基于電機(jī)節(jié)能改造的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于電機(jī)節(jié)能改造的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要目前變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)深入人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)角落，而變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本控制方法分為V/F、直觀向量控制技術(shù)(VC)、直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)等。V/F系統(tǒng)，大多使用于對(duì)價(jià)格較低、穩(wěn)定性要求較低的場(chǎng)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(chǎng)所中的應(yīng)用。而近年來，由于零點(diǎn)五導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)展和數(shù)字控制系統(tǒng)的應(yīng)用，矢量控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍開始由新型場(chǎng)所延伸至通用控制和專業(yè)傳動(dòng)場(chǎng)所，乃至變頻中央空調(diào)、冰柜、洗滌機(jī)等家電。交流傳動(dòng)也已在工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)印刷裝置、生產(chǎn)工具、輸送裝置、電梯、壓縮機(jī)、熱軋鋼、風(fēng)機(jī)泵類、汽車、起重裝置等及其它應(yīng)用領(lǐng)域中獲得了應(yīng)用。由于零點(diǎn)五導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，MCU的處理功能也越來越強(qiáng)大，隨著處理速度的提高，變頻器調(diào)制技術(shù)已經(jīng)很有可能完成更復(fù)雜的任務(wù)，可以完成更復(fù)雜的觀測(cè)、控制及算法，驅(qū)動(dòng)效能也因此到達(dá)了前所未有的高度。而變頻器驅(qū)動(dòng)技術(shù)大多采用了PWM的驅(qū)動(dòng)模式，這就需要其控制器具備更強(qiáng)大的PWM生成功能。關(guān)鍵詞：電頻調(diào)速；stm32；電機(jī)；顯示屏目錄TOC\o"1-3"\h\u199361引言 頁(yè)引言研究背景和意義電氣傳動(dòng)技術(shù)性以電機(jī)操縱為基本保障措施，用現(xiàn)代電子信息技術(shù)機(jī)器設(shè)備為運(yùn)作，以傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力及電子能量轉(zhuǎn)換設(shè)備為運(yùn)作，在現(xiàn)代控制的幫助下，打造了電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。依據(jù)電機(jī)類別的不一樣，有直流電電機(jī)驅(qū)動(dòng)(又稱為直流電驅(qū)動(dòng))、溝通交流電機(jī)驅(qū)動(dòng))、步進(jìn)電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軟件)、伺服電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng))等。大家都知道，和交流調(diào)速系統(tǒng)軟件一樣，直流電調(diào)壓自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)壓較為精準(zhǔn)，調(diào)速覆蓋面廣，且變流器機(jī)器設(shè)備操作方便，一直以來在調(diào)壓傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)領(lǐng)先水平。調(diào)速特點(diǎn)必須較大時(shí)，通常使用直流電源傳動(dòng)系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，運(yùn)用對(duì)電機(jī)的電子控制系統(tǒng)，將能量轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，使數(shù)控車床按明確變化規(guī)律運(yùn)作，達(dá)到一定要求的電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)方式已用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。30年以來，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)軟件經(jīng)歷過很大的變化。初次實(shí)現(xiàn)了整流裝置的升級(jí)改造，選用可控硅整流裝置取代了傳統(tǒng)直流電發(fā)電機(jī)電機(jī)組與液態(tài)水銀電子整流器，給直流電源傳動(dòng)系統(tǒng)帶來了巨大的飛越。今天，控制電路已達(dá)到了高度集成、緊湊型化、高可靠度和低功率。以上高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使調(diào)速控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)有所提高，使用范圍也擴(kuò)大。