變頻調(diào)速配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、變頻調(diào)速配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 本文介紹了一種基于單片機(jī)為核心的變頻調(diào)速配料控制系統(tǒng)，主要闡述了其設(shè)計(jì)原理、硬件組成、設(shè)計(jì)功能以及軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要包括主電路與控制電路，主電路采用單片機(jī)作為電機(jī)控制模塊的控制芯片?？刂齐娐酚蒩t89s51單片機(jī)最小系統(tǒng)和及少量的擴(kuò)展外圍芯片構(gòu)成，結(jié)合相應(yīng)的軟件，通過(guò)改變程序來(lái)達(dá)到控制轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速要求。其中主要內(nèi)容包括：at89s51和變頻器的特性介紹，變頻系統(tǒng)的控制單元、傳感器、信號(hào)處理模塊、電源、變頻器及外圍設(shè)備等，軟件編程設(shè)計(jì)方法。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速的全數(shù)字化控制，實(shí)時(shí)性好，可靠性高。關(guān)鍵詞 單片機(jī)，壓力傳感器，變頻調(diào)速，電動(dòng)機(jī)vvvf ba

2、tching control system designabstract this article introduces a microcontroller as the core frequency control batching control system, mainly on its design principle, the hardware composition, design features, and software design. system, including the main circuit and control circuit, microcontrolle

3、r as the main circuit control chip motor control module. at89s51 microcontroller control circuit consists of the smallest systems and the expansion of peripheral chips and a small amount constituted, with the corresponding software,by changing the program to achieve control of speed in order to achi

4、eve motor speed control requirements. the main contents include: at89s51 and describes the characteristics of the inverter, the inverter system control units, sensors, signal processing module, power supply, inverter and peripheral equipment, software programming design method. the system designed t

5、o achieve a fully digital inverter control, real-time, high reliability. keywords mcu ，pressure sensor ，vvvf spwm ，motor-control 目錄 1 引言11.1 課題研究背景意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀21.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀21.2.3國(guó)內(nèi)外差異22 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42.1 系統(tǒng)的總體框圖42.2 相關(guān)理論介紹43. 硬件總體方案設(shè)計(jì)63.1 數(shù)據(jù)采集模塊63.2 單片機(jī)控制部分93.3 按鍵控制和報(bào)警部分123.4 變頻調(diào)速部分133.5 顯

6、示部分143.6 總電路圖174 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)184.1 mpx4115數(shù)據(jù)采集處理程序184.2 按鍵控制程序224.3 變頻控制程序245 系統(tǒng)仿真與調(diào)試316 總結(jié)32附錄a33附錄b34附錄c42參 考 文 獻(xiàn)43致謝451 引言1.1 課題研究背景意義根據(jù)近代交流調(diào)速理論，交流調(diào)速被劃分為變頻、變極和變轉(zhuǎn)差率三種方案，在缺乏科學(xué)分析的條件下，認(rèn)定變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是低效率的，而變極調(diào)速又屬于有級(jí)調(diào)速，因此惟有變頻調(diào)速最佳。而變頻調(diào)速方法與變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法有本質(zhì)不同，從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能?？梢哉J(rèn)為，變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)的一種比較合

7、理和理想的調(diào)速方法。 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制理論的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)也有了日新月異的變化?？烧{(diào)速的高性能交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)在工業(yè)上的應(yīng)用也越來(lái)越廣。進(jìn)入21世紀(jì)交流調(diào)速技術(shù)也進(jìn)入了現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)時(shí)代，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)也成為人類社會(huì)的重大技術(shù)進(jìn)步之一。其發(fā)展速度之快、應(yīng)用覆蓋范圍之廣都是前所未有的。而且應(yīng)用實(shí)踐表明，采用現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)極大的提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，同時(shí)，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 在許多工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，尤其化工、水泥、礦山及農(nóng)產(chǎn)品加工等行業(yè)，都使用自動(dòng)配料系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。自動(dòng)配料系統(tǒng)是精細(xì)化工廠生產(chǎn)工藝過(guò)程中一道非常重要的工序，配料工序質(zhì)量對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量

