科技創(chuàng)新6-第03大組電機(jī)測(cè)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

摘要：本文主要介紹了對(duì)基于單片機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，紅外轉(zhuǎn)速測(cè)量和控制的設(shè)計(jì)報(bào)告。該系統(tǒng)能完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制及測(cè)試,并通過與單片機(jī)的閉環(huán)控制完成子系統(tǒng)與主系統(tǒng)的通信。報(bào)告詳細(xì)闡述了電機(jī)子系統(tǒng)的軟件，硬件設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)方法和調(diào)試過程，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題和測(cè)量誤差等進(jìn)行了分析和說明，并提出了解決辦法。：ThisreportmainlyintroducestheMotorControlandMeasureSystembasedonSoCThewholesystemconsistsoftwopartsasthemotorcontrolpartandthemeasurepart.Thewholesystemrealizestherotationratesettingandmeasurement.Thisreportstatesthedesignideasandtheworkingprincipleinbothhardwareandsoftware.FeedbackControl,InfraredSpeedMeasurement, 編寫說 名詞定 縮略 課題任務(wù)規(guī)定的設(shè)計(jì)要 實(shí)際完成功能與技術(shù)指 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與分 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和總體結(jié) 系統(tǒng)功 硬件總體結(jié) 邏輯變換電 電路目 輸入信號(hào)定 輸出信號(hào)定 輸入輸出關(guān) 電路實(shí) 光耦電 電路目 輸入與輸 工作原 電阻取值估 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 電路目 接口定 控制原 元 實(shí)現(xiàn)方 紅外測(cè)速電 功能描 接口定 設(shè)計(jì)指 元 實(shí)現(xiàn)方 軟件總體結(jié)構(gòu)和功 重要的全局變 功能描 調(diào)用函數(shù)說 程序設(shè)計(jì)框 功能描 輸入輸出項(xiàng)描 調(diào)用函數(shù)說 程序設(shè)計(jì)框 算 功能描 調(diào)用函數(shù)說 程序設(shè)計(jì)框 算 功能描 調(diào)用函數(shù)說 測(cè)試項(xiàng) 測(cè)試方 電機(jī)子系統(tǒng)功能檢測(cè) 電機(jī)子系統(tǒng)測(cè)控性能測(cè) ....................................................................................................... 硬件開 軟件開 附錄A系統(tǒng)操作說明 系統(tǒng)功能介紹 系統(tǒng)性能指 轉(zhuǎn)速控制指標(biāo) 轉(zhuǎn)速檢測(cè)指標(biāo) 動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 系統(tǒng)按鍵及接線示意圖 系統(tǒng)操作與顯 附錄B實(shí)驗(yàn)心得體 附錄C程序................................................................................................4A電機(jī)驅(qū)動(dòng)：利用H轉(zhuǎn)速，以起到電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定以及系統(tǒng)閉環(huán)控制的作用。通過系統(tǒng)主系統(tǒng)控制，利用波控制△ω/ω目標(biāo)轉(zhuǎn)速變化范圍：Ω5，60]目標(biāo)轉(zhuǎn)速變化步進(jìn)：△Ω1目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差：（Ω’-Ω）/Ωt系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值的跳動(dòng)范圍半寬：△Ω’≤1波單片機(jī)目標(biāo)速度和電機(jī)停止/運(yùn)行控制信號(hào)。若電機(jī)系統(tǒng)處于“模式”時(shí)，由終端發(fā)出控 整輸出波的占空比，從而控制后級(jí)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。單片機(jī)還將用戶輸入的控制信號(hào)輸出鍵盤：模式10顯示：電機(jī)工作時(shí)可以時(shí)刻控制電機(jī)使其處在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)模式，按鍵可以使其在二者之間3.1系統(tǒng)總體可分為四個(gè)子電路：（1）邏輯變換電路（2）光耦電路（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路（4）EN(enable)：電機(jī)驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)。當(dāng)EN=1EN=0DIR(direction)：電機(jī)轉(zhuǎn)向控制信號(hào)。當(dāng)DIR=1時(shí)，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)DIR=0時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針C1，C2：控制電機(jī)轉(zhuǎn)速（C1與C2互不相同）C3，C4：控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向（C3C4互不相同）C1=EN C2=EN· C3=DIRC4=得到了邏輯表達(dá)式，那么電路的實(shí)現(xiàn)就相當(dāng)容易，可由簡單的邏輯實(shí)現(xiàn)該電路的功能。此處非門采用TI74HC14，與門采用其CD4073B?？紤]到DIR信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力不足，故在后級(jí)光耦部分的C4輸入端加入上拉電阻，阻值為1k歐姆，電壓為5V，使DIR引腳順利驅(qū)動(dòng)非門3.2光耦電前后級(jí)之間的工作電壓分別是5V和12V，產(chǎn)生危害，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致的損毀。故而在邏輯變換電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路之間加入一個(gè)保護(hù)電路，實(shí) 保護(hù)，這就是采用光 電的目的。后級(jí)之間產(chǎn)生較大的干擾。光電耦合器對(duì)地電位差干擾有很強(qiáng)得抑制能力，而且有很強(qiáng)的抑制電磁干擾能力，用光耦來前后不通電壓下的電路可以有效地減小電壓的不 要求輸出D1，D2C1輸入高電平時(shí)，光耦導(dǎo)通，帶動(dòng)三極管導(dǎo)通，故集電極輸出D1與接地的發(fā)射極均為低電平。同理，D3，D4信號(hào)作為后級(jí)PNP型管的輸入信號(hào)，故管的基極電平為高電平時(shí)PNP型管工作，因而輸入C3，C4為高電平時(shí)，要求輸出D3，D4為低電平。因而采取極管集電極上拉電阻的方式。此時(shí)C34N25datasheet可以查到輸入端二極管電壓與流入電流的關(guān)系圖。C1D1的光耦舉例說明在輸入端，現(xiàn)讓光耦工 性區(qū)域，取I