由于調(diào)壓工藝技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，趨向熟成化、完備化、系統(tǒng)化、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在高可逆脈寬調(diào)制、更精密的電氣傳動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域中，依然無法取代。由于電氣傳動(dòng)技術(shù)的研發(fā)與運(yùn)用已經(jīng)到達(dá)相當(dāng)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(diào)速控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和安全性。但是，今后某個(gè)發(fā)展階段在對(duì)調(diào)速需求較大的場(chǎng)所，如軋鋼廠、海洋鉆井臺(tái)等，變頻調(diào)速技術(shù)仍然占據(jù)著主體地位。早期，對(duì)于傳動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)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(dǎo)致了仿真?zhèn)鲃?dòng)管理系統(tǒng)的管理精度和可靠性都較低。后來隨著電子設(shè)備計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，傳動(dòng)控制系統(tǒng)已開始普遍使用微機(jī)，從而達(dá)到了完全的數(shù)字化控制系統(tǒng)。由于微機(jī)以數(shù)碼信息工作，控制措施靈活簡(jiǎn)單，抗干擾力量較強(qiáng)。這樣，全數(shù)字變頻調(diào)速控制精度和穩(wěn)定性較模擬調(diào)速控制系統(tǒng)明顯提高。同時(shí)，通過系統(tǒng)總線全數(shù)字化控制器可與生產(chǎn)管理電腦、過程微機(jī)、遠(yuǎn)程電控設(shè)備等實(shí)現(xiàn)互動(dòng)，以完成整個(gè)生產(chǎn)流程的智能化分級(jí)管理。所以，傳動(dòng)控制系統(tǒng)通過單片機(jī)進(jìn)行完全電子化，使變頻調(diào)速技術(shù)步入了全新的層次。研究現(xiàn)狀 國(guó)外變頻調(diào)速系統(tǒng)研究現(xiàn)狀能源電子信息技術(shù)是能源控制技術(shù)發(fā)展的最關(guān)鍵的助推器，而能源電機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也推動(dòng)著中國(guó)電力控制水平有了突破性的提升。自20世紀(jì)60時(shí)期初第1代電力電子器件-晶閘管(SCR)的出現(xiàn)以來，中國(guó)已經(jīng)過了第2代具有高自關(guān)斷才能的電力電子器件-GTR、GTO、MOSFET，第3代的綜合場(chǎng)控元件-IGBT、MCT等，以及如今中國(guó)正在興起的第四代消費(fèi)電子產(chǎn)品-大功率嵌入式集成電路(PIC)。每一代人的動(dòng)力電子元件發(fā)展也從未停歇，近幾年來其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)都不斷創(chuàng)新，性能也有了飛速提升，在各個(gè)領(lǐng)域中也在彼此競(jìng)爭(zhēng)，新的技術(shù)應(yīng)用也不斷產(chǎn)生。同時(shí)，電機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)展也得力于現(xiàn)代微電子科學(xué)技術(shù)、電力電子科學(xué)技術(shù)、感應(yīng)器科學(xué)技術(shù)、永磁材料技術(shù)、主動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)，以及微機(jī)應(yīng)用技術(shù)等的新發(fā)展成就。也正是由于上述科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，使得電機(jī)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(dòng)操作系統(tǒng)的控制器中由于模擬元件都有其固定的缺點(diǎn)，如具有溫漂、零漂電壓，以及構(gòu)成控制系統(tǒng)的電子元件數(shù)量較多，導(dǎo)致直接進(jìn)行電機(jī)傳動(dòng)操作系統(tǒng)的操控精度和可靠性都較低。從20世紀(jì)70時(shí)代初期以來，利用單片或微型計(jì)算機(jī)作為的控制器起步就在電動(dòng)機(jī)控制器中被普遍采用，如AT八十九C五十一等。在單片機(jī)控制器中，單片機(jī)成為整個(gè)系統(tǒng)管理的中心，一般用于實(shí)現(xiàn)某些計(jì)算，并且需要數(shù)據(jù)處理的某些進(jìn)入/出口、顯示任務(wù)等，而單片機(jī)的廣泛應(yīng)用也使得電動(dòng)機(jī)控制器的性能獲得了極大改善。微機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代初期，由于當(dāng)時(shí)大面積和超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝的發(fā)展，微機(jī)的功能愈來愈高，且價(jià)錢也愈來愈低廉。