基于UF控制的跑步机变频电路的设计 (7)
基于单片机跑步机控制系统
2.2系统控制方案的设计
系统控制系统主要有开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。
本系统选择单闭环控制系统，由按键模块输出电机的正反转与速度增减控制信号，然后由控制芯片软件生成PWM控制信号控制电机的运转状态，实Байду номын сангаас跑步机的调速与启动，并由速度检测模块检测到电机的转速并送到显示模块，在LED显示屏上显示跑步机电机的实际运行速度。如图2-1所示。
使用交流伺服驱动系统取代直流有刷调速系统是日前研究的一个重要方向。一种方案是采用感应电动机作为驱动电机，感应电动机本身比直流电动机具有寿命长、免维护等优点，但是为了获得较宽的调速范围(一般跑步机的调速比约为25:1)，需要采用较为复杂的矢量控制技术，电机的参数变化对其也有较大影响，日前用感应电动机构成伺服系统的总成本比直流伺服系统要高。韩国秀健健身集团曾推出使用高性能交流伺服驱动系统的电动跑步机。另一种方案采用正弦波驱动的永磁同步电机驱动系统，利用磁场定向矢量控制技术，较感应电动机易于实现，并采用非接触式的电子换向结构，在高档跑步机的应用领域具有较)广阔的发展前景。而无刷直流电动机调速系统在电动跑步机上的应用也是研究的一大热点。一方面，无刷直流电动机具有有刷直流电动机运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等优点;另方而，由于其采用电子换向装置取代了有刷直流电动机的机械换向结构，从而又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点。因此，采川无刷直流电动机调速系统较其它方案具有更高的性价比。而对于电动跑步机系统，由于其要求较大的起动转矩，所以，采用带位置传感器的PWM调速系统是性能较好的方案。对于其具体的实现方案主要有两种，一种是以无刷直流电机专用控制芯片为核心控制单元构成无刷电动机调速系统。最具代表性的是MOTOROLA公司生产的第二代无刷电机控制专用芯片MC33035，它集成了译码、PWM生成、保护等无刷电机控制的诸多功能，组成的系统所需外围电路结构简单，运行可靠，可与同系列芯片MC33039配合构成速度闭环控制，具有较好的调速性能，其不足之处在于调速式单一，无法使用较为复杂的算法。另一种方案是采用高性能的微控制芯片对无刷电机进行控制，控制方式灵活，调速系统具有更高的性能。
电动跑步机控制系统的设计
电动跑步机控制系统的设计摘要：介绍了一种电动跑步机控制系统的结构和控制方法。
该系统采用EM78P459和P89 C52 2个单片机，分别用于电机控制和人机交互，2个单片机之间通过I／O方式通信；在运动控制上，采用基于IGBT管的脉宽调制(PWM)直流调速技术，控制算法采用转速反馈闭环分段PID控制。
对系统的电磁兼容性(EMC)设计进行了介绍。
关键词：电动跑步机；控制系统}PID校正；电磁兼容性0 引言电动跑步机是机电一体化产品，其技术含量主要体现在跑步机专用电机、控制系统、附带的其它功流电机，其额定电压AC220 V，额定电流<O．5 A，带丝杆结构和位置电位器。
右边是人机交互部分，左右2部分通过各自单片机的2个普通i／O口。
经光藕隔离，以高低电平收发方式通信。
此外，仪表部分的十5 V DC电压，由控制板提供的+ 12 V DC电压转换得到。
1．2 调速电路的设计驱动电机的调速电路是系统硬件的核心，如图2所示，采用基于IGBT 管的PWM 直流调速技术[2]。
由于IGBT管集MOSFET管与双极型大功率晶体管的优点于一体，属压控型器件，对栅极驱动电路的要求降低，而且导通电阻低、通断速度快、单管容量大，适合作P WM 的功放管[3]，此处由于IG—BT作为硬性开关工作，因此选择了容量较大的G60N90DG3管，其V CES为900 V，Ic为6O～42 A(对应25～100℃)。
栅极驱动采用了专用芯片MC33153，它带有过流保护和故障输出功能。
在IGBT管的漏一源两极间附加有RCD吸收网络R4C2D2，防止尖峰电压的冲击；用粗铜丝绕成的小电感L。
是为了抑制尖峰电流。
电机的续流二极管Dl为K3060G3。
主电路的性能如何可由IGBT管的源极电压波形来检验，在PWM工作时，应接近理想方波。
系统的PWM 的工作频率为16．45 kHz，由单片机产生。
驱动电机所需的直流电压由220 V交流电压经整流、滤波后得到。
基于UF控制的跑步机变频电路的设计 (3)
对于采样率转换器性能分析的UPSAMPLE过滤器文摘现在许多信号处理的任务是在数字域执行。
各种各样的采样率的基础上使用所需的信号质量和可用带宽。
样本率转换,因此不可避免的界面系统与不同的采样率。
数字采样率的目的是将数字转换的音频信号从一个到另一个采样频率，尽管抽样会丢失一些信息。
音频信号的失真引入的采样率转换器应该尽可能低。
生成的输出样本从输入样本将被执行的应用程序的各种不同的技术,本文介绍了一种新的技术样本率提出的数字转换器。
我们将讨论性能分析的上样本过滤器在提出数字采样率转换器。
关键字采样率转换器转换因子,上采样-下采样滤波器,使得积分三角调变器、频率检测器。
1.介绍需要廉价的、简化的实现复杂度,高分辨率的模数转换器(adc)在数码音频已经导致使用对单频正弦信号技术在设计这样的转换器而不是传统的连续-近似技术。
例如,通过对单频正弦信号的ADC固有的量化噪声分布在一个更广泛的频率范围,以便带内噪声是由小,有效地提高了数量的ADC比特。
此外,这些新的范围的高性能adc采用三角函数西格玛调制,因为它很简单。
大多数(如果不是全部,今天廉价的高分辨率adc(18、20、24位)在使用中使用的比较多处理。
本文分析结果,给出了一种新方法的数字采样率转换器的经营理念的新技术，是很简单的取样速率转换。
