畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于uf控制的跑步機(jī)變頻電路的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的提出及意義</p><p>　　跑步是目前國(guó)際流行并被醫(yī)學(xué)界和體育界給予高度評(píng)價(jià)的有氧健身運(yùn)動(dòng)，是保持一個(gè)人身心健康最有效，最科學(xué)的健身方式，也越來(lái)越受到大家喜愛(ài)。</p><p>　　戶外長(zhǎng)跑曾經(jīng)是大眾最喜聞樂(lè)見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式，沿著林蔭道呼吸著早晨清新的空氣，聽(tīng)著

2、指頭的鳥(niǎo)鳴，既能愉悅身心，又可鍛煉身體。只是隨著都市的大氣變得污濁，生活節(jié)奏變得緊張，戶外長(zhǎng)跑變得不那么流行了，而跑步機(jī)則成為了時(shí)下健身最熱門(mén)的健身器械。跑步機(jī)不僅可以讓我們免受汽車(chē)尾氣之苦，也是我們可以選擇自己方便的時(shí)間隨時(shí)鍛煉。</p><p>　　電動(dòng)跑步機(jī)，是多年來(lái)國(guó)際流行的大眾健身器材，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)跑帶使人以不同的速度被動(dòng)的跑步或走動(dòng)。由于電動(dòng)跑步機(jī)上的電子輔助裝備功能非常多，鍛煉者可體驗(yàn)不同的跑步環(huán)境

3、，如平地跑，上坡跑，丘陵跑，變速跑等，個(gè)人可以根據(jù)自己的鍛煉目的進(jìn)行鍛煉。跑步機(jī)在健身者運(yùn)動(dòng)是能顯示出跑步時(shí)的速度，時(shí)間，心率，熱量，節(jié)拍，距離等指標(biāo)，使健身者能夠隨時(shí)根據(jù)自身的身體狀況調(diào)節(jié)訓(xùn)練強(qiáng)度。</p><p>　　他是目前健身器材中的主流產(chǎn)品，它是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)跑步帶使人以不同的速度被動(dòng)地跑或走，在人體用力方面，比在地面上跑、走省去了一個(gè)蹬伸動(dòng)作，可是人比在地面運(yùn)動(dòng)消耗更多能量。但由于其功能比較單一，缺乏娛

4、樂(lè)性和交互性，長(zhǎng)時(shí)間鍛煉會(huì)使人感動(dòng)枯燥乏味。在全社會(huì)崇尚健身就是生活質(zhì)量的今天，傳統(tǒng)電動(dòng)跑步機(jī)這種單調(diào)重復(fù)運(yùn)動(dòng)已難以滿足人們對(duì)健身品質(zhì)的要求，而具有虛擬現(xiàn)實(shí)功能的智能跑步機(jī)，以計(jì)算機(jī)虛擬的模擬環(huán)境代替現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)環(huán)境，給人身臨其境的沉浸感，增加了健身的樂(lè)趣，已成為目前的研究熱點(diǎn)。</p><p>　　變頻器作為電動(dòng)跑步機(jī)的主要變速執(zhí)行和控制器件，在跑步機(jī)上也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。跑步機(jī)專用變頻器，是研發(fā)人員根據(jù)

5、跑步機(jī)的實(shí)際需要，為跑步機(jī)量身定制的一款新型變頻器。</p><p>　　1.2 變頻器研究現(xiàn)狀</p><p>　　自從逆變器二十世紀(jì)六十年代問(wèn)世，從主電路結(jié)構(gòu)區(qū)分，可分為兩類：交交變頻的AC-DC-AC變頻器。在主電路，直流中間環(huán)節(jié)的AC-DC-AC轉(zhuǎn)換器AC-AC變頻器。如果逆變器主電路的工作模式，變頻器可分為兩種電壓和電流。交交變頻一般用于低頻率，大容量的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)的AC

6、-DC-AC變頻器能量回饋電網(wǎng)和四象限操作，主要用于中小容量電機(jī)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　在20世紀(jì)80年代以后，供給電子技術(shù)迅速發(fā)展動(dòng)力，與可控硅整流器和門(mén)非?？赡荜P(guān)閉可控硅整流器，等等和姐這兒來(lái)的絕緣柵的雙極類型晶體管，對(duì)高壓絕緣材料門(mén)雙極性可控硅整流器的抵抗的出現(xiàn)并且做容量變頻器是越來(lái)越大和越來(lái)越小容量。近年來(lái)和一個(gè)新的聯(lián)合功率設(shè)備模塊，它的誕生將IGBT激勵(lì)電路芯片和它的周?chē)?，保護(hù)電路隊(duì)在模塊集成的整體

7、的甚而隔離裝置。開(kāi)關(guān)的力量模塊加速，小的激勵(lì)電流，能告訴偵察有流程的短路。有自衛(wèi)的強(qiáng)的能力。簡(jiǎn)而言之，強(qiáng)有力IPM的模塊，易使用，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了變頻器的硬件結(jié)構(gòu)，改變變頻器綜合化的表現(xiàn)。</p><p>　　將告訴從控制模式，從一開(kāi)始變頻器的開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制方法，開(kāi)發(fā)目前三個(gè)主要控制方式：U/F控制模式、矢量控制方式和直接轉(zhuǎn)矩控制模式下，除了和模糊控制、自適應(yīng)控制、新類型的控制模式。三個(gè)主要的應(yīng)用程序控制模式各有優(yōu)

8、勢(shì)，在選擇控制模式，需要根據(jù)不同的控制對(duì)象，具體的環(huán)境中工作，和需求來(lái)選擇，從而達(dá)到最優(yōu)的控制性能，同時(shí)盡可能使成本最低的電路。</p><p>　　變頻器特定凸顯了六個(gè)發(fā)展特點(diǎn)：1.主要電路電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉組件、模塊、集成、情報(bào)和開(kāi)關(guān)頻率的不斷提高。為了進(jìn)一步減少開(kāi)關(guān)損耗。2.主要電路變頻器的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)：變頻器實(shí)現(xiàn)可再生能源電網(wǎng)的反饋和節(jié)約能源，網(wǎng)側(cè)變換器應(yīng)該是可逆的轉(zhuǎn)換器，同時(shí)，電力可以雙向流在雙PWM整流器，對(duì)網(wǎng)

9、側(cè)變換器適當(dāng)控制能使輸入電流接近減少污染的正弦波電網(wǎng)。3.脈沖寬度調(diào)制變量壓力傳感器控制方法可以使用正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制，消除指定數(shù)量的諧波電流跟蹤控制PWM控制和電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。4.交流電動(dòng)機(jī)頻率調(diào)整控制方法主要體現(xiàn)為進(jìn)步【1】。</p><p>　　在當(dāng)前市場(chǎng)上許多變頻器，從市場(chǎng)需要和變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)看，變頻器一般發(fā)展趨勢(shì)為：大容量和小型化。有生產(chǎn)力的力量的更加進(jìn)一步的發(fā)展，往不

10、可避免的方向的大容量的變頻器。同時(shí)，變頻器的大規(guī)模集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，改進(jìn)冷卻的技術(shù)的改善是小型化變頻器的重要因素。力量和控制組分高級(jí)綜合化，聰明的力量模塊，高性能控制芯片作未來(lái)交換器對(duì)小型化方向。高性能專業(yè)。由于傳病媒介控制和扭矩控制，可靠性變頻器，控制精度的介紹得到偉大改善，并且高扭矩，高性能，低泛音等等也是追求的變頻器表現(xiàn)對(duì)一個(gè)。變頻器加強(qiáng)通信作用的，能提供各種各樣適合通信接口，支持各種各樣另外通信協(xié)議，能由計(jì)算機(jī)操作頻率交換器箱子控制

