嵌入式電機控制系統(tǒng)設(shè)計（硬件）畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第1章 緒 論1</p><p><b>　　1.1課題來源1</b></p><p>　　1

2、.2嵌入式電機控制系統(tǒng)的概述1</p><p>　　1.3本文完成的主要工作4</p><p>　　第2章 嵌入式電機控制系統(tǒng)設(shè)計方案設(shè)計5</p><p>　　2.1嵌入式電機調(diào)速系統(tǒng)5</p><p>　　2.2鍵盤顯示部分9</p><p>　　2.3 過電壓電流檢測與保護部分9</p>

3、<p>　　2.4通信部分10</p><p>　　2.5轉(zhuǎn)速測量部分10</p><p>　　2.6嵌入式電機控制系統(tǒng)的總體方案確定11</p><p>　　第3 章嵌入式電機控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計12</p><p>　　3.1系統(tǒng)硬件電路總框圖及原理圖12</p><p>　　3.2系統(tǒng)主要原

4、器件簡介13</p><p>　　3.3系統(tǒng)主回路的設(shè)計及參數(shù)計算20</p><p>　　3.4 嵌入式控制系統(tǒng)單元模塊的設(shè)計24</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計31</p><p>　　4.1程序框圖及其介紹31</p><p>　　4.2部分子程序36</p><p&g

5、t;<b>　　結(jié)束語38</b></p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　參考文獻40</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著我國工業(yè)的日益發(fā)展，電機在許多工礦、機械等企業(yè)得到廣

6、泛的應(yīng)用，本嵌入式電機控制系統(tǒng)是運用單片機控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，控制對象主要是三相交流電動機，控制思想是用轉(zhuǎn)差頻率進行控制，通過改變程序來達到控制電機的目的。</p><p>　　系統(tǒng)以AT89C52為控制核心，主要采用變頻調(diào)速技術(shù)，結(jié)合所學(xué)的單片機技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要由主回路，SA4828大規(guī)模集成SPWM變頻器電路，鍵盤顯示電路，光電隔離電路，檢測保護電路，驅(qū)動電路，串口通信電路等組成。

7、</p><p>　　主要電路芯片由51系列單片機AT89C52, Intel8279通用鍵盤/顯示器，SPWM波產(chǎn)生電路SA4828芯片,以及驅(qū)動芯片IR2304等構(gòu)成。</p><p>　　由于設(shè)計中電動機功率不大，所以主電路整流器采用不可控電路，電容器濾波；逆變器采用電力晶體管三相逆變器，結(jié)構(gòu)簡單清晰，成本大大降低。</p><p>　　關(guān)鍵詞 ：AT89C5

8、2單片機；SA4828變頻器；IR2304；整流器；三相異步電動機</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the increasing development of China's industry, the electrical in many mining, machinery enterprises have

9、 wide application, the embedded motor control system is to use the SCM Control Frequency Control System, control is primarily aimed at three-phase AC motor, control thinking Use slip frequency control, by changing the sp

10、eed control procedures to achieve the objective. AT89C52 for the control system to the core, mainly VVVF technology, integration of the microcontroller technology, to</p><p>　　Key words ：AT89C51 SCM; SA4

11、828 converter; IR2304; rectifier; three-phase asynchronous motor</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1課題來源</b></p><p>　　隨著我國工業(yè)的日益發(fā)展，電機在工業(yè)控制和機械自動化等企業(yè)中得到廣泛的

12、應(yīng)用，其可分為：直流電動機、伺服電動機，步進電動機，交流電動機等。首先是直流電動機，它的優(yōu)點主要在于調(diào)速范圍廣，靜差小，穩(wěn)定性能好以及具有良好的動態(tài)性能。盡管如此，直流電動機卻解決不了直流電動機本身的換向問題和在惡劣環(huán)境下的不適應(yīng)問題，同時制造大容量，高轉(zhuǎn)速以及高電壓直流電動機也十分困難，這就限制了直流傳動系統(tǒng)的進一步發(fā)展。伺服電動機和步進電動機出現(xiàn)的較晚，一般運用于特別精確的自動控制系統(tǒng)中。交流電動機在1885年出現(xiàn)，交流電動機因其結(jié)

13、構(gòu)簡單，運行可靠，價格低廉，維修方便，故而應(yīng)用面很廣，幾乎所有的調(diào)速傳動都采用交流電動機，特別是三相交流電動機，使用范圍更加廣泛。但隨著經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代的工礦企業(yè)都要求電機的容量大，調(diào)速范圍寬，啟動快速頻繁，效率高。而且要求自動化控制水平高，可視性好的要求，傳統(tǒng)的電機控制已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求，雖有專業(yè)的可編程控制器，但它的成本太高，而且專業(yè)性比較強，不容易擴展，有逐漸被嵌入式系統(tǒng)代替的趨勢，故本設(shè)計采用單片機及外圍器件構(gòu)成嵌入

14、式電機控制系統(tǒng)，具有調(diào)速范圍寬，可視性、可操作性、可</p><p>　　1.2嵌入式電機控制系統(tǒng)的概述</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能

15、。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器、微處理器、存儲器及外設(shè)器件和I／O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（要求實時和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程。有時設(shè)計人員把這兩種軟件組合在一起，應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為，而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的特點與定義不同，它是由定義中的三個

16、基本要素衍生出來的，不同的嵌入式系統(tǒng)其特點會有所差異。</p><p>　　與“嵌入性”的相關(guān)特點：由于是嵌入到對象系統(tǒng)中，必須滿足對象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣/氣氛環(huán)境（可靠）、成本（價廉）等要求。</p><p>　　與“專用性”的相關(guān)特點：軟、硬件的裁剪性；滿足對象要求的最小軟、硬件配置等。</p><p>　　與“計算機系統(tǒng)”的相關(guān)特點：嵌入

17、式系統(tǒng)必須是能滿足對象系統(tǒng)控制要求的計算機系統(tǒng)。與上兩個特點相呼應(yīng)，這樣的計算機必須配置有與對象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。</p><p>　　另外，嵌入式設(shè)備與嵌入式系統(tǒng)不同，不要與之相混淆。嵌入式設(shè)備是指內(nèi)部有嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品、設(shè)備，例如，內(nèi)含單片機的家用電器、儀器儀表、工控單元、機器人、手機等。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計算機時代，然而，微型計算機的體積、價位、可靠性

18、都無法滿足廣大對象系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計算機做在一個芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展的單片機時代。</p><p>　　在探索單片機的發(fā)展道路時，有過兩種模式，即“Σ模式”與“創(chuàng)新模式”?！唉材Ｊ健北举|(zhì)上是通用計算機直接芯片化的模式，它將通用計算機系統(tǒng)中的基本單元進行裁剪后，集成在一個芯片上，構(gòu)成單片微型計算機；“創(chuàng)新模式”則完全按嵌入式應(yīng)用要求

