嵌入式智能电机调速控制系统的设计

《工业控制计算机》2021年第34卷第6期85
嵌入式智能电机调速控制系统的设计
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*2019年度山东省职业教育教学改革研究项目教育信息化2.0背景下电力系统自动化技术专业教学资源建设策略探究与应用机制 创新实践（2019042）的阶段性研究成果
Design of Embedded Intelligent Motor Speed Control System
聂兵（山东工业职业学院电气工程学院，山东淄博256414）
摘要：基于Android 和ZigBee 技术，该控制系统可以使用安装Android 系统的手机通过Wi-Fi 与控制系统连接，对控
制系统发出控制指令，接受来自控制系统上传的信息,控制系统应用ZigBee 技术对安装在区域内的一定数量的电机进行智 能化控制，所有参数全部由各种传感器自动采集，可根据现场情况自行调节电机的转速以及工作状态，电机实时状态可以随
时在手机上显示，实现无线组网与网络扩展、动态数据采集、集中控制管理。

关键词:ZigBee 技术;嵌入式；智能化控制
Absrtact :This design is based on Android and ZigBee technology.The control system can use the mobile phonenstalled with Android system to connect with the control system through Wi-Fi,send control instructions to the control system,and ac ­
cept thenformation uploaded from the control system.The control system applies ZigBee technology to intelligently control l certain number of motors installed in the area,and all parameters are controlled by various sensors .It can automatically col ­lect and adjust the speed and working state of the motor according to the field situation.The real-time state of the motor
can be displayed on the mobile phone at any time to realize wireless networking and network expansion,dynamic data ac ­
quisition and centralized control management.
Keywords :ZigBee technology,embedded,intelligent control
An d roid 平台具有开放性、互联性、丰富的硬件选择等优 势，应用广泛,移动设备的发展结合嵌入式技术可以为用户提供 丰富的特定服务,而ZigBee 技术的发展,使一定区域内的设备 无线互联成为可能。

本文设计的控制系统通过应用An d roid 和 ZigBee 技术进行开发设计,使在企业当中普遍使用的电机设备 能够实现无线智能控制,其优势主要集中在以下几个方面：1丿操作方便,智能化控制:该控制系统通过手机就可以实现 对电机的控制,并可以通过手机查看电机实时的状态,而且还可
以根据现场环境状态自行调节速度,实现智能化控制遥
2）投资少,扩展性强:对区域内一定数量的电机设备进行控
制,只需要手机、一套控制系统和ZigBee 网络系统即可,不需要 通过线路将电机与控制系统连接起来 投资大大减少 也解决了复 杂环境条件下布线困难的问题。

而且通过ZigBee 网络拓扑的设 计，可以很方便地扩展需要控制的电机数量，实现分布式电机设备
的集中管理、无线网络控制遥本设计操作方便、投资少、扩展性强,
有利于推动嵌入式技术在工农业、服务业等诸多领域的应用遥
1系统总体设计方案
1丿基于An droid 的用户系统：制定与嵌入式控制系统的通 信协议,设计合理的用户界面,包括电机调速控制界面、实时状 态显示界面、保证用户界面的操作方便。

2） 嵌入式控制系统:设计并制作嵌入式控制系统的电路板, 包括核心板的设计、电机驱动板的设计。

编写应用控制程序并进 行调试,实现智能化控制遥
3） 电机无线互联系统:设计并制作电机无线通信的电路板,
包括ZigBee 通信模块的设计、信号采集电路的设计。

编写基于
ZigBee 技术的程序并进行调试,实现无线连接。

2硬件电路设计2.1核心板原理图
核心板采用CC2530芯片，该芯片内核是一个单周期的
8051兼容内核。

它有三个不同的存储器访问总线（SFR 、DATA 和 CODE/XDATA ）,以单周期访问SFR 、DATA 和主SRAM ,还包括
一个调试接口和一个18输入的扩展中断单元。

2.4GHz 的 CC253x 片上系统解决方案适合于广泛的应用。

它们可以很容易
建立在基于IEEE802.15.4标准协议（RemoTI 网络协议、TIMAC 软件和用于ZigBee 兼容解决方案的Z-Stack 软件）上面。

图1核心板原理图
2.2外围扩展接口电路原理图
2.2.1 5V 转
3.3V 电源电路
因CC2530芯片及显示电路、按键电路、串口电路、外围传感
器芯片均使用3.3V 电源,使用LDO 稳压器,从5V 电源向3.3V 系统供电。

2.2.2 USB 转串口电路
CH340芯片是一个USB 总线的转接芯片，实现USB 转串
口、USB 转IrDA 红外或者USB 转打印口。

如图2所示。

2.2.3按键接口电路
按键接口电路包括一个总开关控制电机启动和停止，一个
加速按键与CC2530的P0.1脚连接，一个减速按键与
CC2530
86嵌入式智能电机调速控制系统的设计
图2USB转串口电源电路
的P2.0脚连接，控制电机的加速和减速。

2.2.4OLED显示接口电路
OLED，即有机发光二极管(Organ i c Li ght-Em i tt i ng D i o da),具备自发光、不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、响应速度快的优点。