11、。為了改善喜劇變頻器到獨(dú)特的物產(chǎn)和更好遇見(jiàn)的特別需求，變換器的發(fā)展越來(lái)越引起人們的注意。現(xiàn)代控制方式參考能適應(yīng)的技術(shù)，最優(yōu)控制技術(shù)，模糊控制等等的理論的融合意在表現(xiàn)的通信在很大的增加的速度。使他們的變頻器，可靠性，更加簡(jiǎn)單用途的上升、綠化。近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越注意環(huán)境保護(hù)，用途電磁式污染生產(chǎn)的變頻器，噪聲問(wèn)題例如人認(rèn)真逐漸采取得更大。與控制方式的發(fā)展一起，載波頻率的改善，供給電子技術(shù)開(kāi)發(fā)動(dòng)力，這些問(wèn)題在不久的將來(lái)逐步將解決</p&g

12、t;<p>　　總之，未來(lái)變頻器的產(chǎn)品將朝著高性能，多功能，數(shù)字化，高可靠，易使用，綠色化和智能化的方向發(fā)展。</p><p><b>　　1.3 研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　在學(xué)習(xí)單片機(jī)和交流電機(jī)原理的基礎(chǔ)上，能夠達(dá)到運(yùn)用的程度，設(shè)計(jì)一個(gè)跑步機(jī)變頻電路，控制對(duì)象為750W，220VAC的小功率交流電機(jī)，要求實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑調(diào)速，有良好的人機(jī)接

13、口，操作簡(jiǎn)單，使用方便，具有安全開(kāi)關(guān)、速度/頻率表等功能。本課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：</p><p>　　1.系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)，主要是強(qiáng)電部分，交-直-交變換部分的設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.控制電路的設(shè)計(jì)，控制電路時(shí)系統(tǒng)的弱電部分，主要產(chǎn)生各種控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及保護(hù)信號(hào)。</p><p>　　3.軟件的設(shè)計(jì)，在控制電路的基礎(chǔ)上，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)各種控制功能。

14、</p><p>　　2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及工作原理</p><p>　　因?yàn)橹绷麟姄羝饔懈鞣N問(wèn)題在應(yīng)用程序，例如維護(hù)困難、生命短暫，使用困難的極端條件較低，隨著電力技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)調(diào)速的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。實(shí)現(xiàn)了對(duì)變頻器的交流電機(jī)器的調(diào)速控制，它通過(guò)控制電力半導(dǎo)體器件的打火方式電壓、頻率某些交流電轉(zhuǎn)換為電壓，頻率可調(diào)的交流電。</p><p>　　2.1 變頻器的

15、基本調(diào)速原理</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速即為異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。而異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速大小是由其磁極個(gè)數(shù)以及電源的頻率來(lái)決定的。如果用ns表示電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速(r/min)，則有:</p><p><b>　　ns=120f/P</b></p><p>　　其中，p為磁極個(gè)數(shù)，f為電源頻率(

16、Hz)。</p><p>　　而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義為:</p><p>　　s=(ns-n)/ns</p><p>　　其中n為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/min)，s為轉(zhuǎn)差率。則電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可表示為:</p><p>　　n=12Of(1-s)/P</p><p>　　可知，調(diào)節(jié)參數(shù)f、s、p中的任意一個(gè)，即可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)

17、的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制。根據(jù)不同的控制對(duì)象，有不同的控制方法和調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的控制【2】。</p><p>　　2.2 變頻器的基本控制方式</p><p>　　雖然只要通過(guò)改變電源頻率即可以實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，但在實(shí)際的交流調(diào)速系統(tǒng)中，只簡(jiǎn)單的改變電源頻率并不能得到理想的電機(jī)控制效果。按照不同的工作原理，變頻器的基本控制方式可以分為U/F控制、矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控

18、制等幾類。</p><p>　　2.2.1 U/F控制方式</p><p>　　當(dāng)電機(jī)的電源頻率改變時(shí)，電機(jī)的內(nèi)阻也隨之改變，使電機(jī)的勵(lì)磁電流發(fā)生變化，從而對(duì)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩造成影響，調(diào)速系統(tǒng)的性能也隨之受到影響。U/F控制方式的目的就是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩一速度特性。為了使勵(lì)磁電流不發(fā)生變化，只需要磁通在調(diào)速過(guò)程中保持不變，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，就要在改變電源頻率f的同時(shí)改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，使頻

19、率和電壓的比值為一個(gè)常數(shù)。又由于因電動(dòng)機(jī)定子阻抗而消耗的壓降遠(yuǎn)小于定子上的電壓，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可以用電源電壓來(lái)代替。</p><p>　　U/F控制方式的主要特點(diǎn)是:控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，機(jī)械特性較好，可以滿足一般調(diào)速系統(tǒng)的平滑調(diào)速要求。但是U/F控制方式為開(kāi)環(huán)控制，精度和動(dòng)態(tài)特性不是十分理想，難以得到較大的調(diào)速范圍。于是在U/F控制的基礎(chǔ)上，又提出了轉(zhuǎn)差頻率控制【3】。</p><p&

20、gt;　　轉(zhuǎn)差頻率就是加在電動(dòng)機(jī)的交流電源頻率與電動(dòng)機(jī)速度所對(duì)應(yīng)頻率的差值。當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率較小時(shí)，若U/F為常數(shù)，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差頻率基本成正比。根據(jù)這個(gè)特性，在進(jìn)行U/F控制的基礎(chǔ)上，只要再對(duì)轉(zhuǎn)差頻率進(jìn)行控制，就可以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的目的。這種控制方式需要檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)控制，特點(diǎn)是控制的穩(wěn)定性好，對(duì)負(fù)載及速度變化有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。但是采用這種控制方式需要在異步電機(jī)上安裝速度傳感器、編碼器等，并且需要根據(jù)異步電

21、動(dòng)機(jī)的特性調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率，控制成本較大，電路較為復(fù)雜。</p><p>　　2.2.2 矢量控制</p><p>　　矢量控制的實(shí)質(zhì)是將異步電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，認(rèn)為異步電機(jī)與直流電機(jī)一樣具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理:即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為磁場(chǎng)和與其相垂直的電流的乘積，而異步電動(dòng)機(jī)的定子電流可以分為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量(磁場(chǎng)電流)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)。通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位(即定

22、子電流矢量)，即可以分別對(duì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。矢量控制方式主要有:基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制、有速度傳感器的矢量控制和無(wú)速度傳感器的矢量控制。</p><p>　　采用矢量控制的變頻電源，調(diào)速范圍大，控制精度高，靜態(tài)響應(yīng)良好，而且現(xiàn)在很多新型的矢量控制系統(tǒng)中都帶有異步電機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)辨別以及自動(dòng)適應(yīng)的功能，可以更有效地控制異步電動(dòng)機(jī)。但是矢量控制需要對(duì)定子電流進(jìn)行解藕

23、，而且要進(jìn)行大量的矢量計(jì)算，控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜。</p><p>　　2.2.3 直接轉(zhuǎn)矩控制</p><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制是使用空間矢量，定子矢量分析方法，基于異步電機(jī)定子框架的數(shù)學(xué)模型，借助即使空間矢量理論計(jì)算和控制電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，直接控制逆變器，并獲得高扭矩輸出的動(dòng)態(tài)性能。直接轉(zhuǎn)矩控制為了衡量電機(jī)電流和獲得作為輸入直流電壓、高速度為生產(chǎn)高精度扭矩和通量的實(shí)際價(jià)

24、值計(jì)算是用來(lái)在調(diào)整逆變電路開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)調(diào)整異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈，實(shí)現(xiàn)精確控制。</p><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制的控制效果取決于實(shí)際情況的扭矩，節(jié)省通常脈沖寬度控制信號(hào)發(fā)生器，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的扭矩響應(yīng)迅速，無(wú)超調(diào)、動(dòng)態(tài)速度控制精度和靜態(tài)速度控制精度高，是一種高靜音，高性能的控制方法【4】。</p><p>　　2.3 變頻器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)主

