基于電機節(jié)能改造的變頻調速系統(tǒng)的設計

基于電機節(jié)能改造的變頻調速系統(tǒng)的設計摘要目前變頻調速技術已經(jīng)深入人們日常生活的各個角落，而變頻調速系統(tǒng)的基本控制方法分為V/F、直觀向量控制技術(VC)、直接轉矩控制(DTC)等。V/F系統(tǒng)，大多使用于對價格較低、穩(wěn)定性要求較低的場所；而矢量控制系統(tǒng)的推出，則開始了變頻器系統(tǒng)在新型場所中的應用。而近年來，由于零點五導體技術的進展和數(shù)字控制系統(tǒng)的應用，矢量控制系統(tǒng)的應用范圍開始由新型場所延伸至通用控制和專業(yè)傳動場所，乃至變頻中央空調、冰柜、洗滌機等家電。交流傳動也已在工業(yè)機器人、自動印刷裝置、生產工具、輸送裝置、電梯、壓縮機、熱軋鋼、風機泵類、汽車、起重裝置等及其它應用領域中獲得了應用。由于零點五導體技術的飛速發(fā)展，MCU的處理功能也越來越強大，隨著處理速度的提高，變頻器調制技術已經(jīng)很有可能完成更復雜的任務，可以完成更復雜的觀測、控制及算法，驅動效能也因此到達了前所未有的高度。而變頻器驅動技術大多采用了PWM的驅動模式，這就需要其控制器具備更強大的PWM生成功能。關鍵詞：電頻調速；stm32；電機；顯示屏DesignofvariablefrequencyspeedcontrolsystembasedonmotorenergysavingtransformationAbstractVariablefrequencyspeedcontroltechnologyhasdeeplyenteredeachcornerofourlives,andthecontrolmodeoftheinverterspeedcontrolsystemincludesV/F,VectorControl(VC),DirectTorqueControl(DTC),andthelike.V/Fcontrolismainlyusedinlowcost,andtheperformancerequirementsarelow；andtheintroductionofvectorcontrolbeginswiththeapplicationofvariablefrequencyspeedcontrolsysteminhighperformance.Inrecentyears,withthedevelopmentanddigitalcontrolofsemiconductortechnology,theapplicationofvectorcontrolhasbeenextendedfromhighperformancefieldstouniversaldrivinganddedicateddrivers,andeveninverterairconditioners,refrigerators,washingmachinesandotherhouseholdappliances.TheACdrivehasbeenwidelyusedinindustrialrobots,automatedpublishingequipment,processingtools,transmissionequipment,elevators,compressors,rollingsteel,fanpumps,electricvehicles,liftingequipmentandotherfields.Withtherapiddevelopmentofsemiconductortechnology,theTreatmentofMCUhasincreased,andtheprocessingspeediscontinuouslyimproved.Thevariablefrequencyspeedregulatorsystemcompletelyhascomplextasks,realizescomplexobservations,controlalgorithms,andtransmissionperformance,therefore.ThevariablefrequencydrivemainlyusesthePWMsynthesisdriver,whichrequiresitscontrollertohaveastrongPWMgenerationcapability.Keywords:Electricalspeed；STM32；Motor；Display第第頁引言研究背景和意義電氣傳動技術以電動機控制為主要控制目標，以現(xiàn)代微電子技術設備為基礎，以傳統(tǒng)動力及電子能量轉換設備為執(zhí)行機構，在現(xiàn)代控制的指導下，構建了電氣傳動控制系統(tǒng)。根據(jù)馬達類型的差異，有直流電動機傳動(又稱直流傳動)、交流電動機傳動(又稱交流傳動)、步進電機傳動系統(tǒng)(又稱步進傳動)、伺服電動機傳動(又稱伺服傳動)等。眾所周知，和交流調速系統(tǒng)一樣，由于直流調壓控制系統(tǒng)的調壓比較精確，調速范圍較廣，且變流設備操作簡便，因此長期以來一直在調壓傳動系統(tǒng)中占有領導地位。對于需要調速特性較高的場合，通常都使用直流電氣傳動。目前，利用對電機的電子控制系統(tǒng)，使能量轉化為機械能從而控制工作機器按照既定的運動規(guī)則運行，并使其達到一定條件的一種電氣傳動自動化方法，已應用于國民經(jīng)濟的各個領域。三十年來，電氣傳動系統(tǒng)經(jīng)歷了巨大的變化。第一次完成了整流裝置的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置代替了人們習用已久的直流發(fā)電機電動機組以及水銀整流器，使直流電氣傳動系統(tǒng)實現(xiàn)了一個重大的飛躍。今天，控制電路已達到了高度集成、緊湊型化、高可靠度和低功率。以上高新技術的廣泛應用，使調速控制系統(tǒng)的技術指標有所提高，使用范圍也擴大。由于調壓工藝技術的進一步發(fā)展，趨向熟成化、完備化、系統(tǒng)化、國家標準，在高可逆脈寬調制、更精密的電氣傳動應用領域中，依然無法取代。由于電氣傳動技術的研發(fā)與運用已經(jīng)到達相當完善的地步，使用非常廣泛，特別是全數(shù)字控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，更是大大提高了變頻器調速控制系統(tǒng)的準確度和安全性。但是，今后某個發(fā)展階段在對調速需求較大的場所，如軋鋼廠、海洋鉆井臺等，變頻調速技術仍然占據(jù)著主體地位。早期，對于傳動控制系統(tǒng)的調節(jié)器管理使用仿真離散器件組成，但由于仿真電子器件有其固定的缺陷，如具有溫漂、零漂電壓，以及形成控制系統(tǒng)的元件數(shù)量較多，導致了仿真?zhèn)鲃庸芾硐到y(tǒng)的管理精度和可靠性都較低。后來隨著電子設備計算機控制技術的發(fā)展，傳動控制系統(tǒng)已開始普遍使用微機，從而達到了完全的數(shù)字化控制系統(tǒng)。由于微機以數(shù)碼信息工作，控制措施靈活簡單，抗干擾力量較強。這樣，全數(shù)字變頻調速控制精度和穩(wěn)定性較模擬調速控制系統(tǒng)明顯提高。同時，通過系統(tǒng)總線全數(shù)字化控制器可與生產管理電腦、過程微機、遠程電控設備等實現(xiàn)互動，以完成整個生產流程的智能化分級管理。所以，傳動控制系統(tǒng)通過單片機進行完全電子化，使變頻調速技術步入了全新的層次。研究現(xiàn)狀 國外變頻調速系統(tǒng)研究現(xiàn)狀能源電子信息技術是能源控制技術發(fā)展的最關鍵的助推器，而能源電機科學技術的發(fā)展也推動著中國電力控制水平有了突破性的提升。