基于单片机洗衣机模拟控制与实现(编辑修改稿)

基于单片机洗衣机模拟控制与实现(编辑修改稿)内容摘要：

电动机的转速、电流及电磁转距等发生变化。 ，称为： 02aaE E E E TU R IE U Rn n nK K K K K          (3 2) 并励电动机在稳定运行时，其电枢电流位：a aUEI R，因电枢电阻 Ra 很小，所北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 11 以电动机在正常运行时，电源电压 U 与反电动势 E 近似相等 [7]. 在起动时， n=0，所以 E＝ kEΦ n＝ 0。 这时电枢电流及起动电流为ast aUI R ，由于 Ra很小，因此起动电流 Iast 可达额 定电流 IN的 10～ 20倍，这时不允许的。 同时并励电动机的转距正比于电枢电流 Ia，这么大的起动电流引起极大的起动转距，会对生产机械的传动机构产生冲击和破坏。 限制起动电流的方法就是在起动时的电枢电路中串接起动电阻 Rst，见图。 这时起动电枢中的起动电流的初始值为： 则起动电阻为： st aastURRI ast a stUI RR  一般： Iast=（ ～ ） IN 起动时，可将起动电阻 Rst 放在最大值处，待起动后，随着电动机 转速的上升，再把它逐段切除。 注意：直流电动机在起动或工作时，励磁电路一定要保持接通，不能断开（满励磁起动）。 否则，由于磁路中只有很小的剩磁，就有可能发生以下： 要改变电动机的转动方向，就必须改变电磁转距 T 的方向， 可通过改变磁通Φ（励磁电流）或电枢电流 Ia 的方向实现 [8]。 电动机的调速就是在同一负载下获得不同的转速，以满足不同的要求。 由转速公式： aaEU I Rn K  可知常用的调速方式有调磁调速和调压调速两种。 （调磁调 速 ） 当保持电源电压 U 为额定值不变时，调节励磁电路的电阻 ，改变励磁电流 If而改变磁通Φ。 由式2E E TURn K K K Ｔ可见，当磁通Φ减小时， n0升高了，转速降 也增 大了；但 与Φ 2 成正比，所以磁通愈小，机械特性曲线也愈陡，但仍有一定的硬度。 见图 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 12 图 磁通调速曲线 由于电动机一般是在额定状态下运行的，它的磁路已接近于饱和，所以在一定负载下，通常是减小磁通调速（Φ＜Φ N），转速上调（ n＞ nN）。 调磁调速是恒功率调速，即转速升高后，输出转距必须减小，否 则电枢电流 Ia会超过原来的额定电流，使电动机发热烧坏 [9]。 调磁调速的优点： 1. 调速平滑，可得到无级调速； 2. 调速经济，控制方便； 3. 机械特性较硬，稳定性较好。 对专门生产的调磁调速的电动机，其调速幅度可达到 3～ 4倍。 改变电压 U（调压调速 ） 当保持他励直流电动机的励磁电流 If 为额定值时，降低电枢电压 U，使转速 n降低。 由式2aE E TRUn K K K可见，在一定负载下， U愈低，转速 n 愈小，但机械特性的硬度不变，见图 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 13 图 电压调速曲 线 一般电动机都处在额定状态下运行，再进行调压调速时，为保证电动机的绝缘，一般是将电动机的电压下调 U＜ U N，而转速也下调 n＜ nN。 调压调速是在额定电流下调速，是恒转距调速。 调压调速的优点： 1. 机械特性较硬，电压降低后硬度不变，稳定性较好。 2. 调速幅度较大，其调速幅度可达到 6～ 10倍。 3. 可均匀调节电枢电压，得到平滑的无级调速。 这里采用电压调节方式实现对直流伺服电机的调速 [10]。 第 交流电机 M2控制系统 目前较常用的交流电动机有两种： 三相异步电动机。 单相交流电动机。 第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。 三相异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。 我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差 120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差 120 度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图 1所示。 图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。 电流每变化一个周期，北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 14 旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的 变化是同步的。 旋转磁场的转速为： n=60f/P 式中 f 为电源频率、 P 是磁场的磁极对数、 n 的单位是：每分钟转数。 根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法： 改变磁极法； 变频法。 以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。 图 三相异步电机工作图 观察图 ，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。 相序 A、 B、C 顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将 B相电流通入 C相绕 组中， C 相电流通入 B相绕组中，则相序变为： C、 B、 A，则磁场必然逆时针方向旋转。 利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。 定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以 n1 的转速旋转起来。 一般情况下，电动机的实际转速 n1低于旋转磁场的转速 n。 因为假设 n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速 n1 必然小于 n。 为此我们称 三相电动机为异步电动机 [11]。 单相交流电动机的旋转原理 单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。 当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 15 但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。 这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。 当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时 转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。 这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来 [12]。 要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差 90 度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差 90度，即所谓的分相原理。 这样两个在时间上相差 90 度的电流通入两个在空间上相差 90 度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场。 在这个旋转磁场作用下，转 子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。 因此，起动绕组可以做成短时工作方式。 但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电动机为电容式单相电动机，要改变这种电动机的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。 在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。 此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。 每个磁极在 1/31/4 全极面处开有小槽，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环， 好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。 单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按 N、 S、 N、 S 排列。 当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后 90 度的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来 [13]。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 16 第 4 章 系统软件设计 第 系统硬件设计 单片机简介 AT89S52 具有 以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32位 I/O 口线，看门狗定时器， 2个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止 [14]。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32位 I/O 口线 ，看门狗定时器， 2个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 其引脚图如下所示： 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 17 图 AT89S52 单片机的引脚图 P0 口： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。 作为输出口，每位能驱动 8 个TTL 逻辑电平。 对 P0端口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8位地址 /数据复用。 在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时， P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。 程序校时，需要外部上拉电阻。 P1口： P1口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， p1输出 缓冲器能驱动 4个 TTL逻辑电平。 对 P1 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 此外， 和 分别作定时器 /计数器 2的外部计数输入（ ）和时器 /计数器 2 的触发输入（ ） [15]。 P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4个 TTL逻辑电平。 对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低 的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时， P2 口送出高八位地址 P3 口： P3口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p2 输出缓冲器能驱动北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 18 4TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用。 RST: 复位输入。 晶振工作时， RST 脚持续 2个机器周期高电平将 使单片机复位。 看门狗计时完成后， RST 脚输出 96个晶振周期的高电平。 特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。 DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。 在 flash 编程时，此引脚（ PROG）也用作编程输入脉冲。 在一般情况下， ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。 然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE脉冲将会跳过。 PSEN:外部程序存储器选 通信号（ PSEN）是外部程序存储器选通信号。 当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时， PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时， PSEN 将不被激活 [16]。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到 FFFFF 的外部程序存储器读取指令， EA 必须接 GND。 为了执行内部程序指令， EC 应该接 VCC。 在 flash 编程期间， EA 也接收 12 伏 VPP 电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 另外介绍一下 8051 的 主要性能。 P0 口有三个功能： 外部扩展存储器时，当做数据总线（如图 1中的 D0~D7 为数据总线接口） 外部扩展存储器时，当作地址总线（如图 1中的 A0~A7 为地址总线接口） 不扩。