25、電路結(jié)構(gòu)形式的不同，變頻器可以分為交一交變頻器和交一直一交變頻器。小功率的變頻器通常為交一直一交型的電路結(jié)構(gòu)。變頻器的結(jié)構(gòu)基本上由三部分構(gòu)成:主電路，控制電路，鍵盤(pán)/顯示及外部接口電路。</p><p>　　2.3.1 變頻器的主電路</p><p>　　變頻器的主電路由整流電路、中間直流電路和逆變電路三部分以及相關(guān)的輔助電路構(gòu)成。</p><p>　　圖2.1

26、 電壓型PWM變頻器主電路原理圖</p><p>　　2.3.1.1 整流電路</p><p>　　整流電路的主要作用是對(duì)輸入的工頻電源進(jìn)行整流，再經(jīng)濾波平滑后提供給后端的逆變電路以及控制電路作為直流電源。按控制方式分，整流電路可以作為后端的直流電壓源或者是直流電流源。</p><p>　　整流電路主要有二極管整流電路、晶閘管整流電路、帶斬波器的二極管整流電路以及

27、晶體管和IGBT整流電路等幾種形式。這些整流電路各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合以及控制要求來(lái)選擇合適的整流方式。</p><p>　　2.3.1.2 中間直流電路</p><p>　　直流中間電路又稱平滑電路，由整流電路得到的直流電流或直流電壓中含有高于電源頻率的紋波，同時(shí)由于逆變電路的輸出和載頻等原因也會(huì)產(chǎn)生紋波電壓和電流，這些都將影響直流電壓或電流的質(zhì)量。為了保證逆變電路和控制電路可

28、以得到較好的直流電源，就需要對(duì)直流電源進(jìn)行濾波平滑，這就是直流中間電路的作用。</p><p>　　根據(jù)整流電路在變頻器中的作用不同，直流電路的結(jié)構(gòu)也不相同。若整流電路的輸出為直流電壓，直流中間電路要由大容量的電容來(lái)構(gòu)成，如果輸出的是直流電流，那么直流電路由大容量的電感來(lái)構(gòu)成。</p><p>　　2.3.1.3 逆變電路</p><p>　　在控制電路的控制下，

29、直流中間電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換成為一定頻率的交流電源，實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。逆變電路就是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的電路載體，它是變頻器的核心部分之一，逆變電路的輸出即為變頻器的輸出。</p><p>　　逆變電路因使用的換流器件的種類和開(kāi)關(guān)方式的不同，主要方式有電壓型PWM方式、電壓型PWM方式、電壓型方式和電流型方式等形式的電路【5】。</p><p>　　2.3.2 變頻器的控制電路</p

30、><p>　　控制電路的主要作用是為主電路提供所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，它根據(jù)事先確定的變頻系統(tǒng)的控制方式，產(chǎn)生控制時(shí)所需要的各種門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)或者基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？刂齐娐分饕芍骺刂齐娐?、主電路驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)檢測(cè)電路和保護(hù)電路等構(gòu)成。控制電路的基本結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 控制電路的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.3.2.1 主控制電路</p

31、><p>　　主控制電路是由一個(gè)高性能的微處理器以及其它必要的外圍電路如外部寄存器等組成的。主控制電路通過(guò)A/D或D/A接口電路接收檢測(cè)電路以及其他的外部接口電路送過(guò)來(lái)的各種信號(hào)值以及設(shè)定的參數(shù)值，利用事先編好的軟件進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后為變頻器其他部分電路提供各種控制信號(hào)。</p><p>　　主電路的主要作用有:輸入信號(hào)處理，加減速速率調(diào)節(jié)，運(yùn)算處理等。變頻器的輸入信號(hào)有指令信號(hào)和操作信號(hào)等

32、。指令信號(hào)的輸入有兩種方式:模擬信號(hào)輸入和數(shù)字信號(hào)輸入。若輸入的信號(hào)為模擬信號(hào)，則信號(hào)需要放大后經(jīng)過(guò)A/D變換為數(shù)字信號(hào)后送入處理器;若信號(hào)為數(shù)字信號(hào)則可以直接送至處理器。外部的速度指令(即頻率指令)通常為階躍型信號(hào)，為了使加速過(guò)程平滑、抑制變頻器電流的突變，需要將這種指令信號(hào)變成變化較小的信號(hào)，經(jīng)一段時(shí)間加速后達(dá)到所要求的速度。不論采用何種控制方式，變頻器都需要各種的控制信號(hào)如頻率信號(hào)、電壓信號(hào)、保護(hù)信號(hào)等，這些控制信號(hào)都是由運(yùn)算電路

33、得到的。</p><p>　　2.3.2.2 主電路驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　主電路驅(qū)動(dòng)電路的基礎(chǔ)主要是指以逆變電路或門(mén)非常驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)涉及到的大量的反饋與權(quán)力逆變器，其主電路驅(qū)動(dòng)電路還包括整流電路控制電路。當(dāng)變頻器為當(dāng)前設(shè)備的逆變電路對(duì)晶體管的電路為基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)電路，電路的電流裝置IGBT或晶閘管或GTO、電路作為門(mén)非常驅(qū)動(dòng)電路。不管什么養(yǎng)的驅(qū)動(dòng)電路，并對(duì)其主要作用是為當(dāng)前設(shè)備提供逆變

34、電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，整流器控制電路包括驅(qū)動(dòng)電路，除了逆變電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)外，還負(fù)責(zé)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的反饋控制，當(dāng)加在能量整流電路降功率反饋給電網(wǎng)。</p><p>　　2.3.2.3 信號(hào)檢測(cè)電路</p><p>　　將變頻器和電機(jī)工作狀態(tài)信息反饋給微處理器電路信號(hào)檢測(cè)電路。檢測(cè)電路包括電壓測(cè)量電路，電流檢測(cè)電路，輸出電壓檢測(cè)電路，溫度檢測(cè)電路等等。在一個(gè)速度傳感器系統(tǒng)的變頻器和速度檢測(cè)電路和磁檢測(cè)電路

35、等。</p><p>　　2.3.2.4 保護(hù)電路</p><p>　　變頻器的保護(hù)功能分為對(duì)自身的保護(hù)、對(duì)被控對(duì)象的保護(hù)和對(duì)變頻系統(tǒng)的保護(hù)三個(gè)方面。保護(hù)電路的作用是完成瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)、對(duì)地短路保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、電流保護(hù)、控制電路異常等異?，F(xiàn)象的變頻器自身的保護(hù)工作。對(duì)被控電機(jī)的保護(hù)和對(duì)變頻系統(tǒng)的保護(hù)需要根據(jù)具體的負(fù)載以及周?chē)h(huán)境來(lái)設(shè)置必要的條件實(shí)現(xiàn)保護(hù)【6】。&l

36、t;/p><p>　　2.3.3 鍵盤(pán)/顯示及外部接口電路</p><p>　　從變頻器控制電路的組成角度講，鍵盤(pán)/顯示及外部接口電路屬于控制電路的一部分。鍵盤(pán)/顯示電路又稱為數(shù)字操作盒，它與外部接口電路一起使變頻器系統(tǒng)成為一個(gè)可視可操作的系統(tǒng)。</p><p>　　數(shù)字操作盒即鍵盤(pán)/顯示電路的主要作用是給用戶提供一個(gè)良好的人機(jī)接口界面，使變頻器控制系統(tǒng)的使用簡(jiǎn)單方便

37、。操作盒由鍵盤(pán)和顯示電路組成，變頻器由鍵盤(pán)讀入用戶給定的各種信息:運(yùn)行、停止、設(shè)定參數(shù)、頻率加/減等。顯示電路通常有液晶顯示和數(shù)碼管顯示兩種方式，可以顯示變頻系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù):運(yùn)行狀態(tài)、頻率速度、故障內(nèi)容等等。</p><p>　　隨著變頻器功能的加強(qiáng)，外部接口電路的功能越來(lái)越豐富，主要作用是通過(guò)外部接口電路實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的各種操作。電路通常包括各種指令的輸入輸出電路和變頻器與外部信號(hào)的接口電路。除了變頻器自帶的外部

