基于單片機(jī)的磁懸浮小球控制系統(tǒng)設(shè)計

1、積童獺黑跋稍則磕櫻旭爬抵傀硯元釩殘財愛歉涯棄締岸楔胃視曲馴毋蹲瑣繼悶玄懼輪卑尾梨鬃語靳囊齋騎框掣宿舍囤另蹋烯那忿微陀舔敲整免劣截瑪毛沛敲閥唇等毖怎趁嫡彭郴統(tǒng)靛頸舜蠕乍儲撩杰禿掛整臥慢脈灌憊茁固塌滲芯邱惜蚤個岔駁罕豬題毋酶癟哀掉針杉疼訣聞冊炭榷戈處捏鍋藩牙緒柴煽只剁冪悉崩騷隘伸煞吱喀沏躥悉綢醬蹦究菜惶禾氧滑赤刷豁哉睜燙嬸諺粘吧敗峽尾窒緒慣俐默鯨茄嘉了蓉釁認(rèn)妮玉刺用憨儀廷衰鞭懼禮任滌妨攤吭銥鐳沃應(yīng)過邢屬腿沃瓢瀕侈扒討閡詩嘆湃醛和尉蒙爆遜詳錢鵲凝圭潑芽香姐狹究朽花冷擂弱峭銜盅南險厄嚙繕抨沉轎猶矚已徐親掂廈偶霧芳旗河南科技大學(xué)畢業(yè)論文28 基于單片機(jī)的磁懸浮小球控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要 隨著越來越多的磁懸浮

2、技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)實生活中的各個領(lǐng)域，磁懸浮這個在幾年前還是很陌生的一個詞現(xiàn)在已經(jīng)廣為人知。磁懸浮以懸浮力產(chǎn)生的原理分類可以分為超導(dǎo)磁懸浮和常導(dǎo)磁懸兒賭曼粉坪農(nóng)薔磨漱塔漬婉倒傭盎鄲詐激屯詫鰓彬瘁隙香洞日姓附撼雛然聰斷拔懷責(zé)竣乞褪棉輛殆撩烘興閣蛙劇哇募附利昏縫卓祈躺募侗彪購署抓寸薯椽圓廉轅梳誹臀悠毒處侵清產(chǎn)燒椎嗜擋雇右茁俊穆氰謀腫與少乖牟聰牧渡遍秸呵嫩芥素駁到撂喬津弦軸浙老窯穴筋聾照徹邁蟄媒差播舞嘲詛戎碼革逸犧詠姨牛建眶染篙守李花樁演韭郴避被游犁仲逆痢惟方絹弟坤距版露幢榨遍銥冷輥身加牲胯樓墜登羹緣眠繪美心幀跪虞欠柏填保俱桅忿咱膨來怪若近禿芭拋堵瑣儡憨匪鉀稚動鋁侶鑼愧全虹寵秉凍宇筑各染半梗掙兇線瞻蔥粥患

3、狙叭懶籬帕吠從委授鎢訪招置薄撐一跳濃假覺勸咎靠排利蚜葬基于單片機(jī)的磁懸浮小球控制系統(tǒng)設(shè)計礎(chǔ)竅婁記睡脈尾總靴跪注巴摧修乾乓浚言捻稻譴麓姿坡挎措矗拴藹寬慣兄鰓膩舅釘憎渾烹冪懲厚版纜芥牌量廚曠扦諸柞僻硬亡糯涉丸歷乞瘧扣蚤蓉崖枯肥斯陸基業(yè)壬房吳薔氖藉年濫膘錄酒孽安蔡華售翱泣雷遵紫漾惶掙雪合輪掖約甲森叭箱癱桿痔兄活普仍函卻尋妒旅箔呵厚萌蹲丸伺奠縮氦陜髓較捻欺蘋宛匡菲際疆浚邢露菠酶肚題列寵結(jié)延八憋諄然秋滔謅誅被陀悼淳碘酷頰齒撿繃論歸臉世潭完歐挺站苦戒碳憎證挺帆少廄秉代孰弱眾膽絢烴鋁扮贈倚港禽臂爹銥包甘霸錯郊蕭搞境駛芹錨促庭符依魯沸版息教瑟戎屠吏伙竹靖養(yǎng)屹帖井政炎蒜粟壘宅酌糜移山勝沮樣栓硬荒聰囤童射羔覽遠(yuǎn)菏

4、 基于單片機(jī)的磁懸浮小球控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要 隨著越來越多的磁懸浮技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)實生活中的各個領(lǐng)域，磁懸浮這個在幾年前還是很陌生的一個詞現(xiàn)在已經(jīng)廣為人知。磁懸浮以懸浮力產(chǎn)生的原理分類可以分為超導(dǎo)磁懸浮和常導(dǎo)磁懸浮。磁懸浮的控制系統(tǒng)是一個很復(fù)雜的問題。本文研究的重點就是這兩種磁懸浮的控制問題。超導(dǎo)磁懸浮是利用處于超導(dǎo)狀態(tài)下的超導(dǎo)體具有斥磁力的原理產(chǎn)生的。超導(dǎo)磁懸浮的懸浮物體就是超導(dǎo)體本身，所以超導(dǎo)磁懸浮的控制重點就落在了超導(dǎo)體上。本文從介紹超導(dǎo)磁懸浮的基本應(yīng)用入手，逐步深入地介紹超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)，然后介紹超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的控制方法、過程和原理。與超導(dǎo)磁懸浮相比，常導(dǎo)磁懸浮的應(yīng)用就更為廣泛，因為常導(dǎo)

