工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新4a-第12大組電機(jī)測(cè)控子系統(tǒng)小組設(shè)計(jì)報(bào)告

FFF摘要：該報(bào)告介紹了由單片機(jī)控制的可以和主系統(tǒng)進(jìn)行通信的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，是交通大學(xué)科創(chuàng)4A的詳細(xì)記錄和解釋。該系統(tǒng)可以自行控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，并通過通信協(xié)議和上層進(jìn)行通信。 ThereportintroducesAsinglechip putercontrolsystemcancommunicateandtheLordofthemotorspeedcontrolsystem,isthetrafficuniversitykechuang4Adetailedrecordsandexinthesystemcantocontrolmotorspeed,andthroughthecommunicationprotocolandtheupperstratumofthesystemtocommunicatebymotorspeedmeasurementcontrolsubsystemandsingle- putercontrolsubsystemoftwopartsinthispaperthroughthehardwarerealizationandsoftwarecontroltwosidesinthelecturegivenhardwarerealizationcircuit,eachmodulefunctiondetailedexnation,andgiveallthesourcecodedirectcurrentmachine，Hbridgecircuit， 編寫說 縮略 縮略 課題任務(wù)規(guī)定的設(shè)計(jì)要 實(shí)際完成后的功 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)的功 硬件總體結(jié) 邏輯變換電路描 功能描 接口定 邏輯變換..........................................................................................實(shí)現(xiàn)電 光耦隔和模塊描 功能描 接口定 實(shí)現(xiàn)電 驅(qū)動(dòng)電路模塊描 功能描 接口定 達(dá)林頓管介 實(shí)現(xiàn)電 紅外測(cè)速模塊描 功能描 接口定 設(shè)計(jì)要 發(fā)光二級(jí) 實(shí)現(xiàn)電 相關(guān)問題及解決方法探 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 裕度的選 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 算 測(cè)試項(xiàng) 測(cè)試的資 測(cè)試方 電機(jī)子系統(tǒng)單獨(dú)功能檢測(cè) 電機(jī)子系統(tǒng)測(cè)控性能測(cè) 及分 硬件開發(fā)環(huán) 軟件開發(fā)環(huán) 操作方 適用于科創(chuàng)4A，以及對(duì)電機(jī)控制感的人。電機(jī)驅(qū)動(dòng)：利用H波：PulseWidthModulation設(shè)計(jì)小型直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)，可通過人機(jī)接口進(jìn)行轉(zhuǎn)速設(shè)定，利用波控制電機(jī)轉(zhuǎn)ω/ω目標(biāo)轉(zhuǎn)速變化范圍：Ω[5，70]目標(biāo)轉(zhuǎn)速變化步進(jìn)：△Ω1t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單波片機(jī)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速值進(jìn)行比較，并以此調(diào)整輸出波的占空比，經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，根據(jù)單片機(jī)輸出的波與控制信號(hào)，經(jīng)邏輯電路變換，控制對(duì)應(yīng)的達(dá)林頓 左一按鍵切換工作模式，模式0時(shí)，左二實(shí)現(xiàn)目標(biāo)值設(shè)定的步進(jìn)方向，右二根據(jù)步 數(shù)碼管顯示：左一位顯示工作模式，模式0時(shí)右兩位顯示目標(biāo)轉(zhuǎn)速（r/s）；模式1時(shí)，右兩位顯示實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速(r/s)DIR(direction)DIR=1DIR=0時(shí)，電機(jī)逆時(shí)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（C3與C4互不相同C1=EN C3=DIRC4=電壓為5V，使DIR引腳順利驅(qū)動(dòng)非門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)現(xiàn)保護(hù)。由于邏輯控制部分的工作電壓為5V（器件決定），而電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的工作電壓為12V，如果直接通過導(dǎo)線相連，則12V的高電壓將對(duì)5V的低電壓產(chǎn)生危害，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致的損毀。D1，D2信號(hào)作為后級(jí)NPN型達(dá)林頓管的輸入信號(hào)，故達(dá)林頓管的基極電平為低電平時(shí)NPNC1，C2D1，D2為低電平。因而采取三極C1D1同理，D3，D4PNP型達(dá)林頓管的輸入信號(hào)，故達(dá)林頓管的基極電平為高電平PNPC3，C4D3，D4為低電平。因而采取三極管集電極上拉電阻的方式。此時(shí)C3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D3與接12V的發(fā)射極均為高電平。在輸入端，現(xiàn)讓光耦工 性區(qū)域，取If5mA，IcIf，此時(shí)對(duì)應(yīng)的二極管分Vf1.1V5V

