直线电机的控制

直线电机的控制摘要：直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。直线电动机的工作原理与旋转电动机相似。以直线感应电动机为例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。在本设计中用单片机的IO输出端口来控制两个电机工作模式（正转、反转），而每一个电机由两个继电器和LED来反映设计结果。关键字：直线电机，旋转电机，单片机，正转，反转Abstract：Theelectricalmachineryofstraightlineisthatonekindchangeselectricenergyintothemechanicalenergyofrectilinearmotiondirectly,Anddoesnotneedtochangethetransmissiondeviceoftheorganizationinthemiddleofany.Itcanregardasoneandrotatetheelectricalmachinerytocutopenaccordingtotheradial,andtheexhibitionbecamethelevel.Theoperationprincipleofthestraightlinemotorissimilarwiththerotatingmotor.Takereactionmotorofstraightlineasanexample:Originallywhenonegradeofwindingswasledtoalternatingcurrentsource,thewavemagneticfieldoftheconductemergedintheangrycrack,secondarytoexpertat,underwavemagneticfieldcut,respondtoEMFofproducingandproducetheelectriccurrent,electriccurrentandthelooksfunctionofmagneticfieldinthiselectriccurrentandangrycrackproduceselectromagneticthrust.ControlstwoelectricalmachineryworkingpatterninthisdesignwithsinglechipmicrcomputesIOoutputport(Rotating，Overturn),buteachelectricalmachineryreflectsthedesignresultbytworelaysandLED.Keywords:Electricalmachineryofstraightline,Rotatetheelectricalmachinery，SCM(SingleChipMicromputer)，Rotating，Overturn目录1、前言12、总体方案设计23、单元模块设计33.1各单元模块功能介绍及电路设计................................33.1.1单片机最小系统模块及显示..............................33.1.2电机传感器电压放大部分.................................43.1.3RS232串行通信接口部分.................................43.1.4继电器控制电路........................................53.3器件介绍....................................................53.3.1MAX232................................................53.3.2OP07..................................................63.3.3ADC0832CCN............................................73.3.4AT89S52...............................................83.4各单元模块的连接...........................................104、软件设计114.1程序设计原理及设计所用工具.................................114.1.1设计原理.............................................114.1.2软件硬件设计工具介绍.................................114.2画出软件设计结构图、说明其功能.............................114.3画出主要软件设计流程框图...................................125、系统调试135.1硬件调试...................................................135.1.1各个功能模块分开调试.................................135.1.2系统调试.............................................155.2软件调试...................................................155.2.1编译程序的流程........................................155.2.2程序调试过程..........................................156、结论197、总结与体会208、参考文献21附录一：程序代码附录二：图1，图21、前言直线电机最初由英国人惠斯登1840年提出、实验，但不成功。