成對電機的驅(qū)動和控制，其原理類似與差模信號。該電源電路也有其優(yōu)點：電路結構簡潔，工作穩(wěn)定，便于檢修及調(diào)試；電路簡單所以使得價格便宜，對于工業(yè)很適合；本電路中幾乎不涉及高頻成分，或者高頻工作元件，這可以減少好多的干擾，也特別容易控制。7805的穩(wěn)壓電源是由變壓器、二極管整流、穩(wěn)壓芯片和電容濾波組成，如圖37所示：變壓器是完成將市電降壓的功能，提供給穩(wěn)壓芯片；二極管構成的整流電路是把變壓器的交流電整流成直流電；然后通過一個電容的充放電作用給穩(wěn)壓芯片7805，這個電壓該芯片可以接受，穩(wěn)壓芯片上面加一個二極管是完成一個電量的反向流通，對整個電路實現(xiàn)一個保護作用；最后穩(wěn)壓芯片輸出的電壓不一定很穩(wěn)定，我們通過一個電容進行濾波，去除高頻成分，便可以得到一個較好的波形。圖36 數(shù)碼管顯示 穩(wěn)壓電源設計利用LM7812和LM7805芯片得到12V和5V的電壓，220的交流電先通過變壓器降壓，然后經(jīng)一個不控整流橋整流得到直流電壓，最后通過穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓其中5V給單片機供電，12V則給電機供電。在進行動態(tài)掃描顯示時，往往是先并不知道應顯示什么內(nèi)容，這樣也就無從選擇顯示字符的顯示段碼。因為每個時刻只有一個數(shù)據(jù)信號輸入，控制位只能實現(xiàn)一個位置的控制。組成一個“8”字形字符共需8段：7段字形字符，再加上1個小數(shù)點位，因此提供給LED數(shù)碼顯示器的顯示段碼為1個字節(jié)各段碼位。(2) 共陰極接法：將發(fā)光二極管的陰極都接一塊，形成一個公共端，這個公共端在實際使用時接電源的負極，而數(shù)碼管的正極是接電源的正極，但是因為二極管的導通電阻很低，如果直接接電源的話會把二極管燒壞，所以我們在數(shù)碼管的正極接一個電阻，作為限流。LED數(shù)碼共有兩種連接方式：(1) 共陽極接法：將發(fā)光二極管的正極都接一塊，形成一個公共端，這個公共端在實際使用時接電源的正極，而數(shù)碼管的負極是接電源的負極，但是因為二極管的導通電阻很低，如果直接接電源的話會把二極管燒壞，所以我們在數(shù)碼管的負極接一個電阻，作為限流。這種鍵盤又有獨立式和矩陣式，矩陣式又叫做行列式，這個因為按鍵比較多，所以采用行列式方式，如圖35所示：圖35 矩陣式鍵盤 LED顯示器LED數(shù)碼顯示器這種顯示器件是由LED發(fā)光二極管組合而成的。 硬件連接測量速度和測量頻率相似，都是采用計數(shù)法、測脈寬等方法完成，本設計是使用測脈寬的方式，電路設計如圖34，仿真由于沒有光電傳感器，這里我們使用555定時器構成一個施密特觸發(fā)器去模擬，得到的信號送入單片機進行分析，然后得到速度在顯示器上進行顯示。 圖33 成品光電編碼器這次設計我選的是光電傳感器，采用穿透法測量電機轉速。工作原理和光電傳感器和相似，但是它其實是一個集成電路，集成了光電傳感器、電子電路等于一體，我們只需要用聯(lián)軸器把傳感器和電機的轉軸連接就可以完成多路信號的輸出。復位電路單片機時鐘電路輸入電路驅(qū)動電路圖31硬件系統(tǒng)電路設計框圖采用AT89S51單片機作為控制系統(tǒng)的核心，主要模塊是復位和晶體震蕩電路?？刂撇糠植捎肅語言編程控制，AT89S51芯片采用掃描式對按鍵值采集，單片機產(chǎn)生的控制洗衣機電機轉動的信號通過三極管構成，便能夠?qū)崿F(xiàn)對電機速度的控制。