微机原理三级项目报告

基于单片机的无刷直流风扇转速测量与调节

一、项目设计要求

1、实现无刷直流电机转速的测量和控制

2、给定转速指令:由ＰC发送转速值,经单片机控制器，使得电机达到并稳定在指定转速上。

二、硬件设备

1、测量风扇型号：品牌：台达，型号:AFB0712ＨＨＢ

2、51系列单片机学习板

3、PC

三、方案设计

１、硬件电路

USＢ提供+５V电源，可以实现PC机与开发板的数据通讯和程序下载。

数码管显示速度和占空比

风扇电路连接：

P1.0口接ＰＷＭ波输入，Ｐ3．２口接测速脉冲输入

风扇输入和输出信号图

1、输出信号----转速输出

每转输出2个脉冲

?OC输出，如上图

2. OC输出的特点

外加集电极电源和负载；

?输出幅值任意；

?注意I CMAＸ

3. 输入信号－--ＰＷＭ输入

2、程序流程图

说明:

程序应用模块化进行设计,主要有初始化模块、显示模块、测速模块和调速模块。编程次序可按此先后进行。

(1）、初始化模块：T０和Ｔ1工作方式、标志位状态、所用单元初值、中断设置以及初始显示等。?（2)、显示模块：显示风扇转速的实测值及其对应的ＰWM占空比。

(3）测速模块：将0.５s测出的脉冲数即风扇每秒的转速。

（4)调速模块:通过串口通信把风扇转速设定值发给单片机,通过改变脉冲波的占空比和PI调节来控制转速的大小。

3. 占空比与转速关系:

0 0 0.16 0．17 0.18 0.19 0.2 0.２2 0.２4 0.２7 0.29 ０.31 占空

比

０1１转速

r/s

占空比0.3５0.38 ０．4

２

0.46 0.51 0．54 0.61 ０.7

４

０.84 0．94 1

转速

r/s

12 ８19 20 2１22

四、设计程序:

1、主程序:

#iｎclude

#includｅ

#ｉncｌude

exteｒn unsigｎed char set_vａlue;?//占空比设定

／／主函数

void maｉｎ()

{

PS=1; ? //串行口中断优先级别设为高

T0_inｉt();??//定时器0初始化

T1_inｉt();?//定时器1初始化

ＥXT0＿inｉt(); //外部中断０初始化

USＡＲT_inｉt(); /／串口初始化

seｔ_vａluｅ=22;

?ｗhile(1)

?{??

?}

｝

2、初始化子程序

#ｉncluｄe ＜REG52.Ｈ>

#ｉｎcludｅ＜T_Iｎｉt.H>

//ＴC０初始化

／/设为定时器、模式２(自动重装)

void Ｔ０＿inｉｔ(）

{

?ＥＡ=1；

?ＥT0＝1;

TMOD |＝０x02;

?TＨ0＝TＬ0 = 0x００;

ＴR0=1；

｝

//TＣ1初始化

//设为定时器、模式2(自动重装）

void T1＿iｎit()

{

?ＥA=1;

EＴ1=0;??//中断关

?TMOD |＝０ｘ20；

?TH１＝TＬ1＝０xfd;

ＴR1＝1;

}

/／ＥXT０初始化

／/负跳变沿有效、ＩＮT0(P3.２)输入脉冲void EXT0_ｉｎit(）

{?

ＩＴ0=1;

ＥX0=1；

?EA=1；

｝

//USＡRＴ初始化

//波特率９6０0bps

void UＳART_iｎｉt()

{

PCOＮ=0x4０;

SＣON=０ｘ５0; ?／/模式1，允许接收 EＳ=1;

}

3、数码管显示子程序

#iｎcludｅ

#inclｕde ＜Displaｙ．H>

//硬件连接

sｂit ＤＡT = P0^2;

sbit SCK = Ｐ０^0;

sbit ＲＣK = P0^１;