自20世紀60時期初第1代電力電子器件-晶閘管(SCR)的出現(xiàn)以來，中國已經(jīng)過了第2代具有高自關斷才能的電力電子器件-GTR、GTO、MOSFET，第3代的綜合場控元件-IGBT、MCT等，以及如今中國正在興起的第四代消費電子產品-大功率嵌入式集成電路(PIC)。每一代人的動力電子元件發(fā)展也從未停歇，近幾年來其內部結構、工藝技術都不斷創(chuàng)新，性能也有了飛速提升，在各個領域中也在彼此競爭，新的技術應用也不斷產生。同時，電機控制系統(tǒng)技術的進展也得力于現(xiàn)代微電子科學技術、電力電子科學技術、感應器科學技術、永磁材料技術、主動控制系統(tǒng)技術，以及微機應用技術等的新發(fā)展成就。也正是由于上述科學技術的進展，使得電機控制在近二十年里出現(xiàn)了天翻地覆的變革。早期直流傳動操作系統(tǒng)的控制器中由于模擬元件都有其固定的缺點，如具有溫漂、零漂電壓，以及構成控制系統(tǒng)的電子元件數(shù)量較多，導致直接進行電機傳動操作系統(tǒng)的操控精度和可靠性都較低。從20世紀70時代初期以來，利用單片或微型計算機作為的控制器起步就在電動機控制器中被普遍采用，如AT八十九C五十一等。在單片機控制器中，單片機成為整個系統(tǒng)管理的中心，一般用于實現(xiàn)某些計算，并且需要數(shù)據(jù)處理的某些進入/出口、顯示任務等，而單片機的廣泛應用也使得電動機控制器的性能獲得了極大改善。微機誕生于20世紀70年代初期，由于當時大面積和超大規(guī)模集成電路生產工藝的發(fā)展，微機的功能愈來愈高，且價錢也愈來愈低廉。除此之外，由于動力計算機的蓬勃發(fā)展，也要求大功率電子器件的特性快速改善。這樣就有機會更加廣泛地運用微機系統(tǒng)來控制電動機，從而獲得許多創(chuàng)新的、更先進的控制策略，使發(fā)電機的各項潛在能力得以全面的發(fā)展，使發(fā)電機的特性更加適應應用需要，還能夠生產出各類便于管理的新型發(fā)電機，從而使動力計算機產生了嶄新的形象。國內電頻調速技術研究情況變頻調整速度，在技術上，它能夠順利地實現(xiàn)了由給定信息、經(jīng)調節(jié)器參數(shù)設定、直到激發(fā)脈沖的數(shù)字化，運行時經(jīng)過硬件平臺或其他軟件程序監(jiān)控規(guī)定區(qū)域內輸出功率和電壓高低的發(fā)電機，在同一個臺控制器上已經(jīng)能夠僅使用參數(shù)設定和選擇不同的軟件版本對各種類型的被控對象實現(xiàn)管理，超強的通信功能使其易與單片機等多個元件通信構成完整工業(yè)控制流程體系，同時具備了操縱簡便、抗干擾力量強等優(yōu)點，尤其是由于簡便靈巧的自動調試方法、完備的防護控制功能、長時間工作的高安全可靠以及整套控制器結構體積中小型，從而克服了傳統(tǒng)模擬直流調整速度控制器的防護控制功能不完備、調試方法不簡便、設備容積過大等缺點，其數(shù)字控制表現(xiàn)出另外幾個好處，即發(fā)現(xiàn)故障快捷、調速精確、維修簡便，使它具有了廣一闊的應用發(fā)展前景。國外主要電器企業(yè)，如瑞典的ABB集團公司、聯(lián)邦德國的西門子股份公司、法國AEG集團公司、日本國的三菱集團公司、日本國東芝集團公司、美洲的GE集團公司、西屋集團公司等，都已研制出了變頻調速裝置，并有著較完善的系統(tǒng)化、國家標準、樣板化的技術研究生產。而中國自20世紀60時代初期測試獲得成功了第1只硅晶閘管開始，晶閘管調速控制系統(tǒng)就獲得了很快的技術進展和普遍的使用。目前，晶閘管供電的調速控制系統(tǒng)已在我國國民經(jīng)濟各部門獲得了普遍的使用。