19、設(shè)計全新的，滿足嵌入式應(yīng)用要求的體系結(jié)構(gòu)、微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照創(chuàng)新模式發(fā)展起來的單片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)（單片微型計算機）。MCS-51是在MCS-48探索基礎(chǔ)上，進行全面完善的嵌入式系統(tǒng)。歷史證明，“創(chuàng)新模式”是嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展的正確道路，MCS-51的體系結(jié)構(gòu)也因此成為單片嵌入式系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)體系。</p><p>　　單片機誕生于20世紀(jì)

20、70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。SCM即單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。</p><p>　　MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：

21、不斷擴展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。</p><p>　　Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS-51從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器

22、。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記Intel和Philips的歷史功績。</p><p>　　單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)

23、。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)（單片機）取代模擬電路作為電動機的控制器，具有如下特點：</p><p>　?。?）使電路更簡單 </p><p>　　模擬電路為了實現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件，使電路更復(fù)雜，采用微處理器后，絕大多數(shù)控制邏輯可通過軟件來實現(xiàn)。</p><p>　　（2）可以實現(xiàn)較為復(fù)雜的控制 </p><

24、p>　　微處理器具有更強的邏輯功能，運算速度快，精度高，有大容量的存儲單元。因此，有能力實現(xiàn)復(fù)雜的控制。</p><p>　?。?）靈活性和適應(yīng)性 </p><p>　　微處理器的控制方式是有軟件來實現(xiàn)的，如果需要修改控制規(guī)律，一般不必改變系統(tǒng)的硬件電路，只須修改程序即可，在系統(tǒng)調(diào)試和升級時，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。 </p><p>　　( 4

25、) 無零點漂移，控制精度高 </p><p>　　數(shù)字控制不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇見的零點漂移問題，無論被控量是大還是小，都可以保證足夠的控制精度。</p><p>　　（5）可以提供人機界面，多機連網(wǎng)工作</p><p>　　用工業(yè)控制計算機可謂功能強大，它有極高的速度，很強的運算能力和接口功能，方便的軟件功能，但是由于成本高，體積過大，所以只用于大型的控制系統(tǒng)，

26、可編程控制器價格高昂，而且小型的功能簡單，大型的價格更是急劇上升，故使用受到一定的限制。在民用生產(chǎn)中，通常用介于工控機和可編程控制器之間的單片機作為微處理器。本次設(shè)計就是用單片機作為電動機的控制器。</p><p>　　1.3本文完成的主要工作</p><p>　　本文的嵌入式電機控制系統(tǒng)設(shè)計主要采用單片機控制變頻器來實現(xiàn)其變頻調(diào)速，通過單片機外圍芯片來實現(xiàn)對主電路進行鍵盤顯示，檢測保護，

27、通信等功能，其完成的主要工作有：</p><p>　　(1)電機控制方案的選擇</p><p>　　(2)硬件電路的設(shè)計</p><p>　　(3)主電路參數(shù)的計算</p><p><b>　　(4)元器件的選擇</b></p><p>　　(5)鍵盤顯示的設(shè)計</p><p&

28、gt;　　(6)電壓電流的檢測和保護電路的設(shè)計</p><p>　　(7)部分軟件程序的設(shè)計</p><p>　　第2章 嵌入式電機控制系統(tǒng)設(shè)計方案設(shè)計</p><p>　　2.1嵌入式電機調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　1、嵌入式電機控制方式的選擇</p><p>　　嵌入式電機控制的轉(zhuǎn)速控制由異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式

29、：</p><p>　　由上式可知電機控制的轉(zhuǎn)速控制有三種方法：改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，改變頻率調(diào)速，改變極對數(shù)調(diào)速。</p><p>　　本次設(shè)計采用的是改變頻率調(diào)速方法，即變頻調(diào)速。當(dāng)極對數(shù)P不變時，均勻的改變定子供電的頻率f，則可以連續(xù)的改變異步電動機的同步轉(zhuǎn)速n0。達到平滑調(diào)節(jié)電動機實際運行轉(zhuǎn)速n的目的。這種調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速。變頻調(diào)速具有很好的調(diào)速性能，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，是交流調(diào)速的主流。

30、其又可分為以下2種：</p><p>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制和轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制。</p><p>　　在本次設(shè)計中所用到的控制方式是用轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比調(diào)速系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單，異步電動機在不同的頻率下都能夠獲得較硬的機械特性曲線，但是不能保證必要的調(diào)速精度；而且在動態(tài)過程中由于不能保持所需要的轉(zhuǎn)距，動態(tài)性能也很差，它只能用于對調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能要求都不高的場合。如果異步電

31、動機能像直流電動機一樣，用控制電樞電流的方法來控制轉(zhuǎn)距，那么就能夠得到和支流電動機一樣的動靜態(tài)性能。</p><p>　　轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念:</p><p><b>　　由式</b></p><p>　　可以得出異步電動機的機械特性方程式：</p><p>　　令式中 ，它是轉(zhuǎn)差頻率。</p><

32、;p><b>　　又由式 </b></p><p><b>　　即： </b></p><p><b>　　所以： </b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　由于異步電動機機械特性曲線上有一最大值，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率小于

33、臨界轉(zhuǎn)差頻率（對應(yīng)于電磁轉(zhuǎn)距最大的轉(zhuǎn)差率）時，電動機運行在穩(wěn)定工作區(qū)，電動機的電流比較小；當(dāng)轉(zhuǎn)差率大于臨界轉(zhuǎn)差率時，電動機進入不穩(wěn)定工作區(qū)，電動機的電流增大，轉(zhuǎn)距減小。所以在調(diào)速過程中要使電動機的轉(zhuǎn)差頻率小于臨界轉(zhuǎn)差率。也就是說，異步電動機穩(wěn)定工作時的轉(zhuǎn)差率很小，從而 也很小，可以認為 ， ，所以可近似寫成。此式表明，在轉(zhuǎn)差頻率很小的范圍內(nèi)，只要能夠保持氣隙磁通 不變，異步電動機的轉(zhuǎn)距就近似與轉(zhuǎn)差頻率成正比，這就是說，在異步電動機中控制

34、，就能和直流電動機中控制電流一樣，能夠達到控制轉(zhuǎn)距的目的?？刂妻D(zhuǎn)差頻率就代表了控制轉(zhuǎn)距，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理。</p><p>　　轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示:</p><p><b>　　圖1系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　可以看出該系統(tǒng)具有以下特點：</p&