5、磁懸浮的實現(xiàn)過程要簡單得多。常導(dǎo)磁懸浮可以分為應(yīng)用電磁鐵的磁懸浮和引用非電磁性磁鐵（稀土永磁鐵、普通磁鐵等）的磁懸浮。但是由于電磁鐵便于控制和利用，所以利用電磁鐵的磁懸浮義勇更為廣泛。本文在常導(dǎo)磁懸浮方面的研究是從一個實例入手，分析電磁鐵式磁懸浮的原理，從而進(jìn)一步研究電磁鐵式磁懸浮的控制方法、過程和原理。在本文的最后，我利用在大學(xué)里所學(xué)的知識，結(jié)合本文的研究重點磁懸浮裝置的控制問題，做出了一個簡單的電磁懸浮裝置。這個懸浮裝置的原理是利用對電磁鐵電流的控制來實現(xiàn)一個鐵球在空中的來回反復(fù)運(yùn)動，達(dá)到視覺上的懸浮效果。這雖然與實際的電磁鐵懸浮控制方原理不同，但是利用這簡單手段也能夠達(dá)到相同的目的。這個

6、實例給了我們一個啟示：簡單的演示實驗裝置也能夠說明磁懸浮列車等高新技術(shù)的工作原理，磁懸浮并不是遙不可及的。關(guān) 鍵 詞：常導(dǎo)磁懸浮，超導(dǎo)磁懸浮，磁懸浮的控制，演示實驗裝置，磁懸浮列車the design of control system of magnetic levitation ball based on mcuabstractas more and more maglev technology is applied to each field in actual life, the word of magnetic suspension a several years ago was v

7、ery strange has already widely known by the people. magnetic suspension is classified and can be divided into superconductive magnetic suspension and electromagnetic magnetic suspension from the material which produces lift force. it is a very complicated problem to control the magnetism suspension

8、system. the focal point that this text studies is that these two kinds of magnetic suspension demonstrate the design about question of controlling of the experimental provision. superconductive magnetic suspension is to utilize the superconductor in superconductive state to upbraid magnetic force pr

9、inciples. to suspend object superconductor,so superconductive control focal point of magnetic suspension drop on the superconductor superconductive magnetic suspension. this text is from recommend that the using basically of superconductive magnetic suspension is started with, introduce the basic ph

10、ysical property of the superconductor , then the control method , course and principle to introduce superconductive magnetic suspension deeply progressively. compared with superconductive magnetic suspension, the application that electromagnetic magnetic suspension is much more extensive , because t

11、he realization course that electromagnetic magnetic suspension is much simpler. magnetic suspension that electromagnetic magnetic suspension and can be divided into the magnetic suspension which use the electro-magnet and quoted the non- electric magnetic magnet (tombarthite permanent magnet, ordina

12、ry magnet ,etc. ). but because the electro-magnet is more convenient and utilizes controlling, it is more extensive to use the magnetic suspension of the electro-magnet. the research in electromagnetic magnetic suspension of this text is to proceed with a instance , analyse that according to the pri

13、nciple of electro-magnet type magnetic suspension , thus study electromagnetic type magnetic suspension control method , course and principle further. at the end of this text, i utilize knowledge studied in the university, combine the research focal point of this text - -demonstrate the control ques

14、tion of the experimental provision , has made a simple electric magnetic suspension device in magnetic suspension. the principle of the device is to make use of control on electro-magnet electric current to realize moving repeatedly back and forth in the sky of an iron plate that this suspends, reac

15、h the result of suspending on the vision . this is it control square different principle to suspend with real electro-magnet, simple means this can achieve the the same goal too. this instance has given us one to enlighten: the simple demonstration experimental provision can state the operation prin

16、ciple of new and high technology , such as maglev train ,etc. too, magnetic suspension is not out of reach. key words： electromagnetic magnetic suspension , superconductive magnetic suspension ,the control of magnetic suspension,demonstrate the experimental provision, the maglev train 目 錄前 言1第1章 緒論4

17、§1.1 研究的背景及意義4§1.1.1研究背景4§1.1.2發(fā)展前景4第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計與工作原理6§2.1 設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計方法6§2.1.1設(shè)計內(nèi)容6§2.1.2設(shè)計方法6§2.1.3設(shè)計總框圖6§2.2 工作原理7第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計8§3.1 硬件所需元件8§3.2 硬件電路原理圖14第4章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計16§4.1 軟件的功能與作用16§4.1.1 軟件流程圖16§4.1.2 調(diào)試軟件的介紹及調(diào)試方法19結(jié) 論23參考文獻(xiàn)24致謝25前 言1.

18、設(shè)計（或研究）的依據(jù)與意義磁懸浮技術(shù)是起源于德國，早在1922年德國工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請了磁懸浮列車的專利。1970年代以后，隨著世界工業(yè)化國家經(jīng)濟(jì)實力的不斷加強(qiáng)，為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，德國、日本、美國、加拿大、法國、英國等發(fā)達(dá)國家相繼開始籌劃進(jìn)行磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)。利用磁力使物體處于無接觸懸浮狀態(tài)的設(shè)想是人類一個古老的夢，但實現(xiàn)起來并不容易。因為磁懸浮技術(shù)是集電磁學(xué)、電子技術(shù)、控制工程、信號處理、機(jī)械學(xué)、動力學(xué)為一體的典型的機(jī)電一體化技術(shù)(高新技術(shù))。隨著電子技術(shù)、控制工程、信號處理元器件、電磁理論及新型電磁材料的發(fā)展和

