基于cpld和mc33033的自動門控制系統(tǒng)

基于cpld和mc33033的自動門控制系統(tǒng)

1自動門控制器門的特點是舒適度好、安全、節(jié)能、低噪音。在這項工作中，我們使用了一種模塊結(jié)構(gòu)方案，并且采用了基于cpld的vwdl語言設(shè)計的主控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換（mc333）。針對電機的特殊控制芯片mc333控制裝置，控制電機的正、負、壓，并確保系統(tǒng)的可靠性運行。由于采用eda技術(shù)而不是傳統(tǒng)的片面設(shè)計，這是一種自上而下的設(shè)計方法。該系統(tǒng)的研發(fā)短于成本，因此成本降低。模塊的設(shè)計便于系統(tǒng)的更新和維護。2自動門狀態(tài)控制電路系統(tǒng)總框圖如圖1所示.圖中控制信號來源于外部輸入,如手動按鈕、紅外感應器件以及無線遙控器件等.自動門狀態(tài)控制電路用一片CPLD,根據(jù)控制信號以及位置和遇阻等外部信號來完成對門運行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換控制,為電機控制電路提供正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止信號;電機控制電路則根據(jù)主控制器發(fā)出的正反轉(zhuǎn)以及?？刂菩盘杹砜刂齐姍C的開關(guān)停以及實現(xiàn)自動門正反運行分別調(diào)速.設(shè)計重點為自動門狀態(tài)控制器電路和電機控制電路.3輸出狀態(tài)指控電路本設(shè)計采用VHDL語言的狀態(tài)機設(shè)計法進行設(shè)計,通過編譯、仿真、綜合、配置,最終在CPLD上實現(xiàn)邏輯功能.3.1開關(guān)門運行狀態(tài)自動門的運行狀態(tài)圖如圖2所示.圖中:x1、x2、x3分別表示開、關(guān)、?？刂菩盘?x4表示門在運行過程中遇到障礙時傳感器發(fā)出的信號;x5表示門完全閉合,即運行到0位置時傳感器發(fā)出的信號;x6表示表示門完全打開,即運行到底位置時傳感器發(fā)出的信號.COUT為控制器內(nèi)部的定計時控制信號.(這里假定三個暫停狀態(tài)的暫停時間一樣)s0表示電動門處于零位置狀態(tài),此時電動門處于關(guān)閉的位置;s1表示電動門開的狀態(tài),電機正轉(zhuǎn)的情況;s2表示電動門關(guān)的狀態(tài),電機反轉(zhuǎn)的情況;s3表示的是電動門停止狀態(tài),此時電機停止轉(zhuǎn)動;s4表示電動門處于底位置狀態(tài),此時電動門處于開的臨界位置;s5表示在反轉(zhuǎn)過程中電動門遇到障礙的暫停狀態(tài);s6表示在正轉(zhuǎn)過程中電動門遇到障礙的暫停狀態(tài).Z1,Z2,Z3分別表示控制器發(fā)給電機控制電路的開、關(guān)、停控制信號;自動門的運行過程:開始處于閉合狀態(tài)即s0位置,只有在獲得正轉(zhuǎn)信號時,才會改變狀態(tài),轉(zhuǎn)入s1狀態(tài),表示電動門開狀態(tài),電機正轉(zhuǎn).開關(guān)門過程中如遇到阻力則暫停一段時間,然后自動繼續(xù)原來的開關(guān)門動作.運行過程中,遇到停信號以及0位置則停,遇到底位置信號則暫停一段時間,然后自動執(zhí)行關(guān)門動作.以開門過程為例:電動門處于開的狀態(tài)時,遇到輸入是遇到障礙信號,就進入s5狀態(tài),即在正轉(zhuǎn)過程中電動門在遇到障礙時的暫停狀態(tài);若遇到輸入是停信號時,就進入s3狀態(tài);若遇到輸入是關(guān)信號時,就進入s2,即電動門關(guān)的狀態(tài);若遇到底位置信號,就進入s4狀態(tài),即電動門處于底位置時的暫停狀態(tài).關(guān)門動作也具有相似的過程.3.2電機正轉(zhuǎn)信號MAX+PLUSⅡ下的仿真波形如圖3所示.由仿真波形可以看出:在清零信號reset為高電平時,電路會回到原來的初始狀態(tài),即s0狀態(tài).先給電路一個清零信號后,電路處于s0狀態(tài),comb______outputs=1(Z3=1表示電機停止),此時,圖中給它一個x1正轉(zhuǎn)信號,在遇到脈沖為上升沿時,由下面兩行輸出可知comb______outputs=4(Z1=1表示電機正轉(zhuǎn))電路將進入s1狀態(tài),(即電動門開,電機正轉(zhuǎn));之后又給了x2反轉(zhuǎn)信號,同樣可以看到comb______outputs=2(Z2=1表示電機反轉(zhuǎn)),電路進入了s2狀態(tài)(即電動門關(guān),電機反轉(zhuǎn));后給一個x3停止信號,同樣可以看到comb______outputs=1(Z3=1表示電機停止),電路進入了s3狀態(tài)(即電動門停止運行);如在電機正轉(zhuǎn)的情況下,給x4信號(電動機在遇到障礙時的信號),電機將進入停止狀態(tài),此時電動門的狀態(tài)是s5(即:在正轉(zhuǎn)過程中電動門在遇到障礙時的暫停狀態(tài)),此時,再