38、接口之外，還有很多作為選件的各種接口電路板，可以根據(jù)不同的使用需要來(lái)選擇添加需要的功能。</p><p>　　2.4 方案的比較和選擇</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的變頻系統(tǒng)針對(duì)的是簡(jiǎn)易型家用跑步機(jī)。系統(tǒng)的控制性能要求不高，電路要求簡(jiǎn)單，為此我們選擇U/F控制方式。在控制方式選定以后，需要對(duì)系統(tǒng)中用到的器件進(jìn)行選型，下面主要從微處理器的選擇、逆變電路開(kāi)關(guān)器件的選擇兩個(gè)方面來(lái)論述。<

39、;/p><p>　　2.4.1 微處理器的選擇</p><p>　　微處理器就是控制電路核心器件，一般要完成SPWM波形調(diào)制處理、信號(hào)處理等功能。在變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，微控制器有三種選擇:單片機(jī)控制，DSP芯片控制，專用集成電路控制。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，作為一款小功率專用變頻器，要求變頻器的操作簡(jiǎn)單明了，參數(shù)設(shè)置方便，顯示直觀，有一定的通用性，無(wú)需速度反

40、饋，同時(shí)對(duì)于自適應(yīng)、自動(dòng)參數(shù)設(shè)定等沒(méi)有太大要求。比較上述微處理器的功能以及成本，結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際要求，選擇使用單片機(jī)作為本變頻系統(tǒng)的微處理器。</p><p>　　能作為電機(jī)調(diào)速的單片機(jī)有很多，從數(shù)據(jù)總線寬度上來(lái)分主要有8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)。在本系統(tǒng)中，變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使用單片機(jī)與智能功率模塊來(lái)做變頻器的核心部分，所以單片機(jī)具體承擔(dān)的工作不是非常復(fù)雜，所以不考慮使用成本較高且使用復(fù)雜的32位機(jī)。隨著微電子

41、技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家越來(lái)越多，比較著名的有:INTEL、PHlllPS、MOTOROLA、ATMEL等半導(dǎo)體企業(yè)。這些企業(yè)，在變頻器控制系統(tǒng)中使用較多的有ATMEL公司的ATMEL系列單片機(jī)、INTEL公司的8XC196電機(jī)系列以及MOTOROLA公司的MC68HC08系列芯片。ATMEL公司的51系列單片機(jī)屬于8位機(jī)，以ATmega128為例，它是ATMEL公司的8位系列單片機(jī)的最高配置的一款單片機(jī)，應(yīng)用極其廣泛。它是高性能，

42、低功耗的AVR8位微處理器。具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。是比較適合本系統(tǒng)的一款單片機(jī)【8】。</p><p>　　2.4.2 逆變電路開(kāi)關(guān)器件的選擇</p><p>　　逆變電路的好壞對(duì)變頻器性能的好壞有很大的影響，而對(duì)逆變電路的性能有較大影響的是逆變器主開(kāi)關(guān)器件。最常使用的主開(kāi)關(guān)器件主要有:GTO、BJT、IGBT和IPM。其中GTO是

43、不具有自關(guān)斷能力的即它需要門(mén)極信號(hào)控制來(lái)切斷基極電流，而余下的三種都具有自關(guān)斷能力。由于IPM的開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，可以實(shí)現(xiàn)變頻器靜音的要求而且電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，我們選擇IPM為變頻器逆變電路的主開(kāi)關(guān)器件。</p><p>　　2.5 系統(tǒng)方案的確定</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求是實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，電機(jī)運(yùn)行可靠，作為一種家用電器的配件，功率比較小，要求變頻器的各種保

44、護(hù)功能齊全，并且電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中靜音效果要好，顯示界面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單。系統(tǒng)選擇單片機(jī)作為變頻系統(tǒng)的控制電路的核心控制器件，智能功率模塊為逆變電路的開(kāi)關(guān)器件。</p><p>　　本系統(tǒng)選用U/F控制方式;使用ATmega128單片機(jī)為控制電路核心；選擇智</p><p>　　能功率模塊IPM為逆變電路的主開(kāi)關(guān)元件；使用電流檢測(cè)電路實(shí)時(shí)檢測(cè)電流的變化實(shí)現(xiàn)過(guò)流、短路的保護(hù)；使用電壓檢測(cè)電路實(shí)時(shí)

45、檢測(cè)電壓的變化，實(shí)現(xiàn)欠壓、過(guò)壓保護(hù)；再加上整流電路、鍵盤(pán)/顯示電路等就構(gòu)成了變頻系統(tǒng)的框架。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　變頻系統(tǒng)主要由主電路和控制電路來(lái)構(gòu)成。上一章中我們己經(jīng)選擇了主電路逆變器的開(kāi)關(guān)器件和控制系統(tǒng)的控制單片機(jī)，本章就電路的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。</p><p>　　3.1 硬件總體

46、設(shè)計(jì)</p><p>　　變頻器的硬件電路主要由主電路、控制電路、保護(hù)電路、接口電路、電源電路和數(shù)字操作盒即鍵盤(pán)/顯示電路等幾部分構(gòu)成。如圖3.1所示，變頻器控制系統(tǒng)以CPU為核心，主要分為以下幾個(gè)部分:主回路部分即整流電路、濾波電路、制動(dòng)電路和逆變電路等;控制電路部分即檢測(cè)電路、外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，保護(hù)電路部分;數(shù)字操作盒即顯示電路和鍵盤(pán)電路部分。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)硬

47、件總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　3.2 主回路設(shè)計(jì)</p><p>　　交流變頻系統(tǒng)中的上電路是直接執(zhí)行單元，其可靠性和穩(wěn)定性是整個(gè)變頻系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的保證。目前小容量變頻器主回路的通用設(shè)計(jì)一般為交-直-交結(jié)構(gòu)，在本系統(tǒng)中采用A-D-A電壓型變頻結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.2.1 整流、濾波電路，制動(dòng)電路及逆變電路</p><p&g

48、t;　　圖3.2 主電路電路圖</p><p>　　3.2.1.1 整流與濾波</p><p>　　整流電路的功能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源，三相線電壓為380V時(shí)，整流后峰值為電壓537V，平均電壓為515V，最高不能超過(guò)760V，整流器件一般采用整流二極管或模塊。</p><p>　　整流橋與濾波電容之間，有Rs為充電(限流)電阻，當(dāng)變頻器剛拉入電源的瞬間，

49、將有一個(gè)很大的沖擊電流經(jīng)整流橋流向?yàn)V波電容，使整流橋可能因此而受到損壞。如果電容量很大，不會(huì)使電源電壓瞬間下降而形成對(duì)電網(wǎng)的干擾；Ks為短路開(kāi)關(guān)或晶閘管組成的并聯(lián)電路，充電電阻如長(zhǎng)期接在電路內(nèi)，會(huì)影響直流母線電壓Kd和變頻器輸出電壓的大小。所以，當(dāng)Ud增大到一定程度時(shí)，Ks接通把Rs切出電路。Ks有用晶閘管也有用繼電器觸點(diǎn)構(gòu)成。</p><p>　　C1和C2應(yīng)是串聯(lián)的電容器組，由于C1和C2的電容量不能完全相等

50、（承受電壓較高一側(cè)電容器組容易損壞），因此并聯(lián)一個(gè)阻值相等的均壓電阻R1和R2，使得UD1和UD2電壓相等【10】。</p><p>　　3.2.1.2 制動(dòng)電路</p><p>　　在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的降速和停機(jī)，是通過(guò)逐漸減小頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在頻率剛減小的瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于轉(zhuǎn)子慣性的原因，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速未變，當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的方向相反