當前，有關變頻器調速控制系統(tǒng)的主要研制重點有：綜合性最優(yōu)控制，補償型PID控制，PID算法優(yōu)化等，但也有的企業(yè)僅使用了模煳控制技術，并有很少的智能控制技術運用于其中。由于新興電力零點五導體器件的迅速發(fā)展，GIBT(絕緣柵雙極型晶體管)已擁有開關電源速率較快、驅動簡便和自關斷等優(yōu)勢，并克服了傳統(tǒng)晶閘管的大部分功能不足。我國變頻調快正向良好的方向發(fā)展。主要研究內容本人的此次設計是在著重探究怎樣利用改變電動機工作頻率，去改善電動機的運行速度。同時，要通過人為的控制調整電動機的工作頻率，也就是使用按鍵，去更改工作頻率從而改變電動機的運行速率。并在最后，會將電機的工作時候的速度以數(shù)字的方式顯示在所選擇的顯示屏上。通過本人長時間的學習后，我發(fā)現(xiàn)本次研究的難點，是如何將交流信號改變成直流信號，然后再通過直流信號去控制電機的運轉。變頻變速系統(tǒng)的總體設計思路系統(tǒng)的總設計思路與框圖本設計利用鋰電池供給直流電，然后使用逆變器把直流變換為交流電信號，再接著使用橋式整流電路將交流電轉為直流電，最后再使用信號濾波電容電路，和三端穩(wěn)壓器保持直流電壓，以此給stm三十二單片或微型電腦電能。然后單片機輸出一個起始PWM波信號，并由電子調速器將輸出的直流電信號轉化為三項交流電信號，提供給電機，使電機運轉。同時由外部按鍵電路提供給單片機一個驅動信號，改變定時器的分頻或比較值等去完成改變PWM波的輸出頻率，以此來調節(jié)電機的轉速，并實時的將電機的轉動速度顯示在OLED屏幕之上。變頻調速系統(tǒng)整體框圖如圖所示：圖2.1總體系統(tǒng)硬件框圖變頻調速的概念與原理變頻其實是一種共同涉及變頻率技術與微電子技術領域的問題，利用頻率的不斷變化，從而去改變電機正常工作時候的，供電源頻率的一種特殊方法，從而去控制電機的工作。變頻的而技術整體上來說，是通過整流（也就是交流電信號轉變?yōu)橹绷麟娦盘柕倪^程）、濾波、穩(wěn)壓等等工作步驟組成。并且利用微電子技術，本設計使用的是stm32單片機來調整輸出的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，從而達到調整電機運行速度的目的。變頻調速系統(tǒng)的各硬件設計核心控制系統(tǒng)的選擇與性能經(jīng)過一番研究后得知，本次設計所需要的頻率較高，所以再初次選擇核心控制部分是，就第一時間選擇了由意法半導體公司所生產的stm32f103芯片。該芯片主打的功能是，性能高，低功耗，低成本。這也符合我的設計理念，低功耗可以有效地解決控制核心部分對供電端電壓的消耗，可以大大的減少在實際調試過程中的誤差。StM32f103系列的主要芯片都是以采用超低功耗技術的ARMCortex-M3為自己的核心，并且是運用到了意法半導體的兩項非常有名的降低功耗的技術。第一：130nm的專業(yè)用途低泄露電流制造的工藝，第二：經(jīng)過技術優(yōu)化的節(jié)能框架，所以為芯片提供領域內最超前的功耗系統(tǒng)。F103系列的芯片是屬于意法半導體所生產的芯片中，陣容非常強大的具有32位的微型控制芯片的高端產品，該產品族中，是具有200多個產品，全部的產品之中共用的大部分引腳、軟件和外設，給開發(fā)研究的人們帶來了特別大的靈活度和方便。該芯片性能較為強大，具有72MHZ的工作時鐘頻率，具有512K的片上flash緩存器以及64K的SDRAM。同時，在出廠前調教了一個8MHZ的RC振蕩器。在其最優(yōu)的低功耗方面，具有三種模式，一種是休眠模式，一種是停止模式，還有一種是待機模式。并且具由8個定時器，分別為4個通用定時器，兩個高級定時器和兩個基礎定時器。這四個通用定時器也將會是本此設計將會用到的定時器。主控核心如圖所示：圖3.1stm32單片機電源模塊的設計本次電源模塊出于硬件的功耗以及對電壓的要求，所選擇的是具有11.2V電壓的鋰電池提供直流電源，利用逆變器轉化為交流電信，再通過橋式整流電路，濾波電容電路，穩(wěn)壓電路將交流電轉化為可供單片機使用的直流電。