直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

同曉雅 幸曉勇

摘 要：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)參與控制并借助一些輔助部件與被控對(duì)象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。用計(jì)算機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，本文是實(shí)際生產(chǎn)模型的一個(gè)簡(jiǎn)化，利用超想_3000TB開(kāi)放式綜合實(shí)驗(yàn)/仿真系統(tǒng)完成硬件、軟件調(diào)試。

關(guān)鍵詞：輸入；顯示；測(cè)速； D/A轉(zhuǎn)換；閉環(huán)控制

一、設(shè)計(jì)原理

在控制電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，我們采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。由用戶(hù)從鍵盤(pán)輸入直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值，并顯示在顯示器上；由計(jì)算機(jī)測(cè)量其當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速，與希望值進(jìn)行比較，并用顯示器顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定值不相等時(shí)，希望值與實(shí)際值的差值會(huì)給系統(tǒng)一個(gè)調(diào)節(jié)量，改變輸出電壓，從而使電機(jī)以設(shè)定的速度恒速旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)顯示器顯示轉(zhuǎn)速。

（一）行掃描法。行掃描法是采用步進(jìn)掃描方式，CPU通過(guò)輸出口把一個(gè)“步進(jìn)的0”逐行加至鍵盤(pán)的行線(xiàn)上，然后通過(guò)輸入口檢查列線(xiàn)的狀態(tài)。由行線(xiàn)、列線(xiàn)電平狀態(tài)的組合來(lái)確定是否有鍵按下，并確定被按鍵所處的行、列位置。

（二）LED動(dòng)態(tài)掃描方式。動(dòng)態(tài)掃描顯示接口電路是把所有顯示器的8個(gè)筆劃段a～h同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極COM是各自獨(dú)立地受I/O線(xiàn)控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是由I/O控制的。

（三）傳感器原理。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤(pán)邊沿，轉(zhuǎn)盤(pán)隨測(cè)軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(pán)隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響，霍爾器件輸出脈沖信號(hào)，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比，測(cè)出脈沖的周期或頻率即可計(jì)算出轉(zhuǎn)速。

二、分析設(shè)計(jì)

（一）硬件結(jié)構(gòu)。本文所使用的器件如下表所示：

（1）51單片機(jī)。51單片機(jī)是對(duì)所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱(chēng)。主要功能是完成D/A轉(zhuǎn)換工作，產(chǎn)生直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)。（2）DAC0832。DAC0832是8位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與微處理器完全兼容。主要功能是完成D/A轉(zhuǎn)換工作，產(chǎn)生直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)。這種D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。有兩級(jí)鎖存控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道的D/A的同步轉(zhuǎn)換輸出。（3）霍爾傳感器。霍爾器件是由半導(dǎo)體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場(chǎng)B，在沿平面方向兩端加外電場(chǎng)，則使電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，結(jié)果在器件的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢(shì)。其大小和外磁場(chǎng)及電流大小成比例。（4）鍵盤(pán)。鍵盤(pán)是由一組按壓式或觸摸式開(kāi)關(guān)構(gòu)成的陣列。用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)指定直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)在35～50轉(zhuǎn)/秒。鍵盤(pán)輸入應(yīng)解決的問(wèn)題有：按鍵識(shí)別、消除按鍵抖動(dòng)和串鍵保護(hù)。矩陣式鍵盤(pán)由行線(xiàn)和列線(xiàn)組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行、列線(xiàn)分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。由于矩陣式鍵盤(pán)中行、列線(xiàn)為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平，因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線(xiàn)信號(hào)配合起來(lái)并做適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置。（5）8段數(shù)碼管。8段數(shù)位管屬于LED發(fā)光器件的一種。8段數(shù)位管又稱(chēng)為8字型數(shù)位管，分為8段：A、B、C、D、E、F、G、P。其中P為小數(shù)點(diǎn)。（6）超想_3000TB開(kāi)放式綜合實(shí)驗(yàn)/仿真系統(tǒng)。超想_3000TB綜合實(shí)驗(yàn)儀采用“仿真式”設(shè)計(jì)方法，仿真器與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分離，采用“仿真”方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，允許進(jìn)行脫機(jī)運(yùn)行工作，所以，實(shí)驗(yàn)過(guò)程是與實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程完全一致。仿真器使用的是雙“CPU”架構(gòu)方式，100%資源出讓?zhuān)?00%實(shí)時(shí)，100%無(wú)條件硬件斷點(diǎn)。

（二）軟件設(shè)計(jì)。（1）測(cè)量控制系統(tǒng)流程圖。

（2）軟件設(shè)計(jì)流程圖。

三、設(shè)計(jì)結(jié)論

通過(guò)對(duì)輸入，測(cè)量，顯示，控制等模塊的逐一實(shí)現(xiàn)，最后統(tǒng)一于主程序中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量與控制。