3 系統(tǒng)硬件設計 單片機最小系統(tǒng)硬件電路設計框圖如下圖所示，硬件電路結構初步設想由以下部分組成：時鐘電路、復位電路、輸入電路、單片機、顯示電路。 系統(tǒng)功能說明本系統(tǒng)是采用單片機的控制系統(tǒng)，完成了一個閉環(huán)系統(tǒng)控制，按照一定的控制算法完成了帶傳動試驗臺的控制，采用矩陣式的鍵盤完成了多個按鍵的功能，通過程序可以很容易的修改各個按鍵的作用，也可以通過無線設備完成遠程控制；采用液晶顯示器完成傳動臺的工作狀態(tài)顯示，可以很好的完成轉矩，速度、效率、位置等的顯示；檢測裝置主要是完成兩個輪子速度的檢測，然后獲得轉矩，通過一定的設備送入單片機進行數(shù)據(jù)處理，當然對于電機調(diào)速，中間還需要一個變頻器，完成電機的調(diào)速信號控制。而模擬設備由于硬件復雜，修改困難，使用很少。 控制方式的選擇從控制方式研究，一般現(xiàn)在的控制方式包括模擬控制和數(shù)字控制，模擬控制由于控制的穩(wěn)定性而得到應用，同時其控制對象也是模擬的；數(shù)字控制有其特別的作用，那就是可以通過程序設計需要的功能，靈活性很強，而且控制很方便，但是會引入離散的變量。 控制系統(tǒng)總體方案的確定根據(jù)試驗要求，應在給定轉速和負載的條件下測試相關數(shù)據(jù)。如果溫度發(fā)生變化，兩個橋臂的補償能量是差不多的，這就完成了補償功能。圖24 直流電橋結構橋路補償法利用電橋的和、差原理來達到補償?shù)哪康?，下面說明雙絲半橋式補償?shù)脑?。由于壓力的變化中應變片的變化量很小，使得產(chǎn)生的電阻變化很小，所以如果采用一般的測量電路，很難測量準確，所以這里為了獲得一個好的測量效果，采用電橋測量，這種測量電路不僅結構簡潔，而且測量的精確度也高，測量范圍也比較寬，還有較高的線性，關鍵是可以完成溫度補償，所以在很多場合都有應用。 力矩檢測原理本系統(tǒng)通過壓力傳感器測量力矩，如果知道了動力距和阻力距那么就可以算出試驗臺的效率了。：正常運行時的電源，接+5V。XTAL1：18引腳，是晶體振蕩器的反相輸入端；XTAL2：19引腳，是外接晶體振蕩器的同向輸入端，與18引腳構成一個完整的電路。一個機器周期中，這個端口的信號變化兩次，使用片內(nèi)的資源的話這個端口無效。（2） 控制引腳 ALE/:ALE是一個地址鎖存控制信號，正常作用使輸出為一個脈沖；是這個功能對應的另一個引腳，在程序編寫時，這個引腳會有一定脈沖。P2口：～ P2口8位雙向口線對應引腳的21～28號，內(nèi)部也自帶上拉電阻的，用于擴展時，是地址的高8位，如果不擴展，就可當做常用的輸入輸出口，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P0口有三個功能: ①如果使用外部存儲器時，作為數(shù)據(jù)總線②使用外部存儲器時，作為地址總線③做擴展時，可當做一般的I/O使用，因為驅(qū)動能力不夠，所以需要加上拉電阻。 MCS51單片機引腳功能MCS51型號的單片機都是40引腳，但是封裝有直插式和貼片式，制造方式為高密度溝道MOS工藝，40個引腳中有32個I/O引腳口，可以單獨使用，也可以并行使用，課分別作為數(shù)據(jù)、地址線和I/O，還有4個控制信號，2個時鐘引腳，電源供電和地。（5） 唯一的+5V供電電源 通過一個低電壓供電，完成片內(nèi)正當器與定時電路，工作的頻率最高也可以達到12MHZ。（3） 中斷系統(tǒng) 單片機包含5個中斷級別系統(tǒng)，包括2個可編程改寫的中斷系統(tǒng)，可以用于外部中斷請求，串行通信中的中斷設置和定時/中斷請求。