鋰電池如圖所示：圖3.2鋰電池圖圖3.3橋式整流電路鋰電池全稱聚合物鋰電池，而聚合物鋰電池則通常使用六負七位號作為名稱，依次代表著厚/寬/高，例如PL853060就代表厚為八點五mm，寬為三十mm，高為六十mm的聚合物鋰電池，并且PL代表著該動力電池為聚合類。鋰離子聚合物電池制造工藝上通常使用疊片軟包裝，所以規(guī)格變化的很靈活方便，因此型號也比較多。比較于之前的動力電池，來說、能力高、小型化、輕量化等，是一個化學性質的動力電池。在產品造型上，鋰聚合物電池有著超薄化特點，能夠結合一些產品的需求，制造成一些特殊外形和容量的電池。該類電池，在理論上的最小設計薄厚可達到零點五mm。主要使用于生產航模戰(zhàn)斗機系統(tǒng)玩具的鋰電池，有高倍數(shù)、安全性等優(yōu)點。動力電池的容積通常是用毫安時(mAh)來表達的。它的含義是動力電池以某種電流來釋放能持續(xù)一星期，比如一千mAh就是說這種動力電池能持續(xù)1000毫安(1安培)釋放的一星期。但是由于電池的放電時間并非是直線的，所以并不是意味著這種動力電池的五百毫安時刻能夠持續(xù)二星期。但是由于動力電池在小電壓下的放電時間往往超過了大電壓下的放電時間，于是我們就能夠近似的計算動力電池在其它電壓狀態(tài)下的放電時間。而通常，動力電池的體積越大，其存放的電能也越多。電子調速器的設計思路本次設計的一個重點也是一個難點，就是如何將交流電信號轉變?yōu)橹绷餍盘?。這里就不得不解釋一下為什么要轉變電信號。第一：因為我研究的是變頻調速，所以所需要的電信號是交流電信號。第二：由于本次設計是基于單片機作為核心控制器件。而給單片機供電的話必須是直流電信號，交流電信號無法完成給單片機供電的任務。所以必須將交流電信號轉化成直流電信號。而出于整個系統(tǒng)的功耗，所需的電壓電流考慮，本設計將采用電子調速器作為交流電信號與直流電信號相互轉化的輔助硬件。下面將對其進行著重介紹：電子調速器，全名電子調速器，英文ElectronicSpeedControl，縮寫為ESC。按照調節(jié)發(fā)電機的各種類型，可分為有刷電調與無刷電調。它通過進行控制信號調整調節(jié)電器運行的轉速。電調輸入都是直流，也可能接入穩(wěn)定開關電源，或是鋰動力電池。通常的開關電源都在二負六節(jié)鎳氫電池之間。輸出的三相交換電信號，就能直接和發(fā)電機的三相輸入端接通。只要上電后你的發(fā)電機顛倒了，你就只需將這三條線中的任何二條對換位置就可。電調時有一條訊號接收器連出，就可用來和接收機相連，調節(jié)發(fā)電機的運行，連接訊號線得共地。電調基本原理：電子產品調速器有"電壓調節(jié)"功能，電調內在電路有一個MOSFET管("功率管")。電流進入電調內在電路接受來自接受機的信息，通過信息，把電壓做出適當?shù)?調節(jié)"，并且把"調節(jié)"后的額定電流傳遞到發(fā)電機，進而調節(jié)電動機的啟停時機和轉速，在干控部分，通過控制信號掌握電子產品調速器在單元時限內啟動機的頻次。依據(jù)發(fā)電機不同類型，可分成有刷電調與無刷電調；有刷電子調速器是單純的直流輸出；而無刷電子調速器則是將直流電變換成為三相交流電。如果電調控制輸入是直流，則需要連接穩(wěn)定開關電源，或是鎳氫電池。電子調速器如圖所示：圖3.4電子調速器電機模塊的選擇由于本次設計是基于交流電信號去驅動電機運轉，所以電機方面就選擇了無刷電機作為本設計的電機模塊。首先，無刷電機不同于直流電機，模式中盡管用了直流電池供電，但是在無刷電變速器以后就轉化成為將三個相交變電壓都傳遞到了三極性上。通過下圖我們可以發(fā)現(xiàn)，無刷電機是沒有碳刷的，與有刷子相反，無刷電機的吸鐵石已經(jīng)變成了轉子。