一个输入样本直接转移到输出样本,而每单位时间内,一定数量的这些样品是错失或重复,这取决于不同频率在输入和输出示例。
省略、接受或重复的一个示例称为‘验证’。
为了得到最简单的硬件实现,已经作出了选择只使用接管操作和重复过程在当前的系统解决方案。
这意味着输出采样频率的采样率转换器总是大于输入采样频率。
所提方法的有效性方面的记忆和百万条指令使用情况与其他现有方法一直是自我参照准则描述。
该方法还可以延长采样率转换从数据的周期。
本方法可以很容易地实现在数字信号处理实时采样率转换。
这个过程重复的样本不出所料引入了错误。
产生的输出样本将有正确的价值观,但结果的验证过程中,他们都被放置在输出时间网格与可变时滞对输入时间网格。
上海裕利年跑步机专用变频UBV-1500B-2200B(含升降电机)简要说明
UBV-750B,UBV-1500B,UBV-2200B 简要说明在该设计中所有连接端口都位于变频器一个侧面,具体说明见下图所示各连接端子的定义即功能/使用方法的说明:1)LED1 : 绿色指示灯, 指示工作电源。
2)LED2 : 红色报警指示,指示机器处于故障或保护状态。
3)JP8 : 5芯通讯插座,具体引脚定义如下:(1)JP8-1: (图中标示的左边第一脚) 5V电源地(2)JP8-2: RS485 A (+)(3)JP8-3: RS485 B (-)(4)JP8-4: 应急停车端子(5)JP8-5: 5V电源正说明: (1) 该插座上的5V电源是给我公司所配的数字面板所用和应急停车控制所用,不能作为他用。
(2) 应急停车端子在使用时可以连接外部的一个无源开关,开关一个脚接到JP8-4,另一个脚接到JP8-5.调试面板的接头上已将此两脚短路,直接接上就可调试运行。
(3)当改用电位器调速时,需要将调试面板的速度指令来源(参数6)由485改为000,然后用DIP开关将JP8-4,JP8-5短路,调节电位器时才会工作,否则变频器不能起动。
(4) 当跑步机采用另外的应急停车方案时,可用JP8-4,JP8-5用作通讯接头断线保护用。
4) JP7: 3芯插座 ,用于提供与变频器隔离地9V ,600mA电流的辅助电源。
(1) JP7-1空或PWM输入(2) JP7-2 12V 地(3) JP7-3 12V 正说明:该电源是提供给上面板控制用的电源,如需调整电压/电流值可在订货说明中指明所需电压/电流等级。
5)JP6: 3芯插座, 用于连接升降电机的位置判断电位器。
(1) JP6-1连到内部控制电路3.3V的地(2) JP6-2 连到内部控制电路采样输入(3) JP6-3连到内部控制电路3.3V的正说明:升降电机上一般都有一个与电机轴连的电位器,用来指示升降电机的位置,在使用过程中只要将该电位器的三个端子连到该插座上即可,内部定义为往上升的时候阻值变大。
基于UF控制的跑步机变频电路的设计 (1)
基于U/F控制的跑步机变频电路的设计摘要:电动跑步机，是多年来国际流行的大众健身器材，通过电机带动跑带使人以不同的速度被动的跑步或走动。
跑步机变频电路，是研发人员根据跑步机的实际需要，为跑步机量身定制的一宗变频电路。
它普遍采用交-直-交主电路，运用电力电子技术和直流电机调速原理，具有结构简单，维护方便等特点。
本文设计了一种基于U/F控制的变频电路，变频电路以ATmega128为控制核心，采用U/F的控制方式，利用智能功率模块作为逆变电路功率元件，使用SPWM的调制方式驱动智能功率模块，引用了比较全面的保护电路，对变频电路的数字操作盒做了专门的设计，使其能提供一个良好的人机接口。
本文设计的变频系统，具有良好的人机接口，完善的保护功能，良好的控制功能变频器的操作简单、使用方便，而且电路的成本低廉，可靠性高，实现了变频电路的基本功能。
关键词：U/F控制方式，单片机，变频电路，智能功率模块Based on U/F the treadmill frequency conversion control circuitdesignAbstract：Electric running machine, is for many years of international popular public fitness equipment, through the motor drive to run with in different speed passive running or move around. The treadmill inverter circuit, is research and development personnel according to the actual needs of the treadmill, treadmill tailor made for a Pope inverter circuit. It is generally used to pay-straight-into main circuit, the use of power electronic technology and dc motor speed control principle, the structure is simple, maintenance is convenient wait for a characteristic.This paper introduces a design based on U/F the frequency conversion control circuit, variable frequency circuit to ATmega128 as control core, adopt U/F control mode, use of intelligent power module as inverter circuits power components, use of SPWM