35、gt;<p>　?。?）采用電流源變頻器，使控制對象具有較好的動態(tài)響應(yīng)，而且便于回饋制動，這是提高系統(tǒng)動態(tài)性能的基礎(chǔ)。</p><p>　?。?）和直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一樣，外環(huán)是轉(zhuǎn)速環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出是轉(zhuǎn)差頻率給定值，代表轉(zhuǎn)距給定。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)差頻率的控制作用分兩路，分別作用在可控整流器和逆變器上。前者通過函數(shù)發(fā)生器，按的大小產(chǎn)生相應(yīng)的

36、信號，再通過電流調(diào)節(jié)器控制定子電流，以保持恒定，另一路按產(chǎn)生對于于定子頻率的控制電壓，決定逆變器的輸出頻率。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速給定信號，，都反向，相序鑒別器判斷的極性以決定環(huán)形分配器的輸出相序，而信號本身則經(jīng)過絕對值變換器決定輸出頻率的大小，這樣就很方便的實現(xiàn)了異步電動機的可逆運行。</p><p>　　綜上所述，本設(shè)計采用轉(zhuǎn)差頻率控制的控制方法，可以實現(xiàn)較好的效果，是一種解

37、決異步電動機電磁轉(zhuǎn)距控制問題的方法，可以獲得與直流電動機恒磁通調(diào)速相似的性能。</p><p><b>　　2、調(diào)節(jié)器的選擇</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用增量式轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)方式，轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)器設(shè)計為帶有死區(qū)的調(diào)節(jié)器，即：</p><p>　　因，所以與之和反映了頻率，即為頻率指令信號?？刂平Y(jié)構(gòu)框圖和控制曲線如圖2所示。- ～為死區(qū)，它是為

38、了避免因量化誤差，舍入誤差引起系統(tǒng)運行不平衡而引起的。～ (–～–)為線性調(diào)節(jié)區(qū)，當(dāng)∣ΔUn（K）∣> 時，輸出限幅，用以現(xiàn)在轉(zhuǎn)差頻率的最大增量，亦即限制的最大增量，亦即限制的最大增量，防止系統(tǒng)過沖，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。決定系統(tǒng)的積分系數(shù)（）, 它由單片機給定，當(dāng)確定后，通過調(diào)節(jié)單片機的給定值，就能改變積分系數(shù)，整定方便。的值根據(jù)靜態(tài)精度要求和實際系統(tǒng)工作時的最低轉(zhuǎn)速來確定，、通過實驗確定。</p><p>

39、　　a) 控制結(jié)構(gòu)框圖 b） 控制曲線</p><p>　　圖2控制結(jié)構(gòu)框圖和曲線圖</p><p>　　3、嵌入式電機控制系統(tǒng)啟動方法的選擇</p><p>　　三相異步電動機的啟動有兩種方式，即直接啟動，（或全壓啟動）和降壓啟動，直接啟動是一種簡單、可靠、經(jīng)濟的啟動方法，但由于直接啟動時，電動機的啟動電流為額定電流的4

40、～7倍，過大的啟動電流一方面會造成電網(wǎng)電壓的顯著下降，直接影響在同一電網(wǎng)工作的其他電動機及用電設(shè)備的正常運行，另一方面電動機頻繁啟動會嚴(yán)重發(fā)熱，加速線圈老化，縮短電動機的壽命，所以直接啟動時電動機的容量受到一定的限制，僅適用于10kw以下或滿足全壓啟動經(jīng)驗公式的電動機，其中異步電動機的啟動又分為以下四種：定子繞子中串電阻降壓啟動、Y-△降壓起動、自耦變壓器降壓啟動，延邊三角形降壓啟動。自耦變壓器降壓啟動的啟動電流為直接啟動時1/K2倍。

41、因電壓降低了1/K倍，轉(zhuǎn)矩降為1/K2倍。設(shè)備體積大，投資較貴，星—三角（Y—Δ ）降壓啟動的啟動電流為直接采用全壓啟動電流的1/3，啟動電流受到限制，啟動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，啟動轉(zhuǎn)矩也只有Δ接法直接啟動時1/3，只適用于空載或輕載啟動。延邊三角形降壓啟動的啟動轉(zhuǎn)矩也只有全壓啟動時1/3，且繞組結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，應(yīng)用受限制。采用在啟動時給定子電路中串聯(lián)降壓電阻的辦法來啟動電動機啟動設(shè)備較多，一部分能</p><p>

42、;　　本次設(shè)計運用變頻調(diào)速方法，可采用變頻降壓的方法降低啟動電壓，當(dāng)電動機達到額定轉(zhuǎn)速時在全壓運行，不用在添加輔助設(shè)備，經(jīng)濟、簡單。</p><p>　　4、嵌入式電機控制系統(tǒng)制動方法的選擇</p><p>　　制動的方法一般有兩類：機械制動和電氣制動。機械制動常用的方法：電磁抱閘制動，但電磁抱閘體積較大，制動器磨損嚴(yán)重，快速制動時會產(chǎn)生振動一般用在起重設(shè)備。電氣制動主要有能耗制動、反接制

43、動、回饋制動、電容制動等。反接制動的制動準(zhǔn)確性差，制動過程沖擊力強烈，易損壞傳動器件，制動能量損耗大不宜頻繁啟動?；仞佒苿佑捎陔娐窂?fù)雜應(yīng)用范圍不廣。電容制動對高速、低速運轉(zhuǎn)的電動機均能迅速制動，能量損耗小設(shè)備簡單，一般用語10KW以下的小容量電動機，可適用于制動頻繁的場合。能耗制動制動力強、制動平穩(wěn)、無大的沖擊；應(yīng)用能耗制動能使生產(chǎn)機械準(zhǔn)確停車，被廣泛用于礦井提升和起重機運輸?shù)壬a(chǎn)機械。</p><p>　　本次

44、設(shè)計采用能耗制動方法，制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，且能量消耗小，控制電路比較簡單。</p><p><b>　　2.2鍵盤顯示部分</b></p><p>　　本設(shè)計主要涉及嵌入式電機啟動、停止，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，上下調(diào)速，及速度開機設(shè)定等功能，所以本設(shè)計共設(shè)2*8=16個鍵盤加上一個復(fù)位鍵盤共17個鍵盤。顯示方法有LCD顯示和LED顯示，其中LED顯示簡單價格低廉名具有很高的性價比，所

45、以本設(shè)計采用LED顯示滿足設(shè)計要求。</p><p>　　2.3 過電壓電流檢測與保護部分</p><p>　　本電路涉及的電流電壓比較大，特別是開機沖擊電壓電流特別大。另外功率管、三相交流電動機的價格比較貴重，為了系統(tǒng)及電動機的安全有必要設(shè)計電路電壓電流的檢測與保護。其中電壓電流的檢測有多種方法，如：采用電壓電流傳感器、電壓電流互感器和電阻分壓測電壓、串電阻測電流的方法等。</p&

