溫度控制直流電動機轉速的課程設計

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文檔簡介

1、　　1 1引言 　　在電氣時代的今天，電動機一直在現代化的生產和生活中起著十分重要的作用。據資料統(tǒng)計，現在有的90%以上的動力源自于電動機，電動機與人們的生活息息相關，密不可分。隨著現代化步伐的邁進，人們對自動化的需求越來越高，使電動機控制向更復雜的控制發(fā)展。 &

2、lt;/p>　　近年來由于微型機的快速發(fā)展，國外交直流系統(tǒng)數字化已經達到實用階段由于以微處理器為核心的數字控制系統(tǒng)硬件電路的標準化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響，且單片機具有功能強、體積小、可靠性好和價格便宜等優(yōu)點，現已逐漸成為工廠自動化和各控制領域的支柱之一。其控制軟件能夠進行邏輯判斷和復雜運算，可以實現不同于一般線性調節(jié)的最優(yōu)化、自適應、非線性、智能化等控制規(guī)律。所以微機數字控制系統(tǒng)在各個方

3、而的性能都遠遠優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)且應用越來越廣泛。 　　現在市場上通用的電機控制器大多采用單片機和DSP。但是以前單片機的處理能力有限，對采用復雜的反饋控制的系統(tǒng)，由于需要處理的數據量大，實時性和精度要求高，往往不能滿足設計要求。近年來出現了各種單片機，其性能得到了很大提高，價格卻比DSP低很多。其相關的軟件和開發(fā)工具越來越多，功能也越來越強，但價格卻在不斷降低?，F在，越來越

4、多的廠家開始采用單片機來提高產品性價比。 　　2設計任務及要求 　　2.1設計目的 　　設計一個基于溫度的電動機轉速控制電路，在相應的軟件控制下可以完成要求的功能，即外部溫度大于45C時，直流電動機在L298

5、驅動下加速正轉，溫度大于75C全速正轉，當外部溫度小于10C時電動機加速反轉，溫度小于0C時電動機全速反轉。溫度回到10C-45C時電動機停止轉動。在液晶顯示屏1602LCD上顯示當前的溫度值。 　　2.2設計要求 　　一、設計一個基于溫度的電動機轉速控制電路，在相應的軟件控制下可以完成要求的功能

6、，即外部溫度大于45C時，直流電動機在L298驅動下加速正轉，溫度大于75C全速正轉，當外部溫度小于10C時電動機加速反轉，溫度小于0C時電動機全速反轉。溫度回到10C-45C時電動機停止轉動。在液晶顯示屏1602LCD上顯示當前的溫度值。 　　二、畫出基于溫度的電動機轉速控制電路的電路圖；　　三、所設計的電路需要在仿真軟件Protues

7、60;v7.5上能夠運行，課程設計報告的最后必須附有在仿真軟件Protues v7.5下設計的電路圖和控制程序清單。　　3 本課程設計的意義 　　直流電動機作為一種高效率速度控制電動機引人注目、但市場的知名度還小高。許多用戶在設備用電動機的選擇上經常出現不合理的現象。比如為了實現設備的功能、當變頻器控制的異步電動機滿足不了要

8、求時就盲目的選用昂貴的伺服電動機、其中有些情況完全可以用價格較低的直流電動機來實現。 　　采用單片機構成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率，可以實現復雜的控制，控制靈活性和適應性好，無零點漂移，控制精密高，可提供人機界面，多機聯網工作。 　　采用智能功率電路驅動比傳統(tǒng)的分立功率器件組成的驅動體積小，功能強

9、；減少了電路元器件數量，提高了系統(tǒng)的可靠性；控制電路哈爾功率電路集成在一起，使監(jiān)控更容易實現；集成化使電路的連線減少，減少了布線電容和電感以及信號傳輸的延時，增加了系統(tǒng)抗干擾的能力；集成化使系統(tǒng)成本大大降低。 　　4應用軟件介紹 　　4.1Proteus仿軟真件的介紹

10、;　　Proteus是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機軟件仿真系統(tǒng)。 　　該軟件的特點： 　?。?）全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產品中具有明顯的優(yōu)勢。&

11、#160;　?。?）具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS一232動態(tài)仿真、1 C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。③ 目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、 PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各

12、種外圍芯片。④ 支持大量的存儲器和外圍芯片。總之該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大，可仿真51、AVR、PIC。　　4.2 Keil軟件 　　Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能

