【正文】 量 輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)，和計算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了 I/O設(shè)備。汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC 機(jī)和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。手機(jī)、電話、 計算器 、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。事實上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計算機(jī)。而在 作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有 10 美元。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)。 早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。最早的設(shè)計理 念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。另外，設(shè)置復(fù)位按鈕對系統(tǒng)出現(xiàn)過流故障時進(jìn)行復(fù)位， 如圖 所示： 圖 總體控制方案 10 第二章 硬件部分 單片機(jī)介紹 單片機(jī)也被稱為 微控制器 （ Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。電機(jī)的電樞電流經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)進(jìn)行處理，完成電流調(diào)節(jié)及過流保護(hù)；電機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)測速后送入單片機(jī)，完成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。 總體控制方案設(shè)計 本設(shè)計以 AT89S51 單片機(jī)為核心，控制 PWM 波形的生成，進(jìn)而對直流電機(jī)進(jìn)行控制。 設(shè)電動機(jī)永遠(yuǎn)接通電源時其轉(zhuǎn)速為最大 Vmax，占空比 D=t/T，則電動機(jī)的平均速度為 Vd=D?Vmax （ ） 式 （ ） 中： Vd— 電動機(jī)的平均速度； Vmax— 電動機(jī)全通電時的速度； D— 占空比。 8 PWM 調(diào)速原理 通過改變電動機(jī)電樞電壓接通或斷開時間的比值來控制電動機(jī)速度，這種方法 稱為脈沖寬度調(diào)制，簡稱 PWM，其原理圖如圖 所示： 圖 PWM 原理圖 在脈沖作用下，當(dāng)電動機(jī)通電時，速度增加；電動機(jī)斷電時，速度逐漸減少。 這種調(diào)速方法具有開關(guān)頻率高、低速運行穩(wěn)定、動態(tài)性能優(yōu)良、效率高等優(yōu)點，更重要的是這種調(diào)速方式很容易在單片機(jī)控制系統(tǒng)中實現(xiàn) ， 因此具有很好的發(fā)展前景。 絕大多數(shù)直流電動機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動方式。 VM 在調(diào)速性能、可靠性、經(jīng)濟(jì)性上都具有優(yōu)越性，成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。采用晶閘管變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)簡稱 VM 系統(tǒng)，又稱靜止的 WardLeonard 系統(tǒng)，通過控制電壓的改變來改變晶閘管觸發(fā)控制角α。 GM 系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能，但系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、效率低、運行有噪音、維護(hù)不方便。 改變電樞電壓主要有三種方式 :旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止變流裝置、脈寬調(diào)制（ PWM）變換器 (或稱直流斬波器 )。 改變電樞電路電阻的方法缺點很多，目前很少采用 :弱磁調(diào)速范圍不大，往往與調(diào)壓調(diào)速配合使用 。 (2)改變電機(jī)主磁通中只能減弱磁通，使電動機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向上變速，屬恒功率調(diào)速方法，動態(tài)響應(yīng)較慢，雖能無級平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍小 。 [7] 由上式可知，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法有三種 : (1)調(diào)節(jié)電樞電壓 U。 Φ — 每極磁通量 。 I— 電樞電流 。目前，國內(nèi)許多大專院校、科研單位和廠家也都在開發(fā)全數(shù)字直流調(diào)速裝置。 16 我國現(xiàn)在大部分?jǐn)?shù)字化控制直流調(diào)速裝置依靠進(jìn)口。 [5] 隨著新型電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展， IGBT(絕緣柵雙極型晶體管 )具有開關(guān)速度快、驅(qū)動簡單和可以自關(guān)斷等優(yōu)點，克服了晶閘管的主要缺點。目前，晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國國民經(jīng)濟(jì)各部門得到廣泛的應(yīng)用。 [4] 國外主要電氣公司如瑞典的 ABB 公司、德國的西門子公司、 AEG 公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國的 GE 公司、西屋公司等，均已經(jīng)開發(fā)出多個數(shù)字直流調(diào)速裝置，有 成熟的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模板化的應(yīng)用產(chǎn)品。為了適應(yīng)時代的發(fā)展，現(xiàn)有的電動機(jī)控制系統(tǒng)也在朝著高精度，高性能，網(wǎng)絡(luò)化，信息化，模糊化的方向不斷前進(jìn)。所以應(yīng)用先進(jìn)控制算法，開發(fā)全數(shù)字化智能運動控制系統(tǒng)將成為新一代運動控制系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展方向。永磁材料技術(shù)的突破與微電子技術(shù)的結(jié)合又產(chǎn)生了一批新型的電動機(jī)，如永磁直流電動機(jī)，交流伺服電動機(jī)，超聲波電動機(jī)等。功率器件控制條件的變化和微 電子技術(shù)的使用也使新型的電動機(jī)控制方法能夠得到實現(xiàn)。其中，電動機(jī)控制策略的模擬實現(xiàn)正逐漸退出歷史舞臺，而采用微處理器，通用計算機(jī)， FPGA/CPLD， DSP 控制器等現(xiàn)代手段構(gòu)成的數(shù)字控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。變頻技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)已成為電動機(jī)控制的主流技術(shù)。 隨著計算機(jī)，微電子技術(shù)的發(fā)展以及新型電力電子功率器件的不斷涌現(xiàn)，電動機(jī)的控制策略也發(fā)生了深刻的變化。 隨著現(xiàn)代化步伐的加快，人們生活水平的不斷提高，對自動化的需求也越來越高，直流電動機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。微機(jī)的應(yīng)用使直流電氣傳動控制系統(tǒng)趨向于數(shù)字化、智能化，極大地推動了電氣傳動的發(fā)展。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展。 [2] 從 20 世紀(jì) 80 年代中后期起，以晶閘管整流裝置取代了以往的直流發(fā)電機(jī)電動機(jī)組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動完成一次大的躍進(jìn)。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在 10000 以上，比機(jī)組 (放大倍數(shù) 10)高 1000 倍，比汞弧變流器 (放大倍數(shù) 1000)高 10 倍 。 第四， 1957 年世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立即顯示出強(qiáng)大的生命力。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機(jī)、電動機(jī)系統(tǒng)不能比擬的。但發(fā)電機(jī)、電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點是需要增加兩臺與調(diào)速電動機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵磁設(shè)備，因而體積大，維修困 難等。但缺點是效率低、機(jī)械特性軟 、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。 [1] 5 直流電動機(jī)控制的發(fā)展歷史 常用的控制直流電動機(jī)有以下幾種 : 第一，最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動機(jī)電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調(diào)速。這類控制可通過繼電器，可編程控制器和開關(guān)元件來實現(xiàn)。電氣時代，電動 機(jī)的調(diào)速控制一般采用模擬法，對電動機(jī)的簡單控制應(yīng)用比較多。同樣，我國生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動機(jī)的。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運輸，國防，航空航天，醫(yī)療衛(wèi)生，商務(wù)和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費電子產(chǎn)品（如電冰箱，空調(diào)， DVD等）中，都大量使用著各種各樣的電動機(jī)。 門扉可用手自由推動。 九、殘疾人按鈕： 按鈕安裝在進(jìn)入口門柱邊上，按下按鈕，門扉將慢速轉(zhuǎn)動 25 秒時間。 八、安全系統(tǒng)： 門柱防夾膠條（內(nèi)附氣囊式感應(yīng)器）： 為防止夾傷行人，在出入口立柱上安裝 4 條安全感應(yīng)膠條，其中 2 條為防夾膠條（僅供入口處安裝），當(dāng)右側(cè)膠條受到擠壓，門會立刻停止轉(zhuǎn)動。 六、燈具： 標(biāo)準(zhǔn)安裝為 6 盞燈， 12V， 35W/盞 七、門翼： 固定門翼門翼玻璃為 6MM鋼化玻璃。 固定門翼安裝 1－ 2 把機(jī)械門鎖（根據(jù)門的直徑大小來配置）。 二、技術(shù)參數(shù)： 三翼旋轉(zhuǎn)門標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 如表 ： 表 內(nèi)直徑（ MM） 外直徑（ MM） 入口寬度（ MM） 華蓋高度（ MM） 門扇高度（ MM） 2200 2280 1475 200 2200 2400 2480 1615 200 2200 2600 2680 1755 200 2200 2800 2880 1895 200 2200 3000 3080 2035 200 2200 注：其中外尺寸含不銹鋼及氧化鋁外包飾尺寸，若為碳鋼結(jié)構(gòu)，外直徑尺寸增加 20MM。 