5mA，IcI

，此時(shí)對(duì)應(yīng)的二極管分壓Vf1.1V5V

(5

780在輸出端為了讓三極管的集電極電流全部由上拉電阻產(chǎn)生，使集電極電流Ic遠(yuǎn)大 基極的輸入電流。故R65mA2.4k綜上所述，光 3.4該模塊根據(jù)設(shè)定的波以及相關(guān)的控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)按照指定的速度和方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)與前級(jí)光耦的接口：四個(gè)信號(hào)依次接在相應(yīng)的管的基極，以起到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的和基電極(C)。一般R1取5kΩ，R2取150Ω?？衫霉艹洚?dāng)開關(guān)的作用。圖 管內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)3.4.3況。當(dāng)Q1、Q2、Q3、Q4的輸出信號(hào)不同時(shí)，會(huì)在管兩端形成不同的電壓，從而使四個(gè)管處于不同的通斷狀態(tài)。有一點(diǎn)需要注意，要保證管兩端的電壓差能夠足夠大已形成對(duì)電機(jī)D1R1410k。我們?cè)谥暗倪壿嬰娐纺K中通過加上拉電阻直流電機(jī)控制子電路中電機(jī)能夠根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整自己的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，電機(jī)上裝有的扇葉通過一對(duì)紅外發(fā)射和接收管，利用一個(gè)的擋光扇葉接于電動(dòng)機(jī)上，檢測(cè)發(fā)射接收管之間ENEN=1波比較并調(diào)整4.1AVRPC0~PC345ms中斷服務(wù)程序（0）中判斷按使用數(shù)組各按鍵連續(xù)三次5ms中斷的按鍵狀態(tài)，僅當(dāng)數(shù)組表明三次按鍵狀態(tài)為放開、放開、按鍵狀態(tài)數(shù)組表明YN按鍵狀態(tài)數(shù)組表明YN 輸出變量 使用ATmega16單片機(jī)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器1快速模式功能，可通過設(shè)置計(jì)數(shù)器比較值， 模式時(shí)序圖 分頻的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行累加，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的比較值COM時(shí)，PD5輸出端高低電轉(zhuǎn)。計(jì)數(shù)器繼累加至設(shè)定的上限值TOP時(shí)，PD5輸出端電平再次反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期的輸出。由此可知，通過設(shè)定TOP值可確定 波頻率，在(0,TOP)范圍內(nèi)設(shè)定COM值即可卻定輸出

100NNYY//較大，轉(zhuǎn)換速率很快，可能出現(xiàn)電機(jī)瞬時(shí)停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，故設(shè)置一緩沖下限值，使波占空比大考慮到AVR單片機(jī)計(jì)算能力強(qiáng)勁，同時(shí)保證測(cè)量準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)中將定時(shí)器中斷2周期設(shè)為0.1ms0.1ms中斷內(nèi)，查詢PD6端口輸入電平，即光電脈沖序列反饋信號(hào)，引入類似按鍵的防抖機(jī)制，在PD6端口電平變化時(shí)對(duì)扇葉計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加，扇葉計(jì)數(shù)器值為扇過光電管次數(shù)的兩倍。100ms，作為光電脈沖技術(shù)單位時(shí)間。當(dāng)100ms溢出時(shí)，獲取扇葉計(jì)數(shù)器值，計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)速率，YN4.525ms100ms100msNY4.60扇葉計(jì)數(shù)單位時(shí)間為Tl，扇葉計(jì)數(shù)器值Cl，為 過次數(shù)的兩倍，擋光扇葉葉數(shù)為Vl，知電機(jī)轉(zhuǎn)速v