46、gt;<p>　　本設(shè)計采用電阻分壓測電壓、串電阻測電流及光電耦合的方法，把過電壓過電流信號通過光耦隔離輸入到單片機，經(jīng)單片機處理來控制輸出電壓的高低，從而起到保護的作用，而采樣點的設(shè)置則選擇在直流部分，如果在三相整流的輸入端和三相電動機的輸入端則應(yīng)采用電壓電流傳感器或電壓電流互感器來測量，這樣的話成本就會增加，特別是電壓電流互感器，造價就會更高。所以本次設(shè)計檢測點設(shè)在直流部分，這樣的話電路設(shè)計就會簡單的多了。另外對于開機

47、沖擊電流本次設(shè)計采用前端設(shè)置一個電抗器，以減緩開機沖擊電流對逆變電路所造成的損害。</p><p><b>　　2.4通信部分</b></p><p>　　本次設(shè)計的通信技術(shù)主要是單片機與上位單片機或pc機的通信，從而能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)機控制或集散控制的功能，而且能夠用pc機通過網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)絡(luò)控制。通信部分主要采用單片機串口通信技術(shù)，此種技術(shù)運用比較廣泛，技術(shù)比較成熟，運用的比

48、較多。</p><p><b>　　2.5轉(zhuǎn)速測量部分</b></p><p>　　在電動機轉(zhuǎn)速測量方面有很多方法，主要有用速度傳感器測速，轉(zhuǎn)速發(fā)電機測速，光電編碼盤測速等，本次設(shè)計所采用的方法與光電編碼盤有相似之處，是用一對對管，即一個發(fā)光二極管和一個光電三極管來測速。在電動機的一側(cè)弄一個擋板，鉆若干小孔，發(fā)光二極管發(fā)射的光被沒有孔的地方遮擋時，光敏三極管不能導(dǎo)通，

49、光敏三極管的集電極輸出為高電平，在有小孔的地方，發(fā)光二極管發(fā)射的光就會透過小孔照射到光敏三極管上，使光敏三極管導(dǎo)通，此時光敏三極管的集電極輸出為低電平。然后經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后，把這些高低電平的脈沖信號送入單片機處理轉(zhuǎn)換為電動機的轉(zhuǎn)速。與前幾種方法相比這種方法具有造價低，簡單易行，測量的精度在于擋板上的鉆孔的多少，即采樣頻率的大小。</p><p>　　2.6嵌入式電機控制系統(tǒng)的總體方案確定</p><

50、;p>　　綜上所述，本系統(tǒng)運用單片機控制專用變頻器，采用轉(zhuǎn)差頻率控制的思想，增加了鍵盤顯示使具有靈活性、可操作性和可視性；電壓電流的檢測和保護提高了其安全性和可靠性；串口通信增加了系統(tǒng)的延展性；轉(zhuǎn)速測量反饋提高了系統(tǒng)的精度等。啟動采用變頻降壓的方法降低啟動電壓，當(dāng)電動機達到餓定轉(zhuǎn)速時在全壓運行，不用在添加輔助設(shè)備，經(jīng)濟、簡單。制動時采用能耗制動，制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，且能量消耗小，控制電路比較簡單。本系統(tǒng)不僅減少了系統(tǒng)電路的復(fù)雜性，使軟

51、件編程簡單化，而且系統(tǒng)更加穩(wěn)定，調(diào)節(jié)更加簡單方便。 </p><p>　　本次設(shè)計為了方便采用了一臺小型的三相異步電動機作為控制對象。三相異步電動機的參數(shù)：，轉(zhuǎn)動慣量 J=0．03，接法，。</p><p>　　第3 章嵌入式電機控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p>　　3.1系統(tǒng)硬件電路總框圖及原理圖</p><p>　　本次設(shè)計的的硬件電

52、路總框圖如下圖3所示：</p><p>　　圖3 硬件電路總框圖</p><p>　　通過圖3系統(tǒng)框圖可以看出主電路采用交直交的逆變方法先通過三相不可控整流橋把三相交流電整流為直流電,然后通過三相逆變電路變頻變壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妬砜刂迫嘟涣麟妱訖C。而控制電路是由單片機AT89C52控制變頻器SA4828，然后由逆變器產(chǎn)生SPWM波形經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動后控制主電路的三相逆變電路。本次設(shè)計采用控制

53、轉(zhuǎn)差頻率的方法來控制變頻器的，所以設(shè)計了三相交流電機速度檢測電路，測量出來脈沖信號送入單片機處理，經(jīng)計算處理后來控制變頻器輸出的SPWM波。本次設(shè)計的保護電路主要是從直流部分檢測的，當(dāng)過電壓過電流時，檢測電路把檢測結(jié)果處理后一方面把信號輸入單片機處理，一方面輸入到SA4828中封鎖SPWM波的輸出。，從而起到保護作用。鍵盤顯示部分運用了8279芯片，這樣系統(tǒng)電路大大的簡化了，而且軟件編程也輕松了許多。左下角為串口通信功能，運用MAX23

54、2串口芯片的電平轉(zhuǎn)換功能與上位機和單片機相連，從而達到通信的目的。</p><p>　　3.2系統(tǒng)主要原器件簡介</p><p>　　1、單片機AT89C52簡介</p><p>　　當(dāng)今單片機廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各異。常用的單片機有很多種：Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、臺灣Winbond(華邦)W78系列、荷

55、蘭Pilips的PCF80C51系列、Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韓國三星公司的KS57C系列4位單片機、臺灣義隆的EM-78系列等。我們最終選用了ATMEL公司的AT89C52單片機。AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），不必在擴

56、展其存儲器。本器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，功能強大，AT89C52單片機適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合，在本次設(shè)計中足以能夠滿足要求，所以本次設(shè)計單片機選用AT89C52。</p><p>　　2、變頻器Sa4828簡介</p><p>　?。?）SA4828

57、的性能特點</p><p>　　SA4828是英國MITEL公司研制出的一種專門用于三相SPWM信號發(fā)生和控制的集成電路芯片。它采用28引腳，分DIP和SOIC兩種封裝。它可以和大部分的單片機連接，也可以單獨使用。芯片的主要特性是：全數(shù)字控制；兼容Intel和Motorola系列的單片機；載波頻率最高可達24kHz；輸出調(diào)制波頻率范圍為0～4kHz；將調(diào)制波頻率的分辨率提高到16位；8位調(diào)壓分辨率；內(nèi)部ROM固化

58、3種可選波形；可設(shè)定死區(qū)時間和刪除最小脈寬；可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制；由于采用了可由用戶選擇的三相幅值獨立控制方式，因而可以單獨設(shè)定各相的輸出電壓幅值以適應(yīng)不平衡負載；有看門狗定時器。</p><p>　?。?）SA4828的引腳功能</p><p>　　SA4828的引腳如圖4所示，大體可以分為三類信號：</p><p>　?、倥c單片機的接口信號</p>&