除此之外，由于動(dòng)力計(jì)算機(jī)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(jī)會(huì)更加廣泛地運(yùn)用微機(jī)系統(tǒng)來控制電動(dòng)機(jī)，從而獲得許多創(chuàng)新的、更先進(jìn)的控制策略，使發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)潛在能力得以全面的發(fā)展，使發(fā)電機(jī)的特性更加適應(yīng)應(yīng)用需要，還能夠生產(chǎn)出各類便于管理的新型發(fā)電機(jī)，從而使動(dòng)力計(jì)算機(jī)產(chǎn)生了嶄新的形象。國(guó)內(nèi)電頻調(diào)速技術(shù)研究情況變頻調(diào)整速度，在技術(shù)上，它能夠順利地實(shí)現(xiàn)了由給定信息、經(jīng)調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定、直到激發(fā)脈沖的數(shù)字化，運(yùn)行時(shí)經(jīng)過硬件平臺(tái)或其他軟件程序監(jiān)控規(guī)定區(qū)域內(nèi)輸出功率和電壓高低的發(fā)電機(jī)，在同一個(gè)臺(tái)控制器上已經(jīng)能夠僅使用參數(shù)設(shè)定和選擇不同的軟件版本對(duì)各種類型的被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)管理，超強(qiáng)的通信功能使其易與單片機(jī)等多個(gè)元件通信構(gòu)成完整工業(yè)控制流程體系，同時(shí)具備了操縱簡(jiǎn)便、抗干擾力量強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其是由于簡(jiǎn)便靈巧的自動(dòng)調(diào)試方法、完備的防護(hù)控制功能、長(zhǎng)時(shí)間工作的高安全可靠以及整套控制器結(jié)構(gòu)體積中小型，從而克服了傳統(tǒng)模擬直流調(diào)整速度控制器的防護(hù)控制功能不完備、調(diào)試方法不簡(jiǎn)便、設(shè)備容積過大等缺點(diǎn)，其數(shù)字控制表現(xiàn)出另外幾個(gè)好處，即發(fā)現(xiàn)故障快捷、調(diào)速精確、維修簡(jiǎn)便，使它具有了廣一闊的應(yīng)用發(fā)展前景。國(guó)外主要電器企業(yè)，如瑞典的ABB集團(tuán)公司、聯(lián)邦德國(guó)的西門子股份公司、法國(guó)AEG集團(tuán)公司、日本國(guó)的三菱集團(tuán)公司、日本國(guó)東芝集團(tuán)公司、美洲的GE集團(tuán)公司、西屋集團(tuán)公司等，都已研制出了變頻調(diào)速裝置，并有著較完善的系統(tǒng)化、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、樣板化的技術(shù)研究生產(chǎn)。而中國(guó)自20世紀(jì)60時(shí)代初期測(cè)試獲得成功了第1只硅晶閘管開始，晶閘管調(diào)速控制系統(tǒng)就獲得了很快的技術(shù)進(jìn)展和普遍的使用。目前，晶閘管供電的調(diào)速控制系統(tǒng)已在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門獲得了普遍的使用。當(dāng)前，有關(guān)變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)的主要研制重點(diǎn)有：綜合性最優(yōu)控制，補(bǔ)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(shù)，并有很少的智能控制技術(shù)運(yùn)用于其中。由于新興電力零點(diǎn)五導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展，GIBT(絕緣柵雙極型晶體管)已擁有開關(guān)電源速率較快、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)便和自關(guān)斷等優(yōu)勢(shì)，并克服了傳統(tǒng)晶閘管的大部分功能不足。我國(guó)變頻調(diào)快正向良好的方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容本人的此次設(shè)計(jì)是在著重探究怎樣利用改變電動(dòng)機(jī)工作頻率，去改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。同時(shí)，要通過人為的控制調(diào)整電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行速率。并在最后，會(huì)將電機(jī)的工作時(shí)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(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)后，我發(fā)現(xiàn)本次研究的難點(diǎn)，是如何將交流信號(hào)改變成直流信號(hào)，然后再通過直流信號(hào)去控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻變速系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)思路與框圖本設(shè)計(jì)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(hào)，再接著使用橋式整流電路將交流電轉(zhuǎn)為直流電，最后再使用信號(hào)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(jī)輸出一個(gè)起始PWM波信號(hào)，并由電子調(diào)速器將輸出的直流電信號(hào)轉(zhuǎn)化為三項(xiàng)交流電信號(hào)，提供給電機(jī)，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)由外部按鍵電路提供給單片機(jī)一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，改變定時(shí)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(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并實(shí)時(shí)的將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度顯示在OLED屏幕之上。