【正文】 164真 值 表 輸入 輸出 CLEAR CLOCK A B QA QB ? QH 0 X X X 0 0 ? 0 1 0 X X QA0 QB0 ? QH 0 1 ↑ 1 1 1 QAn ? QG n 1 ↑ 0 X 0 QAn ? QG n 1 ↑ X 0 0 QAn ? QG n X代表任意電平 ，↑代表從低電平到高電平跳變， QA0 QB0 ? QH 0代表規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平， QAn ? QG n代表時(shí)鐘最近的由低電平到高電平跳變前的電平。 表 31 SN74LS160芯片功能 MR PE CET CEP 時(shí)針上升沿動(dòng)作 0 X X X 復(fù)位 1 0 X X Pn→Qn 1 1 1 1 加法計(jì)數(shù) 1 1 0 X 鎖存 1 1 X 0 鎖存 （ 4） 74LS164,這是一個(gè) 8位移位寄存器（串行輸入，并行輸出），其 DIP引腳如圖 35所示。 圖 34 SN74LS160芯片 DIP引腳排列 其引腳說(shuō)明如下： TC為進(jìn)位輸出端， CEP為計(jì)數(shù)器控制端， Q0～ Q3為輸出端， CET為計(jì)數(shù)控制端， CP為時(shí)鐘控制端（上升沿有效）， MR___為異步清除輸入端（低電平有效），PE___為同步并行置入控 制器（低電平有效）。 圖 33 74HC14芯片 DIP形式 17 其引腳說(shuō)明如下： VCC為電源端， GND為接地端， A1～ A6為輸入端， Y1～ Y6為反向輸出端（ Y1是 A1的輸出，其余引腳以此類(lèi)推）?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作；掉電保護(hù)模式下， RAM內(nèi)容被保護(hù)，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 圖 31 AT89S52芯片 DIP形式 16 圖 32 AT89S52芯片 PLCC封裝形式 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8KBFlash存儲(chǔ)器， 256字 節(jié) RAM， 32位 I/O口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針， 3個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)針電路。在單芯片上，用有靈巧的 8位 CPU和可 ISP編程的 Flash存儲(chǔ)器，使得 AT89S52為眾多嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 15 3 控制電路設(shè)計(jì) 芯片說(shuō)明 本電路使用到的芯片有 AT89S5 74HC16 SN74LS160和 SN74LS164，將各芯片進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 （ 3） 機(jī)箱應(yīng)考慮通風(fēng)散熱，避免密閉式環(huán)境而影響散熱，同時(shí)也要避免灰塵和雜質(zhì)對(duì)驅(qū)動(dòng)器的影響。 驅(qū)動(dòng)器接線(xiàn)示意圖 驅(qū)動(dòng)器的典 型接線(xiàn)圖如圖 23所示，需要注意的是： 圖 23 驅(qū)動(dòng)器的典型接線(xiàn)圖 14 （ 1） 因?yàn)楸掘?qū)動(dòng)器為 220V高壓輸入，為確保安全，在上電之前必須保證接地端子 FG可靠地與大地鏈接，任何情況下請(qǐng)不要打開(kāi)機(jī)殼，以避免意外的損傷。通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)器上的 CH1～ CH3三個(gè)端子的狀態(tài)，可以選擇內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的幾種速度 ， 見(jiàn)表 23所示 。端子內(nèi)含有簡(jiǎn)單的 RC濾波電路，因此可以接收 PWM信號(hào)進(jìn)行調(diào)試控制。也可以通過(guò)其他控制單元（如 PLC、單片機(jī)等）輸入模擬電平信號(hào)到“ AVI”端實(shí)現(xiàn)調(diào)速（相對(duì)于 COM） ，“ AVI”的接受電壓范圍為直流 0～ 10V，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 0～ 3000r/min。 13 （ 2） 外部輸入調(diào)速。由于測(cè)速需要響應(yīng)時(shí)間，速度顯示會(huì)由滯后。 驅(qū)動(dòng)器 調(diào)速方式說(shuō)明 該驅(qū)動(dòng)器提供一下三種調(diào)速方式： （ 1） 內(nèi)部電位調(diào)速。 由于測(cè)速的延時(shí)，在調(diào)速時(shí)顯示會(huì)略滯后。 （ 5） 轉(zhuǎn)速顯示。 ④ 過(guò)壓保護(hù) 。 由于接線(xiàn)或 其他原因?qū)е码妱?dòng)機(jī)繞組突然短路時(shí)，驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)進(jìn)入短路保護(hù)狀態(tài)，切除所有輸出，并在顯示器的最末端顯示 “E” ， ALARM輸出低電平信號(hào)，只有將驅(qū)動(dòng)器斷電才能解除警報(bào)。如驅(qū)動(dòng)器頻繁發(fā)生過(guò)熱保護(hù)，用戶(hù)應(yīng)該改善驅(qū)動(dòng)器外部散熱條件。 ② 過(guò)熱保護(hù)（ ALARM） 。60 。 驅(qū)動(dòng)器通過(guò)端子 SPEEDCOM為用戶(hù)輸出與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成比例的脈沖信號(hào)。 ⑥ 多段速度選擇端子 CH1～ CH3，由 CH1～ CH3相對(duì) COM的狀態(tài)選擇不同的速度。 