(tooth/s)

(rs由實(shí)驗(yàn)中個(gè)參數(shù)取值，單機(jī)轉(zhuǎn)速v5C(tooths5Cl(rs 5ms07段碼，顯示在01時(shí)，后兩位顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速。 斷開直流電機(jī)與電機(jī)子系統(tǒng)的連接，從信號(hào)發(fā)生源輸入設(shè)定頻點(diǎn)信號(hào)至模塊測(cè)試點(diǎn)（AVR-5r/s（最低轉(zhuǎn)速）、60r/s（最高轉(zhuǎn)速）、其他設(shè)定轉(zhuǎn)速（[5,60]r/s），待電機(jī)模塊提示速度穩(wěn)定時(shí)，觀察數(shù)碼管顯示的當(dāng)前轉(zhuǎn)速值，記錄5r/s（最低轉(zhuǎn)速），60r/s（最高轉(zhuǎn)速），5.1輸入頻率折合轉(zhuǎn)速55相對(duì)誤差000目標(biāo)轉(zhuǎn)速5501111示波器最大值示波器最小值示波器顯示均值298轉(zhuǎn)速折合值5均值相對(duì)誤差044最高轉(zhuǎn)速5最低轉(zhuǎn)速結(jié)論： AVRStudioVishayefunken,4N25OptocouplerwithPhototransistorOutput,JanST,COMPLEMENTARYSILICONPOWERDARLINGTONTRANSISTORS,MarATMEL，8-bitAVRMicrocontrollerwith16KBytesIn-SystemProgrbleFlash,A目標(biāo)轉(zhuǎn)速變化范圍：Ω5，60]r/s；步進(jìn)：△Ω1目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差：（Ω’-Ω）/Ω△ω/ωt系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值的浮動(dòng)范圍：△Ω19.130轉(zhuǎn)/秒；1：切換工作模式；2：工作模式0下，切換目標(biāo)轉(zhuǎn)速增減設(shè)置；1下，開啟電機(jī)；3：工作模式0下，目標(biāo)轉(zhuǎn)速±10r/s；1下，關(guān)閉電機(jī)；4：工作模式0下，目標(biāo)轉(zhuǎn)速±1r/s；1下，切換電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向；3，40下，顯示目標(biāo)轉(zhuǎn)速；1下，顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速。B4A2A3A要復(fù)習(xí)中，這種精神將伴在我們身邊，幫助我們克服生活和學(xué)習(xí)上的各個(gè)難關(guān)?。?！C#ifndefMOTOR_H#define 常量定 #define #definePray #defineDIR #defineENABLE#define #defineV_leaf#defineMaxSpeed#defineMinSpeed#defineMaxMode2#defineCrystal#defineBaud1200//AVRapplicationbuilder:2010-04-06//Target://Crystal:#include<avr/io.h>#include<avr/interrupt.h> 變量定 unsignedchar//用戶輸入模式unsignedintmode;intfactor_usr;unsignedintvolatiledir_usr;unsignedintvolatilespeed_usr;unsignedintvolatilespeed_usr_fan;unsignedshortvolatilet_motor;unsignedint unsignedcharvolatile unsignedintvolatilespeed_avr;unsignedintvolatilespeed_avr_fan;unsignedcharunsignedchar//100ms軟件定時(shí)器計(jì)數(shù)unsignedcharclock100ms;100msunsignedcharvolatileunsignedcharunsignedcharunsignedcharvolatile 函數(shù)定 返回值：7D7~0PGFEDCBAunsignedcharNUMTOSEG7(unsignedchar{unsignedcharAA;switch(DATA){case0:AA=0xc0;break;//‘’case1:AA=0xf9;break;//‘’case2:AA=0xa4;break;//‘’case3:AA=0xb0;break;//‘’case4:AA=0x99;break;//‘’case5:AA=0x92;break;//‘’case6:AA=0x82;break;//‘’case7:AA=0xf8;break;//‘’case8:AA=0x80;break;//‘’case9:AA=0x90;break;//‘’case10:AA=0x88;break;//‘A’case11:AA=0x83;break;//‘B’case12:AA=0xc6;break;//‘C’case13:AA=0xa1;break;//‘D’case14:AA=0x86;break;//‘E’case15:AA=0x8e;break;//caseAA=0xdf;breakcase'_':AA=0xf7;breakcase'':AA=0xff;break;//消隱default:}}voiddisy_led(unsignedcharseg,unsignedchar{unsignedchar//先將selPORTA&= //PA7=0;for{if((sel&0x80)==0)//最送U2SERPORTA&= //PORTA|= //PORTA&= PORTA| //PA6=1srclk=1sel //sel}//再將seghc595for(i=0;i<8;i++){if((seg&0x80)==0)//最送U2SERPORTA&= PORTA|= PORTA&= PORTA| //PA6=1srclk=1seg //seg}PORTA|= //PA7=1;PORTA& //PA7=0;rclk=0}void {if(speed_avr_fan>speed_usr_fan)if(speed_avr_fan-speed_usr_fan>100)t_motor=(t_motor>0x1380?t_motor-60:t_motor);elseif(speed_avr_fan-speed_usr_fan>20)t_motor=(t_motor>0x1380?t_motor-30:

t_motor=(t_motor>0x0080?t_motor-1:if(speed_usr_fan-speed_avr_fan>20)if(speed_usr_fan>300)t_motor=(t_motor<0xFF80?t_motor+50:t_motor=(t_motor<0xFF80?t_motor+30:elseif(speed_usr_fan>t_motor=(t_motor<0xFF80?t_motor+1:OCR1A=}ISR(TIMER0_OVF_vect)//定時(shí)器5ms{TCNT0=0x64;//reloadcounter1if{clock100ms_flag1;.1秒到時(shí)，溢出標(biāo)志置clock100ms=0;speed_avr_fan= t*5;speed_avr= t*5/V_leaf;t=}***（）時(shí)，相應(yīng)的指示燈亮for(inti=0;i<4;{key[4+i]=key[8+i];if((PINC&(1<<(4+i)))==0)key[8+i]=}

key[8+i]=if((key[0]!=key[4])&&(key[4]=={key[0]=if(key[0]=={mode=(mode+1>=MaxMode?0:mode+1);{case PORTD|=(1<<ENABLE);en置位factor_usr=1;}}}if((key[1]!=key[5])&&(key[5]=={key[1]=if(key[1]=={{casecase

factor_usr=-factor_usr;PORTD|=(1<<ENABLE);EN}}}if((key[2]!=key[6])&&(key[6]=={key[2]=if(key[2]=={{casecase

speed_usr+=if(speed_usr<MinSpeed||speed_usr>MaxSpeed)speed_usr-=10*factor_usr;speed_usr_fan=speed_usr*V_leaf;PORTD&=~(1<<ENABLE);//EN}}}if((key[3]!=key[7])&&(key[7]=={key[3]=if(key[3]=={{casecase

speed_usr+=if(speed_usr<MinSpeed||speed_usr>MaxSpeed)speed_usr-=factor_usr;speed_usr_fan=speed_usr*V_leaf;dir_usr=!dir_usr;if(dir_usr==0)PORTD|=}}}

PORTD&=led顯示按鍵狀態(tài)led1=key[0];led2=key[1];led3=key[2];led4=key[3];ms間隔對(duì)一個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，ms一個(gè)if(++digi_scaner>=5)digi_scaner=1;output_sel=led1*16+led2*32+led3*64+led4*128;//四個(gè)發(fā)光管送高四位switch(digi_scaner){case1:output_sel+=output_8seg=NUMTOSEG7(digi[0]);case2:output_sel+=output_8seg=NUMTOSEG7(digi[1]);case3:output_sel+=output_8seg=NUMTOSEG7(digi[2]);case4:output_sel+=output_8seg=NUMTOSEG7(digi[3]);}disy_led(output_8seg,output_sel);//串轉(zhuǎn)并輸}{}{TCNT2=tseq[1]= tseq[2]=(PIND&(1<<Pray));if tseq[0] tseq[1] tseq[1] {tseq[0]= }}void{PORTA=DDRA=0xE0PA口PA7、PA6、PA5為輸出PORTB=0x00;DDRB=PORTC0xF0PC口PC7、PC6、PC5、PC4接上拉電阻DDRC=0x01;//PC口PORTD=DDRD=~((1<<Pray)|(1<<IFEN));PORTD=(1<<DIR);UCSRB= UCSRA UCSRC= //0000 UCSRB=0xD8; }//TIMER0initialize-//WGM://desiredvalue://actualvalue:200.321Hz(0.2%)voidtimer0_init(void){TCCR0=0x00;//stopTCNT0=0x64;//setcountTCCR0=0x04;//start}//TIMER1initialize-//Fast//actualfrequence:128Hzvoidtimer1_init(void){TCCR1A=0x00;//stopTCCR1B=0x00;TCNT1=0x0000;//setOCR1A=0x4E20;//setcompare ICR1=