變頻調(diào)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(diào)速的概念與原理變頻其實(shí)是一種共同涉及變頻率技術(shù)與微電子技術(shù)領(lǐng)域的問題，利用頻率的不斷變化，從而去改變電機(jī)正常工作時(shí)候的，供電源頻率的一種特殊方法，從而去控制電機(jī)的工作。變頻的而技術(shù)整體上來說，是通過整流（也就是交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娦盘?hào)的過程）、濾波、穩(wěn)壓等等工作步驟組成。并且利用微電子技術(shù)，本設(shè)計(jì)使用的是stm32單片機(jī)來調(diào)整輸出的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，從而達(dá)到調(diào)整電機(jī)運(yùn)行速度的目的。變頻調(diào)速系統(tǒng)的各硬件設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shí)間選擇了由意法半導(dǎo)體公司所生產(chǎn)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(shè)計(jì)理念，低功耗可以有效地解決控制核心部分對(duì)供電端電壓的消耗，可以大大的減少在實(shí)際調(diào)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(shù)的ARMCortex-M3為自己的核心，并且是運(yùn)用到了意法半導(dǎo)體的兩項(xiàng)非常有名的降低功耗的技術(shù)。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(shù)優(yōu)化的節(jié)能框架，所以為芯片提供領(lǐng)域內(nèi)最超前的功耗系統(tǒng)。F103系列的芯片是屬于意法半導(dǎo)體所生產(chǎn)的芯片中，陣容非常強(qiáng)大的具有32位的微型控制芯片的高端產(chǎn)品，該產(chǎn)品族中，是具有200多個(gè)產(chǎn)品，全部的產(chǎn)品之中共用的大部分引腳、軟件和外設(shè)，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(qiáng)大，具有72MHZ的工作時(shí)鐘頻率，具有512K的片上flash緩存器以及64K的SDRAM。同時(shí)，在出廠前調(diào)教了一個(gè)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(jī)模式。并且具由8個(gè)定時(shí)器，分別為4個(gè)通用定時(shí)器，兩個(gè)高級(jí)定時(shí)器和兩個(gè)基礎(chǔ)定時(shí)器。這四個(gè)通用定時(shí)器也將會(huì)是本此設(shè)計(jì)將會(huì)用到的定時(shí)器。主控核心如圖所示：圖3.1stm32單片機(jī)電源模塊的設(shè)計(jì)本次電源模塊出于硬件的功耗以及對(duì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為可供單片機(jī)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(fù)七位號(hào)作為名稱，依次代表著厚/寬/高，例如PL853060就代表厚為八點(diǎn)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(dòng)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(hào)也比較多。比較于之前的動(dòng)力電池，來說、能力高、小型化、輕量化等，是一個(gè)化學(xué)性質(zhì)的動(dòng)力電池。在產(chǎn)品造型上，鋰聚合物電池有著超薄化特點(diǎn)，能夠結(jié)合一些產(chǎn)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(shè)計(jì)薄厚可達(dá)到零點(diǎn)五mm。主要使用于生產(chǎn)航模戰(zhàn)斗機(jī)系統(tǒng)玩具的鋰電池，有高倍數(shù)、安全性等優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)力電池的容積通常是用毫安時(shí)(mAh)來表達(dá)的。它的含義是動(dòng)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(dòng)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(shí)間并非是直線的，所以并不是意味著這種動(dòng)力電池的五百毫安時(shí)刻能夠持續(xù)二星期。但是由于動(dòng)力電池在小電壓下的放電時(shí)間往往超過了大電壓下的放電時(shí)間，于是我們就能夠近似的計(jì)算動(dòng)力電池在其它電壓狀態(tài)下的放電時(shí)間。而通常，動(dòng)力電池的體積越大，其存放的電能也越多。