8、舉足輕重。自動(dòng)配料控制過(guò)程是一個(gè)多輸入、多輸出的系統(tǒng)，各條配料輸送生產(chǎn)線嚴(yán)格地協(xié)調(diào)控制，對(duì)料位、流量及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)1。其工藝過(guò)程如圖1.1所示。 圖1.1 工藝過(guò)程 在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)粉體輸送、流量及粉體配料的運(yùn)輸和稱量要求比較嚴(yán)格。以往這類稱量主要是采用皮帶秤和斗式秤但皮帶秤在運(yùn)行中總存在如皮帶跑偏和老化松弛等問(wèn)題，且對(duì)安裝位置有一些特殊要求。用于粉狀物料稱量時(shí)對(duì)周圍環(huán)境影響很大。容易造成揚(yáng)塵和環(huán)境污染；斗式秤是一種非連續(xù)累計(jì)式衡器，不能連續(xù)用于配料系統(tǒng)2。同時(shí)，如果調(diào)速絞龍采用滑差電機(jī)或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，則存在低速特性差、效率低；并且現(xiàn)場(chǎng)外部工作環(huán)境又很惡劣。工業(yè)粉塵很多這些粉塵很容易

9、進(jìn)入滑差電機(jī)內(nèi)部而出現(xiàn)磨損、卡死等現(xiàn)象3。維修、維護(hù)麻煩，造成工作故障多，影響正常生產(chǎn)。因此，我們可以針對(duì)以上問(wèn)題提出新的變頻調(diào)速計(jì)量配料系統(tǒng)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 在國(guó)外，在大功率交-交變頻（循環(huán)變流器）調(diào)速技術(shù)方面，法國(guó)阿爾斯通已能提供單機(jī)容量達(dá)3萬(wàn)kw的電氣傳動(dòng)設(shè)備用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)4。在大功率無(wú)換向器電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)方面，意大利abb公司提供了單機(jī)容量為6萬(wàn)kw的設(shè)備用于抽水蓄能電站5。在中功率變頻調(diào)速技術(shù)方面，德國(guó)西門子公司simovert a電流型晶閘管變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為10 2600 kva和simovert p gto pwm變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為1

10、00 900 kva，其控制系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，用于電力機(jī)車、風(fēng)機(jī)、水泵傳動(dòng)6。在小功率交流變頻調(diào)速技術(shù)反面，日本富士bjt變頻器最大單機(jī)容量可達(dá)700 kva，igbt變頻器已形成系列產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化7。1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)國(guó)內(nèi)已經(jīng)有較多的變頻器生產(chǎn)廠，但大部分的產(chǎn)品都是vf控制和電壓空間矢量控制變頻器，使用在調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)性能要求不高的負(fù)載上沒(méi)有問(wèn)題。工業(yè)應(yīng)用中絕大部分都是這種負(fù)載，變頻器在這種場(chǎng)合應(yīng)用最重要的要求是可靠性，國(guó)產(chǎn)變頻器占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額不高的主要原因是產(chǎn)品品質(zhì)不過(guò)硬。同樣是vf控制的變頻器，國(guó)外的產(chǎn)品比國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品品質(zhì)要好。差距最大的是半導(dǎo)體功率器件的制

11、造業(yè)，至今在國(guó)內(nèi)這仍是一個(gè)空白8。1.2.3國(guó)內(nèi)外差異在大功率交-交變頻技術(shù)、無(wú)換向器電機(jī)等方面，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在數(shù)字化及系統(tǒng)可靠性方面與國(guó)外水平相比，還有相當(dāng)差距；在中小功率變頻技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都采用普通v/f控制，僅有少量樣機(jī)采用矢量控制，品種與質(zhì)量不能滿足市場(chǎng)需要。而在國(guó)外，變頻調(diào)速技術(shù)得到了充分的發(fā)展，并在各個(gè)方面取得了顯著成就。在功率器件方面，高電壓、大電流容量的scr、gto、igbt、igct 器件的出現(xiàn)和并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用，高壓大功率變頻器產(chǎn)品得到生產(chǎn)和推廣應(yīng)用9。在微電子技術(shù)方面，16 位、32 位高速微處理器以及dsp和asic技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多