圖3.5無刷電機內部結構圖無刷電機的名稱"相對有刷電動機，無刷電機的名稱好掌握了許多，因為通常它由四位數(shù)碼所構成，如2040無刷電機。但這些數(shù)碼僅代表電動機的外型規(guī)格，如二千零四十就意味著孔徑為二十mm，總長為四十mm的電動機。同理，3650無刷電機則顯示此電動機管徑為三十六mm，管徑為五十mm。但其實三百七十有刷電動機的寬度與二千五百三十無刷電機相同，而五百四十電動機的寬度則與3650無刷電機相同。無刷電機的特性：1、由于不用碳刷，所以理論上轉動葉片并不是與外部的導線上的連接。2、在運轉過程中，由于無刷電機的速度主要是靠交換電的頻譜確定的，所以頻譜越高無刷電機就能夠轉得更快。3、無刷電機的速度是嚴格地根據(jù)KV值確定的，1000KV表示為每一福特電機速度可以加快一千轉。所以當電流為五V時，1000KV的無刷電機速度為5000rpm。4、在工作過程中，相同速度電動機的最大扭矩是靠電調速器輸出的電流強度確定的，輸出電流越大扭矩也越大。外轉動和內轉動無刷電機：根據(jù)上述的無刷電機實際工作原理圖，設計中所述的是內轉動無刷電機，顧名思義，磁鐵在里邊。而外轉動無刷電機則恰恰相反，它的磁鐵都"包"在外邊，而A、B、C電極都在里邊，這樣的設計雖然能夠使電動機的扭矩更大，而速度卻上不來。在飛機模式上，通常外轉動無刷電機的KV值都在二千以內，而內轉動無刷電機則可能在8000-9000KV。由于這種情況，在航空上比較使用外轉動無刷電機，在模型車和模型船通常也采用內轉動無刷電機。本設計也將采用內轉自無刷電機。調頻模塊電路的設計在調頻電路的設計方面，我選擇了用微動開關作為調節(jié)頻率的輸入電路。每當微動開關被按下后再松開時，改變驅動電機的頻率。什么是微動開關電源：是指一個通過施壓促動的高速開關電源，也叫靈敏開關電源，有的也叫它是接點開關電源，它是指一個在內部通過金屬閥簧接觸的重要元器件。當按鍵被按下后，微動開關內的金屬彈簧也會被觸動，從而給主機傳出一電訊號，然后再恢復，這也就同樣地將物理信息轉換成了數(shù)字信號，類似于機械鍵盤按鍵的作用。其工作機理為：外部的機械力量，經(jīng)過內部傳動作用元件(按銷、按鍵、杠、滾輪等)將力作用于動態(tài)閥簧上，并在將機械力量積累至臨界點后，形成瞬時動作力，將動態(tài)閥簧末端的動接點和定觸點，迅速連接并切斷。微動控制器帶有微型接點間隙和速動機構，用規(guī)則的行程和力完成相關動態(tài)的小接點機構，被機殼所包覆，其外圍也有傳動裝置，但外形尺寸較小。以下是最經(jīng)典的微動開關結構的一些例子。微動開關由五種大類的基本結構要素所形成。圖3.6微動開關設計圖顯示屏模塊的電路設計出于性價比考慮，本設計所選擇的顯示屏部分為OLED顯示屏。OLED顯示器，是指有機械發(fā)射的光二極管(OrganicLight-EmittingDiode，OLED)由于同樣具有機械自發(fā)亮，且不需要背燈光、反差度高、保護層厚薄、視野區(qū)域寬、反應速度快、可作為撓曲性面面、用于工作溫度范圍廣、結構簡單和制程較簡等優(yōu)越之特征，被視為是下世代的平面顯示器屏新型運用科技。OLED是自感光的，因此不可能使用到背光板，而且由于視野范圍寬、畫質均衡、反應速度快、比較簡單彩色化、用簡易驅動集成電路就可以實現(xiàn)自感光、制程簡化、還可以制造出撓曲的界面，因此遵循了瘦削短小的設計原則，主要使用范圍仍然是小體積面板。顯示方面：主動發(fā)光、視野面積廣；響應快，畫面穩(wěn)定；亮度好、顏色豐富、分辨率高。工作條件：驅動電流低、功率低，但可與新型太陽能動力電池、集成電路等產品相配套。適應癥較廣：使用玻璃襯底，可進行大規(guī)模的平板展示；如用柔性材質作襯底，就能生產可折合的顯示屏。又因為OLED是全固體、非真空器件，有抗沖擊、耐低溫(-40℃)等特點，在軍用方面也有非常重要的用途，如用于戰(zhàn)車、直升機等現(xiàn)代化兵器的顯示終端。