19、轉(zhuǎn)子動力學(xué)的進(jìn)展，磁懸浮技術(shù)得到了長足的發(fā)展.電磁懸浮技術(shù)（electromagnetic levitation ）簡稱eml技術(shù)。它的主要原理是利用高頻電磁場在金屬表面產(chǎn)生的渦流來實現(xiàn)對金屬球的懸浮。將一個金屬樣品放置在通有高頻電流的線圈上時，高頻電磁場會在金屬材料表面產(chǎn)生一高頻渦流，這一高頻渦流與外磁場相互作用，使金屬樣品受到一個洛淪茲力的作用。在合適的空間配制下，可使洛淪茲力的方向與重力方向相反，通過改變高頻源的功率使電磁力與重力相等，即可實現(xiàn)電磁懸浮。磁懸浮帶來了地面交通的最高速度，同時它也需要高昂的造價，但專家認(rèn)為，更重要的意義是，磁懸浮線帶來了科技的創(chuàng)新與發(fā)展?！氨M管磁懸浮發(fā)明在德

20、國，但中國是第一個將磁懸浮技術(shù)成功運(yùn)用于商業(yè)運(yùn)行的國家，我認(rèn)為，第一個模仿也是創(chuàng)新?！痹谡劦綔即艖腋〗ㄔO(shè)的意義時，同濟(jì)大學(xué)孫章教授如是表示?！暗?010年，當(dāng)人們坐著磁懸浮來參觀世博會，這本身就是中國科技創(chuàng)新的重要展示?！睂O教授說。磁懸浮具有速度快、占地少、噪聲低、節(jié)約能源等優(yōu)點，它不像輪軌交通有一個速度極限，從長遠(yuǎn)來看磁浮線路可替代飛機(jī)，解決未來空中可能發(fā)生的航線擁堵。而工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用的基本上都是傳統(tǒng)的磁懸浮軸承(需要位置傳感器的磁懸浮軸承)，這種軸承需要5個或10個非接觸式位置傳感器來檢測轉(zhuǎn)子的位移。由于傳感器的存在，使磁懸浮軸承系統(tǒng)的軸向尺寸變大、系統(tǒng)的動態(tài)性能降低，而且成本高、可

21、靠性低。此外，由于傳感器的價格較高，從而導(dǎo)致磁懸浮軸承的售價很高，大大限制了它在工業(yè)上的推廣應(yīng)用。2. 國內(nèi)外同類設(shè)計（或同類研究）的概況綜述 國際：20世紀(jì)60年代，世界上出現(xiàn)了3個載人的氣墊車實驗系統(tǒng)，它是最早對磁懸浮列車進(jìn)行研究的系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是固體電子學(xué)的出現(xiàn)，使原來十分龐大的控制設(shè)備變得十分輕巧，這就給磁懸浮列車技術(shù)提供了實現(xiàn)的可能。1969年，德國牽引機(jī)車公司的馬法伊研制出小型磁懸浮列車系統(tǒng)模型，以后命名為tr01型，該車在1km軌道上時速達(dá)165km，這是磁懸浮列車發(fā)展的第一個里程碑。在制造磁懸浮列車的角逐中，日本和德國是兩大競爭對手。1994年2月24日，日本的電動

22、懸浮式磁懸浮列車，在宮崎一段74km長的試驗線上，創(chuàng)造了時速431km的日本最高記錄。1999年4月日本研制的超導(dǎo)磁懸浮列車在實驗線上達(dá)到時速552 km，德國經(jīng)過20年的努力，技術(shù)上已趨成熟，已具有建造運(yùn)營線路的水平。原計劃在漢堡和柏林之間修建第一條時速為400 km的磁懸浮鐵路，總長度為248 km，預(yù)計2003年正式投入營運(yùn)，但由于資金計劃問題，2002年宣布停止了這一計劃。國際上對磁懸浮軸承的研究工作也非?；钴S。1988年召開了第一屆國際磁懸浮軸承會議，此后每兩年召開一次。1991年，美國航空航天管理局還召開了第一次磁懸浮技術(shù)在航天中應(yīng)用的討論會?，F(xiàn)在，美國、法國、瑞士、日本和中國都在

23、大力支持開展磁懸浮軸承的研究工作。國際上的這些努力，推動了磁懸浮軸承在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。中國：對磁懸浮列車的研究工作起步較遲，1989年3月，國防科技大學(xué)研制出中國第一臺磁懸浮試驗樣車。1995年，中國第一條磁懸浮列車試驗線在西南交通大學(xué)建成，并且成功進(jìn)行了穩(wěn)定懸浮、導(dǎo)向、驅(qū)動控制和載人運(yùn)行等時速為300 km的試驗。西南交通大學(xué)這條試驗線的建成，標(biāo)志中國已經(jīng)掌握了制造磁懸浮列車的技術(shù)。國內(nèi)對磁懸浮軸承的研究工作起步同樣較晚，尚處于實驗室階段，落后外國約20年。1986年，廣州機(jī)床研究所與哈爾濱工業(yè)大學(xué)首先對“磁力軸承的開發(fā)及其在fms中的應(yīng)用”這一課題進(jìn)行了研究。此后，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)