12、功能化提供了硬件手段。在理論方面，矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、智能控制等新的控制理論都為高性能變頻器的研制提供了相關(guān)理論基礎(chǔ)?？梢钥闯?，總體上我國(guó)交流變頻調(diào)速技術(shù)水平較國(guó)際先進(jìn)水平有著很大差距10。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)的總體框圖 變頻調(diào)速配料控制系統(tǒng)硬件主要包括控制單元、傳感器、信號(hào)處理模塊、電源、變頻器及外圍設(shè)備等，具體由89s51單片機(jī)、傳感器、電源、ad(adc0809)和da(dac0832)轉(zhuǎn)換、鍵盤掃描、鎖存器、變頻器、變頻手操器及外圍設(shè)備等組成，如圖2.1。電源 復(fù)位電路 鍵盤掃描 顯 示 存 儲(chǔ) 器 報(bào) 警手操器傳感器 單片機(jī)信號(hào)處理mi變頻器信號(hào)處理 物料電源圖

13、2.1 系統(tǒng)硬件框圖電路2.2 相關(guān)理論介紹 變頻調(diào)速的工作原理：變頻調(diào)速是通過(guò)改變輸入到交流電機(jī)的電源頻率調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速11。交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：n=n1(1一s)=60fl(1一s)pn，式中：n；電機(jī)轉(zhuǎn)速，n1：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，s：轉(zhuǎn)差率，f1：定子電源頻率，pn：極對(duì)數(shù)。由上式可知，改變fl、s、pn中任一個(gè)變量，n都會(huì)隨之改變12 。當(dāng)不改變電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)時(shí)，若電源頻率f1連續(xù)可調(diào)，則電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)。由于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n總是比同步轉(zhuǎn)速略低一些，當(dāng)n0連續(xù)可調(diào)時(shí)，n也隨之連續(xù)可調(diào)。因此，改變參數(shù)f1即通過(guò)改變電源頻率也可實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速13。當(dāng)頻率f在050h

14、z的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。實(shí)際上僅僅改變電動(dòng)機(jī)的頻率并不能獲得良好的變頻特性，磁通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的磁通；若要增大磁通，會(huì)使磁通飽和，導(dǎo)致過(guò)大勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)。為此，在降頻的同時(shí)還要降壓，需要頻率與電壓協(xié)調(diào)控制，即可變頻率可變電壓調(diào)速(vvvf)，簡(jiǎn)稱變頻調(diào)速14。 變頻調(diào)速技術(shù)通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術(shù)，電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品15。單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu隨機(jī)存儲(chǔ)器ram、只讀存儲(chǔ)器ro

15、m、多種i/o口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用16。 單片機(jī)的特點(diǎn)主要有：高集成度，體積小，高可靠性；控制功能強(qiáng)；低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；易擴(kuò)展；優(yōu)異的性能價(jià)格比17。用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線感知系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。有的單片機(jī)在其內(nèi)部包含了脈寬調(diào)制控制電路，從而使其還具備了變頻控制的功能，而這種類型的嵌入式系統(tǒng)目前看來(lái)還是具有非常良好的經(jīng)濟(jì)性能的，同時(shí)也能使得

16、該單片機(jī)具備了更加便捷的使用功能18。傳感器技術(shù):能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成19。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器是以一定的精度和規(guī)律把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置20。3. 硬件總體方案設(shè)計(jì) 3.1 數(shù)據(jù)采集模塊本設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器mpx4115構(gòu)成。其中1腳是輸出信號(hào)端，輸出的是與壓力值相對(duì)應(yīng)的模擬電壓

17、信號(hào)。數(shù)據(jù)采集模塊的原理如圖3.1所示。 圖3.1 數(shù)據(jù)采集模塊原理圖 壓力傳感器mpx4115系列壓電電阻傳感器是一個(gè)硅壓力傳感器。這個(gè)傳感器結(jié)合了高級(jí)的微電機(jī)技術(shù)，薄膜鍍金屬。還能為高水準(zhǔn)模擬輸出信號(hào)提供一個(gè)均衡壓力。在0-85的溫度下誤差不超過(guò)1.5%，溫度補(bǔ)償是-40-12521。它的實(shí)物如圖3.2所示。圖3.2 mpx4115的實(shí)物圖 氣壓傳感器mpx4115的管腳說(shuō)明如表3.1所示： 表3.1 氣壓傳感器mpx4115的管腳說(shuō)明123456voutgndvsn/sn/sn/s 氣壓傳感器mpx4115的特性參數(shù)如表3.2所示：表3.2 氣壓傳感器mpx4115的特性參數(shù)參 數(shù)符 號(hào)