13、上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現高級語言的優(yōu)勢。

14、　　5電路使用元件的介紹 　　5.1關于AT89C51單片機的簡介 　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS&

15、#160;8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種

16、靈活性高且價廉的方案。 　　圖1 AT89C51管腳圖 　　5.2關于DS18B20溫度傳感器的簡介 　　DS18B20數字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等

17、等。主要根據應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。 　　5.3關于L298電機驅動芯片的簡介 　　L298是ST公司生產的一種高

18、電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片的主要特點是:工作電壓高，最高工作電壓可達46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載；采用標準TTL邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路

19、;。　　5.4關于LM016液晶模塊的簡介 　　LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數據寄存器（DR）忙標志（BF），顯示數RAM（DDRAM

20、），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數據，數據由內部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數據，BF為1時，液晶模塊處于內部模式，不響應外部操作指令和接受數據，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼， CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種

21、.CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM。　　6部分硬件的工作原理 　　6.1直流電動機的工作原理 <p&

22、gt;　　直流電動機的工作原理一般了解1、直流電動機的構造分為兩部分：定子與轉子。記住定子與轉子都是由那幾部分構成的，注意：不要把換向極與換向器弄混淆了，記住他們兩個的作用。定子包括：主磁極，機座，換向極，電刷裝置等。轉子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風扇等。 　　直流電動機的勵磁方式直流電動機的性能與它的勵磁方式密切相關，通常直流電動機的勵磁方式有4種

23、：直流他勵電動機、直流并勵電動機、直流串勵電動機和直流復勵電動機。掌握4種方式各自的特點：直流他勵電動機: 勵磁繞組與電樞沒有電的聯系，勵磁電路是由另外直流電源供給的。 　　因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。直流并勵電動機: 并勵繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵磁繞組用細導線繞成，其匝數很多，因此具有較大的電阻，使得通過他的勵磁電流較小。直流串勵電動機

24、：勵磁繞組是和電樞串聯的，所以這種電動機內磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。 　　為了使勵磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以直流串勵電動機通常用較粗的導線繞成，他的匝數較少。直流復勵電動機：電動機的磁通由兩個繞組內的勵磁電流產生。 　　6.2轉速的測量原理 <p&g

25、t;　　轉速是電機的一個最常用參數，電機的轉速常以每分鐘的轉數來表示，其單位為r／min。轉速的測量方法很多，由于轉速是以單位時間內的轉數來衡量的，因此采用霍爾元器件測量轉速是較為常用的一種測量方法。 　　霍爾器件是有半導體材料制成的一種薄片，器件的長、寬、高分別為l、b、d。若在垂直于薄片平面(沿厚度d)方向施加外加磁場B，在沿l方向的兩個端面加以外電場，則有一定的電流經

26、過。由于電子在磁場中運動，所以將受到一個洛侖磁力，其大小為f=qvB 式中：f—洛侖磁力；q—載流子電荷；V—載流子運動速度；B—磁感應強度。這樣使電子的運動軌跡發(fā)生偏移，在霍爾元器件薄片的兩個側面分別產生電子積聚或電荷過剩，形成霍爾電場，霍爾元器件兩個側面問的電位差稱為霍爾電壓。 　　霍爾電壓大小為：

27、　　式中：H—霍爾常數；d—元件厚度；B—磁感應強度；I—控制電流 　　設，則　　為霍爾器件的靈敏系數(mV／mA／T)，表示該霍爾元件在單位磁感應強度和單位控制電流下輸出霍爾電動勢的大小。應注意，當電磁感應強度B反向時，霍爾電動勢也反向。若控制電流保持

28、不變，則霍爾感應電壓將隨外界磁場強度而變化，根據這一原理，可以將一塊永久磁鋼固定在電動機的轉軸上轉盤的邊沿，轉盤隨被測軸旋轉，磁鋼也將跟著同步旋轉，在轉盤附近安裝一個霍爾元件，轉盤隨軸旋轉時，霍爾元件受到磁鋼所產生的磁場影響，故輸出脈沖信號，其頻率和轉速成正比，測出脈沖的周期或頻率即可計算出轉速。　　6.3直流電動機的轉速控制系統(tǒng)的工作原理