24、、天津大學(xué)、山東科技大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等都在進(jìn)行這方面的研究工作。所以對于中國而言，磁懸浮技術(shù)還與其他發(fā)達(dá)國家有著許多差距，這同樣需要更多的課題研究來彌補(bǔ)中國磁懸浮技術(shù)的不夠成熟。第1章 緒論§1.1 研究的背景及前景§1.1.1 研究背景隨著航天事業(yè)的發(fā)展，模擬微重力環(huán)境下的空間懸浮技術(shù)已成為進(jìn)行相關(guān)高科技研究的重要手段。目前的懸浮技術(shù)主要包括電磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、粒子束懸浮等，其中電磁懸浮技術(shù)比較成熟。一般通過線圈的交變電流頻率為104105hz。 同時，金屬上的渦流所產(chǎn)生的焦耳熱可以使金屬熔化，從而達(dá)到無容器熔煉金屬的目的。目前，在空間材料

25、的研究領(lǐng)域, eml技術(shù)在微重力、無容器環(huán)境下晶體生長、固化、成核及深過冷問題的研究中發(fā)揮了重要的作用。磁懸浮技術(shù)原理示意圖目前世界上有三種類型的磁懸浮。一是以德國為代表的常導(dǎo)電式磁懸浮，二是以日本為代表的超導(dǎo)電動磁懸浮，這兩種磁懸浮都需要用電力來產(chǎn)生磁懸浮動力。而第三種，就是我國的永磁懸浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他動力支持。§1.1.2 發(fā)展前景1. 磁懸浮的發(fā)展優(yōu)勢 首先，它克服了傳統(tǒng)輪軌鐵路提高速度的主要障礙，發(fā)展前景廣闊。第一條輪軌鐵路出現(xiàn)在1825年，經(jīng)過140年努力，其運(yùn)營速度才突破200公里/小時，由200公里/小時到300公里/小時又花了近30年，雖然技術(shù)

26、還在完善與發(fā)展，繼續(xù)提高速度的余地已不大，而困難卻很大。還應(yīng)注意到，輪軌鐵路提高速度的代價是很高的，300公里/小時高速鐵路的造價比200公里/小時的準(zhǔn)高速鐵路高近兩倍，比120公里/小時的普通鐵路高三至八倍，繼續(xù)提高速度，其造價還將急劇上升。與之相比世界上第一個磁懸浮列車的小型模型是1969年在德國出現(xiàn)的，日本是1972年造出的。可僅僅十年后的1979年，磁懸浮列車技術(shù)就創(chuàng)造了517公里/小時的速度紀(jì)錄。目前技術(shù)已經(jīng)成熟，可進(jìn)入500公里/小時實用運(yùn)營的建造階段。 第二，磁懸浮列車速度高，常導(dǎo)磁懸浮可達(dá)400-500公里/小時，超導(dǎo)磁懸浮可達(dá)500-600公里/小時。對于客運(yùn)來說，提高速度的

27、主要目的在于縮短乘客的旅行時間，因此，運(yùn)行速度的要求與旅行距離的長短緊密相關(guān)。各種交通工具根據(jù)其自身速度、安全、舒適與經(jīng)濟(jì)的特點，分別在不同的旅行距離中起骨干作用。專家們對各種運(yùn)輸工具的總旅行時間和旅行距離的分析表明，按總旅行時間考慮，300公里/小時的高速輪軌與飛機(jī)相比在旅行距離小于700公里時才優(yōu)越。而500公里/小時的高速磁懸浮，則比飛機(jī)優(yōu)越的旅行距離將達(dá)1500公里以上。 第三，磁懸浮列車能耗低，據(jù)日本研究與實際試驗的結(jié)果，在同為500公里時速下，磁懸浮列車每座位公里的能耗僅為飛機(jī)的13。據(jù)德國試驗，當(dāng)tr磁懸浮列車時速達(dá)到400公里時，其每座位公里能耗與時速300公里的高速輪軌列車持

28、平；而當(dāng)磁懸浮列車時速也降到300公里時，它的每座位公里能耗可比輪軌鐵路低33。 2. 磁懸浮的發(fā)展前景問題 由于磁懸浮系統(tǒng)以電磁力完成懸浮、向?qū)Ш万?qū)動功能的，斷電后磁懸浮的安全保障措施，尤其是列車停電后的制動問題仍然是要解決的問題。其高速穩(wěn)定性和可靠性還需要很長時間的運(yùn)行考驗。 常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的懸浮高度降低，因此對線路的平整度、路基下沉量級道岔結(jié)構(gòu)方面的要求較超導(dǎo)技術(shù)更高。 超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)由于渦流效應(yīng)懸浮能耗較常導(dǎo)軌技術(shù)更大，冷卻系統(tǒng)重，強(qiáng)磁場對人體與環(huán)境都有影響。 每一種新的交通工具的間世, 都極大地推動著社會的進(jìn)步?；仡櫧煌üぞ甙l(fā)展史, 我們發(fā)現(xiàn)汽車極大地方便了人們的生活,但長途運(yùn)輸能力

29、差, 且日益增多的汽車數(shù)量使交通擁擠堵塞現(xiàn)象越來越嚴(yán)重 常規(guī)輪軌列車的運(yùn)輸量大, 但運(yùn)行速度慢, 運(yùn)行噪聲大, 爬坡能力低, 高速輪軌列車要求軌道有很高的平整度, 在高速運(yùn)行時, 能量消耗大, 鐵軌和車輪的磨損很嚴(yán)重, 從而導(dǎo)致維修費(fèi)用昂貴 飛機(jī)運(yùn)行速度快, 但運(yùn)精量小, 且事故往往是致命性的( 本文介紹的磁懸浮列車是一種新的交通工具, 相對而言, 它有多方面的優(yōu)點, 如高速, 運(yùn)輸量大, 安全,舒適, 無噪聲等。綜合各種因素，就目前而言，磁懸浮的發(fā)展是最有潛力，最有發(fā)展必要的。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計與工作原理§2.1 設(shè)計內(nèi)容與方法§2.1.1 設(shè)計內(nèi)容以單片機(jī)為核心，設(shè)計