天花 /防塵蓋板：金屬 /木質(zhì)多層板整合式天花，方便拆裝檢查。 玻璃： 8MM 曲壁熱彎鋼化玻璃， 6MM 鋼化玻璃。 DELENZE 三翼自動旋轉(zhuǎn)門，即可手動也可全自動，每樘門的操作遵循 “ 常開－常閉 ” 的工作原理，這意味著冷空氣、塵土和噪音不會進(jìn)入建筑物內(nèi)，行人可以方便舒適地通過入口，而不會影響的節(jié)能效果。適用于銀行、商店、酒店、商場、辦公樓、機(jī)場、賓館及各種娛樂場所內(nèi)，為所在的建筑增添一份尊貴氣息。 四翼和三翼旋轉(zhuǎn)門其制造工藝完全相同，其主要區(qū)別在于：四翼門門洞最大的開口角度為 90 度， 相鄰門扇之間的角 度也為 90 度，它更適 合于直徑3000mm 以下的門。 3 (3)四翼旋轉(zhuǎn)門 四翼自動旋轉(zhuǎn)門是最美觀最經(jīng)濟(jì)實用的旋轉(zhuǎn)門，其結(jié)構(gòu)堅固耐用，操作方便簡單；適用于行人流量較多的建筑物，它具備通行能力強(qiáng)，入口較大的特點，是非常安全和舒適的通道，能使行人很方便得出入。具備旋轉(zhuǎn)速度控制機(jī)能， 即使遇到強(qiáng)風(fēng)，也能安全進(jìn)出。有自動旋轉(zhuǎn)方式和具人工操作感覺的半自動方式。節(jié)省出入口空間，能獲取更寬大的有效面積。安全擠壓開關(guān)安裝在曲壁立柱上，防止行人被靜止的立柱和旋轉(zhuǎn)的門扇積壓。簡單實用，安全穩(wěn)定，它將旋轉(zhuǎn)通道體系和最大旋轉(zhuǎn)直徑容為一體，同時滿足了 “ 最大程度的通行量 ” 與“ 完美無缺的除風(fēng)效果 ” 這 兩個相對立的條件，進(jìn)而使典雅的設(shè)計與產(chǎn)品的安全高度統(tǒng)一，形成一種具有劃時代意義的新型門戶體系。它同樣具有與旋轉(zhuǎn)門同等的安全性、節(jié)能性和智能化。旋轉(zhuǎn)門的旋轉(zhuǎn)速度可根據(jù)各種需要調(diào)節(jié)，操作隨心所欲。旋轉(zhuǎn)門的旋轉(zhuǎn)速度，可根據(jù)各種需要調(diào)節(jié)，方便自如。此類門適用于較小的通道，它同樣具有與旋轉(zhuǎn)門同等的安全性、節(jié)能性和智能化。二翼旋轉(zhuǎn)門在旋轉(zhuǎn)時都保證有一個關(guān)閉的角度，有效的隔離室內(nèi)外的空氣對流，是隔離氣流和節(jié)能的最佳方案。同時，增強(qiáng)了抗風(fēng)性，消除了風(fēng)口效應(yīng)，減少了能源消失，有效地阻擋了風(fēng)沙灰塵，噪音和廢氣進(jìn)入室內(nèi) 。特定環(huán)境時，可當(dāng)平移門使用或?qū)⑵揭崎T完全打開。 2 自動式旋轉(zhuǎn)門功能特點： 感應(yīng)旋轉(zhuǎn)功能 急停功能定位停功能 磁卡識別功能 調(diào)速功能 安全防夾功能 防風(fēng)功能 夜間閉鎖功能 狀態(tài)及故障自動顯示功能 安全防碰功能 防碰隱藏功能 慢速功能 門扇可折疊功能 消防中控功能 手、自動轉(zhuǎn)換功能 (1)兩翼旋轉(zhuǎn)門 兩翼自動旋轉(zhuǎn)門是集自動旋轉(zhuǎn) 門和自動平滑門二者優(yōu)點于一身的完美結(jié)合，是旋轉(zhuǎn)門、平移門和豪華展箱的完美結(jié)合，是融合世界先進(jìn)科技與現(xiàn)代時尚的經(jīng)典之作。高水平地實現(xiàn)單向左旋轉(zhuǎn)或單向右旋轉(zhuǎn)，靜音無沖擊，核心部件高品質(zhì)化，用戶能得到物美質(zhì)優(yōu)的完美服務(wù)。外觀豪華，經(jīng)久 耐用。 自動旋轉(zhuǎn)門 圖 自動型三翼旋轉(zhuǎn)門 自動旋轉(zhuǎn)門為門行業(yè)的頂級產(chǎn)品，給人親切大方的感覺，同時又可以營造豪華的氣氛，其寬敞的開放門面和高格調(diào)的設(shè)計，堪稱建筑的點睛之筆，可以確保建筑內(nèi)部恒溫、防風(fēng)、防沙、隔音的節(jié)能舒適空間。 ※ 頂部裝有鐳射頂燈，開關(guān)可人工控制。 ※ 具備預(yù)定位置停止的功能，美觀大方，易于通行。適用于銀行、商店、酒店、賓館和辦公大樓等場所。高質(zhì)量的軸承，多重密封及合 理的受力結(jié)構(gòu)，可經(jīng)受沙塵等惡劣環(huán)境的考驗。 旋轉(zhuǎn)門按功能可分為手動和自動兩種，按類型可分為兩翼旋轉(zhuǎn)門、三翼旋轉(zhuǎn)門、四翼旋轉(zhuǎn)門 等。旋轉(zhuǎn)門增強(qiáng)了抗風(fēng)性，減少了空調(diào)能源消耗，是隔離氣流和節(jié)能的最佳選擇。 PID 控制 ........................................................ 37 PID 控制原理 ............................................... 39 PID 算法 ................................................... 39 增量型 PID 算法流程圖 ...................................... 40 增量型 PID 算法的程序 ...................................... 41 PWM 波生成程序 .................................................. 41 看門狗程序 ...................................................... 41 T0 中斷流程圖 ................................................... 41 主程序流程圖 .................................................... 42 源程序 .....................