51、了，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變180°，使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，也稱為再生制動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)再生的電能經(jīng)續(xù)流二極管（D1-D6）全波整流后反饋到直流電路中，由于直流電路的電能無(wú)法回輸給電網(wǎng)，只能由C1和C2吸收，使直流電壓升高，過(guò)高的直流電壓將使變流器件受到損害。因此，直流電壓超過(guò)一定值時(shí)，就要提供一條放電回路。</p><p>　　能耗電路由制動(dòng)電阻RR和制動(dòng)單元

52、VB構(gòu)成，當(dāng)直流回路電壓UD超過(guò)規(guī)定值時(shí)，VB導(dǎo)通，使直流電壓通過(guò)RR釋放能量，降低直流電壓，而當(dāng)UD在正常范圍內(nèi)時(shí)VB截止，以避免不必要的能量損失。</p><p>　　3.2.1.3 逆變電路</p><p>　　逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，根據(jù)確定的時(shí)間相應(yīng)功率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷，從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互相差120

53、6;的三相交流電壓。</p><p>　　逆變電路由開(kāi)關(guān)器件V1-V6構(gòu)成，目前大部分使用IGBT管，最新技術(shù)是智能功率模塊IPM。</p><p>　　續(xù)流電路由D1-D6組成，作用是為電動(dòng)機(jī)繞組的無(wú)功電流提供返回通道；為再生電能反饋提供通道；為寄生電感在你逆變過(guò)程中釋放能量提供通道。</p><p>　　緩沖電路。逆變管在截止和導(dǎo)通的瞬間，其電壓和電流的變化率是

54、很大的，有可能使逆變管受到損傷，因此每個(gè)逆變管旁還應(yīng)接入緩沖電路，以減緩電壓和電流的變化率。</p><p>　　3.2.2 智能功率模塊（IPM）</p><p>　　IPM（Intelligent Power Module），即智能功率模塊，不僅把功率開(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起。而且還有過(guò)電壓，過(guò)電流和過(guò)熱等故障檢測(cè)電路，并可將檢測(cè)信號(hào)送到CPU。它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門(mén)極驅(qū)

55、動(dòng)電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成。即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng)，也可以保證IPM自身不受損壞。IPM一般使用IGBT作為功率開(kāi)關(guān)元件，內(nèi)藏電流傳感器及驅(qū)動(dòng)電路的集成結(jié)構(gòu)。IPM以其高可靠性，使用方便贏得越來(lái)越大的市場(chǎng)，尤其適合于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器和各種逆變電源，是變頻調(diào)速，冶金機(jī)械，電力牽引，伺服驅(qū)動(dòng)，變頻家電的一種非常理想的電力電子器件。</p><p>　　IPM與以往IGBT模塊及驅(qū)動(dòng)電路的組件相比具有如下特點(diǎn)：(1

56、)內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)定了最佳的IGBT驅(qū)動(dòng)條件，驅(qū)動(dòng)電路與IGBT間的距離很短，輸出阻抗很低，因此，不需要加反向偏壓。所需電源為下橋臂1組，上橋臂3組，共4組。(2)內(nèi)含過(guò)電流保護(hù)(OC)、短路保護(hù)(SC)。由于是通過(guò)檢測(cè)各IGBT集電極電流實(shí)現(xiàn)保護(hù)的，故不管哪個(gè)IGBT發(fā)生異常，都能保護(hù)，特別是下橋臂短路和對(duì)地短路的保護(hù)。(3)內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電源欠電壓保護(hù)(UV)。每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路都具有UV保護(hù)功能。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源電壓UCC小于規(guī)定值UV時(shí)，產(chǎn)生欠電

57、壓保護(hù)。(4)內(nèi)含過(guò)熱保護(hù)(OH)。OH是防止IGBT、FRD(快恢復(fù)二極管)過(guò)熱的保護(hù)功能。IPM內(nèi)部的絕緣基板上沒(méi)有溫度檢測(cè)元件，檢測(cè)絕緣基板溫度Tcoh(IGBT、FRD芯片異常發(fā)熱后的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間比較慢)。R—IPM進(jìn)一步在各IGBT芯片內(nèi)沒(méi)有溫度檢測(cè)元件，對(duì)于芯片的異常發(fā)熱能高速實(shí)現(xiàn)OH保護(hù)。(5)內(nèi)含報(bào)警輸出(ALM)。ALM是向外部輸出故障報(bào)警的一種功能，當(dāng)OH及下橋臂OC、Tjoh、UV保護(hù)動(dòng)作時(shí)，通過(guò)向控制IPM的微機(jī)

58、輸出異常信號(hào)，能切實(shí)停止系統(tǒng)。(6)內(nèi)含制動(dòng)電路。和逆變橋</p><p>　　3.3 控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　控制電路是變頻器的控制核心，變頻器控制的好壞就由控制電路決定。采用智能模塊后，控制電路的設(shè)計(jì)主要包括主控電路、檢測(cè)電路、電源電路、外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展、外部接口電路和保護(hù)電路。</p><p>　　3.3.1 主控電路</p><

59、;p>　　控制電路的核心選用了ATMEL公司的ATmega128單片機(jī)，CPU接收個(gè)檢測(cè)電路送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理并輸出驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電路等需要的各種信號(hào)，完成控制電路與數(shù)字和的通信等功能。</p><p>　　3.3.1.1 芯片簡(jiǎn)介</p><p>　　ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進(jìn)的指令集以及單周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega128

60、 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。</p><p>　　ATmega128 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元 (ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié) 構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的復(fù)雜指令集微處理器高10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。</p><p>

61、;　　ATmega128 具有如下特點(diǎn)：128K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash( 具有在寫(xiě)的過(guò)程中還可以讀 的能力，即RWW)、4K 字節(jié)的EEPROM、4K 字節(jié)的SRAM、53 個(gè)通用I/O 口線、32 個(gè)通用工作寄存器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、4 個(gè)靈活的具有比較模式和PWM 功能的定時(shí)器/ 計(jì) 數(shù)器(T/C)、兩個(gè)USART、面向字節(jié)的兩線接口TWI、8 通道10 位ADC( 具有可選的可 編程增益)、具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器

62、、SPI 串行端口、與IEEE 1149.1 規(guī) 范兼容的JTAG 測(cè)試接口( 此接口同時(shí)還可以用于片上調(diào)試)，以及六種可以通過(guò)軟件選擇的省電模式。空閑模式時(shí)CPU 停止工作，而SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼 續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工 作，寄存器的內(nèi)容則一直保持；省電模式時(shí)異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，以允許用戶維持時(shí)間基 準(zhǔn)，器件的其他部分則處于睡眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)

63、CPU 和所有的I/O 模塊停止 運(yùn)行，而異步定時(shí)器和ADC 繼續(xù)工作，以減少ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲；Standby 模式時(shí)</p><p>　　ATmega128器件是以Atmel的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash 可以通過(guò)SPI 接口、通用編程器，或引導(dǎo)程序多次編程。引導(dǎo)程序可以使用任何接口來(lái)下載應(yīng)用程序到應(yīng)用 Flash存儲(chǔ)器。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)器時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)的程序繼續(xù)運(yùn)行

64、，實(shí)現(xiàn)RWW操作。通過(guò)將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)，ATmega128 為許 多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的方案。 </p><p>　　圖3.3 ATmega128管腳圖</p><p>　　3.3.1.2 主控制回路</p><p>　　CPU接收的外部信號(hào)有電流采樣信號(hào)、電壓采樣信號(hào)、過(guò)壓保護(hù)信號(hào)、欠壓保