驅(qū)動(dòng)器可以控制端子 BRKCOM的通斷來(lái)控制直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的迅速停止，制動(dòng)采用受控制能耗制動(dòng)方式，相對(duì)與 R/S的自動(dòng)停車(chē)會(huì)快得多，但具體時(shí)間受用戶(hù)系統(tǒng)（尤其是系統(tǒng)慣量）的影響。為避免驅(qū)動(dòng)器的損壞，在改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，應(yīng)先使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行后在操作改變轉(zhuǎn)向，避免在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)方向控制。端子內(nèi)部以電阻上拉到 +12V，可以配合無(wú)源觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)使用，也可以配合集電極開(kāi)路的 PLC等控制單元。 ③ 電動(dòng)機(jī)正 /反轉(zhuǎn)控制 (F/R)。當(dāng)“ R/S” 端子與“ COM”端斷開(kāi)時(shí)，電視機(jī)停止，反之電視機(jī)運(yùn)行。通過(guò)控制端子“ R/S”相對(duì)于“ COM”的通斷，可以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行、停止。 外接電源，外部調(diào)速電位器電源端子，負(fù)載小于 50mA。注意， S+、 S只作為霍爾元件電源。要盡量與電動(dòng)機(jī)線(xiàn)分開(kāi)布線(xiàn)，而且遠(yuǎn)離干擾源。 （ 2） 霍爾端子（電動(dòng)機(jī)霍爾位置傳感器信號(hào)端子為 S+、 S、 SA、 SB、 SC）務(wù)必將驅(qū)動(dòng)器的 S+、 S、 SA、 SB、 SC端子分別與電動(dòng)機(jī)霍爾信號(hào)輸出的 S+、 S、 SA、SB、 SC端子對(duì)應(yīng)連接，錯(cuò)誤的連接將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)工作異，甚至損壞驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)。 驅(qū)動(dòng)器保護(hù)地端子與電動(dòng)機(jī)機(jī)殼不必連接，為安全起見(jiàn)，請(qǐng)務(wù)必將驅(qū)動(dòng)器保護(hù)地端子與電動(dòng)機(jī)機(jī)殼分別可靠接地。注意，接入端子的引線(xiàn)必須使用 U形插頭。錯(cuò)誤的連接將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)工作異常。 圖 22 驅(qū)動(dòng)器面板示意圖 +12 接口電源 F/R 正 /反轉(zhuǎn)控制器 R/S 運(yùn)行 /停止控制器 BRK 制動(dòng)控制端 CH1 速度選擇 1 CH2 速度選擇 2 CH3 速度選擇 3 AVI 模擬量調(diào)速 ALARM 報(bào)警信號(hào)輸出 SPEED 轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出 COM 接口公共地 S+ 信號(hào) SA 輸入 SB 端子 SC S 電動(dòng)機(jī) U線(xiàn) 電動(dòng)機(jī) V線(xiàn) 電動(dòng)機(jī) W線(xiàn) 電源 AC1 電源 AC2 保護(hù)接地 FG 調(diào)速電位器 散熱風(fēng)扇風(fēng)道 11 驅(qū)動(dòng)器 端子說(shuō)明 ： （ 1） 功率端子 ① 驅(qū)動(dòng)器交流電源輸入 L、 N，接入端 子的引線(xiàn)必須使用 U形插口。 1%以下（電源電壓 177。 15%） V， 50Hz，容量為 額定功率 最大 600W（ 依所配電動(dòng)機(jī)而定） 額定轉(zhuǎn)速 依所選電動(dòng)機(jī)確定（最大 8000r/min） 額定轉(zhuǎn)矩 依所選電動(dòng)機(jī)確定 調(diào)速范圍 150r/min而定轉(zhuǎn)速 速度變動(dòng)率（對(duì)負(fù)載） 177。 驅(qū)動(dòng)器的性能指標(biāo)如表 22所示 。 9 驅(qū)動(dòng)器選擇及功能說(shuō)明 本課題選擇與上述 無(wú)刷 直流 電動(dòng)機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為 BL2203C， 如圖 21所示 。 57BLT1015H1LSB電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表 21所示 。 圖 15 電機(jī)運(yùn)行時(shí) 各相 產(chǎn)生的 反電勢(shì)示意圖 8 2 控制系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)選擇及參數(shù)說(shuō)明 本設(shè)計(jì)選擇北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司的 BL系列 無(wú)刷 直流 電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象，電機(jī)型號(hào)為 57BLT1015H1LSB。當(dāng)無(wú)刷 直流 電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，總有一相繞組 沒(méi)有導(dǎo) 通 ，此時(shí)可以在該相繞組的端口檢測(cè)到該繞組產(chǎn)生的反電勢(shì)，該反電勢(shì)在 60度的電角度是連續(xù)的，由于電機(jī)的規(guī)格、制造工藝的差異，導(dǎo)致相同電角度的反電勢(shì)值是不同，若要通過(guò)檢測(cè)反電勢(shì)的數(shù)值來(lái)確定轉(zhuǎn)子的位置，難度極大，因此必須找到該反電勢(shì)與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系，才能確定轉(zhuǎn)子的位置。 