18、最 小典 型最 大單 位壓力范圍pop15-115kpa供電電壓vs4.855.15.35vdc供電電流lo-7.010madc最大壓力偏置 （085）vs=5.0vvpss0.1350.2040.273vdc滿量程輸出 （085）vs=5.0vvoff4.7254.7944.863vdc滿量程比例 （085）vs=5.0vvfss4.5214.5904.695vdc精度（085）-±1.5%vpss靈敏度v/p-45.9-mv/kpa響應(yīng)時(shí)間（10%90%）tr-1.0-ms上升報(bào)警時(shí)間-20-ms偏置穩(wěn)定性-±0.5-%vfss a/d轉(zhuǎn)換模塊是采用adc0832進(jìn)行數(shù)

19、模轉(zhuǎn)換。它是性價(jià)比較高的一款芯片、高精度v/f轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)及其它相關(guān)的器件，深受單片機(jī)愛(ài)好者和企業(yè)的喜歡。它與單片機(jī)的接口電路如圖3.3所示。圖3.3 接口電路芯片接口說(shuō)明：cs：片選使能，低電平芯片使能；ch0：模擬輸入通道0，或作為in+/-使用；ch1：模擬輸入通道1，或作為in+/-使用；gnd：芯片參考0電位（地）；di：數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制；do：數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出；clk：芯片時(shí)鐘輸入；vcc/ref：電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。單片機(jī)對(duì)adc0832的控制原理：正常情況下adc0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是cs、clk、

20、do、di。但由于do端與di端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并且與單片機(jī)的接口是雙向的，因此電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將do和di并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)adc0832未工作時(shí)，cs輸入端為高電平，此時(shí)芯片禁用，clk和do/di的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將cs使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端clk 輸入時(shí)鐘脈沖，do/di端則使用di端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。通過(guò)脈沖的控制，確保芯片高效工作，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能22。所以數(shù)據(jù)采集模塊采用壓力傳感器mpx4115進(jìn)行模擬壓力輸入信號(hào)采集，然后使用adc0832進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換的電路圖

21、如圖3.4所示。 圖3.4 壓力采集電路3.2 單片機(jī)控制部分 本控制系統(tǒng)采用atmel公司mcs-51系列單片機(jī)at89c51作為微處理器。at89c51內(nèi)部有4k的可編程eprom、21個(gè)特殊功能寄存器、2個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器以及一個(gè)全雙工串行口，對(duì)外有4個(gè)端端口、32跳i/o線，它們都具有位尋址功能，使用方便23。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器24。89c51單片機(jī)是一種功能強(qiáng)大

22、，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，完全滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，它的外形及引腳排列如圖所示3.5所示：圖3.5 at89c51外形及引腳 p0口8位、開(kāi)漏極、雙向i/o口。 p0口可作為通用i/o口，但必須外接上拉電阻；作為輸出口，每個(gè)引腳可 吸收8個(gè)ttl的灌電流。作為輸入時(shí)，首先應(yīng)將引腳置1。 p0口也可用作外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是的低八位地址/數(shù)據(jù)總線的復(fù)用線。在該模式下，p0口含有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時(shí)，p0口接受代碼數(shù)據(jù)；在編程校驗(yàn)時(shí)，p0口輸出代碼字節(jié)數(shù)據(jù)（需要外接上拉電阻）。p1口8位、雙向i/o口、內(nèi)部含有行拉電阻。 p1可作為普通i/o口。輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl負(fù)載

