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四、软硬件设计
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系统总框图
图4.1 微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构
本设计中，我采用了AT89C51单片机，芯片工作电压约为5V左右，从
左到右我设计的依次是电容滤波的三相桥式不可控整流电路，直流电机H桥驱动电路，中间穿插了电压、电流检测，转速和温度检测。
其中我比较详细的制作了转速检测报警电路，主要通过AD0809进行模数转换显示数码管上，可以设置报警上下限；另外一个就是直流电机PWM调速，通过示波器观察波形和转速变化。
2.电容滤波的三相桥式不可控整流电路——可以不用计算，大致说明所选器件合理即可。
图4.2三相桥式整流电路
整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式多种多样，个具特色。为了使直流电压麦脉动较小，可采用三相桥式整流电路；最后顺带介绍了8279键盘扩展显示电路。
根据题目要求，我选择了耐压为1600V，允许最大电流为1000A的整流二极管。一般取为此峰值电压的2～3倍，所以整流二极管的正反向额定电压为：
通过二极管的峰值电流及电机最大负载时的峰值电流, ,
二极管的电流有效值为，
其最大峰值为。
考虑一定的安全裕量可以求得整流二极管的额定正向平均电流为：
满足条件
3.直流电机H桥驱动电路
图4.3 H桥驱动电路
对于PWM 调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。
1）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。
2）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H 桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。
3）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或光电耦合器实现隔离。
4）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。
5）可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。H桥驱动电路： H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机，因其外形酷似字母H，所以称作H桥驱动电路。
要使电机M运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如 当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。电机顺时针转动。当三极管Q6和Q5导通时，电流将从右至左流过电机，驱动电机逆时针方向转动。
完整的H桥驱动电路，PWM1，PWM2，为电机方向控制输入端，PWM1=1，PWM2=0时正转，PWM=0，PWM2=1时电机反转。PWM1，PWM2同时也是电机调速的脉宽输入端。
4.电流、电压检测
电流互感器具有能耗小、频带宽、信号还原性好、价格便宜、控制和主功率
电路隔离等诸多优点。多个电流互感器可以组合起来，用于检测含有低频分量的单极性高频直流脉动。
电感电流中既含用工频正弦电流，又有高频脉动电流，为此，可以用电流互
感器分别检出开关管、二极管中的单极性电流脉冲，再叠加起来，即为电感电流。
检测电压采用了两个电阻分压的形式。一般情况下，R1为1MΩ，R2为50kΩ。
5.※直流电机转速检测报警电路
图4.4 转速检测报警电路
这个电路，我采用了通过采集调节电位器RV1上电压输入到AD0809中，进行模数转换后进入51单片机，通过程序的编写，把数据输出到P1口的四位共阴极数码管。
与此同时，在P30和P31引脚设置转速上下限报警灯，当然也是通过改写的程序的方式实现，如图4.4、4.5所示我设置的是当转速高于1600r/min时D1灯亮且蜂鸣器发出报警，当转速低于400r/min时D2灯亮发出报警声。
图4.5 转速低于400r/min时D2灯亮发出报警声
8.系统主程序框图
主程序完成实时性不高的功能，完成系统初始化后，实现键盘处理、刷新显示、与上位计算机和其他外设通信等功能。主程序框图如下：
9.PID流程图设计
五、总结
通过这次计算机控制系统的直流电机调速课程设计，我意识到我们自动化行业有非常好的发展前途。
从设计电机的各项指标参数，到MATLAB中电流环转速环仿真，再到proteus和keil软件中进行硬件、软件电路仿真运行，提高了我的查阅资料和解决问题的能力，深深印入我脑海里的是：求人不如靠己的做事态度、工作方式。本次设计从始至终都是我一个人独立完成的。
在完成这次设计的过程中，我尝尽了酸甜苦辣，有时候一头雾水脑子里不知道应该怎么办，有时候这里的程序编程不对，想方设法绞尽脑汁的修改，有一次陷入了绝望，想要求助于他人，可谁知没一个人会的，没一个靠谱的！只能靠自己，后来，我“钻进了”图书馆，在一篇不起眼的小文章里找到了发生故障的原因，并且依葫芦画瓢，依照那本书的介绍，解决了我编程老是有误差的问题。
总的来说，此次自动控制系统的课程设计，我受益匪浅。
通过本次设计我学到了许多课本上学不到的知识,对于各个元器件、软硬件的工作原理我都熟练掌握，通过本次实践我深刻的体会到设计人员的艰辛及问题解决后的喜悦，它不但能培养我们独立思考问题的能力，同时也增强了我的动手能力，为自己以后所要从事的此类工作奠定了基础。
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