//数码管驱动

ｘdatａ NUＭ［]=｛0xf5,0ｘ０５,0ｘb3,0ｘ９７,０x47,0xd6,0xf6,0x8５,0xf7，0xd7};?/／０-9数字

xdaｔa BIT［]={0xdf,0xbf,0x７ｆ，０xef,0xfd,０xfｂ,0ｘf7,0xfe}; ??／/位选

vｏid ｄis_biｔ(ｕnsigｎeｄｃhａr ｐoｓ,unｓigned ｃhar Datａ) {

unsiｇnｅd cｈar i；

pos=BIT［pos-1];

?Data＝NUM[Data]；

?RCＫ= 0;

?for（ｉ=0;ｉ＜8;i++)

｛

ＳCＫ = 0;

??if(pｏs & 0x80）

?DAＴ = 1;

??else

?DAT = 0;

??ｐoｓ <＜=1;

?ＳＣK = 1；

delay（);

}

for(ｉ=0;i<８;i＋+)

?{

?SＣＫ= 0;

?if(Data & 0x80)

DＡＴ＝ 1;

??else

?D AT = 0；

?Ｄaｔa <<=1；

SＣＫ = 1;

?ｄｅlay();

}

RCK = 1;

// dｅlay(）;?

｝

/／显示数值,两位

/／输入: pos:显示首位wｏrｄ:一个两位以下的数值

vｏｉd ｄis_ｗord(unsigneｄｃhar pｏs,unsigｎed ｃhaｒ worｄ）｛

ｄiｓ＿bit(poｓ+＋，word/１０);

?dis_bit(pｏs＋+,wｏｒｄ%10）;

}

//软件延时

ｖｏｉd ｄelａy（)

｛ｕnsiｇned chａｒ i;

?ｆｏr(i=5；i>０;i--）;

}

4、测速、调速子程序

#inｃｌｕｄe <ＲＥGX５２．H>

#include ＂IＴ.H＂

#ｉncluｄe "Diｓｐｌａy．H"

//硬件连接

sbit fan =?P１^0;?//风扇脉冲输入

sbit ?ｈ= P0^６; ??／/LED，测试

//全局变量

ｘdaｔa uｎsiｇneｄ char f[]＝｛0,0，1６,1７,18,１9,20,2２,2４,2７，29,３1，35,38，42,46,5１,54,６１，7４,8４,9４,１0０,１00,10０｝；??/／转速与占空比关系对照表

／/ＩＮT0参数

ｖolatile unsignｅd cｈar n; ????/／转速

volatｉle ｕnｓiｇned char p;?//脉冲数

//USARＴ参数

static uｎｓigｎｅd cｈaｒ fｌag; ??//串口相关

ｕnsignｅｄ chａr Usart＿bｕf[2]="00＂;??//接收缓冲区

/／PＩD参数

uｎsiｇned char Kp=5,Ki=１；???／／PID参数 (PI）

static unsｉgnｅd int error,error＿re,Sum＿e;?//当前偏差,上一次的偏差,积分累加器

//T0参数

staｔｉc ｕnsiｇｎeｄ cｈaｒtime;???//测速计时器

uｎｓｉgned char set_ｖalｕe;???//ＰWM设定值

／/ＴC0中断

voiｄ T0IT(）ｉnterｒupt 1 ｕｓing 1????

｛unsigｎed char temp；?

ｔiｍe++;

if（time＞15０）???//0.５s,由于中断处理的程序过于庞大,以至于定时的理论值不能精确的算出。

{

??ｔime=０;

?n=ｐ;

p=０；

?ｆlag=0;????／/若串口的两位数据不是连续发送，则在下一次接收时全部刷新

??ｔemp＝PID()；

?｝

?ｉｆ(１) ???????

PWM＿ＧＥNERATEＲ(tｅmp）；???//PID调节

?diｓ_word(1,n)；

?dis_word(5，set_ｖａlue);????//显示占空比

?/／dｉs_wｏrd（3,eｒroｒ);

?//dｉｓ＿ｗｏｒｄ(７,ｔeｍｐ)；

}

／/TC1中断

voiｄT1IＴ（)inｔerｒupt 3 usｉnｇ 1

{??

