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应用8089单片机实现直流伺服电机PWM调速控制120
文章来源:www.amhari.com   发布者:学生毕业作品网站   发布时间:2008-08-25 10:07:32   阅读:3772
目录
第一章 绪论.................................................................... 1
1.1选题背景................................................................... 1
1.2 系统性能及技术要求....................................................... 1
第二章 方案论证............................................................... 2
2.1 调速控制方法及选择....................................................... 2
2.1.1直流伺服电机与普通直流电机以及交流伺服电机的比较....................... 2
2.1.2 选用PWM调速系统控制直流伺服电机....................................... 2
2.2 单片机的选择............................................................. 2
2.3 门控传感器的选择......................................................... 3
第三章 单片机工作原理及简介................................................. 4
3.1 单片机概述................................................................ 4
3.2 MCS-51单片机结构......................................................... 4
3.2.1 MCS-51系列单片机引脚功能.............................................. 5
3.2.2振荡电路和时钟电路..................................................... 8
3.2.3输入/输出口............................................................ 8
3.3 MCS-51定时器与中断系统................................................. 10
第四章 系统硬件电路图设计.................................................. 16
4.1 系统原理框图............................................................ 16
4.2 直流伺服电机的控制...................................................... 16
4.2.1  方波的产生.......................................................... 16
4.2.2  电机转速及运转方向的控制............................................ 16
4.3  红外线传感器............................................................ 17
4.3.1  被动热释红外线探头的工作原理及特性.................................. 17
4.3.2红外线热释电传感器的安装要求.......................................... 17
4.4 温度传感器............................................................... 21
4.4.1 DS18B20的内部结构.................................................... 22
4.4.2 DS18B20温度传感器的存储器............................................ 22
4.4.3 DS1820使用中注意事项................................................. 24
第五章 系统软件设计.......................................................... 26
5.1初始化子程序............................................................. 26
5.2 开关门程序............................................................... 27
5.3 温度检测控制及显示程序.................................................. 30
5.3.1 DS18B20复位初始化子程序:............................................ 31
5.3.2 读出转换后的温度值................................................... 32
5.3.3 写DS18B20的子程序(有具体的时序要求).................................. 33
5.3.4 读DS18B20的程序,从DS18B20中读出两个字节的温度数据.................... 33
5.3.5 温度计算子程序....................................................... 34
5.3.6 双字节除以单字节子程序............................................... 35
5.3.7 转换成非压缩的BCD码.................................................. 36
5.3.8 显示子程序........................................................... 37
设计总结....................................................................... 39
参考文献....................................................................... 40
附录1 主要器件................................................................ 41
附录2 电路原理图............................................................. 42
附录三 程序流程图............................................................ 43
附录四 总程序................................................................. 43
附录五 技术要点和环境实例.................................................. 48
 
第一章 绪论
1.1选题背景
在经济飞速发展的中国,在我们高楼耸立的大都市,在大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼,自动门已经是随处可见。自动门不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处,更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。
自动门在国外早已得到普遍应用,在我国也逐步得到大家的认同,中国已经迎来了自动门发展的黄金时期。
1.2 系统性能及技术要求
工作电压:220V交流电 50HZ
门重:130kg     120kg
电机的选择:直流伺服电机
开门速度:100~~~450mm/秒(可调)
开门后:1~~~~9秒后关门(可调)
功耗:50~~~~100W
传感器选择:红外线感应传感器、温度传感器
环境温度:-20~~~+50ºC
本题目以单片机为核心,通过红外线传感器对门附近物体的检测,自动开门和关门,同时检测环境温度,可自动、手动开启加热装置进行加热。
 
第二章 方案论证

2.1 调速控制方法及选择
伺服电机也称执行电机,它具有一种服从控制信号的要求而动作的只能,在信号来到之前,转子静止不动;信号来到之后,转子立即转动;当信号小时,转子能即使自行停转,由于这种“伺服”性能,因此而得名。
按照在自动控制系统中的功用所要求,伺服电机具备可控性好、稳定性高和速应性强等基本性能。可控制性好是指寻好消失以后,能立即自行停转;稳定性高是指转速随转矩的增加而均匀下家,速应性强是指反应快,灵敏。
2.1.1直流伺服电机与普通直流电机以及交流伺服电机的比较
直流伺服电机的工作原理和普通直流电机相同。只要在其励磁绕组中有电流通过且产生了磁通,当电枢绕组中通过电流时,这个电枢电流与磁通互相作用而产生转矩使伺服电机投入工作。这两个绕组其中的一个断电时,电动机立即停转,它不象交流伺服电动机那样有“自转”现象。所以我们选择直流伺服电动机来进行自动门的拖动。
2.1.2 选用PWM调速系统控制直流伺服电机
与V-M系统相比,PWM调速系统有下列优点:
由于PWM调速系统的开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用可能就足以获得脉冲动很小的直流电流,电枢容易连续,系统的低速运行平稳,调速范围较宽,可达1:10000左右。又由于电流波形比V-M系统好,在相同的平均电流即相同的输出转矩下,电动机的损耗和发热都较小。
同样由于开关频率高,若与快速响应的电机配合,系统可以获得很宽的频带,因此快速响应性能好,动态抗干扰能力强。
由于电力电子器件只工作在开关状态,主电路损耗较小,装置效率比较高。
2.2 单片机的选择
20世纪80年代以来,单片机的发展非常迅速,就通用单片机而言,世界上一些著名的计算机厂家已投入市场的产品就有50多个系列,数百个品种。尽管单片机的品种很多,但是在我国使用的最多的是INTER公司的MCS-51系列单片机,直到现在MCS-51系列单片机仍不失为主流系列。在最近的若干年仍是工业检测控制的主角。
MCS-51系列单片机有3个基本类型:8031、8051、8751。这里选用的是8751单片机。8031内部包括一个8位CPU,128个字节RAM,21个特殊功能寄存器,4个8位并行I/O口,1个全双功串行口,2个16位定时器/计数器,但片内无程序存储器,需要外扩EPROM芯片。
8051在8031基础上,片内又集成有4K ROM,作为程序存储器,是一个程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时,代为用户烧制的,出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051适合用于应用在程序已定的产品中。
8751是在8031的基础上,增加了4K字节的EPROM,它构成了一个程序小于4KB的小系统。用户可以将程序固化在EPROM中,可以反复修改程序。本系统需要通过对程序的修改,来达到电机转速可调,可能需要反复的写入程序,所以选用8751单片机的定时器配合P0口输出来产生PWM调制波,来控制直流伺服电动机。
2.3 门控传感器的选择
微波感应器:
又称微波雷达,对物体的移动进行反应,因而反应速度快,适用于行走速度正常的人员通过的场所,它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动,雷达便不再反应,自动门就会关闭,有可能出现夹人现象。
红外感应器:
对物体的存在进行反应,不管人员是否移动,只要处于感应器的扫描范围内,它都会反应。红外感应器的反应速度比微波感应器慢。本系统首先要求的是安全,所以选用红外线传感器。
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