59、lt;p>　　ADO～AD7 、WR、RD、ALE可直接與地址/數(shù)據(jù)復(fù)用的單片機相連。此時，總線選擇信號MUX接+5V，地址/數(shù)據(jù)引腳RS不用</p><p>　　圖4 SA4828的引腳圖</p><p><b>　?、谳斎胄盘?lt;/b></p><p>　　CS 片選信號</p><p>

60、　　CLK 時鐘信號，最高頻率為24.576MHz</p><p>　　RESET 復(fù)位信號，禁止輸出</p><p>　　SET TRIP 關(guān)斷信號，高電平時可快速關(guān)斷全部SPWM信號</p><p>　　RT、YT、BT 控制三相逆變橋的三個上橋臂的開關(guān)管</p><p>　　RB、YB

61、、BB 控制三相逆變橋的三個下橋臂的開關(guān)管</p><p>　　它們是標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號，有12mA的驅(qū)動能力，可直接驅(qū)動光耦。</p><p>　　ZPPR 輸出調(diào)制波的頻率</p><p>　　WSS 輸出采樣波形</p><p>　　TRIP 封鎖狀態(tài)，SET TRIP有效時，該引腳為

62、低電平表明輸出已被封鎖，可接LED指示燈。</p><p>　　（3）SA4828芯片的控制方法</p><p>　　對SA4828的控制是通過微處理器接口將數(shù)據(jù)送入芯片和兩個寄存器（初始化寄存器和控制寄存器）來實現(xiàn)的。初始化寄存器用于設(shè)定與逆變器有關(guān)的一些基本參數(shù)，這些參數(shù)在PWM輸出端允許輸出前初始化，逆變器工作以后不允許改變。</p><p>　　控制寄存器在

63、工作過程中控制輸出脈寬調(diào)制波的狀態(tài)，從而進一步控制逆變器的運行狀態(tài)。通常在工作該寄存器內(nèi)容常被改寫以實現(xiàn)實時控制。</p><p>　　參數(shù)是通過8個暫存器R0、R1、R2、R3、R4、R5、R14、R15來傳送的，初始化參數(shù)先被寫入R0、R2……R5，然后通過對R14的寫操作將參數(shù)送入初始化寄存器，最后再將控制參數(shù)寫入R0、R1……R5，并通過對R15的寫操作將參數(shù)送入控制寄存器。</p><

64、;p>　　3、鍵盤顯示芯片INTEL8279簡介</p><p>　　INTEL 8279是一種可編程鍵盤/顯示器接口芯片，它含有鍵盤輸入和顯示器輸出兩種功能。鍵盤輸入時，它提供自動掃描，能與按鍵或傳感器組成的矩陣相連，接收輸入信息，它能自動消除開關(guān)抖動并能對多鍵同時按下提供保護。顯示輸出時，它有一個16×8位顯示RAM，其內(nèi)容通過自動掃描，可由8或16 位LED數(shù)碼管顯示。 </p>

65、<p>　　1．8279的引腳和功能</p><p>　　8279采用40引腳雙列直插封裝，其引腳排列及功能分別如下圖所示：</p><p>　　圖5 8279的引腳圖</p><p><b>　　其引腳功能如下：</b></p><p>　　D0D7：數(shù)據(jù)總線，雙向三態(tài)總線。</p>&l

66、t;p>　　CLK：系統(tǒng)時鐘輸入端。</p><p>　　RESET：系統(tǒng)復(fù)位輸入端，高電平有效，復(fù)位狀態(tài)為：16個字符顯示；編碼掃描鍵盤——雙鍵鎖定；程序時鐘編程為31。</p><p>　　：片選輸入端，低電平有效。</p><p>　　A0：數(shù)據(jù)選擇輸入端，A0=1時，CPU寫入數(shù)據(jù)為命令字，讀出狀態(tài)字為狀態(tài)字；A0=0時，CPU讀、寫均為數(shù)據(jù)。<

67、/p><p>　　、：讀、寫信號輸入端，低電平有效。</p><p>　　IRQ:為中斷請求輸出線。高電平有效。 在鍵盤工作方式下，當(dāng)FIFO/傳感器RAM 中有數(shù)據(jù)時，此中斷線變高電平。在FIFO/傳感器RAM 每次讀出時，中斷線就下降為低電平，若在RAM 中還有信息，則此線又重新變?yōu)楦唠娖健Ｔ趥鞲衅鞴ぷ鞣绞街?，每?dāng)傳感器信號變化時，中斷線就變?yōu)楦唠娖健?lt;/p><p&g

68、t;　　SL0SL3：掃描輸出端，用于掃描鍵盤和顯示器?？删幊淘O(shè)定為編碼（4中選1）或譯碼輸出（16選1）。</p><p>　　RL0RL7：回復(fù)線，它們是鍵盤或傳感器的列信號輸入端。</p><p>　　SHIFT：移位信號輸入端，高電平有效。它是8279鍵盤數(shù)據(jù)的次高位（D6），通常用作鍵盤上、下檔功能鍵。在傳感器和選通方式中，SHIFT無效。</p><p>

69、;　　CNTL/STB：控制/選通輸入端，高電平有效。在鍵盤工作方式時，它是鍵盤數(shù)據(jù)的最高位，通常用作控制鍵。在選通輸入方式時，它的上升沿可把來自RL0RL7的數(shù)據(jù)存入FIFO/傳感器RAM中。在傳感器方式時，它無效。</p><p>　　OUTA0OUTA3：A組顯示信號輸出端。</p><p>　　OUTB0OUTB3：B組顯示信號輸出端。</p><p>　　

70、：顯示熄滅輸出端，低電平有效。它在數(shù)字切換顯示或使用熄滅命令時關(guān)顯示。</p><p>　　2．8279的工作方式</p><p>　　8279工作方式的確定是通過CPU對8279送入命令字實現(xiàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)選擇端A0置“1”時，CPU對8279寫入的數(shù)據(jù)為命令字，讀出的數(shù)據(jù)為狀態(tài)字。在敘述命令字、狀態(tài)字前須先說明8279的3種工作方式:鍵盤的工作方式、顯示器工作方式、傳感器矩陣方式。</

71、p><p>　　3．8279的命令字</p><p>　　8279共有8條命令，如下所述：</p><p>　　1）鍵盤/顯示方式設(shè)置命令字</p><p><b>　　2）時鐘編程命令</b></p><p>　　3）讀FIFO/傳感器RAM命令</p><p>　　4）讀顯

72、示RAM命令</p><p>　　5）寫顯示RAM命令</p><p>　　6）顯示禁止寫入/消隱命令</p><p><b>　　7）清除命令</b></p><p>　　8）結(jié)束中斷/出錯方式設(shè)置命令</p><p>　　4．8279狀態(tài)格式與狀態(tài)字</p><p>　

