基于單片機控制的變頻調速系統

摘 要：通過理論與技術分析設計了單片機變頻調速控制系統并對其進行了模擬仿真。

關鍵詞：變頻調速；單片機；提升機；電動機

1 系統硬件的設計實現

1.1 系統總體設計

單片機變頻調速系統的硬件是單片機控制系統、變頻器電路、數/模轉換電路、信號檢測電路和電源電路等部分組成。

單片機不斷地執行預定程序，將數字信號通過D/A轉換，放大后傳至變頻器，再通過V/F變換即可通過變頻器調節動機的轉速及頻率。通過光碼測速系統，將電機的運動狀態以電脈的方式傳給單片機，經過內部運算可以自動判別提升機的狀態。

1.2 單片機控制系統的設計

單片機控制系統由AT89C51、復位電路、時鐘電路、鍵盤電路和顯示電路構成。

時鐘電路是采用內部方式，即在AT89C51的XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作為定時元件，內部反相放大器自激振蕩，產生時鐘。此處選用的石英頻率為12MHz，小電容為22pF，則得到的時鐘頻率為6MHz。

復位電路接成按鈕式的，從RST引腳接入AT89C51。復位信號時高電平有效，并且高電平有效的持續時間應為24個振蕩周期以上。復位以后，07H寫入棧指針SP，PO口～P3口均置1，程序計數PC和其他特殊功能寄存器SFR全部清零。

鍵盤是由若干個按鍵組成的開關矩陣，它是一種廉價的輸入設備。本次設計需要6個按鍵，由于I/O口線足夠使用，因此用P1口就可以直接滿足要求，無需使用特殊設計，直接將按鍵接到P1口的引腳上，以組成獨立連接式按鍵接口電路。按鍵輸入采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O口線有確定的高電平。鍵的定義為，K1用于手動，K2用于自動，K3用于爬行，K4用于加速，K5用于勻速，K6用于減速。

顯示電路中使用6片74HC595，第一片用于連接數碼管公共端，起到循環掃描點亮各位數碼管的作用，第二片用于給2個兩位數碼管送數據，顯示主、副井提升機的數字深度，第三片用于給其中一個四位數碼管送電機轉動的頻率數據，第四片用于給另一個四位數碼管送電機轉動的速度數據，第五、六片用于給發光柱送數據，顯示主、副井提升機的模擬深度。

1.3 數/模轉換電路

在數模轉換電路中，AT89C51的P0口既作地址線又作數據線，首先輸出地址，選通DAC0832，然后P0口線上將出現數據送到DAC0832，就可以將數字量轉化為模擬量輸出，再經放大器LF356信息放大輸出給變頻器，從而調節電機的轉速。

把DAC0832接成單脈沖工作方式，使輸入寄存器處于鎖存狀態，ILE接+5V，/WR1接CPU寫信號/WR，/CS接CPU的P2.0，DAC寄存器處于不鎖存狀態，所以將/WR2和/XFER直接接地。通常AGND和DGND都接在一起，接到數字地上。由于DAC0832內部有8位數據輸入寄存器，可以用來鎖存CPU輸出的數據，因此，CPU的數據總線可直接接到DAC0832的數據輸入線DI0～DI7上。因為DAC0832Iout1和Rfb端之間已有一個15K歐姆的內部反饋電阻，所以這里就將運算放大器的輸出端Uout和Rfb端短接起來。

通過這種方式連接，可以求出最后的輸出電壓OUTV0=-VREF*D*/256，取VREF為-5V，則OUTV0=D*/51.2，其中，D*為輸入到DAC0832中的數字量。

1.4 信號檢測電路

采用光電式碼盤，它是一種非接觸性光電傳感器，具有測量準確度高、響應速度快、可靠性高和使用壽命長等優點。典型的光電式碼盤有TLP507A和TLP800。

設計時，使用兩個計數器T0和T1，它們的作用目的不同。在自動程序中，T0主要用于狀態之間切換，在每個狀態里的計數初值不同，以便于限定各個狀態的運行時間，當某個狀態的計數溢出，就會在相應的中斷服務程序中改變標志位并重新賦計數初值，用于計數下一個狀態；T1采用方式2的自動重裝計數功能，每計數32個脈沖就要中斷一次用于改變深度；在手動程序中，T0用作保護功能，開始賦初值用于計數407個脈沖，如果在操作的過程中，T0計數到了407個脈沖而操作人員還沒有開啟爬行狀態，則程序會自動進入T0的中斷服務程序中，封鎖鍵盤，禁止手動再鍵盤，強制電動機進入爬行狀態，直至停止，然后才打開鍵盤，用作判斷下一步要采用手動還是自動方式。

2 系統軟件的設計實現

2.1 主控制模塊設計

P0和P2口作為地址線，用于選擇DAC0832，P0口作為數據線將數據輸入到DAC0832，P1口用于鍵盤輸入，P2.7、P3.0和P3.1接到74HC595上，用于鎖存待顯數據，P3.2用于接收鍵盤信息，P3.4和P3.5用于計數從光碼盤送入的脈沖。

2.2 鍵盤模塊設計

此模塊外部中斷控制方式，只要有鍵閉合，就會自動向CPU請求中斷，CPU即響應鍵盤輸入的中斷，就會轉向INT0中斷服務程序，在中斷服務程序中識別哪一個鍵處于閉合狀態，然后執行相應的處理程序。

2.3 顯示模塊設計

在程序中定義了20個字節的緩沖區，其中第0個字節～第3個字節用于存儲發光柱的低位，第4個字節～第7個字節用于存儲發光柱的高位，第8個字節～第11個字節用于存儲要顯示的電動機的轉速，第12個字節～第15個字節用于存儲頻率數據，第16個字節～第19個字節用于存儲深度數據。對于74HC595來說，要先將待顯的數據鎖存，然后再發送命令讓數據顯示出來，也就可以達到串入并出的效果。

[參考文獻]

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