OLED顯示器模塊相較于OLED顯示器優(yōu)點就是更方便安裝，目前使用場所大多是在工業(yè)生產現(xiàn)場，軍事行業(yè)，地質勘探，油田煤炭勘探等行業(yè)。模塊內有單色與雙色二個可選擇，單色為純藍，而雙色則是紅黃藍雙色。單色模塊的每個象素點都有亮和不亮二個情況，但沒有色彩區(qū)分；尺寸較小，顯示寬度為零點九六寸，而模塊的寬度則僅為27mm*26mm尺寸；高分辨率時，該功能的分辨率是128*64；各種連接方法中，該模組提出了共四種端口分別為：6800、8080兩種并行連接方案、4線的穿行式SPI連接方案、IIC連接方法；不要求高壓，直接接三點三V就可以工作了。本次設計所選擇的OLED具有四種工作模式，如下圖：圖3.7OLED接口模式圖下面是本次設計所用到的OLED顯示屏的實物圖：圖3.8OLED模塊圖OLED功能的默認設定為BS零接GND，而BS一和BS二都接VCC(8080模式)，即是八千零八十的接口方式，如需要設計為其他的口方式，就必須在OLED的背后，用烙鐵修改BS零-BS二的設計。該模塊的原理圖如下圖所示：圖3.9OLED原理圖該系統(tǒng)通過8*2的2●52排針和線路相連，共有十六條引腳，在十六號線路上，我們只用了十五條，只有一根是懸空的。十五根線中，除了電源和地線占用了二根，還剩余十三根信號線。在不同的模式下，所需要的數(shù)據(jù)接收器的數(shù)量也是不同的，在八千零八十模式下，就需要全部的十三個。本設計應用到的是八千零八十接口方式，所對應的并行接口如圖顯示：圖3.108080模式下OLED接口電路上圖引腳的意思依次是：CS：OLED片選信息；WR：從OLED輸入數(shù)據(jù)；RD：從OLED讀取數(shù)據(jù)；D[7：0]：8位雙向數(shù)據(jù)線；RST(RES)：硬復位OLED；DC(RS)：指示/數(shù)據(jù)標志(0，閱讀指示；1，閱讀數(shù)據(jù))。程序顯示原理：在STM三十二的里面，設置了一個緩存詞庫(共128*8個字節(jié))，在每次修改的時候，只是修改STM三十二上的緩存字庫(其實只是SRAM)，當更改完成了以后，就一次地將STM三十二上的緩存數(shù)據(jù)寫到新OLED的GRAM。當然這種方式也有弊端，只是對付一些SRAM很小的單片機(比如五十一系列)就更加困難了。變頻變速系統(tǒng)的總體軟件設計軟件總體的設計思想本次的設計核心就是控制電動機的運轉，所以首先我們必須要知道電動機的基本原理電機簡單來講是可以實現(xiàn)能量和機械能互相轉化的電工設備，所以人們常常說的電動機基本原理就是：由電生磁場。通電導線上會形成的電磁也是電磁感應，旋轉磁場引起定子轉動。電機主要是由定子和轉子所構成，一個產生回轉磁，一個為地球磁極，電機的定子(軸承)就轉動起來了。這樣，便完成了化學能量->磁能->機械功率的相互轉化，知道以上內容后，我們便不在深究我們只需要知道，電機的本質，就是線圈也就是電感元件。同時我們也明白，調節(jié)電動機速度的實質就是為電動機提供不同的供電電壓電壓值愈大，調節(jié)電動機速度也愈快，而剛好PWM的實質就是脈寬調制，通過輸出不同的占空比系數(shù)，而把直流電壓轉換成不同電流值的模擬信號。其基本原理是：利用占空比系數(shù)就能夠進行對發(fā)電機轉速的調整，因為我們都知道，占空比系數(shù)就是高電平與下一個周期之間的差值，而高電平的電流所占用的差值越大，占空比系數(shù)也越大，對直流電機而言，當電機輸入輸出端插針時是高電平馬達就可以轉動了，在輸入輸出端高電平時，馬達也會轉，但是轉速是一點點一點點的加快了，當高電平突然轉向低電平時，馬達由于電感的阻止電壓突轉的功能是不能停下來的，會維持在這原來的轉速，以此往復，馬達的轉速也就是周期內輸出功率的平均電流值，所以在實質上我們調速也就是讓發(fā)電機處在一個狀態(tài)，似停而非停，看似全速運轉但又不是全速運轉的狀況，所以在下某個時間內的平均值轉速也便是下某個占空比系數(shù)所調出的平均轉速了。