73、　8279的FIFO狀態(tài)字，主要用于鍵盤和選通工作方式，以指示數(shù)據(jù)緩沖器FIFO/傳感器RAM中的字符數(shù)和有錯誤發(fā)生，狀態(tài)字節(jié)的讀出地址和命令輸入地址相同（=0，A0=1）。狀態(tài)字節(jié)格式如下： </p><p>　　其中：DU（D7）為顯示無效特征位，DU=1表示顯示無效。顯示RAM在清除顯示或全清命令尚未完成時，DU=1，此時對顯示RAM操作無效。</p>

74、<p>　　S/E（D6）為傳感器信號結(jié)束/錯誤特征位，在讀FIFO狀態(tài)字時被讀出，在執(zhí)行CF=1時被復(fù)位。在傳感器方式時，S/E=1表示至少有一個鍵閉合；在特殊出錯方式時，S/E=1表示有多鍵同時按下。</p><p>　　O（D5）為FIFO/傳感器RAM溢出標(biāo)志位，當(dāng)FIFO/傳感器RAM填滿時再送入數(shù)據(jù)則該位置1。</p><p>　　U（D4）為FIFO/傳感器RAM空

75、標(biāo)志位，當(dāng)FIFO/傳感器RAM中無數(shù)據(jù)時，如CPU讀FIFO/傳感器RAM則該位置1。</p><p>　　F（D3）為FIFO/傳感器RAM滿標(biāo)志位，F(xiàn)=1表示FIFO/傳感器RAM中已滿。</p><p>　　NNN（D2、D1、D0）表示FIFO/傳感器RAM中的字符個數(shù)，即數(shù)據(jù)個數(shù)。</p><p>　　4、IR2304半橋驅(qū)動集成電路</p>

76、<p>　　IR2304是國際整流器公司（IR）新推出的多功能600V高端及低端驅(qū)動集成電路，這種適于功率MOSFET、IGBT驅(qū)動的自舉式集成電路在照明鎮(zhèn)流器、電源及電機等功率驅(qū)動領(lǐng)域中將獲得廣泛的應(yīng)用。IR2304采用8腳DIP或SOIC封裝，其引腳排列如圖7所示。</p><p>　　圖7 IR2304引腳排列圖</p><p>　　IR2304的性能特點如下：<

77、;/p><p>　?。?）芯片體積小（DIP8），集成度高（可同時驅(qū)動同一橋臂的上、下兩只開關(guān)器件）；</p><p>　?。?）動態(tài)響應(yīng)快。典型通斷延遲時間220／220ｎｓ、內(nèi)部死區(qū)時間100ｎｓ、匹配延遲時間50ｎｓ；</p><p>　　3）驅(qū)動能力強，可驅(qū)動600Ｖ主電路系統(tǒng)。具有60ｍＡ／130ｍＡ輸出驅(qū)動能力，柵極驅(qū)動輸入電壓寬達10～20V；</p

78、><p>　　（4）工作頻率高?？芍С?00ｋHｚ或以下的高頻開關(guān)，可與ORF830或ORFBC30等較小巧的MOSFET或IGBT配合使用；</p><p>　?。?）輸入輸出同相設(shè)計。提供高端和低端獨立控制驅(qū)動輸出，可通過兩個兼容3.3V、5V和15V輸入邏輯的獨立CMOS或LSTTL輸入來控制，為設(shè)計帶來了很大的靈活性；</p><p>　　(6）低功耗設(shè)計，堅固

79、耐用且防噪效能高。IR2304采用高壓集成電路技術(shù)，整合設(shè)計既降低成本和簡化電路，又降低設(shè)計風(fēng)險和節(jié)省電路板的空間。相比于其它分立式、脈沖變壓器及光耦解決方案，IR2304更能節(jié)省組件數(shù)量和空間，并提高可靠性；</p><p>　　(7)具有電源欠壓保護和關(guān)斷邏輯。IR2304有兩個非倒相輸入及交叉?zhèn)鲗?dǎo)保護功能，整合了專為驅(qū)動電機的半橋MOSFET或IGBT電路而設(shè)的保護功能。當(dāng)電源電壓降至4.7V下時，欠壓鎖定

80、UVL0功能會立即關(guān)掉兩個輸出，以防止穿通電流及器件故障。當(dāng)電源電壓大于5V時則會釋放輸出綜合滯后一般為0.3V。過壓（HVIC）及防閉鎖CMOS技術(shù)使IR2304非常堅固耐用。</p><p>　　另外，IR2304還配備有大脈沖電流緩沖級，可將交叉?zhèn)鲗?dǎo)減至最低；同時采用具有下拉功能的施密特（Schmitt） 觸發(fā)式輸入設(shè)計，可有效隔絕噪音，以防止器件意外開通。該芯片與其它同類產(chǎn)品的特性比較可看出IR2304

81、比同類其它產(chǎn)品特性更優(yōu)越，集成度更高。 </p><p>　　5、串口通信Max232芯片簡介</p><p>　　RS-232C是使用最早、應(yīng)用最多的一種異步串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)。它是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）1962年公布、1969年最后修定而成的。其中RS表示Recommended Standard，232是該標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識號，C表示最后一次修定。</p><p>

82、　　RS-232C主要用來定義計算機系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）之間的電氣性能。例如CRT、打印機與CPU的通信大都采用RS-232C接口，MCS-51單片機與PC機的通信也是采用該種類型的接口。由于MCS-51系列單片機本身有一個全雙工的串行接口，因此該系列單片機用RS-232C串行接口總線非常方便。 RS-232C串行接口總線適用于：設(shè)備之間的通信距離不大于15米，傳輸速率最大為20kB/s。<

83、;/p><p>　　RS-232C信息格式標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　RS-232C采用串行格式，如圖8所示。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:信息的開始為起始位,信息的結(jié)束為停止位;信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶位。如果兩個信息之間無信息，則寫“1”，表示空。</p><p>　　圖8 RS-232C信息格式</p><p>　　RS-232C電平轉(zhuǎn)換器

84、：RS-232C規(guī)定了自己的電氣標(biāo)準(zhǔn)，由于它是在TTL電路之前研制的，所以它的電平不是+5V和地，而是采用負邏輯，即：</p><p>　　邏輯“0”：+5V～+15V</p><p>　　邏輯“1”：-5V～-15V</p><p>　　因此，RS-232C不能和TTL電平直接相連，使用時必須進行電平轉(zhuǎn)換，否則將使TTL電路燒壞，實際應(yīng)用時必須注意！常用的電平轉(zhuǎn)換