65、護(hù)信號(hào)和過(guò)熱保護(hù)信號(hào)，其中電壓、電流信號(hào)為模擬量，需要經(jīng)過(guò)CPU內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行下一步處理;其他三個(gè)信號(hào)是由保護(hù)電路送過(guò)來(lái)的邏輯信號(hào)。鎖定信號(hào)與IPM的故障信號(hào)經(jīng)一個(gè)與非門(mén)一起控制三態(tài)緩沖器74HC244的使能端，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱故障時(shí)，CPU發(fā)出鎖定信號(hào)鎖定輸出，保護(hù)變頻系統(tǒng)。還有CPU與燈89c4051芯片通信的接口，AT89c4051是鍵盤(pán)/顯示部分的控制芯片，該部分電路將在稍后的數(shù)字操作盒電路中

66、介紹。</p><p>　　3.3.2 檢測(cè)電路</p><p>　　檢測(cè)電路由電流檢測(cè)電路和電壓檢測(cè)電路兩部分構(gòu)成。</p><p>　　3.3.2.1 電流檢測(cè)電路</p><p>　　在變頻系統(tǒng)中，造成短路的原因有:二極管損壞，控制電路或驅(qū)動(dòng)電路故障，輸出端接錯(cuò)，電機(jī)損壞。為保護(hù)系統(tǒng)，電流檢測(cè)電路實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)的系統(tǒng)電流，以便于CPU

67、及時(shí)保護(hù)電機(jī)以及整個(gè)電路。</p><p>　　3.3.2.2 電壓檢測(cè)電路</p><p>　　電壓的檢測(cè)是檢測(cè)的直流母線的電壓值，從此近似的確定電路中電壓值。在本系統(tǒng)中，電壓檢測(cè)的信號(hào)取自主回路濾波電容的兩端，信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻分壓后取得，為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電隔離的目的，防止高壓信號(hào)進(jìn)入到控制電路，取樣信號(hào)經(jīng)跟隨器進(jìn)入到控制電路中。</p><p>　　3.3.3

68、保護(hù)電路</p><p>　　保護(hù)電路主要由電壓保護(hù)電路、電流保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路和IPM模塊的保護(hù)電路來(lái)構(gòu)成。</p><p>　　3.3.3.1 IPM模塊保護(hù)電路</p><p>　　對(duì)于IPM芯片來(lái)說(shuō)，本身帶有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、過(guò)熱等保護(hù)功能，并且有故障信號(hào)輸出，但在實(shí)際工作過(guò)程中，IPM模塊在鎖定輸出并輸出故障信號(hào)1.8ms后，會(huì)再次檢測(cè)故障是否

69、存在，如果故障存在，保護(hù)會(huì)反復(fù)動(dòng)作，這樣很容易損壞IPM模塊。為了保護(hù)IPM模塊，除了運(yùn)用它本身自帶的保護(hù)電路外，還需要外加一定的輔助保護(hù)電路。保護(hù)可以通過(guò)硬件和軟件相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.3.3.2 過(guò)熱保護(hù)電路</p><p>　　變頻器中的每一塊散熱器上都安裝一個(gè)熱敏元件，如圖中所示的PTH1-PTH3，有些變頻器的主控板上也安裝一個(gè)熱敏元件，如圖中所示的PT

70、H4。4只熱敏元件串聯(lián)后接光耦元件P4。正常狀態(tài)下，熱敏元件為常閉觸點(diǎn)，光耦導(dǎo)通輸出信號(hào)為0，當(dāng)散熱片過(guò)熱時(shí)熱敏元件斷開(kāi)，光耦截止，輸出信號(hào)為1，該信號(hào)經(jīng)RC濾波后去關(guān)閉IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并通知CPU發(fā)出過(guò)熱報(bào)警信號(hào)【13】。</p><p>　　圖3.4 過(guò)熱檢測(cè)電路</p><p>　　3.4 數(shù)字盒電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 控制芯片簡(jiǎn)介&

71、lt;/p><p>　　AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CM0S8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes存儲(chǔ)器和128 bytes 隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用與各種控制領(lǐng)域。</p><p>　　圖3.5 AT89C51管腳圖<

72、;/p><p>　　AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但

73、振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p><p>　　VCC：供電電壓。2.GND：接地。3.P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。4.

74、P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。5.P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口

75、的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P</p><p>　　在本系統(tǒng)中AT89C51的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)與顯示功能，同時(shí)還需要與變頻器主控芯片ATmega128通信，實(shí)現(xiàn)變頻器的控制功能。</p><p>　

76、　3.4.2 鍵盤(pán)電路</p><p>　　鍵盤(pán)電路采用行列掃描方式讀取鍵盤(pán)，共有9個(gè)鍵，各個(gè)鍵的功能見(jiàn)表3.1。鍵盤(pán)電路見(jiàn)圖3.6：</p><p>　　圖3.6 鍵盤(pán)電路圖</p><p>　　圖中P3.7是蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)端口，當(dāng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作或有故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。P3.2口用作保護(hù)輸入，正常情況下急停開(kāi)關(guān)應(yīng)該是閉合的，端口電壓為低電平，當(dāng)有緊急情況例如

77、使用者身體不適等發(fā)生時(shí)，將急停開(kāi)關(guān)打開(kāi)，此時(shí)P3.2口內(nèi)部上拉為高電平，AT89C51查詢這個(gè)口的狀態(tài)可以得到外部的急停信息。</p><p>　　表3.1 鍵盤(pán)功能定義</p><p>　　3.4.3 顯示電路</p><p>　　為了節(jié)省資源，系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示來(lái)顯示信息如圖3.7所示。</p><p>　　動(dòng)態(tài)顯示中用了三個(gè)74HC1

78、64驅(qū)動(dòng)芯片，使用模擬串口通信方式。在變頻器顯示模式下，LED1-LED3顯示頻率信息，LED4-LED6顯示故障信息或者速度信息（在設(shè)置速度時(shí)），LED7-LED9顯示運(yùn)行信息，在跑步機(jī)顯示模式下，LED1-LED3顯示運(yùn)動(dòng)的距離，LED4-LED6顯示運(yùn)動(dòng)的速度，LED7-LED9顯示運(yùn)行的時(shí)間。P1.5、P1.6、P1.7為顯示的位選信號(hào)，信號(hào)經(jīng)三極管放大后驅(qū)動(dòng)LED，三個(gè)LED共用一個(gè)位選。</p><p&g

79、t;　　圖3.7 顯示接線圖</p><p>　　3.4.3.1 74HC164</p><p>　　8 位串入、并出移位寄存器。74HC164是高速硅門(mén) CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74HC164是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過(guò)兩個(gè)輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端

80、，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 時(shí)鐘 (CP) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA 和 DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長(zhǎng)度。 主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無(wú)效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平【15】、。</p><p>　　表3.2 7

81、4HC164引腳說(shuō)明表</p><p>　　圖3.8 74HC164管腳圖</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計(jì)</p><p>　　總體上講軟件的設(shè)計(jì)主要由主程序設(shè)計(jì)、中斷程序及部分子程序設(shè)計(jì)以及數(shù)字盒的軟件設(shè)計(jì)幾部分構(gòu)成。</p><

82、p>　　4.2 主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)的主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、參數(shù)的初始化、系統(tǒng)自檢、控制命令的接收以及執(zhí)行、輸出電機(jī)控制所需的各種信號(hào)等功能。主程序使用模塊化設(shè)計(jì)，主程序流程圖。</p><p>　　變頻器上電之后，在等待系統(tǒng)穩(wěn)定后，程序首先進(jìn)行初始化設(shè)置，系統(tǒng)的初始化工作主要是單片機(jī)內(nèi)各個(gè)功能寄存器的設(shè)定即對(duì)芯片端口、芯片特殊功能的應(yīng)用等的設(shè)置，死區(qū)時(shí)間設(shè)置