23、；用作輸入時(shí)，先交引腳置1，有片內(nèi)上拉電阻將其抬到高電平。p1口的引腳可由外部負(fù)載拉倒低電平，通過(guò)上拉電阻提供拉電流。 在flash并行 編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口可輸入低字節(jié)地址。在串行編程和校驗(yàn)時(shí)，p1.0/mosi,p1.6/osi和p1.7/sck分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。i/o具有內(nèi)部拉電阻的8位雙向i/o。p2口用作輸出口時(shí)，可驅(qū)動(dòng)四個(gè)ttl負(fù)載；用作輸入口時(shí)，先將引腳置1，由內(nèi)部上拉電阻將其提高到高電平。若負(fù)載為低電平，則通過(guò)內(nèi)部上拉電阻向外輸出電流。 cpu訪問(wèn)外部16位地址的存儲(chǔ)器時(shí)，p2口提供高8位的地址。當(dāng)cpu用8位地址尋址外部存儲(chǔ)器時(shí)，p2口為p2特殊功能寄存

24、器內(nèi)容。 在flash并行編程和校檢時(shí)，p2口可輸入高字節(jié)地址和某些控制信號(hào)。p3口局有內(nèi)部上拉電阻8位雙向口。 p3口左忽出口時(shí)，輸出緩沖器可吸收4個(gè)ttl的灌電流；用作輸入口時(shí)，手先將引腳置1，有內(nèi)部上拉電阻抬為高電平。若外部負(fù)載是低電平，則通過(guò)內(nèi)部上拉電阻向外輸出電流。 在與flash并行編程和校檢時(shí)，p3口可輸入某些控制信號(hào)。單片機(jī)控制電路如圖3.6所示。圖3.6 單片機(jī)控制圖單片機(jī)系統(tǒng)是本變頻調(diào)速配料控制系統(tǒng)的核心部件，包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。時(shí)鐘電路采用的是內(nèi)部方式時(shí)鐘電路（如圖3.7所示）。89s51要形成時(shí)鐘信號(hào)，必須外接元件。用外接11.0592 mhz晶振以及電容c1

25、和c2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在反饋回路中，電容c1和c2的值選擇為30pf。圖3.7 單片機(jī)內(nèi)部方式時(shí)鐘電路圖本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鈕復(fù)位的電路，如圖3.8所示，是常用復(fù)位電路之一。當(dāng)at89s51單片機(jī)的ale及psen兩引腳輸出高電平，ret引腳高電平到時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。ret/vpd端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生則為上電復(fù)位。若通過(guò)按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動(dòng)復(fù)位。上電時(shí)，剛接通電源，電容c相當(dāng)于瞬間短路，+5v立即加到ret/vpd端，該高電平使89s51全機(jī)自動(dòng)復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。按下按鈕，則直接把+5v加到了ret/vpd端從而復(fù)位稱為

26、手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位后，p0到p3并行i/o口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有sbuf寄存器狀態(tài)不確定25。圖3.8 單片機(jī)復(fù)位電路原理圖由單片機(jī)以及時(shí)鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)。at89s51單片機(jī)的內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作；復(fù)位操作是單片機(jī)的初始化操作，只需給單片機(jī)的復(fù)位引腳rst加上大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以使單片機(jī)復(fù)位。如圖3.9所示。 圖3.9 最小系統(tǒng)3.3 按鍵控制和報(bào)警部分 按下p1.0口的按鍵，若按下時(shí)間小于一秒，則進(jìn)入省電模塊；否則進(jìn)入電機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)，等待操作，此時(shí)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。在正常狀

27、態(tài)下，若按下p1.1口按鍵，那就進(jìn)行電機(jī)停止/轉(zhuǎn)動(dòng)功能的轉(zhuǎn)換，按下p3.0口的按鍵，可使電機(jī)實(shí)現(xiàn)加速；當(dāng)再按下p3.1口按鍵時(shí)，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)減速。 當(dāng)計(jì)量過(guò)程中出現(xiàn)溢料、缺料及設(shè)備故障等情況的時(shí)候，蜂鳴器就會(huì)響，以實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，提醒操作人員及時(shí)處理，如圖3.10所示。 圖3.10 按鍵和報(bào)警電路3.4 變頻調(diào)速部分 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它主要由兩部分電路構(gòu)成，一是主電路（整流模塊、電解電容和逆變模塊），二是控制電路（開(kāi)關(guān)電源板、控制電路板）。cpu就安裝在控制電路板上，變頻器的操作軟件燒錄在cpu上，同一型號(hào)的變頻器軟件是固定的，唯一例外的