29、　直流電動機的轉速與施加于電動機兩端的電壓大小有關。本系統(tǒng)用DAC0832控制輸出到直流電動機的電壓的方法來控制電動機的轉速。當電動機轉速小于設定值時，DAC0832芯片的輸出電壓增大，當大于設定值時則DAC0832芯片輸出電壓減小，從而使電動機以設定的速度恒速旋轉。我們采用比例調節(jié)器算法?？刂埔?guī)律：　　式中：Y—比例調節(jié)器輸出；Kp—比例系數；K1—積分系數；e(t)—調節(jié)器的輸人，一般為偏差

30、值。 　　系統(tǒng)采用了比例積分調節(jié)器，簡稱PI調節(jié)器，使系統(tǒng)在擾動的作用下，通過PI調節(jié)器的調節(jié)器作用使電動機的轉速達到靜態(tài)無差，從而實現了靜態(tài)無差。無靜差調速系統(tǒng)中，比例積分調節(jié)器的比例部分使動態(tài)響應比較快(無滯后)，積分部分使系統(tǒng)消除靜差。 　　7直流電動機的轉速控制系統(tǒng)軟件設計 <

31、;p>　　7.1編程思路 　　控制系統(tǒng)程序的功能是用89C51單片機的，ID端El作為定時器、Tl作為霍爾元件產生脈沖輸入的計數器，將兩者的數值進行運算得出電動機的實際轉速，并與給定值進行比較。如果測量值比設定值大，則Po端口的輸出值減l送出給DAC0832控制電機轉速減速。如果測量值比設定值小，則P0端口的輸出值加1送出給DAC

32、0832控制電機轉速加速。運行過程中不斷的調整，直到電機的轉速達到設定為止。 　　7.2系統(tǒng)流程圖 　　圖2系統(tǒng)流程圖 　　圖3 溫度處于10-45度時的電路圖&

33、lt;p>　　圖4 溫度處于0-10度時的電路圖　　圖5 溫度小于0度時的電路圖　　圖6 溫度處于45-90度時的電路圖　　圖7 溫度大于100度時的電路圖　　8仿真程序（C語言

34、）　　#include <reg51.H> 　　#include <intrins.h>　　#define uchar unsigned char　　#define uint&#

35、160;unsigned int 　　sbit DS=P3^0; 　　sbit IN1=P1^0; //P10與電機驅動IN1相連

36、; 　　sbit IN2=P1^1； //P11與電機驅動IN2相連

37、 　　sbit ENA=P1^2; 　　sbit lcdrs=P2^0;&#

38、160;sbit lcden=P2^2; 　　uint temp,num,t; 　　uchar

39、60;flag,count,fu; 　　uchar code table[]="NUC 09050442 29"; 　　void de

40、lay(uint ms) 　　{ 　　uint i,j; 　　for(i=ms;i>0;i--)&#

41、160; 　　for(j=110;j>0;j--); 　　} 　　void write_com(uchar com) 　　{ &

42、lt;/b>　　lcdrs=0; 　　P0=com; 　　delay(5); 　　lcden=1; </p

43、>　　delay(5); 　　lcden=0; 　　} 　　void write_data(uchar date) <p

44、>　　{ 　　lcdrs=1; 　　P0=date; 　　delay(5); 　　lcden=

45、1; 　　delay(5); 　　lcden=0; 　　lcdrs=0; 　　} <

46、;/p>　　void init() 　　{ 　　TMOD=0x11; 　　TH0=(65536-1000)/256; 　　TL0=(65536-1000)%

47、256; 　　TH1=(65536-5000)/256; 　　TL1=(65536-5000)%256; 　　EA=1; 　　ET0=1; <

48、;/p>　　TR0=1; 　　ET1=1; 　　TR1=1; 　　flag=0;

49、　　ENA=0; 　　} 　　void dsreset(void) &l

50、t;b>　　{ 　　uint i; 　　DS=1; 　　i++;

51、　　DS=0; 　　i=103; 　　while(i>0)i--; 　　DS=1;

52、 　　i=4; 　　while(i>0)i--; 　　DS=1; &l

53、t;b>　　} 　　bit tmpreadbit(void) 　　{ 　　uint

54、0;i; 　　bit dat; 　　DS=1; 　　DS=0;

55、i++;　　i++; 　　DS=1;　　i++;

56、 　　dat=DS; 　　i=8;while(i>0)i--; 　　return (dat);

57、;　　} 　　uchar tmpread(void) 　　{ 　　uchar i,j,dat;