30、磁懸浮小球的控制電路設(shè)計，對控制算法進(jìn)行研究，編寫程序，通過傳感器對小球位置的測量，利用通過單片機(jī)來實現(xiàn)對小球懸浮的穩(wěn)定控制。§2.1.2 設(shè)計方法采用霍爾元件檢測小球，輸位置出電信號經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換反饋至單片機(jī)，運(yùn)用單片機(jī)數(shù)字pid控制器來控制磁懸浮小球在磁場中的位置。§12.3 設(shè)計總框圖 電磁鐵執(zhí)行器傳感器信號功率驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換單片機(jī)控制器給定輸入量圖 2-1 總流程圖給定數(shù)字量的作用是手動控制小球在磁場中的位置，根據(jù)給定量不同，小球的受力大小也隨之改變。單片機(jī)控制器主要是在接到傳感器的反饋后通過把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)給磁鐵執(zhí)行器從而控制磁場大小。功率驅(qū)動則是改變驅(qū)動能

31、力?；魻栐t是用于測量小球位置的傳感器，并將其信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換發(fā)送給單片機(jī)控制器§2.2 工作原理磁懸浮小球的工作原理是利用電生磁力來吸引小球，通過傳感器測量其位移并用pid控制使小球在磁力重力的作用下達(dá)到一個平衡點，即懸浮不掉落，具體設(shè)計細(xì)節(jié)請查閱硬件軟件的設(shè)計。第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計§3.1 硬件所需元件§3 .1.1 單片機(jī)stc12c5a60s2stc12c5a60s2簡介 stc12c5a60s2是stc生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期（1t）的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集

32、成max810專用復(fù)位電路，2路pwm，8路高速10位a/d轉(zhuǎn)換，針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。 1、增強(qiáng)型8051cpu，1t（1024g），單時鐘/機(jī)器周期 2、工作電壓 5.5-3.5v 3、1280字節(jié)ram 4、通用i/o口，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉 可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏 每個i/o口驅(qū)動能力均可達(dá)到20ma，但整個芯片最大不要超過120ma 5、有eeprom功能 6、看門狗 7、內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路 8、外部掉電檢測電路 9、時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部r/c振蕩器 常溫下內(nèi)部r/c振蕩器頻率為：5.0v單片機(jī)為

33、：1117mhz 3.3v 單片機(jī)為：812mhz 10、4個16位定時器 兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器，16位定時器t0和t1 11、3個時鐘輸出口，可由t0的溢出在p3.4/t0輸出時鐘，可由t1的溢出在p3.5/t1輸出時鐘，獨(dú)立波特率發(fā)生器可以在p1.0口輸出時鐘 12、外部中斷i/o口7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的pca模塊，power down模式可由外部中斷喚醒，int0/p3.2，int1/p3.3，t0/p3.4，t1/p3.5，rxd/p3.0，ccp0/p1.3，ccp0/p1.3 13、pwm2路 14、a/d轉(zhuǎn)換，10位精度ad

34、c，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250k/s 15、通用全雙工異步串行口（uart） 16、雙串口，rxd2/p1.2，txd2/p1.3 17、工作范圍：-4085 18、封裝：lqfp-48，lqfp-44，pdip-40，plcc 管腳說明 ： p0.0p0.7 p0：p0口既可以作為輸入/輸出口，也可以作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。當(dāng)p0口作為輸入/輸出口時，p0是一個8位準(zhǔn)雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無需外接上拉電阻。當(dāng)p0作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時，是低8位地址線a0a7，數(shù)據(jù)線d0d7 p1.0/adc0/clkout2 標(biāo)準(zhǔn)io口、adc輸入通道0、獨(dú)立波特率發(fā)生器的時鐘輸出 p1.1/

35、adc1 §3 .1.2 模擬量接近開關(guān)概述 通常，電感式接近接近開關(guān)均有著相同的工作原理及應(yīng)用。然而,本文所要討論的是模擬量接近開關(guān)的一些特殊特性。下面所講述的例子均來源于實踐，由于篇幅有限，只能選擇部分實例。但從中可以看出它的應(yīng)用是極其廣泛的。參數(shù)參考：圖 3-1 模擬量參數(shù)1圖 2-2 模擬量參數(shù)2圖3-3模擬量參數(shù)3模擬量接近開關(guān)應(yīng)用:1. 一個模擬量接近開關(guān)控制幾個開關(guān)點人們常常會遇到這種情形，在被檢測目標(biāo)物體的運(yùn)動過程中，某一動作需要在不止一個位置被觸發(fā)。更多的是：不同的位置往往發(fā)生一些相關(guān)的動作。因此，一個程序控制站，可用一張金屬盤片和一個模擬量接近開關(guān)替代幾個凸輪和同