85、集成電路是傳輸線驅(qū)動器MC1488和傳輸線接收器MC1489。</p><p>　　MC1488內(nèi)部有三個與非門和一個反相器，供電電壓為±12V，輸入為TTL電平，輸出為RS-232C電平，MC1489內(nèi)部有四個反相器，供電電壓為±5V，輸入為RS-232C電平，輸出為TTL電平。</p><p>　　另一種常用的電平轉(zhuǎn)換電路是MAX232，本書所配套的實訓(xùn)電路就采用該

86、芯片。MAX232的引腳圖為:</p><p>　　、圖9 MAX232引腳圖</p><p>　　在最簡單的全雙工系統(tǒng)中，僅用發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)和信號地三根線即可，對于MCS-51單片機，利用其RXD（串行數(shù)據(jù)接收端）線、TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）線和一根地線，就可以構(gòu)成符合RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)的全雙工通信口。</p><p>　　3.3系統(tǒng)主回路的設(shè)計及參數(shù)

87、計算</p><p><b>　　1、主回路的結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　系統(tǒng)主回路是交—直—交電壓型變頻電路，如圖10所示</p><p>　　圖10 主回路電路圖</p><p>　　主電路整流采用三相橋式不可控整流器，對三相交流電進行全波整流,濾波電容C7、C8濾除整流后的電壓波紋，并在負載變化時保持電壓

88、穩(wěn)定，當(dāng)變頻器通電時，瞬時沖擊電流較大，為了保護電路的電力電子元件，加了一個電抗器L1延緩了開機電流對逆變電路的沖擊，保護了逆變電路。</p><p>　　R13是制動電阻，電動機在制動過程中處于發(fā)電狀態(tài)，由于電路處在短路狀態(tài)，增加的電能無處釋放，使電路泵升電壓不斷升高，將會損壞電路原件。所以應(yīng)給一個放電電路，使這部分再生電能損耗在電阻R13上，制動時，分壓電路電壓升高，電壓比較器LM311輸出高電平控制開關(guān)管Q

89、7導(dǎo)通形成放電通路。指示燈Lamp作為濾波電容C7、C8放電通路和指示，濾波電容C7、C8容量通常很大，所以放電時間長（數(shù)分鐘），幾百伏的高電壓會威脅工作人員的安全，因此，在維修時，要等到指示燈熄滅后進行。</p><p>　　三相開關(guān)Q1～Q6組成三相逆變器，將直流電逆變成頻率可調(diào)的巨型波交流電，逆變管可選擇絕緣柵場效應(yīng)管IGBT、功率場效應(yīng)管MOSFET.</p><p>　　續(xù)流二極

90、管D7～D12的作用是當(dāng)逆變開關(guān)管由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂習(xí)r，雖然電壓突變降為零，但由于電動機線圈電感的作用，儲存在線圈中的電能開始釋放，續(xù)流二極管提供通道，維持電流在線圈中繼續(xù)流動，另外，當(dāng)電動機開始制動時，續(xù)流二極管為再生電流提供通道，使其回流到直流電源。</p><p>　　電阻R5～R10、電容C1～C6、二極管D13～D18組成緩沖電路，來保護逆變開關(guān)管由于逆變開關(guān)管在開通和關(guān)斷時，要受集電極電流和集電極與發(fā)

91、射極間電壓的沖擊，因此要經(jīng)過緩沖電路來進行緩解，當(dāng)逆變開關(guān)管關(guān)斷時，迅速升高，迅速降低，過高增長率的電壓對逆變開關(guān)管造成危害，所以在逆變開關(guān)管兩端并聯(lián)電容C1～C6來減小電壓增長率，當(dāng)逆變開關(guān)管開通時，迅速減低, 迅速升高，并聯(lián)在逆變開關(guān)管兩端的電容C1～C6由于電壓降低，將通過逆變開關(guān)管放電，這將加速電流的增長率，對逆變開關(guān)管造成危害，所以增加電阻R5～R10限制電容的放電電流，可當(dāng)逆變開關(guān)管關(guān)斷時，該電阻又會阻止電容的充電，為了解決

92、這個矛盾，在電阻兩端并聯(lián)二極管D13～D18，使電容在充時避開電阻，通過二極管充電，在放電時，通過電阻放電，實現(xiàn)緩沖功能。</p><p>　　2、參數(shù)計算和元件選擇</p><p>　　1) 大功率開關(guān)管 </p><p>　　SPWM正弦脈寬調(diào)制方法的直流利用率為0.866，即。為了使逆變器輸出380V的線電壓，要求直流側(cè)的電源電壓： 考慮到大

93、功率的晶體管的管壓降等，取，則大功率晶體管的參數(shù)為</p><p>　　其極限參數(shù)選為為： 。</p><p>　　2） 三相整流橋 整流橋輸入側(cè)電壓為：，直流側(cè)功率可估算如下： 取電動機的效率為0.82，則電動機的輸入功率為。取逆變器的效率為0.93，則 直流側(cè)的功率為： ，故直流側(cè)電流：。整流二極管最高反壓：。</p><p>　　基于以上數(shù)據(jù)，三相整流橋模

94、塊的選型為：其最大輸出電流為40A，最高耐壓為1000V。</p><p><b>　　3）濾波電容的選擇</b></p><p>　　整流輸出的最大電壓450V，因此濾波電容的耐壓值應(yīng)在此電壓之上，并有一定的安全裕度，故取濾波電容的耐壓值為600V。 理論上，濾波電容的值越大越好，但考慮到體積成本等因素，電容值也不可能選得太大，事實上，中間直流濾波電容的容量是從限制

95、電壓波動的角度來選擇的，根據(jù)經(jīng)驗，可選2個2200μF的鋁電解電容并聯(lián)使用。</p><p>　　濾波電感在這里主要用來限制電流脈動（PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)不存在電流不連續(xù)問題）和短路電流上升率，按照晶體管三相橋式整流電路限制電流脈動的電感量算式估計如下（?。?lt;/p><p>　　考慮到電動機和整流變壓器存在一定的電感量，取實際的串聯(lián)電感為100mH。選擇一臺電感量為100mH，額定電流不小于

96、6.4A的電抗器L1串聯(lián)</p><p>　　4）大功率晶體管阻容吸收電路</p><p>　　取電動機起制動電流為額定電流的3倍，即關(guān)斷時間，升泵電壓，則：</p><p>　　C1～C6的耐壓值與IGBT或MOSFET相同，取C1～C6為的電容，R5～R10阻值取為100歐。</p><p>　　5）泵升電壓檢測保護電路</p>

97、;<p>　　(1)泵升電壓必須低于主電路電容器和大功率器件的電壓定額，一般可選擇作為上限(為正常運行時電容C7、C8上的電壓值)，即此時應(yīng)開通Q7。</p><p>　　(2)泵升電壓抑制電路動作結(jié)束時，為使系統(tǒng)能再次迅速電動運行，不應(yīng)使直流電壓降得過低，必須等于或略大于正常運行時110％Uc值，一般可選擇Uc作為下限，即在此時應(yīng)關(guān)閉Q7。</p><p>　　則電阻R13