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780（實(shí)際取680）R65mA2.4k，（實(shí)際取3k），同時(shí)為了使得達(dá)林頓管的基極電流遠(yuǎn)小于流經(jīng) 和基電極(C)。一般R1取5kΩ，R2取150Ω。可利用達(dá)林頓管充當(dāng)開關(guān)的作用。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖3.4.3所示，按此圖連接電路即即可實(shí)現(xiàn)要求的通斷狀態(tài)及正反轉(zhuǎn)情其中R14為二極管限流電阻，取值10k。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)射接收管之間的EN，當(dāng)電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，使發(fā)射管停止發(fā)射紅外線，從而達(dá)到一定EN便于檢測(cè)檢測(cè)紅外線的接收狀態(tài)，在接收管上方連接一個(gè)上拉電阻R16。當(dāng)阻擋時(shí)，接收管相當(dāng)于阻斷時(shí)電流為5nA。為了使兩種狀態(tài)能夠明確的區(qū)分，上拉電阻取值應(yīng)盡可能大，實(shí)際取值為100kΩ。此時(shí)，集電極電壓的最小值為5-100k*40u=1V，可以使單片機(jī)明確判定高低點(diǎn)平。不過，為了增強(qiáng)接收管的靈敏度，電路利用比較器LM393搭成比較電路并設(shè)置Vref=3V，使得單片機(jī)能夠正確10k50Ω使1/接受二極管有較快的反應(yīng)速度，也保證在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能準(zhǔn)確地輸出結(jié)果。選擇合適的大小和材料。扇形的形狀如圖3-5-2所示。在最開始的調(diào)試中，我們用較薄的形十分之差，因此測(cè)得的數(shù)據(jù)并確。而后我們換用了鋁制易拉罐制作葉片，得到了很24葉片 波占空unsignedchar//用戶輸入模式unsignedintmode;intfactor_usr;unsignedintvolatiledir_usr;unsignedintvolatilespeed_usr;unsignedshortvolatileunsignedint unsignedcharvolatile unsignedintvolatilespeed_avr;unsignedcharunsignedchar//100ms軟件定時(shí)器計(jì)數(shù)unsignedcharclock100ms;unsignedcharvolatileunsignedcharunsignedcharunsignedcharvolatile

ATmega1616位定時(shí)/1快速模式功能，可通過設(shè)置計(jì)數(shù)器比較值，于PD5端口產(chǎn)生占空比可控的波。在快速模式下，可對(duì)8MHz時(shí)鐘進(jìn)行預(yù)分頻，實(shí)驗(yàn)中預(yù)分頻系數(shù)設(shè)為1。計(jì)數(shù)器根據(jù)經(jīng)預(yù)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值即可卻定輸出波占空比。