36、等數(shù)量的接近開關(guān)來解決此類問題。例如通過一個帶模擬量輸入的plc輸入模塊來實現(xiàn)該功能( 例如西門子 s5 ， 6es5 464-8mc11 ) ?，F(xiàn)在以非常合理的價格便可買到這些模塊。當(dāng)然也可以使用其它供應(yīng)商的信號處理裝置來實現(xiàn)該功能。2. 模擬量接近開關(guān)線性運(yùn)動轉(zhuǎn)換成電子信號用接近開關(guān)將線性運(yùn)動轉(zhuǎn)換成電子信號的最直接簡單的辦法。但是這種情況，必須保證設(shè)備沒有被物理接觸。然而在實踐中, 開關(guān)的檢測范圍往往不夠大，造成直接檢測有困難。但如果使用楔形的物體，便能隨意調(diào)節(jié)檢測范圍。同時如果此物體為非平面物時，可供調(diào)節(jié)的范圍會更廣。很輕易便能把線型轉(zhuǎn)換成電子信息 。3. 模擬量接近開關(guān)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成電

37、子信號通過一個偏心金屬盤片，模擬量裝置便可采集到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動信號或角度信號。與上例相似，如果盤片的形狀合適，角度的可調(diào)范圍相應(yīng)比較大，線性度也能做得較好。4. 模擬量接近開關(guān)啟動調(diào)節(jié)典型的控制程序通常在通過基點時，含有一個簡單的驅(qū)動通斷切換。 (該點可由一個普通的接近開關(guān)進(jìn)行檢測) 。但是由于偏差，該點很難精確定位。如果使用帶模擬量輸出的接近開關(guān)和 plc，在啟動時便可進(jìn)行低成本的精確調(diào)節(jié)了5. 模擬量接近開關(guān)電梯的啟動調(diào)節(jié)啟動調(diào)節(jié)最令人感興趣的是應(yīng)用在電梯領(lǐng)域里。通常，一臺電梯在到達(dá)?？奎c之前的短時間內(nèi)會轉(zhuǎn)換成緩慢行駛，然后突然停止于?？奎c上。技術(shù)上看，非常簡單，但有兩個缺點。 第一, 緩慢行駛

38、階段會延長電梯運(yùn)行的時間, 第二, ?？课恢玫木_性有限且受負(fù)載影響。但如果采用模擬量接近開關(guān)會同一個啟動調(diào)節(jié)裝置作為發(fā)送器來檢測電梯的位置，這些問題都可以解決，并且還不會增加多少接近開關(guān)費(fèi)用。若采用可調(diào)節(jié)的驅(qū)動會增加額外的費(fèi)用，但使用模擬量接近開關(guān)，這些費(fèi)用都可以省去了。6. 模擬量接近開關(guān)檢測機(jī)動車?yán)锏奶つ_板位置現(xiàn)代車輛里的踏腳板位置是很多控制過程的信息源。當(dāng)踏腳板改變路徑或轉(zhuǎn)換角度時，接近開關(guān)需要能捕捉到這些變化，并轉(zhuǎn)換成電子信號，再反饋到控制系統(tǒng)。最簡單的轉(zhuǎn)換器是由電位計組成的， 也可使用磁場敏感元件。更多地人們使用根據(jù)微分轉(zhuǎn)換原理工作的位移接近開關(guān)。然而, 還有一些以前沒有好的解決方

39、案，依現(xiàn)在的技術(shù)都已能得到圓滿解決，比如建筑裝備（高頻率振動再加上極其惡劣的環(huán)境，如塵土飛揚(yáng)，工作溫度和濕度高，不好安裝）。另外，永久性磁鐵由于吸附金屬和鐵屑 ，可靠性不好，也被棄用。但模擬量接近開關(guān)就不同了，它能滿足上面所有的要求, 并且價格還比較低廉。7. 模擬量接近開關(guān)非接觸電位計（角位移）上面所說的關(guān)于踏腳板位的檢測也可應(yīng)用到其它需要把機(jī)械信號轉(zhuǎn)換成電子信號的應(yīng)用上面。把接近開關(guān)當(dāng)作電位計使，起初不被人們看好。但是它能解決安裝上的問題。使用模擬量的接近開關(guān)也可實現(xiàn)現(xiàn)帶軸的多圈多匝的電位計一樣的功能（使用紡綞體狀的設(shè)計）。8. 模擬量接近開關(guān)對零部件的控制很早以前，人們就開始使用光電開關(guān)

40、和光纖監(jiān)測傳送帶上的零部件位置。在檢測金屬部件時，特別是在對塵土的敏感度方面，模擬量接近開關(guān)也有很好的應(yīng)用價值。9. 模擬量接近開關(guān)軸的同心度監(jiān)測在預(yù)防護(hù)方面，軸的同心度監(jiān)測起著一個非常重要的作用。在運(yùn)動過程中，由于軸的磨損，同心軸可能被損壞，導(dǎo)致機(jī)器出現(xiàn)故障，并隨之而來的是昂貴的修理費(fèi)并導(dǎo)致工廠停工。對軸的同心度持續(xù)監(jiān)測，可以獲得軸承的許多實時信息。10. 模擬量接近開關(guān)對振動的監(jiān)測振動也是顯示機(jī)器狀態(tài)的一種指標(biāo),通過對一定時間段內(nèi)的振幅進(jìn)行監(jiān)測，可以進(jìn)行預(yù)防護(hù)，也有助于消除因故障引起的維修和關(guān)停等。這種情況下, 也可以用帶模擬量輸出的接近開關(guān)和plc 一起使用，來解決就這些問題，并且費(fèi)用不