看ten信號的波形、計數(shù)信號q狀態(tài),ten信號由低電平向高電平轉(zhuǎn)變,計數(shù)信號由原來的0,不斷地加1直到15為止,又進入到此暫停狀態(tài)的開始狀態(tài)(s1狀態(tài)),設(shè)計完全滿足要求.4mc33333簡介為了使電機的控制簡便可靠,使用了電機專用控制芯片MC33033,該芯片是MOTORLA公司生產(chǎn)的一種高性能直流電機控制器,可對直流電機速度進行開環(huán)和閉環(huán)控制,亦可分別對電機正反轉(zhuǎn)進行調(diào)速.MC33033內(nèi)含三個集電極開路的頂部驅(qū)動器和為MOSFET驅(qū)動電源而設(shè)計的三個高電流推拉式底部驅(qū)動器,并具有電機過流檢測和保護功能.可用于控制三相無刷直流電機,也可用于單相有刷直流電機,本文利用MC33033構(gòu)成單相H橋有刷直流電機控制電路,實現(xiàn)對自動門的正反轉(zhuǎn)控制以及正反轉(zhuǎn)的分別調(diào)速.圖4是MC33033電機控制器的內(nèi)部電路原理框圖,它由轉(zhuǎn)子位置譯碼器、基準電壓源、振蕩器、誤差放大器、脈沖寬度調(diào)制器(PWM)以及欠壓鎖定、過流限制、熱關(guān)斷和輸出驅(qū)動電路組成.若在傳感器的輸入端(pin4,pin5,pin6)加上某個輸入碼,如100,則當控制器的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)引腳為邏輯1時,輸入碼使輸出2,15產(chǎn)生驅(qū)動,當控制器的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)為邏輯0時,輸入碼使輸出20,17產(chǎn)生驅(qū)動.MC33033應用到自動門的電機控制原理如圖5所示,主要由邏輯控制電路、正反轉(zhuǎn)分別調(diào)速電路和H橋驅(qū)動電路三部分組成.開關(guān)管采用MOS對管IRF540和IRF9540,直流無刷電機直流電壓DC12-24V,力矩為5牛頓,自帶變比為3600/18齒輪減速裝置.電機的運行方向受正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)和輸出使能引腳控制,輸入的電機信號有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止三種.邏輯運算電路實現(xiàn)停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)三個輸入信號的優(yōu)先級控制,其優(yōu)先級高低順序是停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn).正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信號經(jīng)過邏輯控制電路接入正反轉(zhuǎn)輸入端,如果該端為高電平時,MC33033將使AT輸出高電平,開關(guān)Q1導通,同時CB端輸出PWM調(diào)制波形,開關(guān)Q4相應動作,從而實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)并進行速度調(diào)整;反之,MC33033將使AB輸出高電平,開關(guān)Q2導通,同時CT端輸出PWM調(diào)制波形,開關(guān)Q3相應動作,從而實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)并進行速度調(diào)整.停止信號接入到MC33033的19(使能端),如果它為高電平時,芯片將停止正常工作,此時就能實現(xiàn)電機的停轉(zhuǎn).圖6所示為輸入低電平時控制器輸出端17、20的輸出波形,電機反轉(zhuǎn),圖中CH1曲線為控制器振蕩器輸出波形,正常工作時頻率為25kHZ,CH2曲線為17端輸出波形,是驅(qū)動Q3管的PWM波形,CH3曲線為20端輸出波形,它為一幅值約為12V的直流信號,Q2管一直導通.當電機控制信號輸入正轉(zhuǎn)信號時,正反轉(zhuǎn)輸入端為高電平,U2A光電隔離不會導通,U2B光電隔離導通,此時,L2發(fā)光二極管會發(fā)光,表示正轉(zhuǎn),高電平將通過RP2、二級管D2輸入到誤差放大器的同相輸入端,其電壓可以通過滑動變阻器RP2來調(diào)整,誤差放大器的反向輸入端和輸出端相連,同時作為PWM比較器的反向輸入,與振蕩器輸出端的振蕩波形比較,從而產(chǎn)生PWM波形來控制Q4的輸出,從而調(diào)整電動機正轉(zhuǎn)時的端電壓,實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)調(diào)速.當電機控制信號輸入反轉(zhuǎn)信號時,正反轉(zhuǎn)輸入端為低電平,在經(jīng)過4011與非門得出高電平,U2A光電隔離導通,U2B光電隔離不會導通,此時,L1發(fā)光二極管會發(fā)光,表示反轉(zhuǎn),高電平將通過RP1、二級管D1輸入到誤差放大器的同相輸入端,同樣通過PWM比較輸出控制