98、的功率和阻值可選取為：</p><p>　　流過晶體管Q7的最大電流值：</p><p>　　本設(shè)計電阻取值為20歐姆，指示燈取值為10歐姆</p><p>　　3.4 嵌入式控制系統(tǒng)單元模塊的設(shè)計</p><p>　　1、 SPWM控制信號的產(chǎn)生及變頻器的設(shè)置</p><p>　　1 初始化參數(shù)計算單片機時鐘頻率為

99、12MHz和SA4828的時鐘頻率均為6MHz，調(diào)制波頻率范圍0～50Hz，載波頻率為5kHz，實際脈沖刪除時間12μs，死區(qū)延遲時間6μｓ。</p><p>　　1） 載波頻率設(shè)定字</p><p><b>　　由載波頻率得:</b></p><p>　　取2則，n＝2。載波頻設(shè)定字為010。</p><p><

100、b>　　反算載波頻率:</b></p><p><b>　　KHZ</b></p><p>　　2） 調(diào)制波頻率范圍設(shè)定字</p><p><b>　　由得:</b></p><p>　　取=4，則m＝2。調(diào)制波頻率設(shè)定字為010。</p><p><

101、b>　　反算調(diào)制波頻率: </b></p><p>　　所以寄存器R0的值為00100010，即22H。</p><p>　　3） 脈沖延遲時間設(shè)定字</p><p><b>　　由得:</b></p><p>　　所以寄存器R2中的值為2DH。 </p><p>　　4） 最

102、小刪除脈寬設(shè)定字</p><p>　　最小刪除脈寬等于實際最小脈寬加上延遲時間，所以</p><p><b>　　由得:</b></p><p>　　所以寄存器R1中的值為49H。</p><p>　　5） 波形選擇字和AC設(shè)定選用高效波形，選擇字為10，紅相控制幅值A(chǔ)C＝0。所以寄存器R3中的值為02H。</p

103、><p>　　6） 看門狗 暫設(shè)定不用看門狗，所以寄存器R4，R5的值均為00H。 </p><p>　　2 控制寄存器值的參數(shù)</p><p>　　用戶由鍵盤輸入電動機的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過鍵盤處理程序進行處理，變成調(diào)制波頻率值，并將其存入內(nèi)部RAM 30H中，通過查U/F曲線表，可以得到與調(diào)制波頻率比相對應(yīng)的調(diào)壓比,并將其存入31H中，其他控制參數(shù)如：轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、輸出封鎖，看門

104、狗、相計數(shù)器復(fù)位、軟復(fù)位，這些位變量存入位操作區(qū)20H中，以便通過操作來改變它們的值。</p><p>　　調(diào)制波頻率字計算可由下式得：</p><p>　　可以看成一個雙字節(jié)的無符號與一個單字節(jié)數(shù)相乘，其集是一個雙字節(jié)的無符號數(shù)。</p><p>　　調(diào)制波幅值控制字計算可由下式得：</p><p>　　這是一個單字節(jié)數(shù)相乘，再出一個單字節(jié)

105、的數(shù)，其結(jié)果是一個單字節(jié)的數(shù)，調(diào)速程序就是要計算出和字，并將送入SA4828的控制寄存器。</p><p>　　2、鍵盤顯示模塊設(shè)計</p><p>　　利用鍵盤、顯示專用芯片8279能夠以較簡單的硬件電路和較少的軟件開銷實現(xiàn)單片機與鍵盤、LED顯示器的接口。</p><p>　　本設(shè)計采用下圖11的電路實現(xiàn)鍵盤顯示功能，軟件設(shè)計將有所改觀。采用8279與AT89C

106、52的P0口相連，電路采用6位顯示，2×8=16位鍵盤，由于需要6位顯示，而8279只提供4位顯示接口，所以本設(shè)計擴張了一片74LS138將顯示擴展成6位顯示，CPU對8279進行初始化后，只需向8279傳輸待顯示數(shù)據(jù)（送數(shù)），再就是在8279鍵盤中斷申請發(fā)出后，取鍵盤數(shù)據(jù)識別按鍵（取數(shù)），即可實現(xiàn)按鍵識別和動態(tài)顯示。至于要花費CPU大量時間的鍵盤掃描程序和動態(tài)顯示程序，全由8279硬件自動完成，大大提高了CPU的工作效率,7

107、4LS245為驅(qū)動電路，因為LED顯示驅(qū)動需要較大的驅(qū)動電流，通過8279不能直接驅(qū)動LED所以在這里增添了驅(qū)動芯片74LS145。</p><p>　　其中鍵盤部分有0～9共10個數(shù)字鍵，2個正傳反轉(zhuǎn)鍵，2個上下調(diào)鍵，一個功能切換鍵和一個確認鍵，共16個鍵。</p><p>　　圖11 鍵盤顯示電路 </p><p>　　3、單片機串口模塊設(shè)計</p>

108、<p>　　MAX232是標(biāo)準(zhǔn)的串口通信接口，對于一般的雙向通訊，只需要使用串行輸入口RXD(第3腳)、串行輸出TXD(第2腳)和地線（第7腳）。其中11管腳接單片機的P3.1，12管腳接單片機的P3.0。由于器件對電源噪聲很敏感。因此，對地需要加去耦電容，其值為1.0uF。電容、、、取同樣數(shù)值的電解電容，以提高抗干擾能力?？梢娺\用MAX232實現(xiàn)串口通信比較簡單，而且能夠獲得比較可靠的結(jié)果，是一種很好的串口通信技術(shù)。具體

109、電路圖如下圖12所示：</p><p>　　圖12 串口通信電路</p><p>　　4、速度檢測電路設(shè)計</p><p>　　速度檢測電路如圖13，采用透光式采樣，單光束紅外傳感器ST178接收信號，電路在5V電壓下工作，根據(jù)該型號傳感器紅外發(fā)射管所需的工作壓降（外</p><p>　　發(fā)射管的正向壓降在1～1.3V）和工作電流（紅外發(fā)射

110、管的電流為2～10mA），選取負載電阻R1=0.51KΩ，紅外接收管負載電阻R2=51KΩ。</p><p>　　圖13 轉(zhuǎn)速檢測電路</p><p>　　在電動機的轉(zhuǎn)盤上鉆若干小孔，設(shè)小孔的個數(shù)為n。在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時，發(fā)光二極管發(fā)射的光被沒有孔的地方遮擋時，光敏三極管不能導(dǎo)通，光敏三極管的集電極輸出為高電平，經(jīng)反相后，單片機定時器T0的輸入端為低電平。在有小孔的地方，發(fā)光二極管發(fā)射的光就會