83、。參數(shù)的初始化工作主要是完成系統(tǒng)各個(gè)狀態(tài)參數(shù)的設(shè)定工作即系統(tǒng)中使用到的各個(gè)標(biāo)志位的初始化。初始化完成后，單片機(jī)要檢查各部分的工作是否正常，檢查包括外部存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換電路、控制系統(tǒng)的主控芯片與數(shù)字操作盒控制芯片的通信電路以及各路的保護(hù)信號(hào)狀態(tài)。對(duì)于外部存儲(chǔ)器的檢查，通過(guò)先寫(xiě)入一些數(shù)據(jù)然后將寫(xiě)入的數(shù)據(jù)讀出，比較兩種數(shù)據(jù)的方式來(lái)檢查存儲(chǔ)器的情況;讀取A/D口上的數(shù)據(jù)，從而檢測(cè)其外測(cè)電路工作的正確性;通電后數(shù)字盒也要進(jìn)行自檢，同時(shí)向主控芯片

84、發(fā)出通信代碼，若通信成功則表明通信線路正常;最后檢測(cè)各個(gè)保護(hù)信號(hào)是否處于初始狀態(tài)。系統(tǒng)的自我檢測(cè)完成后，單片機(jī)將中斷打開(kāi)，開(kāi)始進(jìn)入主循環(huán)程序。在主程序中的控制命令指的是由數(shù)字操作盒中所讀取到的鍵盤(pán)信息，包括有開(kāi)關(guān)機(jī)信息、頻率信息、模式信息、軟件上過(guò)流過(guò)壓保護(hù)值設(shè)置等，變頻器的主控芯片根據(jù)不同信息進(jìn)行不同的處理。</p><p>　　4.3 中斷及子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　主程序是變

85、頻系統(tǒng)的完整功能的體現(xiàn)，它是由各部分子程序組成的，采用模塊化設(shè)計(jì)，在主程序中按照一定順序調(diào)用這些程序模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。這里我們主要介紹一下子程序中的外部中斷程序、SPWM波形產(chǎn)生、保護(hù)功能子程序以及軟件上抗干擾措施。</p><p>　　4.3.1 外部中斷程序</p><p>　　在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求很高，尤其是對(duì)系統(tǒng)保護(hù)的反應(yīng)速度要求更為嚴(yán)格，如果反應(yīng)過(guò)慢，那么將

86、會(huì)導(dǎo)致變頻系統(tǒng)硬件的損壞程度加劇。因此我們利用單</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　片機(jī)的中斷功能來(lái)處理故障信號(hào)，快速響應(yīng)保護(hù)信號(hào)，封鎖IPM功率模塊的驅(qū)動(dòng)輸出，迅速實(shí)現(xiàn)保護(hù)。</p><p>　　變頻器由家用電網(wǎng)來(lái)供電，變頻系統(tǒng)所接收的干擾除了來(lái)自本身控制的交流電機(jī)之外，掛在電網(wǎng)上的其他變頻器件如冰箱、空調(diào)、電磁爐等等都會(huì)給變頻器造

87、成干擾。而單片機(jī)對(duì)中斷的響應(yīng)是十分敏感的，為了防止外來(lái)干擾對(duì)正常的程序運(yùn)行造成影響，在進(jìn)入中斷后需要再次確認(rèn)中斷信息是否是干擾，在此我們采用了延時(shí)判斷的方式。</p><p>　　中斷信息確認(rèn)以后，還需要進(jìn)一步確定系統(tǒng)故障的原因。由于FO信號(hào)是IPM內(nèi)部集成的多種保護(hù)電路即過(guò)流、欠壓、過(guò)熱、短路保護(hù)的唯一輸出信號(hào)，所以當(dāng)單片機(jī)接收到IPM的報(bào)警信號(hào)后，需要確認(rèn)故障產(chǎn)生的具體原因。電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)判斷

88、系統(tǒng)的電流、電壓值是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的過(guò)流、過(guò)壓、欠壓的保護(hù)值，由于這些保護(hù)值可以由用戶自行設(shè)定，一旦用戶設(shè)定的保護(hù)值不合理，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，從電路中讀取的電路參數(shù)未達(dá)到用戶設(shè)定的保護(hù)值，但是對(duì)于IPM智能模塊來(lái)說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了它的極限值，模塊輸出FO信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。單片機(jī)從中斷讀取到故障信號(hào)后，從端口讀入電流、電壓值，與系統(tǒng)中的固定值(這個(gè)固定值是系統(tǒng)默認(rèn)的電壓、電流的保護(hù)值，與用戶設(shè)定的值無(wú)關(guān))相比較，來(lái)確定系統(tǒng)是否發(fā)生過(guò)流、過(guò)壓或

89、欠壓故障。如果這些故障都被排除掉，那么確定是IPM模塊發(fā)生故障，系統(tǒng)鎖定IMP驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入并發(fā)出報(bào)警信號(hào)【16】。</p><p>　　4.3.2 SPWM波形產(chǎn)生</p><p><b>　　SPWM原理介紹</b></p><p>　　SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。用脈沖寬度按正弦

90、規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過(guò)改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。 </p><p>　　所謂SPWM，就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流交流逆變器等，比如高級(jí)一些的UP

91、S就是一個(gè)例子。三相SPWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領(lǐng)域被廣泛的采用。</p><p>　　4.3.3 保護(hù)功能子程序</p><p>　　控制系統(tǒng)的保護(hù)功能有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓等保護(hù)功能，這些信號(hào)接在單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口上，CPU定時(shí)讀取轉(zhuǎn)換信息并根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置做下一步的處理。單片機(jī)的這個(gè)定時(shí)通過(guò)內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，定時(shí)時(shí)間后單片機(jī)輪流開(kāi)啟電流、電壓的A/D轉(zhuǎn)換，并

92、且打開(kāi)A/D中斷，在A/D中斷服務(wù)中讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果后關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換的中斷允許，并且關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖4.2 外部中斷流程圖</p><p>　　4.3.3 保護(hù)功能子程序</p><p>　　控制系統(tǒng)的保護(hù)功能有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓等保護(hù)功能，這些信號(hào)接在單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口上，CPU定時(shí)讀取轉(zhuǎn)換信息并根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置做下一步的處理。單片機(jī)的這個(gè)定

93、時(shí)通過(guò)內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，定時(shí)時(shí)間后單片機(jī)輪流開(kāi)啟電流、電壓的A/D轉(zhuǎn)換，</p><p>　　圖4.3 SPWM的輸出波形</p><p>　　并且打開(kāi)A/D中斷，在A/D中斷服務(wù)中讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果后關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換的中斷允許，并且關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖4.4 電壓保護(hù)子程序流程圖</p><p>　　不論是過(guò)壓保護(hù)還是

94、欠壓保護(hù)，都要求單片機(jī)讀取到的電壓參數(shù)值在一定時(shí)間范圍內(nèi)持續(xù)為過(guò)壓或欠壓狀態(tài)，這樣才能確定變頻系統(tǒng)處于過(guò)壓/欠壓狀態(tài)。這樣做是為了防止電壓偶爾出現(xiàn)尖峰脈沖，被采到單片機(jī)中出現(xiàn)誤動(dòng)作。電流的保護(hù)過(guò)程與電壓保護(hù)過(guò)程相似。</p><p>　　4.4 數(shù)字盒軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)字操作盒作為人機(jī)界面，需要完成的操作參數(shù)的輸入，操作控制，控制系統(tǒng)參數(shù)修改和實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)，它決定

95、了控制的靈活性，應(yīng)該盡量靈活方便。該逆變器的設(shè)計(jì)可以被用來(lái)作為一個(gè)簡(jiǎn)單的使用頻率轉(zhuǎn)換器，但也可以被用來(lái)作為一個(gè)小變頻器來(lái)使用。在不同功能狀態(tài)，數(shù)字操作盒的變頻控制系統(tǒng)中的作用是不同的。當(dāng)用做一個(gè)簡(jiǎn)單的使用頻率轉(zhuǎn)換器，數(shù)字控制盒和通用變頻器操作盒相同的功能，通過(guò)鍵盤(pán)讀取參數(shù)信息和控制命令，顯示運(yùn)行狀態(tài)，在逆變電路參數(shù)，具體控制的變頻系統(tǒng)的主控制芯片ATmega128.當(dāng)逆變器作為一個(gè)小平板在使用時(shí)，數(shù)字操作盒被當(dāng)作一個(gè)外部控制器，它只向變