電子調(diào)速器的設(shè)計(jì)思路本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)，就是如何將交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘?hào)。這里就不得不解釋一下為什么要轉(zhuǎn)變電信號(hào)。第一：因?yàn)槲已芯康氖亲冾l調(diào)速，所以所需要的電信號(hào)是交流電信號(hào)。第二：由于本次設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)作為核心控制器件。而給單片機(jī)供電的話必須是直流電信號(hào)，交流電信號(hào)無法完成給單片機(jī)供電的任務(wù)。所以必須將交流電信號(hào)轉(zhuǎn)化成直流電信號(hào)。而出于整個(gè)系統(tǒng)的功耗，所需的電壓電流考慮，本設(shè)計(jì)將采用電子調(diào)速器作為交流電信號(hào)與直流電信號(hào)相互轉(zhuǎn)化的輔助硬件。下面將對(duì)其進(jìn)行著重介紹：電子調(diào)速器，全名電子調(diào)速器，英文ElectronicSpeedControl，縮寫為ESC。按照調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的各種類型，可分為有刷電調(diào)與無刷電調(diào)。它通過進(jìn)行控制信號(hào)調(diào)整調(diào)節(jié)電器運(yùn)行的轉(zhuǎn)速。電調(diào)輸入都是直流，也可能接入穩(wěn)定開關(guān)電源，或是鋰動(dòng)力電池。通常的開關(guān)電源都在二負(fù)六節(jié)鎳氫電池之間。輸出的三相交換電信號(hào)，就能直接和發(fā)電機(jī)的三相輸入端接通。只要上電后你的發(fā)電機(jī)顛倒了，你就只需將這三條線中的任何二條對(duì)換位置就可。電調(diào)時(shí)有一條訊號(hào)接收器連出，就可用來和接收機(jī)相連，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，連接訊號(hào)線得共地。電調(diào)基本原理：電子產(chǎn)品調(diào)速器有"電壓調(diào)節(jié)"功能，電調(diào)內(nèi)在電路有一個(gè)MOSFET管("功率管")。電流進(jìn)入電調(diào)內(nèi)在電路接受來自接受機(jī)的信息，通過信息，把電壓做出適當(dāng)?shù)?調(diào)節(jié)"，并且把"調(diào)節(jié)"后的額定電流傳遞到發(fā)電機(jī)，進(jìn)而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的啟停時(shí)機(jī)和轉(zhuǎn)速，在干控部分，通過控制信號(hào)掌握電子產(chǎn)品調(diào)速器在單元時(shí)限內(nèi)啟動(dòng)機(jī)的頻次。依據(jù)發(fā)電機(jī)不同類型，可分成有刷電調(diào)與無刷電調(diào)；有刷電子調(diào)速器是單純的直流輸出；而無刷電子調(diào)速器則是將直流電變換成為三相交流電。如果電調(diào)控制輸入是直流，則需要連接穩(wěn)定開關(guān)電源，或是鎳氫電池。電子調(diào)速器如圖所示：圖3.4電子調(diào)速器電機(jī)模塊的選擇由于本次設(shè)計(jì)是基于交流電信號(hào)去驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以電機(jī)方面就選擇了無刷電機(jī)作為本設(shè)計(jì)的電機(jī)模塊。首先，無刷電機(jī)不同于直流電機(jī)，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(zhuǎn)化成為將三個(gè)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(jī)是沒有碳刷的，與有刷子相反，無刷電機(jī)的吸鐵石已經(jīng)變成了轉(zhuǎn)子。圖3.5無刷電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖無刷電機(jī)的名稱"相對(duì)有刷電動(dòng)機(jī)，無刷電機(jī)的名稱好掌握了許多，因?yàn)橥ǔＫ伤奈粩?shù)碼所構(gòu)成，如2040無刷電機(jī)。但這些數(shù)碼僅代表電動(dòng)機(jī)的外型規(guī)格，如二千零四十就意味著孔徑為二十mm，總長(zhǎng)為四十mm的電動(dòng)機(jī)。同理，3650無刷電機(jī)則顯示此電動(dòng)機(jī)管徑為三十六mm，管徑為五十mm。但其實(shí)三百七十有刷電動(dòng)機(jī)的寬度與二千五百三十無刷電機(jī)相同，而五百四十電動(dòng)機(jī)的寬度則與3650無刷電機(jī)相同。無刷電機(jī)的特點(diǎn)：1、因?yàn)椴荒苁褂秒姍C(jī)碳刷，本質(zhì)上旋轉(zhuǎn)葉子并不是與外部導(dǎo)線的聯(lián)接。2、在運(yùn)行中，無刷電機(jī)的速度主要是由換電池的頻帶確定，頻帶越大，無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速比越來越快。3、無刷電機(jī)速度嚴(yán)苛依據(jù)KV值明確，1000KV表明每一臺(tái)福特汽車電機(jī)速度加速一千轉(zhuǎn)。因而，當(dāng)電流量為5v時(shí)，1000KV的無刷電機(jī)的速度為5000rpm。4、操作過程中，同速電動(dòng)機(jī)的主要轉(zhuǎn)矩在于調(diào)速電機(jī)輸出電壓強(qiáng)度，輸出電壓越多轉(zhuǎn)矩也就越大。