modulation method drive intelligent power module, quoted a relatively comprehensive protection circuits, variable frequency circuit to the digital operation box of making a special design, make its can provide a good human-machine interface.In this paper the design inverter system, has the good human-machine interface, perfect protection function, good control function of the frequency converter simple operation, easy to use, and circuit of the low cost, high reliability, realize the basic function of the variable frequency circuit.Key words：U/F control mode , Microcontroller, Inverter circuit , Intelligent power module。
基于单片机的FFU调速控制器设计
DOI：10.3969/j.jssn.1009-9492.2016.z1.047基于单片机的FFU调速控制器设计梁径略（广州能迪能源科技股份有限公司广州 510663）摘 要： 本文介绍一种交流FFU控制器的设计,它采用单片机作为主控制器,采用变压器和可控硅实现FFU风机的调速。
另外，它通过RS485总线实现FFU风机的远程控制和状态查看。
关键词： FFU 控制器 调速 单片机中图分类号：TP273 文献标识码：B 文章编号：1009-9492（2016）z1-0209-04FFU Speed Controller Based on Microcontroller Method Abstract：This article describes an AC FFU controller design, which uses MCU as the main controller, transformer and thyristor for speed control. This controllor has a RS-485 interface for FFU fan remote control and status viewing.Key words： FFU ; Speed Control; Controller; MCU;0 引言FFU是FAN FILTER UNIT的缩写，是一种自带动力具有过滤功能的末端送风装置，中文称作“风机过滤器单元”也就是将风机和过滤器(高效过滤器(HEPA)或超高效过滤器(ULPA))组合在 一起构成自身能提供动力的末端净化设备。
FFU节省空间。
FFU因为少了巨大的送回风管，故可以节省一定的安装空间。
FFU的合理布局。
风口、灯具、烟感、喷淋、静电中和器这些洁净室常用装置都有各自的安装位置，既合理又美观。
多数FFU风机采用三档或者多档调速模式，进行风量调节。
FFU出风均匀稳定。
基于UF控制的跑步机变频电路的设计 (4)
1 绪论1.1 课题的提出及意义跑步是目前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价的有氧健身运动，是保持一个人身心健康最有效，最科学的健身方式，也越来越受到大家喜爱。
户外长跑曾经是大众最喜闻乐见的运动形式，沿着林荫道呼吸着早晨清新的空气，听着指头的鸟鸣，既能愉悦身心，又可锻炼身体。
只是随着都市的大气变得污浊，生活节奏变得紧张，户外长跑变得不那么流行了，而跑步机则成为了时下健身最热门的健身器械。
跑步机不仅可以让我们免受汽车尾气之苦，也是我们可以选择自己方便的时间随时锻炼。
电动跑步机，是多年来国际流行的大众健身器材，通过电机带动跑带使人以不同的速度被动的跑步或走动。
由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，锻炼者可体验不同的跑步环境，如平地跑，上坡跑，丘陵跑，变速跑等，个人可以根据自己的锻炼目的进行锻炼。
跑步机在健身者运动是能显示出跑步时的速度，时间，心率，热量，节拍，距离等指标，使健身者能够随时根据自身的身体状况调节训练强度。
他是目前健身器材中的主流产品，它是通过电机带动跑步带使人以不同的速度被动地跑或走，在人体用力方面，比在地面上跑、走省去了一个蹬伸动作，可是人比在地面运动消耗更多能量。
但由于其功能比较单一，缺乏娱乐性和交互性，长时间锻炼会使人感动枯燥乏味。
在全社会崇尚健身就是生活质量的今天，传统电动跑步机这种单调重复运动已难以满足人们对健身品质的要求，而具有虚拟现实功能的智能跑步机，以计算机虚拟的模拟环境代替现实世界的真实环境，给人身临其境的沉浸感，增加了健身的乐趣，已成为目前的研究热点。
变频器作为电动跑步机的主要变速执行和控制器件，在跑步机上也得到越来越广泛的应用。
跑步机专用变频器，是研发人员根据跑步机的实际需要，为跑步机量身定制的一款新型变频器。
1.2 变频器研究现状自从逆变器二十世纪六十年代问世，从主电路结构区分，可分为两类：交交变频的AC-DC-AC变频器。
在主电路，直流中间环节的AC-DC-AC转换器AC-AC变频器。
基于单片机的跑步机控制器设计
电子电路设计与方案基于单片机的跑步机控制器设计作者/赵丽芳，南京信息职业技术学院摘要：随着生活水平的提高，人们的健身意识增强。
跑步机作为一种重要的健身器材得到了较为广泛的应用。