NNYY?。?），制成開環(huán)控制表。需要說明的是：首先，為了提高控制精度，系統(tǒng)在作目標(biāo)與實(shí)測(cè)值的比較時(shí)，以齒/秒而非轉(zhuǎn)/4換時(shí)，其步進(jìn)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，使波占空比大步進(jìn)降低至該值后，改用小步進(jìn)調(diào)整，防止電機(jī)停轉(zhuǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)。最后，為了提高系統(tǒng)的 電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際值=電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量值±轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差 電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量值=電機(jī)轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值±轉(zhuǎn)速的裕度又∵ 電機(jī)控制相對(duì)誤差=|（實(shí)際值-目標(biāo)值）/目標(biāo)值| 裕度·（控制相對(duì)誤差-測(cè)量相對(duì)誤差≤（目標(biāo)值·（5-1）%）min5*4*4%=0.8際測(cè)值的差值小于6齒/秒時(shí)，占空不不再改變。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0.1ms。在0.1ms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)器值為扇葉掃過光電管次數(shù)的兩100ms，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，判斷判斷PD6端口電YN定時(shí)器NY扇葉計(jì)數(shù)單位時(shí)間為Tl，扇葉計(jì)數(shù)器值Cl，為扇葉掃過次數(shù)的兩倍，擋光扇葉葉數(shù)為Vl知電機(jī)轉(zhuǎn)速vCl(toothsCl(rs 由上文可知，實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)的閾值為±0.6齒/1/4，所以L1~U1范圍內(nèi)浮動(dòng)，轉(zhuǎn)速的顯示值都能維持在N+2轉(zhuǎn)/秒不動(dòng)，使得顯數(shù)顯示穩(wěn)定。但是，當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速（齒/秒）42，即浮動(dòng)的范圍可能跨及兩個(gè)顯示轉(zhuǎn)速時(shí)，顯示的示數(shù)就速-1齒/秒，即將浮動(dòng)范圍整體左移一個(gè)單位，這樣就可避免邊界抖動(dòng)的問題（程序中，只是改變實(shí)將目標(biāo)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/秒）和換算后的實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/秒），通過7段譯碼程序直接顯示在數(shù)碼管上。–>–>大于平衡位置”為完成一次振蕩，當(dāng)連續(xù)完成5次震蕩后，將系統(tǒng)視為已穩(wěn)定。同時(shí)，為了簡(jiǎn)化程序，可將系統(tǒng)穩(wěn)定于閾值內(nèi)的–>小于等于平衡位置–>大于等于平衡位置”。程序中，編寫狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)以上算法，如圖4.7所示。另外，當(dāng)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速偏離預(yù)定指4.7用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)輸出振蕩檢測(cè) +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)（5r/s（最低轉(zhuǎn)速）、70r/s（最高轉(zhuǎn)速）、其他設(shè)定轉(zhuǎn)速（[5,70]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）70r/s（最高轉(zhuǎn)速），AVRStudio按鍵1：切換工作模式工作模式1下，開啟電機(jī)；工作模式1下，關(guān)閉電機(jī)；按鍵4：工作模式0下，目標(biāo)轉(zhuǎn)速±1r/s；學(xué)，也許一個(gè)器件的不足就讓我們的實(shí)驗(yàn)擱置，但是，每當(dāng)我們需要和器件時(shí)，我們總可以合理地分配了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完成了實(shí)驗(yàn)，在此還有同組的，沒有哪個(gè)人的努力，這個(gè)實(shí)驗(yàn)都無達(dá)林頓管datasheet文NationalSemiconductorLM741OperationalAmplifierNovNationalSemiconductorLM324LowPowerQualOperationalAmplifiersMayNationalSemiconductorMM74HC123ADualRetriggerableMonostableMultivibratorJanEverlightPD3335mmSiliconPINPhotodiodeJulyVishayefunken4N25OptocouplerwithPhototransistorOutputJanATMEL8BITMICROCONTROLLERWITH8KBYTESIN-SYSTEMPROGRBLEFLASHAT89S52， #ifndefMOTOR_H#define 常量定 62346#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;unsignedintvolatileunsignedintvolatilespeed_usr;unsignedintvolatilespeed_usr_fan;unsignedshortvolatilet_motor;unsignedintvolatile unsignedcharvolatile unsignedintvolatilespeed_avr;unsignedintvolatilespeed_avr_fan;unsignedcharunsignedchar//100ms軟件定時(shí)器計(jì)數(shù)unsignedcharclock100ms;unsignedcharvolatileunsignedcharunsignedcharunsignedcharvolatile 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;//case12:AA=0xc6;break;//case13:AA=0xa1;break;//‘D’case14:AA=0x86;break;//‘E’case15:AA=0x8e;break;//‘F’case:AA=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=1，sel //sel}for(i=0;i<8;i++){if((seg&0x80)==0)//最送U2SERPORTA&= PORTA|= PORTA&= PORTA| //PA6=1srclk=1，seg //seg}PORTA|= //PA7=1;PORTA& //PA7=0rclk=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;//reloadcounterif{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<<ENABLEen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//ENif((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);ENif((key[3]!=key[7])&&(key[7]=={key[3]=if(key[3]=={{case casespeed_usr+=factor_usr;if(speed_usr<MinSpeed||speed_usr>MaxSpeed)speed_usr-=speed_usr_fan=speed_usr*V_leaf;break;dir_usr=!dir_usr;if(dir_usr==0)PORTD|=}}}

PORTD&=led1=key[0];led2=key[1];led3=key[2];led4=key[3];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]=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;//st