显示采用OLED显示屏显示当前电机状态。

2.2.5外围传感器接口电路
通过外接各种类型传感器,比如温度、湿度、光照传感器，采集现场环境参数,根据现场环境状态自行调节速度，实现智能化控制遥2.2.6电机接口电路
通过电机接口电路与电机相连，执行控制电机指令,实现控制电机目的。

如图3所示。

'VCC：
图3电机接口电路
2.2.7网关接口电路
ESP8266芯片连接互联网，手机或电脑通过互联网实现对设备的远程控制，也可以作为热点，实现手机或电脑直接与模块通信，实现局域网无线控制遥通过ESP8266芯片实现同手机通信遥3软件程序设计
3.1协调器程序设计
协调器程序主要包括的函数：
1)vo i P SamplaApp_Init(u i nt8task_i P)：任务初始化函数，主要处理:赋予任务ID号,设置寻址方式，端点描述符的初始化，调用函数afRag i star()在AF层注册端点，调用Rag i star-ForKays()注册按键事件遥
2)u i nt16SamplaApp_ProcassEvant(ui nt8task_i P,u i nt16 avants)：事件处理函数，当应用层接收到消息时,先判断消息类型，分为两类:一是系统消息事件;二是用户自定义事件遥系统消息事件包括：按键事件、接收消息事件、消息接收确认事件、网络状态改变事件、绑定确认事件、匹配响应事件遥
3)vo i P SamplaApp_MassagaMSGCB(afIncom i ngMSG-Packat_t觹pkt)：接收消息事件函数,如果有接收消息事件发生，调用此函数进行处理,一般的接收消息事件是通过用户定义的端点输入簇和输岀簇来处理的遥在此函数中主要接收的消息事件为终端1和终端2的传感器数据遥
4)vo i P packDataAnPSand(u i nt8fc,u i nt8
*Pata,u i nt8 lan)：数据打包发送函数，通过此函数实现将终端发送的数据通过协调器经W i-Fi上传给手机APP,从而手机APP界面显示终端数据遥
5)vo i P ParsaframaData(u i nt8觹data,uint8lan)：解析上位机指令函数，此函数接收手机APP指令，根据不同指令将控制命令发送给终端
6)vo i P sanPDataToEnd(u i nt16shortAPPr,u i nt16clus-tarIP,u i nt8
*data,u i nt8lan)：发送数据给终端函数，通过此函数将上位机指令发送给终端实现相应操作遥
3.2终端程序设计
终端主要包括的函数：
1)vo i P SamplaApp_Ini t(u i nt8task_i P)：任务初始化函数,主要处理:赋予任务ID号,设置寻址方式，端点描述符的初始化，调用函数afRagi star()在AF层注册端点，调用Ragi star-ForKays()注册按键事件遥
2)vo i P raaPUsarNv()：阈值读取和保存函数，此函数设置传感器的阈值，以此和检测值比较遥
3)stat i c vo i P Sar i alApp_SanPSansorsData()：发送采集数据给手机APP函数,将采集到的数据发送给手机APP遥
4)vo i P P i splayAnPCtrl()：自动控制函数，此函数根据传感器监测数据自动实现电机调速功能遥
其余终端的函数与终端1的函数基本相同，通过标志符：stat i c ui nt16EnPDavi caID进行区分，终端1的stat i c ui nt16 EnPDavi caID=0X0001；而终端2的stat i c u i nt16EnPDav i-caID=0X0002；因此我们可以将终端数量根据需要进行扩展遥3.3Andro i P程序
(1)Ma i nAct i v i t y.java
在Ma i nAct i vi t y.java中定义了pr i v ata EPi t Taxt ad i t Tam-pLi m i t2,ad i t Hum i Li m i t2,ad i t Li ghtL i m i t2变量，用来保存传感器上传数据；定义了stat i c EnPDavi caDataInfo anPDavInfo= null变量，用来判断是哪个终端遥
(2)Cl i antThraad.java
Cli antThraad.java文件中定义了类publ i c class Cl i ant-Thraad包括变量stat i c finalnt ZIGBEE_FUN_CODE_END1, stat i c finalnt ZIGBEE_FUN_CODE_END2与协调器一致;方法publ i c Cl i antThraad(Str i ng ip,int port),boolaan sockat-Connact(),vo i P connact()用于连接网络遥
Cl i antThraad.java文件中定义了第二个类publ i c class RxThraad包括vo i P ParsaframaData(byta data[演,byta lan), byta ChackSum(byta pdata[],byta lan)用于接收数据遥
(3)EnPDav i caDataI nfo.java
EnPDavi caDataInfo.java文件中定义了类publ i c class EnPDav i caDataInfo,包括终端的变量遥
4结束语
本设计具有操作方便、投资少、扩展性强的优点，应用领域非常广泛遥本设计经过改造可用于工业控制、智慧农业、仓储物流、智能交通、智能家居、环境监测等行业和领域遥
参考文献
[1]青岛东合信息技术有限公司.Zi g bee开发技术及实践[M].北京:西
安电子科技大学出版社,2014
[2]明日科技.Andro i d从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2012
[3]明日科技.JAVA从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2020
[收稿日期：2021.4.9
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