本设计是以STC89C52单片 机为核心，利用C程序程序来控制STC89C52单片机各个引脚输出的变化，通过PWM调节实现直流电机转速的控制，并通过输出高低电平 来改变步进电机的状态，以实现跑步机的速度调节模拟以及坡度调节模拟的功能。
关键词：单片机；电动跑步机；STC89C52;控制器跑步作为一项最为传统的运动，也是目前国际流行并被 体育界以及医学界所认可并给予了高度评价同时积极推荐 的有氧运动，所以，跑步机作为一种便于使用的，同时也是 用于最有效的有氧运动的健身器材，得到人们的青睐。
1.总体方案设计跑步机以电力为其动力，通过控制其驱动电机的转动状 态来带动跑步机底座上的滚筒和跑带进行传动，从而实现跑 步带的移动功能。
而使用者若要保持其在跑带上的位置的 话，则需要以与跑步带速度相等、方向相反的速度来进行奔 跑以维持其位置，从而达到锻炼的目的。
电动跑步机控制器 系统一般由两大部分组成，分别为人机交互部分（主要实 现使用者的命令输入、跑步机运行过程中的时间、里程、速度、消耗掉的能量等等参数的显示功能）；调速部分（根 据使用者自身所适宜的速度需求来对跑步带驱动电机的转 动状态进行调节，从而实现跑步带的速度控制）。
显而易见，调速部分是整个电动跑步机控制器系统的核心，它的性能对 整体跑步机的影响关系重大，是至关重要的部分。
图1跑步机系统框图2.硬件设计跑步机调速电机利用正弦波驱动永磁同步电机，也称作 正弦波永磁电机或者永磁同步电机来构成永磁同步电机驱 动系统。
该系统利用的是磁场定向矢量控制技术，从技术层 面上来说比感应电动机更加简单，因此也更加容易实现，并 且该种方案中采用了非接触式电子换向结构，其应用在高档跑步机的前景比较宽阔。
根据系统设计的功能要求，本系统硬件电路的设计主 要包括：直流电机脉冲宽度调制调速电路，用于模拟坡度 调节的步进电机驱动电路，以及用于显示数据的L C D液晶 屏。
基于单片机的跑步机启停控制模块的软件设计
. - -基于单片机的跑步机启/停控制模块的软件设计学院：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：2021年 04月摘要近年来，随着社会经济的开展和人们生活水平的提高，人们对自身的安康也日益关注，健身成为一种流行时尚，健身器材行业也逐步兴起为一个大的消费领域，电动跑步机作为一种重要的健身器材得到了越来越广泛的应用，具有广阔的市场前景。
研发具有多功能和高附加值的人性化科学化的电动跑步机具有重要的现实意义。
电动跑步机的电控系统是整个跑步机运转的核心，它需要具有简单接口界面、电机调速和心率功能。
本论文以电动跑步机控制系统为对象，以实用、廉价、高性价比和高平安性为目标，以改进型51系类单片机STC89C52为控制核心，完成了无刷直流电动机调速系统硬件设计、电动跑步机手握式红外心率计软硬件设计和电控系统局部软件开发等任务。
首先，文章表达了跑步机的根本构造和工作原理，对其调速原理和调速方法进展了理论分析，建立了转速、电流反响控制的直流调速系统的动态静态模型，并实际分析跑步机特殊负载的性质，确保跑步机的平安性和舒适性。
并依据此根本控制策略，对电动跑步机无刷直流电动机的调速系统进展了硬件实现并画出相应的电路原理图。
其次，文章介绍了电动跑步机附加的电子心率计的软硬件开发。
最后，开发局部系统软件。
关键词：电动跑步机；数码管；控制系统AbstractIn recent years, with the development of social economy and people living standard rise, people is increasingly concerned on their health, fitness has bee a popular fashion, fitness equipment industry also gradually rise to a big consumption, electric treadmill as an important kind of fitness equipment has been more and more widely used, has a broad market prospect. R&d has multifunction and high value-added human scientific electric running machine has important practical significance.Electric treadmill of electronic control system is the core of the treadmill running, it needs to have simple interfaces, motor speed and heart rate function. By electric treadmill control system as an object in this paper, with practical, cheap, high cost performance and high security as the goal, with the modified 51 series of single chip microputer AT89S51 as the core, to plete the brushless dc motor speed control system hardware design and running of electric tractor driver grip type infrared heart-rate monitor software and hardware design and electric control