28、就是三晶變頻器，軟件可根據(jù)使用需求更改。 變頻器實(shí)際上就是一個(gè)逆變器.它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?然后用電子元件對(duì)直流電進(jìn)行開(kāi)關(guān).變?yōu)榻涣麟?一般功率較大的變頻器用可控硅.并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置.使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào).用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù).使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào).變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中.變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟27。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動(dòng)電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過(guò)去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染

29、、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。 1）整流電路 整流電路的功能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。整流電路一般都是單獨(dú)的一塊整流模塊.2）平波電路 平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)，為了抑制電壓波動(dòng)采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓(電流)，一般通用變頻器電源的直流部分對(duì)主電路而言有余量，故省去電感而采用簡(jiǎn)單電容濾波平波電路。3）控制電路 現(xiàn)在變頻調(diào)速器基本系用16位、32位單片機(jī)或dsp為控制核心，從而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。 變頻器是輸出電壓和頻率可調(diào)的調(diào)速裝置。提供控制信號(hào)的回路稱為

30、主控制電路，控制電路由以下電路構(gòu)成:頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”。運(yùn)算電路的控制信號(hào)送至“驅(qū)動(dòng)電路”以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”。變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉(zhuǎn)拒控制、pid或其它方式。4）逆變電路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，以所確定的時(shí)間使上橋、下橋的功率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷。從而可以在輸出端u、v、w三相上得到相位互差120°電角度的三相交流電壓28。在本系統(tǒng)中變頻器可用如圖3.11所示電路代替。圖3.11 變頻部分電路3.5 顯示部分 在工業(yè)控制中，顯示器件向來(lái)是很重要的一環(huán)

31、，隨著科技的迅速發(fā)展，顯示器件的種類也是越來(lái)越多，目前主流的顯示器件就是液晶顯示器，液晶顯示器簡(jiǎn)稱lcd顯示器，它是利用液晶經(jīng)過(guò)處理后能夠改變光線的傳輸方向的特性實(shí)現(xiàn)顯示信息的，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到日益廣泛的應(yīng)用。液晶顯示器按其功能分為三類：筆端式液晶顯示器、字符點(diǎn)陣式液晶顯示器、圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器。前兩種能夠顯示數(shù)字、字符等，而圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器還可以顯示漢字和任意圖形。本設(shè)計(jì)中選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的字符型液晶顯示器lcd1602。lcd1602可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用+5v電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性

32、價(jià)比。顯示器部分的電路如圖3.12所示。圖3.12 顯示模塊原理圖lcd1602是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式lcd，實(shí)物如圖3.13所示。圖3.13 lcd1602實(shí)物圖lcd1602的外圍引腳及作用29：第1腳：vss為地電源；第2腳：vdd接5v正電源；第3腳：v0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正極電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10k的電位器調(diào)整對(duì)比度；第4腳：rs 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器；第5腳：rw 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時(shí)可以寫

33、入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平，rw為高電平時(shí)可以讀取忙信號(hào)，當(dāng)rs為高電平rw為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)； 第6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令；第7-14腳： d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線；第15-16腳：空腳。1602液晶顯示器內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3-3所示：表3-3 1602的內(nèi)部指令表序號(hào)指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開(kāi)/關(guān)控制0000001dcb5光標(biāo)或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符發(fā)

34、生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01bf計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到cgram或ddram）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從cgram或ddram讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 單片機(jī)與1602液晶顯示屏的硬件連接圖如圖3.14所示。圖3.14 單片機(jī)與1602液晶顯示屏硬件連線圖 使用1602液晶顯示屏連接的電路圖如圖3.15所示。圖3.15 液晶顯示電路3.6 總電路圖 綜上各方案所述，對(duì)本次設(shè)計(jì)的方案選定為：數(shù)據(jù)采集模塊選用壓力傳感器mpx4115，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊選用adc0832芯片，數(shù)據(jù)處理模塊選用at89c52單片機(jī)，顯示模塊選用lcd1602