外旋轉(zhuǎn)和內(nèi)旋轉(zhuǎn)無刷電機(jī)：依據(jù)上述無刷電機(jī)的具體工作原理圖，設(shè)計(jì)里描述為內(nèi)旋轉(zhuǎn)無刷電機(jī)，說白了，磁場(chǎng)以內(nèi)。向外旋轉(zhuǎn)的無刷電機(jī)反過來，磁石在兩側(cè)，a、b、c電級(jí)在里側(cè)。在這種設(shè)計(jì)中，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩能變大，但速度不容易升高。在飛機(jī)模式中，外旋轉(zhuǎn)無刷電機(jī)的KV值通常是在二千之內(nèi)，但內(nèi)旋轉(zhuǎn)無刷電機(jī)能是8000-9000KV。根據(jù)這樣的事情，在航空公司中較為應(yīng)用外旋無刷電機(jī)電動(dòng)機(jī)，在模型汽車和模型船中一般也采用內(nèi)展無刷電機(jī)電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)方案還采用內(nèi)轉(zhuǎn)型發(fā)展無刷電機(jī)。調(diào)頻模塊電路的設(shè)計(jì)在調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)方面，我選擇了用微動(dòng)開關(guān)作為調(diào)節(jié)頻率的輸入電路。每當(dāng)微動(dòng)開關(guān)被按下后再松開時(shí)，改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的頻率。軸體開關(guān)電源是什么：指在壓力影響下工作中高速開關(guān)開關(guān)電源，又被稱為敏感度開關(guān)開關(guān)電源，觸點(diǎn)開關(guān)開關(guān)電源，是內(nèi)部結(jié)構(gòu)根據(jù)金屬材料閥彈簧接觸到的核心部件。鍵被啟動(dòng)后，軸體開關(guān)外金屬?gòu)椈蛇€會(huì)觸碰，向服務(wù)器推送通訊號(hào)，隨后再度修復(fù)。也一樣將信息轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)，具有游戲鍵盤鍵的作用。工作中原理是外部機(jī)械作用通過內(nèi)部的傳播功效元器件(銷、按鍵、支撐桿、滾軸等)對(duì)氣缸彈簧反作用力，使機(jī)械作用積淀到零界點(diǎn)后，產(chǎn)生瞬間的工作力，相互連接和斷開氣缸彈簧尾端的動(dòng)觸點(diǎn)和定觸點(diǎn)。微處理器含有微觸點(diǎn)空隙和速動(dòng)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)行程安排和力進(jìn)行相關(guān)的動(dòng)態(tài)性小觸點(diǎn)，裹在外殼中，其附近也是有傳動(dòng)系統(tǒng)，但尺寸小。以下屬于最具代表性的軸體開關(guān)構(gòu)造的一些實(shí)例。軸體開關(guān)由5種基本上結(jié)構(gòu)要素構(gòu)成。圖3.6微動(dòng)開關(guān)設(shè)計(jì)圖顯示屏模塊的電路設(shè)計(jì)從高性價(jià)比的見解來說，本設(shè)計(jì)里所選擇的顯示器部分為OLED顯示器。OLED顯示器是有著機(jī)械設(shè)備發(fā)光光電二極管。一樣不用機(jī)械設(shè)備自照明燈具，不用背光燈，具備飽和度高、防護(hù)層薄、視場(chǎng)地區(qū)寬、反應(yīng)速度快、具有柔性面功效，工作溫度范圍寬、結(jié)構(gòu)緊湊、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)異優(yōu)點(diǎn)，因而OLED顯示器因?yàn)镺LED是慎勿光型的，所以才很有可能用以背光燈。除此之外，因?yàn)橐晥?chǎng)范疇寬、畫面質(zhì)量平衡、反應(yīng)速度快、很容易五顏六色化、簡(jiǎn)單推動(dòng)集成電路芯片能夠自收自支、工藝流程簡(jiǎn)單化、還可以生產(chǎn)制造柔性頁(yè)面，遵照高挑設(shè)計(jì)原理，關(guān)鍵適用范圍依舊是中小型父親表明面：自發(fā)性發(fā)亮，視線總面積廣；回應(yīng)快速，界面平穩(wěn)色度好，顏色豐富多彩，分辨率高。工作性質(zhì)：工作電壓低，輸出功率低，但能與新式太陽(yáng)能電池板、集成電路芯片等商品配套設(shè)施。適用范圍廣：應(yīng)用玻璃基板，可進(jìn)行大規(guī)模平板電腦展現(xiàn)；若以柔性材質(zhì)為基材，就可以生產(chǎn)折疊式的顯示器。此外，因?yàn)镺LED為全固、非真空泵元器件，具備抗沖擊、抗低溫(-40)等優(yōu)點(diǎn)，在軍工用里也有至關(guān)重要的主要用途，比如用以重型坦克、直升飛機(jī)等現(xiàn)代化武器的顯示設(shè)備。OLED表明模塊與OLED顯示模塊對(duì)比具備安裝方便的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段應(yīng)用場(chǎng)地多見工業(yè)化生產(chǎn)當(dāng)場(chǎng)、國(guó)防領(lǐng)域、地質(zhì)勘查、油氣田煤碳勘查等領(lǐng)域。模塊里有單色和兩色兩種選擇，單色為純藍(lán)，兩色為紅黃藍(lán)二種顏色。單色模塊里的每一個(gè)像素?cái)?shù)能是有光，還可以并不是有光，但是不區(qū)別顏色。規(guī)格小，表明總寬0.96英尺，模塊總寬僅有27mm*26mm規(guī)格；針對(duì)高像素，此功能的屏幕分辨率為128*64在各類連接方式中，該模塊共給出了4種端口號(hào)分別是6800、8080的2種并接方法、4線穿越重生式SPI接口方式、IIC連接方式；沒有要求髙壓，能夠相互連接三點(diǎn)三伏工作中。