system part of the software development tasks.First of all, the article describes the basic structure and working principle of BLDCM, the speed control principle and control method are analyzed in theory, established the speed and current feedback control of dynamic and static model of dc speed regulating system, and the actual analysis of the nature of the special load running machine, to ensure the safety and fort of running machine. According to the basic control strategy of electric treadmill brushless dc motor speed control system for the hardware implementation and draw the corresponding circuit principle diagram. Secondly, this paper introduces the electric treadmill additional electronic heart-rate monitor hardware and softwaredevelopment. Finally, part of the system software development. Keywords： electric treadmill; digital control system; control system第1章绪论1.1 课题研究背景、目的及意义首先了解一下跑步机的开展历史，跑步机是家庭及健身房常备的器材，而且是当今家庭健身器材中最简单的一种，是家庭健身器的最正确选择。
基于单片机控制的变频器设计
基于单片机控制的变频器设计目录一、前言-------------------------------P3二、本实验所选取器件及技术指标------P5三、硬件设计---------------------------P5四、AT89C51程序设计及仿真---------P8五、总结-------------------------------P11六、参考文献---------------------------P12 一、前言（1）变频器原理：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。
整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
（2）变频器发展历程及未来展望：变频器及其控制系统的发展主要经历三个阶段：第一阶段八十年代初日本学者提出了基本磁通轨迹的电压空间矢量（或称磁通轨迹法）。
该方法以三相波形的整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成二相调制波形。
这种方法被称为电压空间矢量控制。
典型机种如1989年前后进入中国市场的FUJI（富士）FRN5OOOG5/P5、SANKEN（三垦）MF系列等。
第二阶段矢量控制，也称磁场定向控制。
它是七十年代初由西德F.Blasschke等人首先提出，以直流电动机和交流电动机比较的方法分析阐述了这一原理，由此开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河。
它使人们看到交流电动机尽管控制复杂，但同样可以实现转矩、磁场独立控制的在本质。
第三阶段 1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论（Direct Torque Control简称DTC）。
基于UF控制的跑步机变频电路的设计 (6)
目录1 绪论 .................................................. 错误！未定义书签。
1.1 课题的提出及意义 ................................... 错误！未定义书签。
1.2 变频器研究现状 ..................................... 错误！未定义书签。
1.3 研究内容 ........................................... 错误！未定义书签。
2 系统方案设计及工作原理 ............................... 错误！未定义书签。
2.1 变频器的基本调速原理 ............................... 错误！未定义书签。
2.2 变频器的基本控制方式 ............................... 错误！未定义书签。
2.2.1 U/F控制方式...................................... 错误！未定义书签。
2.2.2 矢量控制 ......................................... 错误！未定义书签。
2.2.3 直接转矩控制 ..................................... 错误！未定义书签。
2.3 变频器的基本结构 ................................... 错误！未定义书签。
2.3.1 变频器的主电路 ................................... 错误！未定义书签。
