基于单片机控制的变频调速系统

基于单片机控制的变频调速系统

作者：林程森 王中帅

来源：《无线互联科技》2013年第04期

摘 要：通过理论与技术分析设计了单片机变频调速控制系统并对其进行了模拟仿真。 关键词：变频调速；单片机；提升机；电动机 1 系统硬件的设计实现 1.1 系统总体设计

单片机变频调速系统的硬件是单片机控制系统、变频器电路、数/模转换电路、信号检测电路和电源电路等部分组成。

单片机不断地执行预定程序，将数字信号通过D/A转换，放大后传至变频器，再通过V/F变换即可通过变频器调节动机的转速及频率。通过光码测速系统，将电机的运动状态以电脉的方式传给单片机，经过内部运算可以自动判别提升机的状态。 1.2 单片机控制系统的设计

单片机控制系统由AT89C51、复位电路、时钟电路、键盘电路和显示电路构成。 时钟电路是采用内部方式，即在AT89C51的XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作为定时元件，内部反相放大器自激振荡，产生时钟。此处选用的石英频率为12MHz，小电容为22pF，则得到的时钟频率为6MHz。

复位电路接成按钮式的，从RST引脚接入AT89C51。复位信号时高电平有效，并且高电平有效的持续时间应为24个振荡周期以上。复位以后，07H写入栈指针SP，PO口～P3口均置1，程序计数PC和其他特殊功能寄存器SFR全部清零。

键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是一种廉价的输入设备。本次设计需要6个按键，由于I/O口线足够使用，因此用P1口就可以直接满足要求，无需使用特殊设计，直接将按键接到P1口的引脚上，以组成独立连接式按键接口电路。按键输入采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。键的定义为，K1用于手动，K2用于自动，K3用于爬行，K4用于加速，K5用于匀速，K6用于减速。

显示电路中使用6片74HC595，第一片用于连接数码管公共端，起到循环扫描点亮各位数码管的作用，第二片用于给2个两位数码管送数据，显示主、副井提升机的数字深度，第三片

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用于给其中一个四位数码管送电机转动的频率数据，第四片用于给另一个四位数码管送电机转动的速度数据，第五、六片用于给发光柱送数据，显示主、副井提升机的模拟深度。 1.3 数/模转换电路

在数模转换电路中，AT89C51的P0口既作地址线又作数据线，首先输出地址，选通DAC0832，然后P0口线上将出现数据送到DAC0832，就可以将数字量转化为模拟量输出，再经放大器LF356信息放大输出给变频器，从而调节电机的转速。

把DAC0832接成单脉冲工作方式，使输入寄存器处于锁存状态，ILE接+5V，/WR1接CPU写信号/WR，/CS接CPU的P2.0，DAC寄存器处于不锁存状态，所以将/WR2和/XFER直接接地。通常AGND和DGND都接在一起，接到数字地上。由于DAC0832内部有8位数据输入寄存器，可以用来锁存CPU输出的数据，因此，CPU的数据总线可直接接到DAC0832的数据输入线DI0～DI7上。因为DAC0832Iout1和Rfb端之间已有一个15K欧姆的内部反馈电阻，所以这里就将运算放大器的输出端Uout和Rfb端短接起来。

通过这种方式连接，可以求出最后的输出电压OUTV0=-VREF*D*/256，取VREF为-5V，则OUTV0=D*/51.2，其中，D*为输入到DAC0832中的数字量。 1.4 信号检测电路

采用光电式码盘，它是一种非接触性光电传感器，具有测量准确度高、响应速度快、可靠性高和使用寿命长等优点。典型的光电式码盘有TLP507A和TLP800。

设计时，使用两个计数器T0和T1，它们的作用目的不同。在自动程序中，T0主要用于状态之间切换，在每个状态里的计数初值不同，以便于限定各个状态的运行时间，当某个状态的计数溢出，就会在相应的中断服务程序中改变标志位并重新赋计数初值，用于计数下一个状态；T1采用方式2的自动重装计数功能，每计数32个脉冲就要中断一次用于改变深度；在手动程序中，T0用作保护功能，开始赋初值用于计数407个脉冲，如果在操作的过程中，T0计数到了407个脉冲而操作人员还没有开启爬行状态，则程序会自动进入T0的中断服务程序中，封锁键盘，禁止手动再键盘，强制电动机进入爬行状态，直至停止，然后才打开键盘，用作判断下一步要采用手动还是自动方式。 2 系统软件的设计实现 2.1 主控制模块设计

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P0和P2口作为地址线，用于选择DAC0832，P0口作为数据线将数据输入到DAC0832，P1口用于键盘输入，P2.7、P3.0和P3.1接到74HC595上，用于锁存待显数据，P3.2用于接收键盘信息，P3.4和P3.5用于计数从光码盘送入的脉冲。 2.2 键盘模块设计

此模块外部中断控制方式，只要有键闭合，就会自动向CPU请求中断，CPU即响应键盘输入的中断，就会转向INT0中断服务程序，在中断服务程序中识别哪一个键处于闭合状态，然后执行相应的处理程序。 2.3 显示模块设计

在程序中定义了20个字节的缓冲区，其中第0个字节～第3个字节用于存储发光柱的低位，第4个字节～第7个字节用于存储发光柱的高位，第8个字节～第11个字节用于存储要显示的电动机的转速，第12个字节～第15个字节用于存储频率数据，第16个字节～第19个字节用于存储深度数据。对于74HC595来说，要先将待显的数据锁存，然后再发送命令让数据显示出来，也就可以达到串入并出的效果。 [参考文献]

[1]马忠梅，籍顺心，等.单片机的C语言应用程序设计.北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[2]朱善军，孙新亚，等.单片机接口技术与应用.北京：清华大学出版社 2005.