此次設(shè)計(jì)里所選擇的OLED有如圖所示的4種動(dòng)作模式：圖3.7OLED接口模式圖下面是本次設(shè)計(jì)所用到的OLED顯示屏的實(shí)物圖：圖3.8OLED模塊圖OLED功能的默認(rèn)設(shè)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。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(hào)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(hào)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(gè)。本設(shè)計(jì)應(yīng)用到的是八千零八十接口方式，所對(duì)應(yīng)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(fù)位OLED；DC(RS)：指示/數(shù)據(jù)標(biāo)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(shè)置了一個(gè)緩存詞庫(kù)(共128*8個(gè)字節(jié))，在每次修改的時(shí)候，只是修改STM三十二上的緩存字庫(kù)(其實(shí)只是SRAM)，當(dāng)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(dāng)然這種方式也有弊端，只是對(duì)付一些SRAM很小的單片機(jī)(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(shè)計(jì)軟件總體的設(shè)計(jì)思想本次的設(shè)計(jì)核心就是控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以首先我們必須要知道電動(dòng)機(jī)的基本原理電機(jī)簡(jiǎn)單來講是可以實(shí)現(xiàn)能量和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)化的電工設(shè)備，所以人們常常說的電動(dòng)機(jī)基本原理就是：由電生磁場(chǎng)。通電導(dǎo)線上會(huì)形成的電磁也是電磁感應(yīng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)引起定子轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)主要是由電機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)成，一個(gè)造成電磁振蕩，一個(gè)是地球磁極，電機(jī)的電機(jī)定子(滾動(dòng)軸承)轉(zhuǎn)動(dòng)。到此，動(dòng)能-電磁能-機(jī)械功率的互相變換進(jìn)行。掌握本篇文章后，不用全面了解電機(jī)的本質(zhì)，即電磁線圈，即電感元件。此外，調(diào)整電動(dòng)機(jī)速度本質(zhì)是為電動(dòng)機(jī)提供不同的提供電壓的電壓值越多，越調(diào)整電動(dòng)機(jī)速度，但恰好PWM的本質(zhì)是脈沖寬度調(diào)制，根據(jù)導(dǎo)出不同類型的pwm占空比指數(shù)，將交流電壓轉(zhuǎn)換為不同電流的數(shù)字信號(hào)。其基本原理是：利用占空比系數(shù)就能夠進(jìn)行對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，因?yàn)槲覀兌贾?，占空比系?shù)就是高電平與下一個(gè)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(duì)直流電機(jī)而言，當(dāng)電機(jī)輸入輸出端插針時(shí)是高電平馬達(dá)就可以轉(zhuǎn)動(dòng)了，在輸入輸出端高電平時(shí)，馬達(dá)也會(huì)轉(zhuǎn)，但是轉(zhuǎn)速是一點(diǎn)點(diǎn)一點(diǎn)點(diǎn)的加快了，當(dāng)高電平突然轉(zhuǎn)向低電平時(shí)，馬達(dá)由于電感的阻止電壓突轉(zhuǎn)的功能是不能停下來的，會(huì)維持在這原來的轉(zhuǎn)速，以此往復(fù)，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速也就是周期內(nèi)輸出功率的平均電流值，所以在實(shí)質(zhì)上我們調(diào)速也就是讓發(fā)電機(jī)處在一個(gè)狀態(tài)，似停而非停，看似全速運(yùn)轉(zhuǎn)但又不是全速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況，所以在下某個(gè)時(shí)間內(nèi)的平均值轉(zhuǎn)速也便是下某個(gè)占空比系數(shù)所調(diào)出的平均轉(zhuǎn)速了。也即是：在電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，流量越大，則發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速?？傮w軟件流程圖如圖所示：圖4.1軟件流程圖系統(tǒng)仿真與測(cè)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(xiàng)一工程，從Proteus中的[P]選取所要求的零件：二極管、LED、電機(jī)芯片、電容和直流電機(jī)等，最后還有單片機(jī)STM32F103R6。安置STM32F103R6單片式微型計(jì)算機(jī)，并設(shè)置好VDDA、VSSA管腳，以及NRST、VBAT和BOOTO，然后進(jìn)行模塊連接，在此期間還可修改需要更改的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，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(jìn)行模擬，結(jié)果如圖5.1。