2.3.2 变频器的控制电路 ................................. 错误！未定义书签。
2.3.3 键盘/显示及外部接口电路 .......................... 错误！未定义书签。
跑步机电路设计
沈阳工业大学数电课程设计论文题目：跑步机电路设计学院：专业班级：学生姓名：指导教师：目录1.课程任务 (3)2.设计要求 (3)3.实验目标 (3)4.方案论证 (3)5.选件 (4)6.实验原理 (5)(1)脉冲产生电路 (5)（2）分频电路 (6)（3）计数器电路 (7)（4）译码显示电路 (9)7．调试过程 (10)8.课程问题和建议 (12)9.参考文献 (13)1.课程任务：跑步机电路设计2.设计要求：（1）该跑步机电路有清零功能，有计时功能，有暂停键，可以显示。
（2）有两个档位开关，分别为一步一秒、一步两秒。
（3）档位开关打开同时，开始计时。
计时显示最高为1′59″。
（4）步数累计显示。
3.实验目标：根据设计要求，作出相关设计原理图，并选择器件连接电路。
4.方案论证：脉冲电路产生的秒脉冲驱动计数器进行计数，产生BCD码驱动译码器译码，产生的译码通过数码管进行显示，电路的清零与暂停将通过计数器的特性进行设计。
总体框图1总体框图25.选件电路板一个，USB接口一个，芯片555一个，74LS74一个，74LS160六个，74LS48六个，74LS20一个，74LS04一个，74LS08一个，数码管6个，自锁开关2个，单刀双掷开关2个，300Ω电阻42个，24KΩ电阻2个，10uF电容一个，10nF电容一个，导线若干。
6.实验原理总电路图：（1）脉冲产生电路图为由555定时器外接电阻、电容组成的多谐振荡器。
电源Vcc 经电阻R1、R2向电容C1、C2充电。
当电容C1上的电压上升到电路的上线阈值电压2Vcc/3时，电压比较器C1输出高电平，使电路的输出端u0为低电平，这时电路内部的放电开关导通，使电容C1经电阻R2通过放点端放点。
当电容电压下降到触发电压Vcc/3时，使得电路内部的电压比较器C2输出高电平，从而定时器输出u0由“低”变“高”，并使放电开关断开。
重复上述过程，电路产生振荡。
由题意可知，步速为1秒1步和1秒2步，因此需产生2Hz振荡频率，再由74LS74分频得到1Hz 频率。
基于AVR单片机的智能跑步机控制器设计
基于AVR单片机的智能跑步机控制器设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：基于AVR单片机的智能跑步机控制器设计1 引言电动跑步机是目前健身器材中的主流产品，它是通过电机带动跑步带使人以不同的速度被动地跑或走，在人体用力方面，比在地面上跑、走省去了一个蹬伸动作，可使人比在地面运动消耗更多能量。
但由于其功能比较单一，缺乏娱乐性和交互性，长时间锻炼会使人感到枯燥乏味。
在全社会崇尚健身就是生活质量的今天,传统电动跑步机这种单调重复运动已难以满足人们对健身品质的要求，而具有虚拟现实功能的智能跑步机，以计算机虚拟的模拟环境代替现实世界的真实环境，给人身临其境的沉浸感,增加了健身的乐趣,已成为目前的研究热点.本文将传统电动跑步机与虚拟现实技术相结合，研究并设计了具备传统电动跑步机各种健身模式且具有虚拟场景漫游功能的智能电动跑步机控制系统.系统通过上下位机的串行通信进行各种参数的实时传递,TFT液晶显示器显示友好的操作界面以及实时变化的运动和体能参数，采用触摸屏与薄膜按键结合的操作方式增加操作的灵活性，是虚拟现实、人机交互在健身器材方面应用的一个典型例子。
采用ATMEL公司的ATmega128作为跑步机的主控芯片，它具有先进的RISC架构，内部集成较大容量存储器，有丰富的管脚资源，驱动能力强,具有在系统编程功能,给控制系统的设计及程序的升级和维护提供了极大方便。
2 跑步机控制系统的结构及功能2。
1 系统结构控制系统由上位机和下位机两大部分组成。
上位机采用普通计算机，主要负责触摸屏控制、操作界面显示、多媒体播放和虚拟场景漫游.下位机以ATmega128为核心控制器,配合相应的外围电路，通过采集键盘输入、电机反馈、接收上位机信息等对跑步机进行直接控制。
上下位机通过串行通信总线RS232进行通信。
跑步机控制系统总体设计框图如图1所示，虚线框内是下位机控制器设计。
摘要本文阐述了UF控制变频调速的基本原理,分析了变频调速控制概要
摘要：本文阐述了U/F控制变频调速的基本原理，分析了变频调速控制器的典型拓扑，进而对采用隔离方案和共地方案设计的变频调速控制器系统进行了介绍，尤其对采用单电源智能功率模块实现共地系统设计进行了详细的阐述，并给出了两者之间设计上的差异和共地系统具有的成本优势，最后对采用单电源智能功率模块实现共地系统的应用给予了展望。
1 引言随着计算机技术、微电子技术和电力电子技术的发展，变频调速技术的应用得到飞速发展。
变频调速控制技术的应用领域也越来越广泛，如纺织机械、矿山机械和工业控制、变频家电等领域都得到广泛应用。
变频调速技术作为节能降耗、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段已经深入人心，变频调速技术在家电产品中的成功应用，大大提高了人们的生活质量。
变频调速产品的巨大市场潜力日渐明显，但是，由于我国的变频调速技术的研究和应用起步较晚，尤其是变频技术产品化更为滞后，高端的变频产品基本上都被国外品牌垄断。
因此，国内的变频产品一方面有着巨大的国内市场需求，另一方面又面临着国外和国内的双重竞争，尤其是在价格、性能方面的竞争更为明显。
因此，低成本、高性能成为变频产品追求的目标。
本文将对变频调速控制器系统设计进行阐述，分析传统的隔离方案变频调速控制器系统和采用单电源智能功率模块实现共地系统设计的变频调速控制器系统，进而可以看出采用单电源智能功率模块设计的共地系统变频调速控制器系统能够大大简化硬件电路的设计和降低系统的硬件成本。
