基于C8051F020單片機的電機變頻遙控控制系統(tǒng)

王賢明++何露++鄭成

摘 要本文介紹了以C8051F020單片機為核心的遙控控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由遙控發(fā)射器和C8051F020單片機控制的接收電路以及輸入檢測、輸出控制電路組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活、成本低，易于擴充和修改。

【關(guān)鍵詞】紅外線遙控 解碼 C8051F020單片機

隨著遙控變頻技術(shù)快速發(fā)展，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用越加廣泛，尤其是在高壓或者是輻射環(huán)境以下的工業(yè)設(shè)備中，對設(shè)備操作者身體健康造成直接影響。為了能夠保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與安全，應(yīng)用高質(zhì)量及效率的變頻遙控技術(shù)就十分必然，電機控制也能夠迎來新的發(fā)展前景。

1 C8051F020功能簡介

C8051F020是完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片，芯片內(nèi)置有8路12位A/D轉(zhuǎn)換器、8路8位A/D轉(zhuǎn)換器、2路12位D/A轉(zhuǎn)換器，2路UART、SPI，支持20個中斷源、64個可編程I/O口等外部設(shè)備。這種高集成的系統(tǒng)器件為設(shè)計低功耗、高性能的驅(qū)動器提供了方便。

2 遙控控制系統(tǒng)設(shè)計

遙控控制系統(tǒng)主要有兩部分組成，分別為遙控控制電路、速度控制電路。

2.1 遙控控制電路

遙控控制電路由兩部分組成，分別是發(fā)射器與接收器。發(fā)射器主要由五部分構(gòu)成，分別是指令信號電路、調(diào)制電路、驅(qū)動電路、顯示電路與紅外發(fā)射管。在按下指令按鍵后，發(fā)射電路就能夠發(fā)射出一定數(shù)量的脈沖信號。接收器主要由兩部分組成，分別是紅外線接收器與C8051F020系統(tǒng)。接收器在接受到紅外編碼之后，C8051F020系統(tǒng)會接受脈沖信號并且儲存，然后利用軟件將信號解碼，完成信號識別處理調(diào)節(jié)。

2.2 速度控制電路

由圖1可知，速度控制電路主要由四部分構(gòu)成，分別為C8051F020單片機、繼電器開關(guān)邏輯電路、三組集成電路與逆變電路。速度控制電路在實際運行過程中，整個工作都是以C8051F020單片機作為核心。轉(zhuǎn)速測量電路主要由三部分構(gòu)成，分別是傳感器、轉(zhuǎn)換器與光電隔離器。其中轉(zhuǎn)速測量電路內(nèi)所應(yīng)用的轉(zhuǎn)換器性體積較小，能夠采樣及轉(zhuǎn)換功能同步完成，進而滿足系統(tǒng)對速度及精度等方面的要求。

3 調(diào)速控制原理

本文C8051F020單片機控制電機調(diào)速，主要應(yīng)用兩種調(diào)節(jié)方式，分別是不連續(xù)段式調(diào)節(jié)與段內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。

不連續(xù)段式調(diào)節(jié)—即將整個調(diào)節(jié)范圍劃分為多個階段，在每一個階段內(nèi)設(shè)置一個按鍵。電機轉(zhuǎn)速最大值要是規(guī)定為每分鐘1000轉(zhuǎn)的情況下，轉(zhuǎn)速最小值則規(guī)定為100轉(zhuǎn)每分鐘。這樣在對電機設(shè)計過程中，就應(yīng)該將轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)速度劃分為9個區(qū)域，然后在每一個調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)進行劃分。劃分區(qū)域與基礎(chǔ)速度可以按照實際操作情況及實際要求進行設(shè)定。段內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)—即速度階段確定之后，在速度階段內(nèi)設(shè)置一個共同鍵，主要目的是將已經(jīng)調(diào)定速度段進行連續(xù)調(diào)節(jié)，每一個調(diào)節(jié)速度都發(fā)生一次改變，每按一次鍵所速度更改數(shù)值應(yīng)該按照電機調(diào)速規(guī)定進行設(shè)定。

在對電機變頻遙控控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，C8051F020單片機通過接收電路所傳輸?shù)男畔?，完成譯碼操作，考慮到系統(tǒng)所調(diào)速的便捷性與穩(wěn)定性，在信號發(fā)射電路上還增加了顯示電路設(shè)計，進而能夠?qū)㈦娐沸畔鬏斔俣染_顯示出來?？刂葡到y(tǒng)對電機運行調(diào)控流程如下：首先，接收電路在對解碼數(shù)據(jù)處理之后，能夠?qū)㈦姍C準備狀態(tài)下的速度進行確定，該階段電機運行速度被稱之為預調(diào)速，同時還需要對電機實際運行速度與檢測速度進行進行對比；其次，利用軟件對電機輸出量進行調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)實際運行速度與檢測速度相吻合，系統(tǒng)運輸狀態(tài)保持不變，保證電機能夠始終處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，這樣就能夠有效將電機超調(diào)問題進行解決。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于C8051F020電機變頻遙控控制系統(tǒng)，按照調(diào)速控制所具有的特征，在提升控制系統(tǒng)精度的情況下，C8051F020電機變頻遙控控制系統(tǒng)程序主要由五部分構(gòu)成，分別是初始化程序、解碼程序、PWM程序、速度控制程序與軟啟動程序。為了能夠降低電機速度在調(diào)整之后所出現(xiàn)的滯后情況，解決超調(diào)問題，進而速度控制程序內(nèi)應(yīng)用分段形式，也就是包含快調(diào)速度控制與慢調(diào)速度控制兩個子程序，同時在慢調(diào)速度控制程序利用變速PID控制器對速度調(diào)整進行優(yōu)化，完善電機在調(diào)速階段內(nèi)性能穩(wěn)定性。軟啟動程序能夠在電機軟件啟動過程中進行保護，解碼程序主要是對系統(tǒng)進行中斷及查詢。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用C8051F020單片機控制，實現(xiàn)對電機變頻遙控控制，其轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)動速率可以通過按鍵輸入，運用程序?qū)@些數(shù)據(jù)進行處理，由單片機發(fā)出相應(yīng)的控制信號給電機，增加了控制的靈活性。本系統(tǒng)具有通用性，結(jié)構(gòu)較為簡單，所需要的經(jīng)濟成本也較為低廉，在傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，具有一定的應(yīng)用價值。

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作者簡介

王賢明（1982-），男，江西省南昌市人。碩士學位?，F(xiàn)供職于中國船舶重工集團公司第七二二研究所。研究方向為控制技術(shù)研究。

作者單位

中國船舶重工集團公司第七二二研究所 湖北省武漢市 430205