35、，系統(tǒng)總電路見(jiàn)附錄一。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在單片機(jī)控制交流異步電機(jī)系統(tǒng)中，相應(yīng)的控制信號(hào)由單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生，根據(jù)需要通過(guò)按鍵控制設(shè)定電機(jī)的加減速控制、恒速控制起?？刂啤８鶕?jù)具體的工作情況計(jì)算出相應(yīng)的脈沖頻率,繼而計(jì)算出定時(shí)器的初值,建立控制常數(shù)表30。在具體控制中,主程序根據(jù)選定的工作方式不斷地從控制常數(shù)表中取出速度參數(shù)送給定時(shí)器,即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。需要指出的是,有些設(shè)計(jì)方案采用軟件延時(shí)的辦法進(jìn)行速度控制,其缺點(diǎn)是控制精度低。而且在實(shí)際應(yīng)用中,系統(tǒng)中除了交流異步電機(jī)外還有其他控制對(duì)象,在處理其他任務(wù)時(shí)就不能對(duì)交流異步電機(jī)進(jìn)行有效地控制,無(wú)法滿足電機(jī)的控制要求。4.1 mpx4115數(shù)據(jù)采集處理程

36、序開(kāi)始將壓力數(shù)據(jù)寫入到lcd讀取壓力值顯示壓力值返回開(kāi)始初始化函數(shù)a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)換后的電壓轉(zhuǎn)換為壓力返回 數(shù)據(jù)采集流程圖 a/d轉(zhuǎn)換程序流程圖#include <reg51.h> #include <intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/adc0832的引腳sbit adcs =p25; /adc0832 chip seclectsbit addi =p26; /adc0832 k insbit addo =p26; /adc0832 k outsbit adclk

37、=p27; /adc0832 clock signalunsigned char dispbitcode8=0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /位掃描unsigned char dispbuf4;uint temp;uchar getdata; /獲取adc轉(zhuǎn)換回來(lái)的值void delay_1ms(void) /12mhz delay 1.01ms unsigned char x,y; x=3; while(x-) y=40; while(y-); /*讀adc0832函數(shù)*/采集并返回unsigned int adc0832(unsigned

38、char channel) /ad轉(zhuǎn)換，返回結(jié)果 uchar i=0; uchar j; uint dat=0; uchar ndat=0; if(channel=0)channel=2; if(channel=1)channel=3; addi=1; _nop_(); _nop_(); adcs=0;/拉低cs端 _nop_(); _nop_(); adclk=1;/拉高clk端 _nop_(); _nop_(); adclk=0;/拉低clk端,形成下降沿1 _nop_(); _nop_(); adclk=1;/拉高clk端 addi=channel&0x1; _nop_(); _

39、nop_(); adclk=0;/拉低clk端,形成下降沿2 _nop_(); _nop_(); adclk=1;/拉高clk端 addi=(channel>>1)&0x1; _nop_(); _nop_(); adclk=0;/拉低clk端,形成下降沿3 addi=1;/控制命令結(jié)束 _nop_(); _nop_(); dat=0; for(i=0;i<8;i+) dat|=addo;/收數(shù)據(jù) adclk=1; _nop_(); _nop_(); adclk=0;/形成一次時(shí)鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); dat<<=1; if(i=7)da

40、t|=addo; for(i=0;i<8;i+) j=0; j=j|addo;/收數(shù)據(jù) adclk=1; _nop_(); _nop_(); adclk=0;/形成一次時(shí)鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); j=j<<7; ndat=ndat|j; if(i<7)ndat>>=1; adcs=1;/拉低cs端 adclk=0;/拉低clk端 addo=1;/拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài) dat<<=8; dat|=ndat; return(dat); /return ad kvoid main(void) while(1) unsigned i

41、nt temp; float press; getdata=adc0832(0); if(14<getdata<243) /當(dāng)壓力值介于15kpa到115kpa之間時(shí)，遵循線性變換 int vary=getdata;/y=(115-15)/(243-13)*x+15kpapress=(10.0/23.0)*vary)+9.3;/測(cè)試時(shí)補(bǔ)償值為9.3temp=(int)(press*10); /放大10倍，便于后面的計(jì)算dispbuf3=temp/1000; /取壓力值百位dispbuf2=(temp%1000)/100; /取壓力值十位dispbuf1=(temp%1000)%10