2 变频调速原理在诸多交流异步电动机调速技术中，如调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速、变频调速等，其中由于变频调速具有的优点：（1）调速时平滑性好，效率高；（2）调速范围较大，精度高；（3）起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显；（4）易于实现过程自动化。
因此，变频调速技术是当前应用最广泛的一种调速技术。
在中小功率的变频调速系统中使用最多的变压变频调速，简称U/F控制，相应的变频调速控制器为电压源型变频调速器（V SI）。
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中北大学毕业设计开题报告学生姓名：金芃利学号：0805054113 学院、系：信息与通信工程学院电气工程系专业：自动化设计题目：基于U/F控制的跑步机变频电路的设计指导教师:刘颖2012 年3月15日毕业设计开题报告1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述1.研究的目的和意义跑步是目前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价的有氧健身运动，是保持一个人身心健康最有效，最科学的健身方式，也越来越受到大家喜爱。
户外长跑曾经是大众最喜闻乐见的运动形式，沿着林荫道呼吸着早晨清新的空气，听着指头的鸟鸣，既能愉悦身心，又可锻炼身体。
只是随着都市的大气变得污浊，生活节奏变得紧张，户外长跑变得不那么流行了，而跑步机则成为了时下健身最热门的健身器械。
跑步机不仅可以让我们免受汽车尾气之苦，也是我们可以选择自己方便的时间随时锻炼。
电动跑步机，是多年来国际流行的大众健身器材，通过电机带动跑带使人以不同的速度被动的跑步或走动。
由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，锻炼者可体验不同的跑步环境，如平地跑，上坡跑，丘陵跑，变速跑等，个人可以根据自己的锻炼目的进行锻炼。
跑步机在健身者运动是能显示出跑步时的速度，时间，心率，热量，节拍，距离等指标，使健身者能够随时根据自身的身体状况调节训练强度。
他是目前健身器材中的主流产品，它是通过电机带动跑步带使人以不同的速度被动地跑或走，在人体用力方面，比在地面上跑、走省去了一个蹬伸动作，可是人比在地面运动消耗更多能量。
但由于其功能比较单一，缺乏娱乐性和交互性，长时间锻炼会使人感动枯燥乏味。
在全社会崇尚健身就是生活质量的今天，传统电动跑步机这种单调重复运动已难以满足人们对健身品质的要求，而具有虚拟现实功能的智能跑步机，以计算机虚拟的模拟环境代替现实世界的真实环境，给人身临其境的沉浸感，增加了健身的乐趣，已成为目前的研究热点[1]。
变频器作为电动跑步机的主要变速执行和控制器件，在跑步机上也得到越来越广泛的应用。
跑步机变频电路，是研发人员根据跑步机的实际需要，为跑步机量身定制的一宗变频电路。
[2]2.变频器研究现状变频器自20世纪60年代左右问世，从主电路的结构形式来区分，可以分为两大类：交-交变频器和交-直-交变频器。
在主电路中，有直流中间环节的为交-直-交变频器，没有的为交-交变频器。
若根据变频器的主电路工作方式分，变频器可以分为电压型和电流型两种。
交-交变频器一般用于低频，大容量电机的驱动，而交-直-交变频器则可以实现能量回馈电网以及四象限运行，主要用于中小容量电机的驱动[3]。
20世纪80年代后，电力电子技术快速发展，随着晶闸管，门极可关断晶闸管等的问世，以及随后出现的绝缘栅双极型晶体管，耐高压绝缘栅双极性晶闸管，使得变频器的容量越来越大而体积越来越小。
近年来又出现了新的集成功率器件智能模块，它讲IGBT芯片与其外围的驱动电路，保护电路甚至于隔离器件全部集成到一个模块上[4]。
智能功率模块的开关速度快，驱动电流小，可高速的检测出过流和短路。
有很强的自我保护能力。
总之，IPM模块功能强大，使用方便，进一步简化了变频器的硬件结构，提高了变频器的集成度和性能[5]。
从控制方式来讲，变频器由一开始的开环恒压频比的控制方式，发展成目前三种主要的控制方式：U/F控制方式，矢量控制方式和直接转矩控制方式，除此之外还有模糊控制，自适应控制等新型的空房是。
三种主要应用的控制方式各有优势，在选择控制方式时，需要根据不同的控制对象和具体的工作场合以及要求来选择，以便达到最优的控制性能，同时尽量是电路的成本最低[6]。
变频器具体凸显出六大发展特性：1.主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化、开关频率不断提高。
开关损耗进一步降低。
2.变频器主电路的拓部结构方面：实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波减少对电网的公害。
3.脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制（SPWM）控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）[7]。
4.交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。
5.数字控制成为现代的发展方向[8]。
目前市场上变频器的品种很多，从市场需求以及变频器技术的发展趋势来看，变频器总的发展趋势为：大容量和小型化。
随着生产力的进一步发展，变频器必然朝着大容量的方向前进。
同时，变频器的系统设计大规模集成化，功率器件发热的改善以及冷却技术的提高是变频器小型化的重要因素。
