应用8089单片机实现直流伺服电机PWM调速控制120

第一章 绪论.................................................................... 1

1．1选题背景................................................................... 1

1．2 系统性能及技术要求....................................................... 1

第二章 方案论证............................................................... 2

2．1 调速控制方法及选择....................................................... 2

2．1．1直流伺服电机与普通直流电机以及交流伺服电机的比较....................... 2

2．1．2 选用PWM调速系统控制直流伺服电机....................................... 2

2．2 单片机的选择............................................................. 2

2．3 门控传感器的选择......................................................... 3

第三章 单片机工作原理及简介................................................. 4

3．1 单片机概述................................................................ 4

3．2 MCS-51单片机结构......................................................... 4

3．2．1 MCS-51系列单片机引脚功能.............................................. 5

3．2．2振荡电路和时钟电路..................................................... 8

3．2．3输入/输出口............................................................ 8

3．3 MCS-51定时器与中断系统................................................. 10

第四章 系统硬件电路图设计.................................................. 16

4．1 系统原理框图............................................................ 16

4．2 直流伺服电机的控制...................................................... 16

4．2．1  方波的产生.......................................................... 16

4．2．2  电机转速及运转方向的控制............................................ 16

4．3  红外线传感器............................................................ 17

4．3．1  被动热释红外线探头的工作原理及特性.................................. 17

4．3．2红外线热释电传感器的安装要求.......................................... 17

4．4 温度传感器............................................................... 21

4．4．1 DS18B20的内部结构.................................................... 22

4．4．2 DS18B20温度传感器的存储器............................................ 22

4．4．3 DS1820使用中注意事项................................................. 24

第五章 系统软件设计.......................................................... 26

5．1初始化子程序............................................................. 26

5．2 开关门程序............................................................... 27

5．3 温度检测控制及显示程序.................................................. 30

5．3．1 DS18B20复位初始化子程序：............................................ 31

5．3．2 读出转换后的温度值................................................... 32

5．3．3 写DS18B20的子程序(有具体的时序要求).................................. 33

5．3．4 读DS18B20的程序,从DS18B20中读出两个字节的温度数据.................... 33

5．3．5 温度计算子程序....................................................... 34

5．3．6 双字节除以单字节子程序............................................... 35

5．3．7 转换成非压缩的BCD码.................................................. 36

5．3．8 显示子程序........................................................... 37

设计总结....................................................................... 39

参考文献....................................................................... 40

附录1 主要器件................................................................ 41

附录2 电路原理图............................................................. 42

附录三 程序流程图............................................................ 43

附录四 总程序................................................................. 43

附录五 技术要点和环境实例.................................................. 48

 

在经济飞速发展的中国，在我们高楼耸立的大都市，在大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门已经是随处可见。自动门不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。

自动门在国外早已得到普遍应用，在我国也逐步得到大家的认同，中国已经迎来了自动门发展的黄金时期。

工作电压：220V交流电 50HZ

门重：130kg     120kg

电机的选择：直流伺服电机

开门速度：100~~~450mm/秒（可调）

开门后：1~~~~9秒后关门（可调）

功耗：50~~~~100W

传感器选择：红外线感应传感器、温度传感器

环境温度：-20~~~+50ºC

本题目以单片机为核心，通过红外线传感器对门附近物体的检测，自动开门和关门，同时检测环境温度，可自动、手动开启加热装置进行加热。

 

伺服电机也称执行电机，它具有一种服从控制信号的要求而动作的只能，在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号小时，转子能即使自行停转，由于这种“伺服”性能，因此而得名。

按照在自动控制系统中的功用所要求，伺服电机具备可控性好、稳定性高和速应性强等基本性能。可控制性好是指寻好消失以后，能立即自行停转；稳定性高是指转速随转矩的增加而均匀下家，速应性强是指反应快，灵敏。

直流伺服电机的工作原理和普通直流电机相同。只要在其励磁绕组中有电流通过且产生了磁通，当电枢绕组中通过电流时，这个电枢电流与磁通互相作用而产生转矩使伺服电机投入工作。这两个绕组其中的一个断电时，电动机立即停转，它不象交流伺服电动机那样有“自转”现象。所以我们选择直流伺服电动机来进行自动门的拖动。

与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点：

由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用可能就足以获得脉冲动很小的直流电流，电枢容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。又由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流即相同的输出转矩下，电动机的损耗和发热都较小。

同样由于开关频率高，若与快速响应的电机配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗干扰能力强。

由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率比较高。

20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投入市场的产品就有50多个系列，数百个品种。尽管单片机的品种很多，但是在我国使用的最多的是INTER公司的MCS-51系列单片机，直到现在MCS-51系列单片机仍不失为主流系列。在最近的若干年仍是工业检测控制的主角。

MCS-51系列单片机有3个基本类型：8031、8051、8751。这里选用的是8751单片机。8031内部包括一个8位CPU，128个字节RAM，21个特殊功能寄存器，4个8位并行I/O口，1个全双功串行口，2个16位定时器/计数器，但片内无程序存储器，需要外扩EPROM芯片。

8051在8031基础上，片内又集成有4K ROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051适合用于应用在程序已定的产品中。

8751是在8031的基础上，增加了4K字节的EPROM，它构成了一个程序小于4KB的小系统。用户可以将程序固化在EPROM中，可以反复修改程序。本系统需要通过对程序的修改，来达到电机转速可调，可能需要反复的写入程序，所以选用8751单片机的定时器配合P0口输出来产生PWM调制波，来控制直流伺服电动机。

微波感应器：

又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动，雷达便不再反应，自动门就会关闭，有可能出现夹人现象。

红外感应器：