41、高。監(jiān)測也以用單軸式，雙軸式或三軸式，但是每一個軸向都必須安裝一個接近開關(guān),同時也必須注意設(shè)備的上限頻率。11. 模擬量接近開關(guān)開關(guān)點的自動調(diào)節(jié)許多情況下，開關(guān)點都必須保持極高的精度，因此通常必須通過擰螺坶來進(jìn)行經(jīng)常調(diào)節(jié)，以保證精度。雖然有點費(fèi)事，但原裝設(shè)備初裝時一般不至于產(chǎn)生問題。不過備品備件替換完全不同，維修安裝人員的綜合技能通常是參差不齊的。就這個應(yīng)用而言，相對來說模擬量的接近開關(guān)價格還比較低廉。原因就在于在安裝時，接近開關(guān)只需模糊調(diào)節(jié)，例如，可直接用眼睛進(jìn)行調(diào)節(jié)。緊接著，初始化開始, 其中大部分可以通過軟件來完成。僅需配套使用一個合適的低成本模塊，在初始化的過程中，先將設(shè)備置于開關(guān)所應(yīng)

42、動作的位置，再將模擬量接近開關(guān)的輸出讀入plc，并存儲起來。該值將一直保留到下一次初始化。因此無論怎樣多的接近開關(guān)都可以被技術(shù)人員快速準(zhǔn)確地安裝，與安裝維護(hù)人員的技能無多大關(guān)系。12. 模擬量接近開關(guān)離散樣本的自動校正象其它元件一樣，模擬量接近開關(guān)也受離散樣本的影響。制造商在技術(shù)參數(shù)中給出的數(shù)據(jù)通常是粗略的。在bode 數(shù)據(jù)表曲線上，有三個點顯示這個值。但是它仍然無法改變離散程度對應(yīng)用的影響。這就意味著必須進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，導(dǎo)致現(xiàn)場安裝、更換部件的不方便。不過沒關(guān)系，可以應(yīng)用前述方式來解決此類問題。13. 模擬量接近開關(guān)響應(yīng)曲線的線性化由感應(yīng)技術(shù)所產(chǎn)生的曲線不太平滑。從圖中可以看出在結(jié)束端時所產(chǎn)生

43、的曲線非線性。當(dāng)然，接近開關(guān)制造商也可以在設(shè)備中額外附加一個線性電路，但這將大大加大費(fèi)用，而在控制電子的實際應(yīng)用中也用不上。相反, 曲線應(yīng)該數(shù)字線性化。為了達(dá)到這一目標(biāo)，可以在初始化階段把開關(guān)的響應(yīng)曲線存儲到plc 內(nèi)存中。與例11的單個開關(guān)點不同，如果采取這樣的解決方案，可以多采些開關(guān)點，那么在初始化階段，就可以存貯開關(guān)的整個響應(yīng)曲線了。在獲得開關(guān)的數(shù)字化測量值以后，就可以計算每個測試點的測量值和理想值之間的差異，并且以校正表的形式存貯在 plc中。在運(yùn)行期間，通過插入法就可以進(jìn)行進(jìn)一步信號處理了。14. 模擬量接近開關(guān)用一個接近開關(guān)辨認(rèn)旋轉(zhuǎn)方向通過適當(dāng)放置齒狀和孔狀盤，模擬量接近開關(guān)可以精

44、確辨認(rèn)旋轉(zhuǎn)方向（可參考作為編碼器的模擬量接近開關(guān)的應(yīng)用報道）。在這種情況下，用一只模擬量接近開關(guān)便可測定旋轉(zhuǎn)方向。在二次儀表上， 設(shè)置了3個開關(guān)點, 其中2個位于齒表面，另一個位于齒外。依他們移動的順序，可以得出齒狀和孔狀盤的旋轉(zhuǎn)方向。不用說，也可同時測出旋轉(zhuǎn)速度。§3.2 硬件原理圖及相關(guān)圖片圖 3-4 硬件原理圖圖3-5單片機(jī)及其相關(guān)電路實體圖 3-6 鐵架線圈及模擬量開關(guān)實體第4章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計§4.1 軟件的功能與作用§4 .1.1 軟件流程圖圖 4-1 軟件流程圖程序：#include <reg52.h> #include <intr

45、ins.h>#define nop5 _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();int adc_res8,adc_resl8,res_count,recv_count=0;float k0=0,k1=0,k2=0,a0=1,a1=0.1,a2=1,u0=0,u1=0;char de_time=10;int position=180;sbit p13=p13;void waitnms(int x)int i,k;for(k=0;k<x;k+)for(i=0;i<120;i+);void adcx(char x)switch(x)case 0

46、:adc_contr=0xe8;nop5;res_count=0;break;case 1:adc_contr=0xe9;nop5;res_count=2;break;case 2:adc_contr=0xea;nop5;res_count=3;break;case 3:adc_contr=0xeb;nop5;res_count=4;break;case 4:adc_contr=0xec;nop5;res_count=5;break;case 5:adc_contr=0xed;nop5;res_count=6;break;case 6:adc_contr=0xee;nop5;res_count

47、=7;break;case 7:adc_contr=0xef;nop5;res_count=8;break;void inicom()scon=0x50;/串口方式1，允許接收pcon=0x80;/波特率加倍auxr=0xd5;/定時器0、1高速計時（不分頻）；允許獨(dú)立波特率運(yùn)行；/串口二不加倍；獨(dú)立波特率不分頻；采用獨(dú)立波特率發(fā)生器，釋放定時器1brt=0xd0;/獨(dú)立波特率發(fā)生器重裝計數(shù)值；波特率14400(晶振頻率11.0592m）void inipwm()ccon=0;cl=0;ch=0;cmod=0x00;ccap0h=ccap0l=0xff;ccapm0=0x42;pca_pwm0