也即是：在電動機控制系統(tǒng)中，流量越大，則發(fā)電機轉速就越快，而利用PWM系統(tǒng)輸出中不同的模擬電流，便能夠讓發(fā)電機獲得不同的輸出速度。所以，我們只需要通過改變PWM的頻率即可改變電機的轉速。總體軟件流程圖如圖所示：圖4.1軟件流程圖系統(tǒng)仿真與測試軟件仿真此次軟件仿真引入了Proteus的模擬功能。首先新建項一工程，從Proteus中的[P]選取所要求的零件：二極管、LED、電機芯片、電容和直流電機等，最后還有單片機STM32F103R6。安置STM32F103R6單片式微型計算機，并設置好VDDA、VSSA管腳，以及NRST、VBAT和BOOTO，然后進行模塊連接，在此期間還可修改需要更改的網(wǎng)絡標號，然后在keil環(huán)境下把編輯好的代碼生成為HEX格式，并使用Proteus軟件進行模擬，結果如圖5.1。圖5.1仿真圖仿真過程點擊開始運行仿真，可通過設置按鈕對設定值進行調節(jié)，首先按下啟動按鈕，電機開始旋轉，電機轉速緩慢提升，由于初始PWM值設置較小，電機的轉速只會到達23轉/S左右，然后保持。通過改變PWM值，控制電動機工作頻率，去改善電動機的運行速度。由外部按鍵電路提供給單片機一個驅動信號，根據(jù)按的次數(shù)可進行不同檔位的加速改變定時器的分頻或比較值等去完成改變PWM波的輸出頻率，以此來調節(jié)電機的轉速，并實時的將電機的轉動速度檔位顯示在OLED屏幕之上。在啟動狀態(tài)下按一次加速按鈕，電機轉速會增大到46轉/S，之后每次按下加速按鈕，電機的最大轉速都會增加23轉/S左右，由于電機性能限制，最大轉速為196轉/S，也就是可以增加8次轉速。反之，每按一次減速按鈕，電機轉速也會降低23轉/S直到電機停止轉動。運行結果如圖5.2、5.3、5.4。圖5.2啟動狀態(tài)圖圖5.3加速狀態(tài)圖圖5.4減速狀態(tài)圖總結與反思總結：從開始選擇下這一題目，接觸單片機這門新的知識內容到現(xiàn)在為止，差不多已經(jīng)三四個多月的時間。有很高興的一面，也有不舒服的一面，最高興的就是接觸到了全新的知識；拓寬了視野；掌握了一項全新的技術；還有是遇見了一位很好的導師；最主要的是讓我們明白了學習的意義。最不舒服的就是熬夜敲代碼；被一個問題"折磨"好幾天；不過我明白，在相對于知識的海洋中，自己所掌握的就是這點知識，連皮毛都算是不上。變頻技術結合單片機應用本身是一個比較傳統(tǒng)一點的技術，他本身的難點在于對交直流信號的轉化，以及如何利用單片機輸出不同的波形去控制電機工作在不同的速度下。經(jīng)過這么長時間的努力以及認真學習，我將這些困難已經(jīng)一點一點的克服了。并且可以將電機在工作時候的速度運算出來。經(jīng)過了自己的實戰(zhàn)，我不但提高了對單片機概念的認識，把理論知識較好的運用到實踐當中了，同時我也懂得了怎樣去培育自身的創(chuàng)造力，以便不斷的戰(zhàn)勝自我，突破自己.創(chuàng)新也可以是在原來的基礎上加以完善，使其能不斷地完善，從而形成了真己的能力。反思：通過本次設計，對變頻調速系統(tǒng)有了一定的了解，認識到要它與調速系統(tǒng)的不同與優(yōu)勢，以及它非凡的發(fā)展前景。但是對于我本次的設計來說仍有很大的不足，雖然可以實現(xiàn)最基本的功能，但在元件的選擇方面以及其他功能方面都存在很大的缺陷。本設計最初以調試出實物為出發(fā)點，由于客觀原因無法拿到實物，決定用仿真替代，但是自身考慮的不足以及知識儲備的欠缺，仿真中部分仿真元件與確定的實物元件存在一定的偏差，只能對此基本原理進行仿真。通過本次設計，讓我意識到自己仍存