58、;　　dat=0; 　　for(i=1;i<=8;i++) 　　{ 　　j=tmpreadbit(); </p&g

59、t;　　dat=(j<<7)|(dat>>1); 　　} 　　return(dat); 　　} <

60、/p>　　void tmpwritebyte(uchar dat) 　　{ 　　uint i; 　　uc

61、har j; 　　bit testb; 　　for(j=1;j<=8;j++) 　　{ 　　te

62、stb=dat&0x01; 　　dat=dat>>1; 　　if(testb) //write 1 <b&

63、gt;　　{ 　　DS=0; 　　i++;i++; <

64、b>　　DS=1; 　　i=8;while(i>0)i--; 　　} 　　else

65、60; 　　{ 　　DS=0; 　　i=8;while(i>0)i--;/

66、/write 0 　　DS=1; 　　i++;i++; <

67、p>　　} 　　} 　　} 　　void tmpchange(void)

68、　　{ 　　dsreset(); 　　delay(1); 　　tmpwritebyte(0xcc); 　　tmpwriteb

69、yte(0x44); 　　} 　　uint tmp()

70、;　　{ 　　float tt; 　　uchar a,b,b1; 　　dsreset(); <

71、;/p>　　delay(1); 　　tmpwritebyte(0xcc); 　　tmpwritebyte(0xbe); 　　a=tmpread();

72、　　b=tmpread(); 　　temp=b; 　　b1=b; 　　temp<<=8; <

73、/p>　　temp=temp|a; 　　if(b1<8) 　　{ 　　flag+

74、=1; 　　tt=temp*0.0625; 　　temp=tt*10+0.5; 　　fu='+'; 　　}

75、60; 　　else 　　{ 　　flag-=1；

76、;　　temp=~temp; 　　temp=temp+1; 　　tt=temp*0.0625; &l

77、t;p>　　temp=tt*10+0.5; 　　fu='-'; 　　} 　　return temp; 　　}

78、　　void display(uint temp) 　　{ 　　uchar A1,A2,A3; 　　A1=temp/1

79、00; 　　A2=temp%100/10; 　　A3=temp%10; 　　write_com(0x80+0x06+0x40); 　　write_data(fu

80、); 　　write_data(A1+0x30); 　　write_data(A2+0x30); 　　write_data('.'); 　　write_data(A3+0x30);

81、　　} 　　void Turn_t(void) 　　{ 　　ENA=0;

82、60;　　IN1=0; 　　IN2=0;

83、0; &#

84、160; <

85、;b>　　} 　　void Turn_z(void) 　　{ 　　ENA=1;

86、 　　IN1=1; 　　IN2=0;

87、;

88、60; <

89、b>　　} 　　void Turn_f(void) 　　{ 　　ENA=1;

90、　　IN1=0; 　　IN2=1;

91、; 　　}

92、;　　void Turn_fj(void) 　　{ 　　uint x; 　　ENA=1; <

93、b>　　IN1=0; 　　x=500; 　　while(x<=1000) 　　{ 　　IN2=

94、1; 　　delay(x); 　　IN2=0; 　　delay(1000-x); 　　x+=50; &

95、lt;p>　　} 　　IN2=1; 　　} 　　void Turn_zj(void) <p

96、>　　{ 　　uint x; 　　ENA=1; 　　IN2=0; </p&g

97、t;　　x=500; 　　while(x<=1000) 　　{ 　　IN1=1; 　　de

98、lay(x); 　　IN1=0; 　　delay(1000-x); 　　x+=50; 　　} </p&

99、gt;　　IN1=1; 　　} 　　void main() 　　{ <p&

100、gt;　　init(); 　　lcden=0; 　　write_com(0x38); 　　write_com(0x0c); 　　write_com(0x06

101、); 　　write_com(0x01); 　　for(num=0;num<15;num++) 　　{ 　　write_data(table[num]);

102、　　delay(5); 　　} 　　while(1) 　　{ 　　tmpchange()

103、; 　　display(tmp()); 　　if(flag==1) 　　{ 　　flag=0;　　if(t>

104、=75) Turn_z(); 　　else if(t>=45) Turn_zj(); 　　else if(t>10) Turn_t(); 　　else Turn_fj(); &l

105、t;p>　　} 　　else if(flag==-1) 　　{ 　　flag=0; Turn_f();}

106、60; 　　} 　　}　　9結束語 &l

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