其基本機構如圖22所示:（1）中央處理器為8位 單片機內(nèi)部設計主要完成累加器ACC、算數(shù)邏輯運算ALU、程序狀態(tài)寄存器PSW、堆棧指針SP、寄存器、數(shù)據(jù)指正DPTR、指令存儲器、暫存器TMP等，CPU的運算內(nèi)部又包括一個特殊的位數(shù)據(jù)處理布爾處理機，添加了面向控制的處理能力，可以完成獨立的位尋址。 單片機原理 MCS51單片機硬件結構圖22 MCS51單片機內(nèi)部結構圖英特爾公司生產(chǎn)的MCS51單片機是一款高檔8位單片機，它的集成度高，功能較全，在控制和開發(fā)應用上有很好的特性，特別做在如今的測控領域是一款很好的CPU控制器。缺點是只能進行有級調(diào)速，機械特性較軟，調(diào)速平滑性差；空載時會在調(diào)速電阻上消耗大量電能；還幾乎沒什么調(diào)速作用。 （3）調(diào)節(jié)電樞回路電阻。調(diào)節(jié)磁通可以使無級平滑調(diào)速得以實現(xiàn)，但只能減弱磁通進行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機額定轉速向上調(diào)速，這種調(diào)速方法保證功率不變。變化的時間常數(shù)較小，能快速響應。改變電樞電壓時，要使電樞電壓從額定電壓往下降低，從電動機額定轉速向下變速，這種調(diào)速方法保證轉矩不變。其對應關系為： （）式中：W——吊重 δ——初應力，~ A——帶的橫斷面積 α——帶輪角從動和主動輪都可以在光電傳感器的情況下獲得轉速。從動輪是一個制動器，線圈中在直流電下又一個磁場，而圓盤的轉動會切割磁力線，有楞次定律可以知道會有一個反向的力矩，我們只需要改變直流電的大小就可以改變磁場，進而改變力矩達到輸出功率的變化。2 帶傳動試驗臺單片機控制的基本原理帶傳動實驗機的結構如圖21所示。(4)測試不同初拉力情況下皮帶打滑時轉矩。(2) 依據(jù)測出的主動輪、從動輪的轉矩和轉速,計算輸入、輸出功率和傳動的效率。試驗臺對現(xiàn)場生產(chǎn)的產(chǎn)品生產(chǎn)和質(zhì)量檢測也帶有較強的實際意義。軟件和硬件雖然只是在本系統(tǒng)下設計，但也可使用于一般的其它控制系統(tǒng)，系統(tǒng)實用性較大。在變頻調(diào)速技術上的使用還不廣泛，很多直流傳動裝置現(xiàn)在還釆用分離的元件作為系統(tǒng)控制，這種水平還有很大的提升空間。在這方面國內(nèi)的研究雖然也得到了一些效果，但是相比發(fā)達國家還有較大距離。同時伴隨市場發(fā)展，用戶對電機驅(qū)動的控制要求更加嚴格，需要它功能更完善、算法復雜、噪聲低，而對于可靠性和穩(wěn)定運行的要求也越來越高，并且還需要馬達勻速向變速改進，同時還要滿足全球環(huán)保法規(guī)的嚴格標準環(huán)境。近十年，還擴散到民用領域，尤其是廣泛應用于機床業(yè)、自動生產(chǎn)線和機器人等領域中。 在國外，脈沖寬度調(diào)制最先是在軍事工業(yè)和空間技術中使用。最先用于小功率、不可逆驅(qū)動，如自動記錄儀表、自動跟蹤天文望遠鏡等 。 國內(nèi)外發(fā)展概況對于原試驗設備的狀況落后，本設計對試驗臺研制是基于應用、推廣數(shù)字控制計算機技術，增加系統(tǒng)的自動化能力，讓試驗臺的控制系統(tǒng)具有先進性。采集試驗的數(shù)據(jù)，如用臺秤檢測壓力，人工讀數(shù)，方式極其粗糙，且無法把壓力信號傳至控制系統(tǒng)。早期試驗臺是借助調(diào)壓器手動控制電機的速度，并且是工作于開環(huán)模式；用來模擬負荷的磁力制動作用，它的電流也是通過滑動變阻器進行人工調(diào)整。其應用領域極為廣