圖5.1仿真圖仿真過程點(diǎn)擊開始運(yùn)行仿真，可通過設(shè)置按鈕對(duì)設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)，首先按下啟動(dòng)按鈕，電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢提升，由于初始PWM值設(shè)置較小，電機(jī)的轉(zhuǎn)速只會(huì)到達(dá)23轉(zhuǎn)/S左右，然后保持。通過改變PWM值，控制電動(dòng)機(jī)工作頻率，去改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。由外部按鍵電路提供給單片機(jī)一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，根據(jù)按的次數(shù)可進(jìn)行不同檔位的加速改變定時(shí)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(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并實(shí)時(shí)的將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度檔位顯示在OLED屏幕之上。在啟動(dòng)狀態(tài)下按一次加速按鈕，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)增大到46轉(zhuǎn)/S，之后每次按下加速按鈕，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速都會(huì)增加23轉(zhuǎn)/S左右，由于電機(jī)性能限制，最大轉(zhuǎn)速為196轉(zhuǎn)/S，也就是可以增加8次轉(zhuǎn)速。反之，每按一次減速按鈕，電機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)降低23轉(zhuǎn)/S直到電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)行結(jié)果如圖5.2、5.3、5.4。圖5.2啟動(dòng)狀態(tài)圖圖5.3加速狀態(tài)圖圖5.4減速狀態(tài)圖總結(jié)與反思總結(jié)：從開始選擇下這一題目，接觸單片機(jī)這門新的知識(shí)內(nèi)容到現(xiàn)在為止，差不多已經(jīng)三四個(gè)多月的時(shí)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(shí)；拓寬了視野；掌握了一項(xiàng)全新的技術(shù)；還有是遇見了一位很好的導(dǎo)師；最主要的是讓我們明白了學(xué)習(xí)的意義。最不舒服的就是熬夜敲代碼；被一個(gè)問題"折磨"好幾天；不過我明白，在相對(duì)于知識(shí)的海洋中，自己所掌握的就是這點(diǎn)知識(shí)，連皮毛都算是不上。變頻技術(shù)結(jié)合單片機(jī)應(yīng)用本身是一個(gè)比較傳統(tǒng)一點(diǎn)的技術(shù)，他本身的難點(diǎn)在于對(duì)交直流信號(hào)的轉(zhuǎn)化，以及如何利用單片機(jī)輸出不同的波形去控制電機(jī)工作在不同的速度下。經(jīng)過這么長(zhǎng)時(shí)間的努力以及認(rèn)真學(xué)習(xí)，我將這些困難已經(jīng)一點(diǎn)一點(diǎn)的克服了。并且可以將電機(jī)在工作時(shí)候的速度運(yùn)算出來。經(jīng)過了自己的實(shí)戰(zhàn)，我不但提高了對(duì)單片機(jī)概念的認(rèn)識(shí)，把理論知識(shí)較好的運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中了，同時(shí)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(chǔ)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(shè)計(jì)，對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)有了一定的了解，認(rèn)識(shí)到要它與調(diào)速系統(tǒng)的不同與優(yōu)勢(shì)，以及它非凡的發(fā)展前景。但是對(duì)于我本次的設(shè)計(jì)來說仍有很大的不足，雖然可以實(shí)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(shè)計(jì)最初以調(diào)試出實(shí)物為出發(fā)點(diǎn)，由于客觀原因無法拿到實(shí)物，決定用仿真替代，但是自身考慮的不足以及知識(shí)儲(chǔ)備的欠缺，仿真中部分仿真元件與確定的實(shí)物元件存在一定的偏差，只能對(duì)此基本原理進(jìn)行仿真。通過本次設(shè)計(jì)，讓我意識(shí)到自己仍存在很多問題，未來需要學(xué)習(xí)的東西還有很多很多。

參考文獻(xiàn)[1]周江.STM32單片機(jī)原理及硬件電路設(shè)計(jì)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2015(11)：1.DOI：10.19695/12-1369.2015.11.001.[2]陳鑫，秦宏偉，陳春雨，成寶芝.基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32微控制器研究與電路設(shè)計(jì)[J].