}

//EＸT0中断

void EX0_ＩT()iｎterrupt 0 uｓing １

{

?p++；?/／脉冲计数

}

/／ＵSART中断

void USＡRT＿IT()intｅrruｐt 4 using １

{ｕｎｓｉｇned cｈar temp;

?Uｓａrｔ_bｕｆ［flaｇ]=SBＵF;

flaｇ＋＋;?

if(flag>1)

?flａg＝0;

temp=（Usart_buf[0]-48）*1０+Usａrt_buｆ[1]-48；

iｆ(tｅmp<２3）

sｅt_ｖaluｅ=f[temp］;

?RＩ=0；

?TI=0;?

}

／/PＷM生成程序

//输入：?Dutｙ_Cyclｅ:占空比高电平持续值

voｉd PＷM_ＧＥNＥRATＥR(unｓigｎed cｈａr Duty_Cyclｅ) ｛statｉc uｎｓigｎｅd cｈar com_vａｌue;

?com_value++;

iｆ(com＿valuｅ

?ｆａn=１；

else if(com_valｕe

?fan=0;

?elsｅ

ｃom_vaｌue=０；

｝

//PIＤ控制器

//输入：?pidtａｒget:目标值

//输出：返回占空比(Dｕty_Ｃyclｅ）

unsiｇｎed chａｒPID（)

{xdata unsigｎｅd ｉnt feedback,ｐｒoportiｏn,ｉntｅgraｌ;

?ｅrror_ｒe=ｅｒror; ????/／上一次的偏差

?ｉf(set＿valｕe>ｆ[ｎ])???????//erｒor为正值的情况

{?

errｏr＝set＿value-f[n];??????/／偏差

??Sｕm＿e＝Suｍ_e+error;????／/积分

feｅｄbacｋ＝Kp*ｅｒｒoｒ/2＋Ki＊Sum＿e; ??/／PＩＤ计算}????

eｌse ????//erｒor为负值的情况

{

??eｒror=f[n］-set_vａlｕｅ; ?????／/偏差

??//积分部分

??if（Ｓｕm_e>errｏr)?????//积分为正

?Ｓum_e=Sum_ｅ-errｏr; ??

?e lsｅ????/／积分为负

?Ｓｕm_e＝0;

proportion=Kp＊error/2;????//比例计算

?iｎtegraｌ=Ki*Ｓｕm_e;?????／/积分

?if(inｔegral>prｏportｉon) ???//PIＤ计算

feedbａck＝iｎtegｒａｌ－pｒｏportion；

else

feedｂack=0;

?} ??

ｒetｕrｎ(ｆｅedｂack)；????／/返回结果

}

五、方案总结

本方案基本能完成风扇转速测量与控制，达到了设计任务的要求。通过测试,本控制系统可以根据气流和通风条件等环境对运行的影响,比较及时调整PWM 波形。但是,本方案也存在一些不足之处：

1.由于本程序的中断处理比较复杂，定时的理论值不能精确的算出,以至测

量的转速不是很精确

2.由于时间关系，我们的PID控制模块只完成了PI调节，缺乏了微分调节，

系统的动态性能有所下降。

六、感想

通过该项目的实践,我们加深了对单片机的定时器、计数器、中断等模块的理解。但是万事开头难,一开始，我们只是学了相关的理论知识，对实体的单片机并不了解,遇到各种问题，比如缺乏硬件电路的了解,风扇该如何接线如何输出

信号，pwm波如何输出和调节，在调试过程中难以调到稳定速度等问题。后来结合书本,通过摸索,得出了上述程序。尽管时间紧迫、压力大,但是我们还是灵活运用并掌握微机测控装置的经典设计过程，即电路-软件-仿真-实物的设计调试试制过程;通过实践，已经熟悉了主要应用软件,Keiｌ、Proteus、Prｏtel等软件的使用,并已经积累了应用经验；项目实践后,锻炼了硬件设计和调试水平，提高了工程应用的直观经验；对PWM驱动直流电机、电机带动风扇的模型有了感性认识,为后面的课程打下了基础；学习了微机编程的技术,积累了编程和软件调试经验;在集体项目活动中锻炼了组织、分工协调能力。

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