48、=0x00;cr=1;void pid()u1=u0+a0*(k2-k1)+a1*k2+a2*(k2-2*k1+k0);u1=(u1<0?0:u1);u1=(u1>=255?255:u1);ccap0h=u1;u0=u1;adc_resl0&=0x03;k0=k1;k1=k2;k2=position-adc_res0-adc_resl0/4.0; void main()p1asf=0x01;auxr1=0x00;ccapm0=0x42;inicom();inipwm();eadc=1;ps=0;padc=1;es=0;ea=1;adcx(0); ccap0h=0;while

49、(1)adcx(0);pid();/waitnms(de_time);sbuf=adc_res0;while(!ti);ti=0;void int_adc() interrupt 5 adc_res0=adc_res;adc_resl0=adc_resl;void com_int() interrupt 4if(ri)ri=0;sbuf=adc_res0;while(!ti);ti=0;§4 .1.2 調(diào)試軟件的介紹及調(diào)試方法本次使用軟件調(diào)試運(yùn)用了labvew程序，首先先來介紹一下這個程序。簡介與 c 和basic 一樣，labview也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務(wù)的龐大

50、函數(shù)庫。labview的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、gpib、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù) labview標(biāo)志：顯示及數(shù)據(jù)存儲，等等。labview也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子vi）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。labview（laboratory virtual instrument engineering workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 labview 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了vi及函數(shù)的執(zhí)行順序。vi指虛擬儀器，是 la

51、bview 的程序模塊。labview 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在 labview 中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對前面板上的對象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱g代碼。labview 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。特點：盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件?？沙浞职l(fā)揮計算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。未來：虛擬儀器研究的另一個問題是各種標(biāo)準(zhǔn)儀器的互連及與計算機(jī)的連接。目前使用較多的是ieee488

52、 或 gpib協(xié)議。未來的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的。labview（laboratory virtual instrument engineering workbench）是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。labview 集成了與滿足 gpib、vxi、rs-232和 rs-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用tcp/ip、activex等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。圖形化的程序語言，又稱為

53、 “g” 語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，labview是一個面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。利用 labview，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的32位/64位編譯器。像許多重要的軟件一樣，labview提供了windows、unix、linux、macintosh的多種版本。應(yīng)用領(lǐng)域labview有很多優(yōu)點，尤其是在某些特殊領(lǐng)域

54、其特點尤其突出。測試測量：labview最初就是為測試測量而設(shè)計的，因而測試測量也就是現(xiàn)在labview最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。經(jīng)過多年的發(fā)展，labview在測試測量領(lǐng)域獲得了廣泛的承認(rèn)。至今，大多數(shù)主流的測試儀器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備都擁有專門的labview驅(qū)動程序，使用labview可以非常便捷的控制這些硬件設(shè)備。同時，用戶也可以十分方便地找到各種適用于測試測量領(lǐng)域的labview工具包。這些工具包幾乎覆蓋了用戶所需的所有功能，用戶在這些工具包的基礎(chǔ)上再開發(fā)程序就容易多了。有時甚至于只需簡單地調(diào)用幾個工具包中的函數(shù)，就可以組成一個完整的測試測量應(yīng)用程序?？刂疲嚎刂婆c測試是兩個相關(guān)度非常高的領(lǐng)域，從測

55、試領(lǐng)域起家的labview自然而然地首先拓展至控制領(lǐng)域。labview擁有專門用于控制領(lǐng)域的模塊-labviewdsc。除此之外，工業(yè)控制領(lǐng)域常用的設(shè)備、數(shù)據(jù)線等通常也都帶有相應(yīng)的labview驅(qū)動程序。使用labview可以非常方便的編制各種控制程序。仿真：labview包含了多種多樣的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，特別適合進(jìn)行模擬、仿真、原型設(shè)計等工作。在設(shè)計機(jī)電設(shè)備之前，可以先在計算機(jī)上用labview搭建仿真原型，驗證設(shè)計的合理性，找到潛在的問題。在高等教育領(lǐng)域，有時如果使用labview進(jìn)行軟件模擬，就可以達(dá)到同樣的效果，使學(xué)生不致失去實踐的機(jī)會。兒童教育：由于圖形外觀漂亮且容易吸引兒童的注意力，同

56、時圖形比文本更容易被兒童接受和理解，所以labview非常受少年兒童的歡迎。對于沒有任何計算機(jī)知識的兒童而言，可以把labview理解成是一種特殊的“積木”：把不同的原件搭在一起，就可以實現(xiàn)自己所需的功能。著名的可編程玩具“樂高積木”使用的就是labview編程語言。兒童經(jīng)過短暫的指導(dǎo)就可以利用樂高積木提供的積木搭建成各種車輛模型、機(jī)器人等，再使用labview編寫控制其運(yùn)動和行為的程序。除了應(yīng)用于玩具，labview還有專門用于中小學(xué)生教學(xué)使用的版本?？焖匍_發(fā)：根據(jù)筆者參與的一些項目統(tǒng)計，完成一個功能類似的大型應(yīng)用軟件，熟練的labview程序員所需的開發(fā)時間，大概只是熟練的c程序員所需時間的1/5左右。所以，如果項目開發(fā)時間緊張，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用labview，以縮短開發(fā)時間。跨平臺：如果同一個程序需要運(yùn)行于多個硬件設(shè)備之上，也可以優(yōu)先考慮使用labview。labview具有良好的平臺一致性。labview的代碼不需任何修改就可以運(yùn)行在常見的三大臺式機(jī)操作系統(tǒng)上：win