96、頻系統(tǒng)主控芯片ATmega128發(fā)送開(kāi)機(jī)/關(guān)機(jī)命令以及速度指令，不能從鍵盤(pán)讀取其他的參數(shù)信息也不能進(jìn)行參數(shù)修改，而且不能顯示變頻系統(tǒng)的電路參數(shù)信息，跑步機(jī)的各種功能由數(shù)字操作盒實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4.4.1 顯示程序</p><p>　　在數(shù)字操作顯示部分占了很大比例。為節(jié)省硬件資源，利用動(dòng)態(tài)顯示模式，這需要顯示在一個(gè)特定的時(shí)間刷新顯示屏幕。</p><p&g

97、t;<b>　　跑步機(jī)面板設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在處于跑步機(jī)顯示狀態(tài)時(shí)，顯示程序也分為正常顯示和閃爍顯示兩種狀態(tài)。閃爍顯示是跑步機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，面板的顯示狀態(tài)，電機(jī)停機(jī)，在速度顯示窗口顯示故障代碼并閃爍報(bào)警。</p><p>　　在處于跑步機(jī)面板顯示狀態(tài)時(shí)，頻率窗口顯示運(yùn)動(dòng)的距離，故障代碼窗口顯示速度值，運(yùn)行狀態(tài)窗口顯示時(shí)間。在用作跑步機(jī)時(shí)，系統(tǒng)有設(shè)置運(yùn)

98、動(dòng)距離或者運(yùn)動(dòng)時(shí)間的功能，在進(jìn)行設(shè)置時(shí)，被設(shè)置項(xiàng)目閃爍。功能的具體實(shí)現(xiàn)將在鍵盤(pán)程序的介紹中說(shuō)明。</p><p>　　4.4.2 鍵盤(pán)程序</p><p>　　跑步機(jī)顯示面板下的鍵盤(pán)</p><p>　　變頻器上電后直接按下MODE切換到跑步機(jī)顯示狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)按照跑步機(jī)控制器運(yùn)行，下面就跑步機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行一下介紹。由于硬件資源有限，當(dāng)變頻器被當(dāng)作跑

99、步機(jī)控制器使用時(shí)，控制系統(tǒng)只有一般跑步機(jī)系統(tǒng)的大部分功能，如實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的控制、距離累計(jì)功能、時(shí)間累計(jì)功能、有三條固定的運(yùn)動(dòng)曲線、可以設(shè)置運(yùn)動(dòng)的距離和時(shí)間并進(jìn)行倒計(jì)數(shù)運(yùn)行、有緊急停機(jī)開(kāi)關(guān)等。但是對(duì)于心率測(cè)試、能量累計(jì)等功能在這里沒(méi)有涉及。此時(shí)數(shù)字操作盒的主要作用是讀取鍵盤(pán)信息并做出相應(yīng)的回應(yīng)，實(shí)現(xiàn)鍵的功能;讀取外界急停開(kāi)關(guān)信息并做出相應(yīng)處理還有動(dòng)態(tài)顯示各項(xiàng)信息的功能。數(shù)字操作盒作為一個(gè)外部控制器，給變頻系統(tǒng)主芯片發(fā)送速度指令【17】。&

100、lt;/p><p>　　先介紹一下作為跑步機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)所具有的功能。正常的速度控制是指系統(tǒng)從鍵盤(pán)上讀取到速度值，然后控制電機(jī)按照所選取的速度運(yùn)行，此時(shí)時(shí)間和距離一直處于累積狀態(tài)。固定運(yùn)動(dòng)曲線功能:在系統(tǒng)內(nèi)部有三條固定的運(yùn)動(dòng)曲線，用戶可以通過(guò)鍵盤(pán)選取某條曲線運(yùn)行，系統(tǒng)自動(dòng)按照曲線所規(guī)定的時(shí)間/速度表運(yùn)行，此時(shí)時(shí)間處于倒計(jì)狀態(tài)，曲線運(yùn)行完畢后電機(jī)自動(dòng)停機(jī)。設(shè)置功能:設(shè)置功能是為了方便用戶想要運(yùn)動(dòng)一定的時(shí)間或者距離而存在的

101、，用戶自行設(shè)置運(yùn)動(dòng)的時(shí)間或者距離，開(kāi)機(jī)運(yùn)行后該設(shè)置項(xiàng)目處于倒計(jì)數(shù)狀態(tài)，計(jì)數(shù)完成后電機(jī)自動(dòng)停機(jī)。緊急停機(jī)開(kāi)關(guān):緊急停機(jī)開(kāi)關(guān)的作用在前面已經(jīng)介紹過(guò)了，這里不再多加贅述。系統(tǒng)的功能大體上就是這些，下面就是功能的具體實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　對(duì)于系統(tǒng)主程序來(lái)說(shuō)，上電后AT89C51首先進(jìn)行初始化，初始化包括為定時(shí)器賦初值、打開(kāi)中斷及各標(biāo)志的初始化。根據(jù)不同的顯示狀態(tài)，各個(gè)標(biāo)志位的初始值不同。軟件中設(shè)定經(jīng)過(guò)一定時(shí)間掃描一

102、次鍵盤(pán)，這樣有利于節(jié)省軟件資源。使用AT89C51的Tl定時(shí)器做2ms的定時(shí)，系統(tǒng)的時(shí)間定時(shí)都是在在這個(gè)基礎(chǔ)通過(guò)軟件計(jì)數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　主程序一直處于循環(huán)狀態(tài)，它的大部分時(shí)間都在等待讀取鍵盤(pán)信息。讀到鍵值后，鍵盤(pán)子程序通過(guò)對(duì)鍵盤(pán)值的判斷和各個(gè)標(biāo)志位的具體狀態(tài)來(lái)決定具體的處理過(guò)程。現(xiàn)在就各功能的具體實(shí)現(xiàn)做一下介紹。正常運(yùn)行功能。按下ON/OFF鍵，電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，此時(shí)加減鍵直接對(duì)速度進(jìn)行操作，速度

103、的范圍根據(jù)事先設(shè)定好的速度/頻率表來(lái)確定。此時(shí)AT89C51直接將速度值發(fā)送給變頻系統(tǒng)主控芯片ATmega128，由ATmega128實(shí)現(xiàn)調(diào)速。再次按下ON/OFF鍵電機(jī)停止運(yùn)行。</p><p>　　設(shè)置功能。在電機(jī)未啟動(dòng)狀態(tài)下，按下SET鍵，系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)。第一次按下SET設(shè)置時(shí)間，時(shí)間窗口閃爍，可以通過(guò)加減鍵來(lái)修改時(shí)間值;再次按下SET鍵，系統(tǒng)切換到距離的設(shè)置，距離窗口閃爍，通過(guò)加減鍵修改修改距離值;如果

104、再次按下SET鍵，系統(tǒng)重新回到時(shí)間窗口設(shè)置，循環(huán)運(yùn)行。當(dāng)設(shè)置完成后，按下CON鍵，程序從設(shè)置模式中</p><p>　　圖4.5 跑步機(jī)鍵盤(pán)程序流程圖</p><p>　　退出。需要注意的是一次只有一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)置有效。</p><p>　　固定曲線功能。固定曲線即固定運(yùn)動(dòng)曲線，系統(tǒng)中有三條運(yùn)動(dòng)曲線，可以通過(guò)鍵盤(pán)選取。在電機(jī)未開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，可以通過(guò)QX1、QX2、QX