功率和控制元件的高集成度，智能化的功率模块，高性能的控制芯片都使得未来变频器将向小型化方向迈进[9]。
高性能专用化。
由于矢量控制及转矩控制的引入，变频器的可靠性，控制精度得到极大提高，同时高的转矩，高动态性能，低谐波等也是变频器追求的性能指标之一。
变频器的通信功能加强，可以提供多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议，可由计算机控制盒操作变频器[10]。
为了更好地发挥变频器的独特性能并且更好的满足现场控制的特殊需求，专用变频器的研制越来越受到人们的重视[11]。
智能化。
矢量控制与直接转矩控制使交流调速在性能上有了较大提高，在此基础上，融合了现代控制理论中的模型参考自适应技术，最优控制技术，模糊控制等。
使变频器自身智能化，可靠性提高，使用起来更加简单[12]。
绿色化。
近年来，人们越来越重视环境的保护，变频器使用时产生的电磁污染，噪声较大等问题逐渐被人们重视。
随着控制方式的发展，载波频率的提高，电力电子技术的发展，这些问题终将被逐步解决，绿色化的变频器在不久的将来会面世[13]。
总之，未来变频器的产品将朝着高性能，多功能，数字化，高可靠，易使用，绿色化和智能化的方向发展[14]。
3.研究内容在学习单片机和交流电机原理的基础上，能够达到运用的程度，设计一个跑步机变频电路，控制对象为750W，220VAC的小功率交流电机，要求实现电机的平滑调速，有良好的人机接口，操作简单，使用方便，具有安全开关、速度/频率表等功能。
本课题的主要设计内容包括：1.系统主电路设计，主要是强电部分，交-直-交变换部分的设计。
2.控制电路的设计，控制电路时系统的弱电部分，主要产生各种控制信号，驱动信号以及保护信号。
3.软件的设计，在控制电路的基础上，利用单片机实现各种控制功能。
参考文献[1]李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社,1998,34~78[2]高圣伟.变频器智能控制系统的研究.河北工业大学,2005,56~121[3]韩安荣.通用变频器及其应用.机械工业出版社,2000，3~139[4]丁斗章.变频调速技术与系统应用.机械工业出版社,2005，7~46[5]张智杰,王序凤，鲁波等.变频器控制系统的设计方法.信息技术,2002，43~44[6]袁立辉.基于单片机控制的变频器设计.电力自动化设备,2006，（26），91~93[7]吴举秀，田秀刚，罗新华等.小功率单相智能变频器的设计.变频器世界，2007，（23），32~34[8]赵德元.由单片机控制的单相SPWM变频器的研究.微型机与应用,2003，2：15~17[9]王树杰，张剑，刘海光等.基于ARM-WinCE的跑步机控制器设计.微计算机信息,2009,23~44[10]周志敏，周纪海，纪爱华等.变频电源使用技术.中国电力出版社,2005，2~125[11]王慧，任恩恩，孔令刚等.IPM智能功率模块及其应用.科技咨询导报,2007，（1），51~52[12]高永熊.智能变频器的研制.武汉理工大学,2006,77~89[13]向东.基于直接转矩控制变频器的研究与分析.河海大学,2007，111~123[14]张燕宾.SPWM变频调速应用技术.机械工业出版社,2005,45~89[15]Mai,Yuan Yen,Mok,Philip A constant frequencyoutput-ripple-coltage-based buck converter without using large ESRcapacitor,2008，49~51[16]Bignall,K.E. A teansistorized constant current converter,1993,11~67２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1.选择变频器根据主电路结构形式的不同，变频器可以分为交-交变频器和交-直-交变频器。
小功率的变频器通常为交-直-交型的电路结构。
在各种异步电动机调速的控制系统中，利用变频器对电机进行调速有很多优点：节能，以实现大范围内连续调速，容易实现电机正反转切换等，并且变频调速系统还具有静态性能好、运行速率高等特点。
2.硬件的选择变频器的硬件电路主要由主电路、控制电路、保护电路、接口电路、电源电路和数字操作盒等几部分构成。
采用ATMEL公司的ATmega128作为跑步机的主控芯片，它具有先进的RISC架构，内部集成较大容量存储器，有丰富的管脚资源，驱动能力强，具有在系统编程功能，给控制系统的设计及程序的升级和维护提供了极大方便。
显示电路以单片机AT89C51为核心，通过串口通信的方式与控制电路的主控CPU取得联系，并且完成变频器的设置和阴性或者完成跑步机的运行功能。
3.软件的设计本系统设计的基本要求是实现交流电动机的平滑调速，电机运行可靠，作为一种家用电器的配件，功率比较小，要求变频器的各种保护功能齐全，显示界面简洁，操作简单。
系统选择单片机作为变频系统的控制电路的和新控制器件，智能功率模块为逆变电路的开关器件。
本系统选用U/F控制方式，结构简单，成本低廉。
总体上讲软件的设计主要由主程序设计、中断程序及部分子程序设计以及数字盒的软件设计几部分构成。
指导教师意见：金芃利同学通过认真分析研究设计任务书，较为系统地阐述了跑步机专用变频器的应用背景及现实意义，提出了自己的观点，结合设计任务书的要求，较为全面地对设计内容进行了细化，提出设计思路，认真分析遇到的问题，查阅相关资料，对问题提出了初步解决方案，综合设计要求与现有条件，其方案具有较好的可行性。
文献综述结构安排合理，层次分明，，逻辑性较强，对问题阐述较为清晰，能够把握设计的总体思路，要领把握得当，开题工作进展顺利，同意进入下一阶段的设计工作。
指导教师：年月日所在系审查意见：同意开题系主任：年月日。