目 前還出現(xiàn)了利用電機(jī)定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)作為轉(zhuǎn)子磁 場(chǎng) 的位置信號(hào)，經(jīng)數(shù)字電路處理，并送給邏輯開(kāi)關(guān)電路去控制電機(jī)的換向，由于它省去了位置傳感器，使得電 動(dòng) 機(jī)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，近年來(lái)的應(yīng)用 日 趨廣泛?；魻栐歉鶕?jù)霍爾效應(yīng)制成的，即當(dāng)有電流 通 過(guò) 帶 有磁場(chǎng) 的 霍爾元件時(shí)，元件 內(nèi) 會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)，在磁場(chǎng)位 置 變化時(shí) ， 霍爾電勢(shì)會(huì)完全反映磁場(chǎng)的變化，這樣就可起到傳感位 器 的作用，根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的位置來(lái)產(chǎn)生位置信號(hào)。 由工作原理 可知，位置傳惑器在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中起著測(cè)定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開(kāi)關(guān)電路提供正確的換相信息。 在所有無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路中，保護(hù)電路基本相同。功率放大電路是驅(qū)動(dòng)控制電路的核心，其功能是將電源的功率以一定邏輯關(guān)系分配給無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定 子 上各相繞組。 圖 14 驅(qū)動(dòng)電機(jī)示意圖 驅(qū)動(dòng)控制電路包括： 位置信號(hào)處理電路，各相信號(hào)邏輯分配電路，功率放大電路，保護(hù)電路。其中，霍耳元件體積小重量輕， 6 結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單。轉(zhuǎn)子位置傳感器可分為電磁式 (電磁位置變壓器 )、光 電式和 磁敏式，電磁式體積較大，得到的是交流高頻信號(hào)；光電式得到的是直流信號(hào)，穩(wěn)定可靠，信號(hào)較弱；磁敏式元件體積小重量輕。 無(wú)刷直流 電 動(dòng) 機(jī)調(diào)速和啟動(dòng)特性好，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大， 同 時(shí)它也具有交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等特點(diǎn)；由于解決了換向問(wèn)題，它的轉(zhuǎn)矩不再受機(jī)械換向的限制。下面討論均用電角度，應(yīng)注意與機(jī)械角度區(qū)別 [4]。在實(shí)際的應(yīng)用中，直流無(wú)刷電 機(jī)有多組定 子繞組，相互并行，轉(zhuǎn)子也是多極的。在永磁轉(zhuǎn)子與定子繞組間存在內(nèi)定子繞組所激發(fā)的磁場(chǎng)，它對(duì)永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁力矩。 圖 13 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)化示意圖 我們以此來(lái)介紹無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。如果是有位置傳感器 無(wú)刷直流 電動(dòng)機(jī)，則可以通過(guò)傳感器來(lái)直接獲得轉(zhuǎn)子的六個(gè)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置的信 息，如果是無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，則需要通過(guò) 無(wú)刷直流 電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組的反電勢(shì)直接或間接獲得轉(zhuǎn)子的位置信息 。其各相繞組導(dǎo)通示意圖如圖 l2所示 。因?yàn)楣β示w管的導(dǎo)通和截止是通過(guò)位置傳感器傳感信號(hào)來(lái)控制的，所以傳感器的位置和三相繞組位置之間必須有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)，在電極安裝對(duì)應(yīng)加以注意。由于傳感器元件安裝位置為空間互差 120176。圖 l1中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 N極位于 A （ a）處，則傳感器 a元件感應(yīng)出信號(hào)，使功率晶體管 V1導(dǎo)通， A相繞組中便有電流通過(guò)，設(shè)其方向?yàn)?A（流入 )、 X（流出），便產(chǎn)生水平向左的定子磁場(chǎng)，與向上的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；當(dāng) N極旋轉(zhuǎn)至 B(b)處， b元件輸出 信號(hào)使晶體管 V2導(dǎo)通而其余關(guān)斷， B相繞組通過(guò)電流，同樣產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩，當(dāng)磁極旋轉(zhuǎn)至 C(c)處，其動(dòng)做過(guò)程與前兩處相同。位置傳感器也有相應(yīng)的兩部分，轉(zhuǎn)動(dòng)部分和電動(dòng)機(jī)本體中轉(zhuǎn)子 同軸連接 (轉(zhuǎn)動(dòng)部分通常由電機(jī)轉(zhuǎn)子代替 )，固定部分與定子相連 [2]。一般采用位置傳感器來(lái)完成，由位置傳 感器將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后去驅(qū)動(dòng)功率器件，控制相應(yīng)繞組電流的通 、斷。要在電動(dòng)機(jī)中