随后，人们对它进行了深入研究，从理论到实践做了大量工作。1945年美国西屋公司首先研究成功以直线电机作为动力的飞机弹射器，但由于成本太高而未能推广。总体来说，当时由于自身理论上的不完善，加上其它相关技术的局限，同时，需求不是很迫切，直线电机技术发展缓慢。随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求。在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求。为此，从上世纪60年代开始，由于控制技术、材料技术的发展，基础研究的进步与突破，直线电机进入全面开发阶段。世界上许多国家下大力气在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用领域越来越广。英国莱斯韦特教授1966年出版了比较系统地介绍直线电机的专著《InductionMachinesforSpesialPurposes》，为直线电机的发展做出了突出贡献。一般电动机工作时都是转动的。但是用旋转的电机驱动的交通工具（比如电动机车和城市中的电车等）需要做直线运动，用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动。这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置。能不能直接运用直线运动的电机来驱动，从而省去这套装呢？几十年前人们就提出了这个问题．现在已制成了直线运动的电动机，即直线电机。直线电机是一种新型电机，近年来应用日益广泛。磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的。直线电机除了用于磁悬浮列车外，还广泛地用于其他方面，例如用于传送系统、电气锤、电磁搅拌器等．在我国，直线电机也逐步得到推广和应用。直线电机的原理虽不复杂，但在设计、制造方面有它自己的特点，产品尚不如旋转电机那样成熟，有待进一步研究和改进。2、总体方案设计直线电机是一种通过将封闭式磁场展开为开放式磁场，将电能直接转化为直线运动的机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。在本次设计中使用单片机来控制电机工作。单片机选用AT89S52系列，由于设计中没有提供电机，则用的是LED灯来观察电机的工作模式，在这次设计中电机共有两个，每一个电机分别由两个继电器来控制，而每个电机的工作方式有正转、反转。具体的设计思路：用AT89S52单片机P1口与按键相连，这8个按键用的IO口是P1_0到P1_7,数码管的显示部分是用的P2口，设计中面包板的接口用P0口。P0_0和P0_1控制电机1工作，P0_2和P0_3控制电机2。通过改变P0_0和P0_1的输出电平来控制电机1的正转反转，通过改变P0_2和P0_3的输出电平来控制电机2的正转反转。如当按下按键KEY0(与P1_0相接)时，P0_0=1,P0_1=0,电机1正转；按下按键KEY1时，p0_2=1，p0_3=0，电机2正转；按下按键KEY2时，P0_0=0,P0_1=1,电机1反转；按下按键KEY3时，P2_0=0,P3_1=1,电机1反转；如此下去，就可以显示电机的工作模式了。设计框图如下图2.1所示，其原理图参见附录二图1。单片机AT89S52LED指示灯数码管显示系统外扩部分AD转换电源部分RS232串行通信接口电路图2.1总体设计框图3、单元模块设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计3.1.1单片机最小系统模块及显示单片机的最小系统，一般包括单片机芯片，复位电路，时钟电路及数码管显示电路。在本次设计中，P0口的P0_0，P0_1，P0_2，P0_3为控制电机工作的接口，最小系统上的8个按键用的是P1口的P1_0～P1_7，上接上拉电阻和8个发光二极管和5V电压，当选择相应的按键时其所对应的发光二极管亮，而P2_0～P2_7作为输出接到LED数码管显示上。当程序下载到单片机最小系统图上后就可以通过按键来控制系统的功能，并显示出结果。如下图3.1所示：图3.1单片机最小系统模块及显示3.1.2电机传感器电压放大部分在实际的牵引电机中通过传感器感知其牵引力的大小转换成电压信号，由于其电压信号很微弱为了便于控制要进行放大，所以我们将通过OP07电压放大器对腰牵引电机传感器电压进行放大。电压从2、3口输入，W2为变阻器，可通过调节来调节力与电压的比，R16为反馈电路中的电阻，提高电路的灵敏性，降低误差。如下图3.2所示：图3.2电机传感器电压放大部分3.1.3RS232串行通信接口部分在电脑中运行的程序要下载到单片机上进行运行，则要通过串行口，用到的是RS232的通信接口，在图3.3中用到了一个发光二极管D3用来对电路中是否通电进行显示，以指示芯片是否正常供电，便于程序的调试与分析。图3.3RS232串行通信接口部分电路图3.1.4继电器控制电路本次设计中四个继电器分两组控制两个电机，两个继电器控制一个电机，电机的正传和反转可以由电压的正和负来决定正转工作模式和反转工作模式。程序下载到单片机之中，程序运行中通过检测按键闭合情况来控制继电器的吸合和断开，吸合的时候表示电机正在运行，断开的时候表示电机已经停止运行。正转吸合的时候表示电机正在伸出去，闭合时电机伸出将停止。反转吸和的时候表示电机正在收回，断开表示收回的动作停止。继电器工作的时候指示灯发光二极管亮，表示正在工作，两组继电器相当于是两个并行的电机，互不影响。如图3.4所示：图3.4继电器控制电路3.3器件介绍3.3.1MAX232MAX232CPE是在一个RS-232驱动器/接收器适用于所有EIA/TIA-232E和V28/24通信接口，尤其是对那些申请凡+12V是无法使用。该MAX232CPE特别有用电池供电的系统，因为其低功耗的停机模式，降低功耗小于5uW。应用于便携式计算机、低功耗调制解调器、电池供电的RS-232接口系统、多点RS-232接口系统。具有特征有从+5V