42、0)/10; /取壓力值個(gè)位dispbuf0=(temp%1000)%100)%10;/取壓力值十分位display(); 4.2 按鍵控制程序開(kāi)始系統(tǒng)初始化調(diào)用壓力子程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用掃描按鍵程序顯示流程圖 sbit keyup=p30; keydown=p31; start=p10; close=p11;unsigned char choose;void keyscan()if(!keyup) /如果設(shè)定增加 delay(10); /延時(shí)去抖動(dòng) num+;/設(shè)定增加 if(num>50) /上線鎖定 num=50; while(!keyup); /等待按鍵釋放 if(!keydo

43、wn) /如果設(shè)定減小 delay(10); /延時(shí)去抖動(dòng) num-; /設(shè)定減小 if(num<1) /下線鎖定 num=1; while(!keydown); /等待按鍵釋放 if(!start) /如果開(kāi)始 delay(10); /延時(shí)去抖動(dòng) choose=1;while(!start); /等待按鍵釋放 if(!close) /如果結(jié)束 delay(10); /延時(shí)去抖動(dòng) choose=0; while(!close); /等待按鍵釋放 4.3 變頻控制程序#include<reg52.h> /包含單片機(jī)寄存器的頭文件#include<intrins.h>

44、 /包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件sbit rs=p20; /寄存器選擇位，將rs位定義為p2.0引腳sbit rw=p21; /讀寫選擇位，將rw位定義為p2.1引腳sbit e=p22; /使能信號(hào)位，將e位定義為p2.2引腳sbit bf=p07; /忙碌標(biāo)志位，將bf位定義為p0.7引腳sbit keyup=p30;sbit keydown=p31;sbit control=p37;sbit i0=p36;unsigned char num=25,time;/變頻間隔unsigned char code string = "weight:2.988kg" uns

45、igned char code string1 ="price:"/*函數(shù)功能：延時(shí)1ms*/void delay1ms() unsigned char i,j; for(i=0;i<10;i+) for(j=0;j<33;j+) ; /*函數(shù)功能：延時(shí)若干毫秒入口參數(shù)：n*/ void delay(unsigned int n) unsigned int i;for(i=0;i<n;i+)delay1ms(); /*函數(shù)功能：判斷液晶模塊的忙碌狀態(tài)返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙*/ bit busytest(void

46、) bit result;rs=0; /根據(jù)規(guī)定，rs為低電平，rw為高電平時(shí)，可以讀狀態(tài) rw=1; e=1; /e=1，才允許讀寫 _nop_(); /空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間 result=bf; /將忙碌標(biāo)志電平賦給resulte=0; return result; /*函數(shù)功能：將模式設(shè)置指令或顯示地址寫入液晶模塊入口參數(shù)：dictate*/void write_com (unsigned char dictate) while(busytest()=1); /如果忙就等待 rs=0; /根據(jù)規(guī)定，rs和r/w

47、同時(shí)為低電平時(shí)，可以寫入指令 rw=0; e=0; /e置低電平(寫指令時(shí)， / 就是讓e從0到1發(fā)生正跳變，所以應(yīng)先置"0" _nop_(); _nop_(); /空操作兩個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間 p0=dictate; /將數(shù)據(jù)送入p0口，即寫入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間 e=1; /e置高電平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /空操作四個(gè)機(jī)器周期，給硬件反應(yīng)時(shí)間 e=0; /當(dāng)e由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊開(kāi)始執(zhí)行命令 /*函數(shù)功

48、能：指定字符顯示的實(shí)際地址入口參數(shù)：x*/ void writeaddress(unsigned char x) write_com(x|0x80); /顯示位置的確定方法規(guī)定為"80h+地址碼x" /*函數(shù)功能：將數(shù)據(jù)(字符的標(biāo)準(zhǔn)ascii碼)寫入液晶模塊入口參數(shù)：y(為字符常量)*/ void writedata(unsigned char y) while(busytest()=1); rs=1; /rs為高電平，rw為低電平時(shí)，可以寫入數(shù)據(jù) rw=0; e=0; /e置低電平(寫指令時(shí)， / 就是讓e從0到1發(fā)生正跳變，所以應(yīng)先置"0" p0=y; /將數(shù)據(jù)送入p0口，即將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊 _nop_();