基于STM32的離心機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于STM32的離心機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)摘要離心機(jī)按結(jié)構(gòu)形式不同可以分為臺(tái)式離心機(jī)和落地式離心機(jī)；按轉(zhuǎn)速高低不同可以分為低速離心機(jī)、高速離心機(jī)、超速離心機(jī)、超高速離心機(jī)。離心機(jī)廣泛應(yīng)用于生物制藥、血站、醫(yī)療、高校、科研單位、農(nóng)牧業(yè)、精細(xì)化工、石油、新材料、環(huán)保、食品、基因工程等許多領(lǐng)域上。近幾年國(guó)內(nèi)外離心機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，朝著高轉(zhuǎn)速，高精度，自我檢測(cè)，網(wǎng)絡(luò)化，遠(yuǎn)程監(jiān)控，智能化的方向發(fā)展。本文以智能臺(tái)式離心機(jī)為主體，設(shè)計(jì)了智能臺(tái)式離心機(jī)控制系統(tǒng)的硬件部分，將硬件電路按功能分為控制器，顯示模塊，按鍵模塊，電機(jī)模塊，指示模塊，提示模塊，水位檢測(cè)模塊。電機(jī)控制采用主控板上的STM32發(fā)送指令進(jìn)行控制。STM32主要完成頻率的輸出以及電流、電壓的控制信號(hào)輸出。本文分別對(duì)各部分電路進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，使得各電路能夠達(dá)到離心機(jī)控制系統(tǒng)的要求。關(guān)鍵詞：離心機(jī)；控制系統(tǒng)；STM32目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 第一章緒論1.1研究背景與意義離心機(jī)的品種很多，依據(jù)轉(zhuǎn)速不同，能夠分為低速離心機(jī)、高速離心機(jī)和超速離心機(jī)，轉(zhuǎn)速少于6000r/min的為低速離心機(jī)，低于25000r/min的為高速離心機(jī)，超越30000r/min的是超速離心機(jī)；依據(jù)溫度控制不同，能夠分為冷凍離心機(jī)和普通離心機(jī)，冷凍離心機(jī)帶有制冷系統(tǒng)，能夠控制溫度最低至-20℃，普通離心機(jī)不帶制冷系統(tǒng)；依據(jù)用處不同，還能夠?qū)㈦x心機(jī)分為剖析離心機(jī)和制備離心機(jī)。實(shí)驗(yàn)室常用電動(dòng)離心機(jī)有低速、高速離心機(jī)和低速、高速冷凍離心機(jī)，以及超速剖析、制備兩用冷凍離心機(jī)等多種型號(hào)。其中以低速(包括大容量)離心機(jī)和高速冷凍離心機(jī)應(yīng)用最為普遍，是生化實(shí)驗(yàn)室用來(lái)分別制備生物大分子必不可少的設(shè)備。臺(tái)式離心機(jī)不同于其他類(lèi)型的離心機(jī)有其自身的特點(diǎn)。臺(tái)式離心機(jī)容量小適用于一次分離量較少的場(chǎng)合；臺(tái)式離心機(jī)重量輕、易于搬運(yùn)；臺(tái)式離心機(jī)相對(duì)大容量、高速超速離心機(jī)來(lái)說(shuō)價(jià)格便宜；臺(tái)式離心機(jī)一般來(lái)說(shuō)轉(zhuǎn)速不高，適用于低速、中速的分離場(chǎng)合。一般來(lái)說(shuō)臺(tái)式離心機(jī)基本都采用微機(jī)控制，可以進(jìn)行RCF（ReactiveCentrifugalForce，離心力）自動(dòng)計(jì)算與設(shè)定。臺(tái)式離心機(jī)具有造型美觀、體積小、功能齊全、性能穩(wěn)定、速度可調(diào)、溫升低、使用效率高以及適用性廣等特點(diǎn)。臺(tái)式離心機(jī)廣泛適用于醫(yī)藥制品、血站、臨床試驗(yàn)及生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室作血清、血漿、尿素的定性分析。從轉(zhuǎn)速看，臺(tái)式離心機(jī)基本屬于低速、高速離心機(jī)的范疇，因此具有低速和高速離心機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子和系統(tǒng)控制等幾部分組成，與落地式離心機(jī)相比尺寸和容量相對(duì)較小。隨著我國(guó)生物醫(yī)療事業(yè)的不斷發(fā)展，臺(tái)式離心機(jī)在醫(yī)院、科研機(jī)構(gòu)、學(xué)?？蒲袑?shí)驗(yàn)室等單位的需求量越來(lái)越大。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀在對(duì)離心機(jī)流體方面的研究，國(guó)外的研究學(xué)者偏重于實(shí)驗(yàn)的研究，尤其是在流體力學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)成果是很豐富的。索柯羅夫主要研究了臥螺離心機(jī)內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)態(tài)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法證明了固相在離心機(jī)內(nèi)流體中的受力情況主要分為三種，即離心力、離心液壓和科氏力，并推導(dǎo)出了相應(yīng)的流體動(dòng)力學(xué)方程。早在我國(guó)工業(yè)化發(fā)展初期的1836年，在德國(guó)就已經(jīng)研制出現(xiàn)了一種新型工業(yè)用三足式壓力離心機(jī)，自此以后各種各樣的離心機(jī)層出不窮，適用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，性能參數(shù)越來(lái)越優(yōu)良。同年便開(kāi)始出現(xiàn)了一種用于洗滌棉布面料脫水的新式離心機(jī);在1877年以后還陸續(xù)出現(xiàn)了一種用于脫水分離新鮮牛奶母乳制造品和奶酪的新式離心機(jī)。隨著現(xiàn)代人類(lèi)對(duì)天然石油的不斷綜合利用離心機(jī)的發(fā)展也隨之加速了；1988年日本的鈴木發(fā)明了中雙斜轉(zhuǎn)鼓的離心機(jī)；1997年，舍伯恩在黃瓶離心機(jī)的內(nèi)筒中安裝了一個(gè)結(jié)構(gòu)控制流量，以獲得干燥的濾餅。日本學(xué)者打破了傳統(tǒng)的錐型離心機(jī)，研發(fā)了能夠在轉(zhuǎn)鼓壁位置處更方便的排除沉渣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直筒壓榨式臥螺離心機(jī)，這種離心機(jī)特殊的設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)上的的壓榨結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)降低殘?jiān)暮瑵衤?，并提高其分離的能力。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)，最開(kāi)始發(fā)明的離心機(jī)是在五十年代的時(shí)候；然而到七十年代的時(shí)候，我國(guó)才開(kāi)始從國(guó)外引進(jìn)離心機(jī)并開(kāi)始對(duì)其研究；隨著到八十年代的時(shí)候，我國(guó)才開(kāi)始越來(lái)越重視離心機(jī)的發(fā)展應(yīng)用，于是就大量的翻譯國(guó)外關(guān)于離心機(jī)的資料，從而為我國(guó)自主研發(fā)提供了全面的理論知識(shí)；到了九十年代的時(shí)候，由國(guó)內(nèi)自主研制并生產(chǎn)出了離心機(jī)，并且在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。在針對(duì)離心機(jī)存在的問(wèn)題在實(shí)際應(yīng)用中，東北工學(xué)院采選機(jī)械研究室，分析了液體和固體顆粒運(yùn)動(dòng)的原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過(guò)理論計(jì)算得出離心機(jī)生產(chǎn)率的計(jì)算方法，同時(shí)還研究了固體顆粒在離心分離過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)特性、在離心機(jī)內(nèi)的運(yùn)輸規(guī)律、在離心機(jī)選擇時(shí)參數(shù)的適應(yīng)性以及離心機(jī)的功率的特性等。離心機(jī)的沉渣在浙江化工學(xué)院的蔡圩濤詳細(xì)研究的情況下，作出了特別詳細(xì)的受力分析，及沉渣的受力情況，并建立了其計(jì)算公式。同時(shí)更詳細(xì)地研究沉渣的運(yùn)動(dòng)歸律，在對(duì)沉渣進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，此推導(dǎo)了螺旋輸送沉渣的功率計(jì)算公式。臥式沉升螺旋自動(dòng)卸料機(jī)和沉降臥式離心機(jī)設(shè)備具有連續(xù)工作運(yùn)行、自動(dòng)化處理程度高、單機(jī)自動(dòng)處理物料能力大、對(duì)不同物料環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等幾大優(yōu)點(diǎn)。對(duì)離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特征和控制優(yōu)勢(shì)的全面研究，通過(guò)在國(guó)內(nèi)幾家大型煙草企業(yè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和利用，離心機(jī)分離效果穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了液體澄清、殘?jiān)鼭穸群艿?、操作?jiǎn)單、易于清洗的技術(shù)需求。同時(shí)掌握了一些工作參數(shù)和分離指標(biāo)。由于研究缺乏科學(xué)的實(shí)驗(yàn)觀察與科學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)手段，目前的相關(guān)研究主要重點(diǎn)集中在流動(dòng)強(qiáng)度、差速流動(dòng)系統(tǒng)、減振、耐磨和具體技術(shù)應(yīng)用等幾個(gè)方面，內(nèi)部液體流動(dòng)與材料分離系統(tǒng)性能的相關(guān)研究反而較少。近年來(lái)，采用科學(xué)數(shù)值化和模擬分析方法進(jìn)行分析大型流體離心機(jī)械的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)流場(chǎng)已經(jīng)發(fā)展成為一種重要的科學(xué)研究技術(shù)手段，在流體離心機(jī)研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者已經(jīng)相繼獲得了一些重要成。第二章離心機(jī)總體設(shè)計(jì)方案2.1離心機(jī)設(shè)計(jì)方案研究設(shè)計(jì)課題是臥式螺旋沉降離心機(jī)，要求對(duì)離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器、主，副電動(dòng)機(jī)、帶傳動(dòng)的機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算。從原理上保證離心機(jī)正常工作，分離混合液效率高的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)整體及各個(gè)零部件的選用，保證達(dá)到生產(chǎn)效率的改善提高的目的。2.1.1原理分析和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的總體傳動(dòng)系統(tǒng)，如圖3.1所示：主電機(jī)10通過(guò)帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)鼓5轉(zhuǎn)動(dòng)提供沉降離心力，副電機(jī)9也是通過(guò)帶傳動(dòng)8接通差速器7驅(qū)動(dòng)螺旋螺旋輸料器4提供排渣力，離心機(jī)達(dá)到額定工作轉(zhuǎn)速和差轉(zhuǎn)速時(shí)開(kāi)始進(jìn)料，原料通過(guò)泵送入進(jìn)料管1，然后進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的螺旋輸料器4，原料被加速旋轉(zhuǎn)進(jìn)入到轉(zhuǎn)鼓5內(nèi)，由于液體和固體存在比重差，固體優(yōu)先快速沉降在轉(zhuǎn)鼓5內(nèi)壁，在通過(guò)螺旋從出渣口12連續(xù)排出轉(zhuǎn)鼓5，液體則從轉(zhuǎn)鼓5另一端均勻分布的從出液口13流出轉(zhuǎn)鼓，以此達(dá)到離心機(jī)分離固體和液體的目的。分離結(jié)束后，降低離心機(jī)轉(zhuǎn)速，將剩余殘?jiān)懦鲛D(zhuǎn)鼓5；同時(shí)，清洗液通過(guò)進(jìn)料管1進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓5內(nèi)部將原分離液置換出來(lái)。如圖2.1所示。1.進(jìn)料管2.機(jī)座3.機(jī)殼4.螺旋輸料器5.轉(zhuǎn)鼓6.軸承座7.差速器8.帶輪9.副電機(jī)10.主電機(jī)11.減振器12.出渣口13.出液口圖2.1臥式螺旋離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2.1.2離心機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)臥式螺旋離心機(jī)需要實(shí)現(xiàn)混合的原液分離出固體和液體，采用差速器通過(guò)螺旋輸料器來(lái)實(shí)現(xiàn)固液分離所需要的離心力。主電機(jī)可以通過(guò)帶傳動(dòng)并使皮帶高速往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)并從而使轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，副電機(jī)可以通過(guò)帶傳動(dòng)并使皮帶高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)螺旋輸料器高速往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。螺旋輸料器與轉(zhuǎn)鼓之間轉(zhuǎn)動(dòng)差和速度差，提供原液分離需要的離心力。如圖2.2所示。1.左軸承2.轉(zhuǎn)鼓3.螺旋4.螺旋軸5.右軸承6.差速器7.副電機(jī)8.主電機(jī)圖2.2臥式螺旋離心機(jī)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)圖2.2離心機(jī)主要結(jié)構(gòu)部件2.2.1轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)鼓是離心機(jī)及其重要的部件。離心機(jī)的類(lèi)型可以按其轉(zhuǎn)鼓的形狀分為圓柱形、圓錐形、柱-錐形和雙錐形等類(lèi)型［17］，而在本設(shè)計(jì)所采用的是柱-錐形轉(zhuǎn)鼓。如下圖2.31.小端蓋；2.轉(zhuǎn)鼓筒體；3.環(huán)狀凸緣；4.大端蓋；5.液位調(diào)節(jié)裝置；6.筋條圖2.3轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)鼓的部件主要有這六個(gè)部件組成：小端蓋、大端蓋、環(huán)狀凸緣、轉(zhuǎn)鼓筒體、液位調(diào)節(jié)裝置［18］；轉(zhuǎn)鼓的形狀最開(kāi)始是為錐形，隨著工業(yè)的發(fā)展到后面才出現(xiàn)了柱-錐形。柱-錐形轉(zhuǎn)鼓的優(yōu)點(diǎn)是大大增加了液池的容量，從而大大提高使用澄清的效果。但是有的離心機(jī)仍然主要采用的是圓錐形轉(zhuǎn)鼓，因?yàn)樗粌H適用于在進(jìn)行脫水的過(guò)程同時(shí)還根據(jù)需要粒子密度及其大小將脫水物料進(jìn)行分類(lèi)的各種情況。轉(zhuǎn)鼓簡(jiǎn)體在圓錐形部分的轉(zhuǎn)鼓與筒壁發(fā)生摩擦?xí)r的磨損比較大。為了有效率地減少整個(gè)轉(zhuǎn)鼓的高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的磨損，在其內(nèi)表面沿整個(gè)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面母線及其平行線的方向分別均勻塞焊若干條筋條，這不僅可以使其能有效率地在整個(gè)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表層形成由整個(gè)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部沉渣與鋼板塊連接構(gòu)成的密實(shí)的保護(hù)層的，防止沉渣在整個(gè)轉(zhuǎn)鼓圓周內(nèi)表面的上高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生打滑。2.2.2螺旋輸送器螺旋輸送器是臥式螺旋沉降離心機(jī)的主要部件，它能不間斷地輸送沉渣至排渣口外。它的傳動(dòng)機(jī)體的結(jié)構(gòu)、材料和性能參數(shù)不僅直接影響著離心機(jī)的生產(chǎn)能力和使用壽命，而且還直接影響著我離心機(jī)的傳動(dòng)工作效果的穩(wěn)定性和好壞［20］。為了能夠方便輸送沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)殼體表面的物料，螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓必定是同心的裝在軸承上，螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓以相同的方向旋轉(zhuǎn)，但它們之間存在一定轉(zhuǎn)速差（一般轉(zhuǎn)速差為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.2～3%）。1.左軸頸；2.螺旋葉片；3.內(nèi)筒；4.加料隔倉(cāng)；5.加速錐；6.右軸頸螺旋圖2.4柱錐形螺旋卸料器輸送器部件的結(jié)構(gòu)：螺旋輸送器一般由螺旋葉片、內(nèi)筒、加料隔倉(cāng)、左右軸頸組成如上圖2.4所示：螺旋葉片上的結(jié)構(gòu)材料一般與轉(zhuǎn)鼓主體材料相同。螺旋葉片表面受到嚴(yán)重磨損后，通常都會(huì)使螺旋葉片輸渣的能力逐漸降低，沉渣濕含量的變化含量逐漸增大。特別重要指的也就是在應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行分離各類(lèi)物料過(guò)程對(duì)其中的各種類(lèi)型固體物質(zhì)粒子的耐磨蝕性很大時(shí)，所以我們特別要求螺旋葉片材料應(yīng)必須具有高的硬度和具有較高的抗耐磨性:1.大型材料螺旋材料葉片表面堆疊材料硬質(zhì)材料；2.表面噴涂耐磨層；3.可定期更換的耐磨扇形片。2.2.3差速器差速器是最復(fù)雜而又極為重要的零部件，其設(shè)計(jì)性能和產(chǎn)品質(zhì)量往往直接決定著整個(gè)差速機(jī)器的正常工作穩(wěn)定能力和速度可靠性。它主要是由一個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速通過(guò)一個(gè)空心軸加速帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，讓一個(gè)螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間有一定的轉(zhuǎn)速差，這個(gè)轉(zhuǎn)速差一般為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.2～3%，稱(chēng)為差轉(zhuǎn)速［21］。欲設(shè)計(jì)出一個(gè)體積小、重量輕、效率高的差速器，就必須正確合理地選擇差速傳動(dòng)的類(lèi)型，。漸開(kāi)線行星齒輪差速器傳動(dòng)在現(xiàn)離心機(jī)中應(yīng)用最廣泛。因此，本設(shè)計(jì)中選用的是2K-H漸開(kāi)線行星輪差速器。如下圖2.5所示：1.螺旋輸送器；2.轉(zhuǎn)鼓；H1.第一級(jí)轉(zhuǎn)臂；H2.第二級(jí)轉(zhuǎn)臂；a1.第一級(jí)太陽(yáng);a2.第二級(jí)太陽(yáng)輪；b1.第一級(jí)內(nèi)齒圈；b2.第二級(jí)內(nèi)齒圈圖2.52K-H漸開(kāi)線行星輪差速器差速器內(nèi)有兩級(jí)半聯(lián)的2K-H行星齒輪傳動(dòng)。兩內(nèi)齒輪b1和b2同差速器外殼整體與轉(zhuǎn)鼓是相連接在一起的，第二級(jí)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)臂H2與螺旋輸料器是相連接在一起的。漸開(kāi)線行星齒輪差速器是多個(gè)分流對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，其充分利用了內(nèi)部齒輪的傳輸空間。并分為多個(gè)傳輸功率。另外，內(nèi)嚙合本身還具有承載能力，而且可以利用內(nèi)部齒輪的空間，使結(jié)構(gòu)更緊湊。因此，該差速器具有承載能力大、體積小、噪聲低、易于維修等優(yōu)點(diǎn)。第三章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件電路本設(shè)計(jì)的硬件部分有控制器，顯示模塊，按鍵模塊，電機(jī)模塊，指示模塊，提示模塊，水位檢測(cè)模塊組成，以控制器為核心，通過(guò)協(xié)調(diào)各模塊之間的工作來(lái)完成整個(gè)工作，按鍵模塊主要是用戶確定和選擇不同的工作模式，指示模塊用來(lái)指示當(dāng)前工作狀態(tài)和工作模式。水位檢測(cè)模塊是用于檢測(cè)離心機(jī)內(nèi)部水位狀態(tài)，配合繼電器控制進(jìn)水出水，在各個(gè)模塊都工作完成后控制器控制電機(jī)進(jìn)行工作3.2最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)，是指單片機(jī)能夠正常工作時(shí)，所需的最少的原件。對(duì)本次采用的51單片機(jī)，最小系統(tǒng)除了單片機(jī)應(yīng)該還有電源電路，晶振電路和復(fù)位電路。3.2.1電源電路電源電路是整個(gè)系統(tǒng)的能源來(lái)源，電源電路方面，國(guó)內(nèi)家用電器一般接通的是220v的交流電，可以通過(guò)變壓器將電壓降低，在通過(guò)全橋整流，將電源變?yōu)?2v的直流電。本次設(shè)計(jì)采用模擬的思路直接接入低電壓，固不設(shè)計(jì)變壓電路直接采用外部USB供電，其電路圖如3-1所示。在該電路中，S7為電源與單片機(jī)電源之間的控制開(kāi)關(guān)，C5為濾波電容，L1為電源指示燈。圖3-1電源電路原理圖3.2.2時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是為單片機(jī)提供脈沖信號(hào)的，單片機(jī)在工作中這是必不可少的，其電路圖如圖3-2所示，其中Y1是晶振，它為單片機(jī)提供工作頻率。晶振與單片機(jī)相連接之后與引腳之間會(huì)形成振蕩電路，晶振會(huì)在其中產(chǎn)生偕波，降低電路的時(shí)鐘振蕩器的穩(wěn)定性。為了減弱諧振帶來(lái)的影響，在時(shí)鐘電路中會(huì)接入兩個(gè)30pf的瓷片電容C3、C4，通過(guò)電容能在高頻電路中充放電的電氣特性來(lái)削減偕波對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響。圖3-2時(shí)鐘電路原理圖3.2.3復(fù)位電路復(fù)位電路的作用：是當(dāng)一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)等程序錯(cuò)誤導(dǎo)致程序不能繼續(xù)進(jìn)行的時(shí)候能夠使系統(tǒng)重新開(kāi)始。單片機(jī)的復(fù)位有手動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位兩種。在此次設(shè)計(jì)中采用手動(dòng)復(fù)位，如圖3-3所示。在電路中S6為復(fù)位按鍵，按下S6的瞬間，電容充電，RST端的電壓與VCC相同，高電平使單片機(jī)復(fù)位。電容充電完成后RST端電壓降低，等待下一次充電。圖3-3復(fù)位電路原理圖3.3模式選擇與顯示3.3.1模式選擇電路本系統(tǒng)采用按鍵進(jìn)行模式選擇，其按鍵電路圖如圖3-4所示。在電路中，單片機(jī)外接入上拉電阻用作判斷信號(hào)，沒(méi)有按下按鍵操作時(shí)，所有的輸入端都是高電平。一旦有鍵按下，則輸入端電壓就會(huì)被拉低，通過(guò)讀入輸入端的電壓狀態(tài)就可得知是否有鍵被按下。按鍵控制電路主要控制離心機(jī)的啟動(dòng)，停止，和功能的選擇。其中S2為菜單鍵、S3為開(kāi)始鍵、S4為停止鍵、S5為菜單選擇鍵，分別與單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相連。用戶第一次按壓菜單鍵時(shí)進(jìn)入模式選擇，多次按壓選擇不同模式。選擇需要的模式，等待模式確定后按壓菜單選擇鍵來(lái)確認(rèn)模式的選擇，確認(rèn)好模式后再按壓開(kāi)始鍵，離心機(jī)開(kāi)始工作。如果想要停止離心機(jī)工作則需要按壓暫停鍵。圖3-4按鍵原理圖3.3.2模式指示電路指示電路有8個(gè)發(fā)光二極管組成，分別指示離心機(jī)的洗滌、漂洗、脫水、結(jié)束、標(biāo)準(zhǔn)、輕洗、快速、調(diào)試，他們分別與單片機(jī)的P0口P1口相連接。本次設(shè)計(jì)采用共陽(yáng)極接法。沒(méi)有指示輸出時(shí)，控制led燈的端口輸出高電平，反則輸出低電平。其電路如圖3-5所示。圖3-5指示電路原理圖3.3.3時(shí)間顯示電路時(shí)間顯示電路由單片機(jī)通過(guò)三極管等控制數(shù)碼管組成，時(shí)間顯示電路是用來(lái)顯示當(dāng)前工序所剩余工作時(shí)間的，數(shù)碼管是一種基于多根發(fā)光二極管按照一定排列組成的發(fā)光器件。根據(jù)顯示數(shù)字的數(shù)量分成一位、兩位、多位顯示數(shù)碼管。按發(fā)光單元數(shù)量數(shù)碼管分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示發(fā)光二極管單元。數(shù)碼管根據(jù)結(jié)構(gòu)分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。反之不亮。共陰數(shù)碼管就是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。與共陽(yáng)相反，高電平點(diǎn)亮，低電平熄滅。本設(shè)計(jì)使用的是二位八段共陽(yáng)的數(shù)碼管顯示器來(lái)顯示剩余工作時(shí)間。電路原理圖如圖3-6所示：電路采用的是動(dòng)態(tài)掃描的方式，公共端口由單片機(jī)P0端口控制，分別接引腳P06和P07來(lái)控制第一位和第二位的顯示，字形碼端接入單片機(jī)的P2口，按照從上往下，從右往左的順序接入P20~P27腳。圖3-6數(shù)碼管原理圖3.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用了l298n驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部含有兩個(gè)高電壓，低電流雙全橋式，4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)或一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)。利用外部電壓給使能端口提供電壓，在通過(guò)單片機(jī)來(lái)給驅(qū)動(dòng)芯片信號(hào)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速達(dá)到控制電機(jī)的目的。其L298n的真值表如表3-7所示：只有使能端口有高電平時(shí)才能驅(qū)動(dòng)電機(jī)，單片機(jī)通過(guò)給兩個(gè)IN口不同的電平達(dá)到控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的目的。表3-7L28N真值表ENAIN1IN2 運(yùn)行狀態(tài)0XX停止110正轉(zhuǎn)101反轉(zhuǎn)111停止100停止其電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖3-7所示。其中在輸出端口OUT1，OUT2之間接入電容過(guò)濾電機(jī)中電感原件產(chǎn)生的電壓。在驅(qū)動(dòng)芯片旁加入一個(gè)開(kāi)關(guān)模擬離心機(jī)門(mén)的開(kāi)合。單片機(jī)端口P30給出低電平信號(hào)，當(dāng)離心機(jī)打開(kāi)時(shí)使能端接入P30，此時(shí)使能端沒(méi)有電壓，電機(jī)停止工作，重新閉合時(shí)才繼續(xù)工作。圖3-7電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖3.5蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)洗衣工作結(jié)束后，本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器響鈴提醒用戶工作結(jié)束的形式，蜂鳴器工作需要一個(gè)高電平才能驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)輸出電壓達(dá)不到，需要通過(guò)三極管來(lái)放大信號(hào)才能達(dá)到想要的電壓。由單片機(jī)連接一個(gè)電阻，接上三極管Q1，在蜂鳴器一端接入電壓源VCC，一端接入三極管，單片機(jī)給出低電壓，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器開(kāi)始工作。

結(jié)語(yǔ)本論文主要是在實(shí)驗(yàn)室已有成果上對(duì)智能臺(tái)式離心機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括電控系統(tǒng)的硬件、軟件等方面的研究與設(shè)計(jì)。提出了智能臺(tái)式離心機(jī)電機(jī)控制方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)。論文的主要工作有：在智能臺(tái)式電控系統(tǒng)的硬件中，將硬件分為主控板，直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，人機(jī)交互界面以及電源系統(tǒng)。然后，按功能分別介紹各個(gè)電路的硬件電路設(shè)計(jì)，包括：直流無(wú)刷電機(jī)控制電路，艙門(mén)檢測(cè)與轉(zhuǎn)子識(shí)別電路，溫度控制檢測(cè)與控制電路，存儲(chǔ)與通信接口電路，人機(jī)交互界面，電源系統(tǒng)，離心機(jī)轉(zhuǎn)子故障檢測(cè)電路。主控板采用目前主流的STM32F103VET6微處理器作為微控制器，然后，控板上主要設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)子識(shí)別電路，轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、溫度控制電路以及通信接口電路等，這些電路都是在實(shí)驗(yàn)室之前的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行改進(jìn)及優(yōu)化，使其控制更加穩(wěn)定和合理。

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