基于PWM的按摩机传动控制电路设计

毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目 基于PWM的按摩机传动控制电路设计作 者 e l e c 系 别 信息与电气工程学院 专 业 电子信息工程 二 五 年 六 月 一 日摘 要本设计在描述按摩机功能的基础上，完成了一个基于PWM（脉冲宽度调制）调速的按摩机传动控制系统电路的设计。本设计以单片机技术和直流电机PWM调速技术为基础提出了控制系统框架和具体设计技术方案，从硬件电路方面阐述了控制系统的总体实现，结合硬件提出软件设计思想，利用汇编语言将之实现，并利用按键，蜂鸣器,氖灯，LED数码管等外围设备为用户提供服务，实现人机交互和按摩功能。通过按键，用户可以让按摩机工作在最具舒适的按摩工作方式和振动速度上；利用蜂鸣器来告警或提示按摩完成；利用氖灯显示当前的工作状态；利用LED数码管显示电机当前的转速。本设计是基于单片机的PWM传动控制电路的软硬件结合， PWM调制原理实现技术较复杂,硬件上利用MOSFET(金属氧化半导体场效应晶体管)来实现，软件上利用交流检测结果,完成单片机定时器延时和查表功能。本设计不但结合了单片机开发技术，而且综合运用了直流电机PWM技术、交流检测技术以及LED驱动与控制技术，实现了按摩机控制系统人机交互。关键字：PWM MOSFET 交流检测技术 LED驱动与控制AbstractThe design, in describing the foundation of massage machine function, completed a spread to move and control system electric circuit, which based on PWM (Pulse Width Modulated). With techniques of SCM (Single Chip Microcomputer) and PWM of DC (Direct Current) motor, the design put forward the control system frame and the concrete design technique projects at first. Then elaborated the total realization of the control system from the hardware electric circuit. Next, combined the hardware to put forward the mind of software design, and made use of Assembly language carrying out it. Finally, made use of the peripherals, such as the key, the buzzer，the neon lamp and the LED (Light Emitting Diode) figures tube, providing the service for the customer, and carry out the massage function and interaction for both the machine and the person. The customer can let massage machine work on the comfortable method and vibration speeds by the key; Make use of the buzzer warning or hinting the massage has finished; Make use of neon lamp shows the current work appearance; And use the LED figures tube to manifestation present speed of motor. The design is a software and hardwares combination that based on the PWM of spread to move and control system electric circuit. Its more complicated to carry out the technique of PWM. On the hardware, make use of the MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) carrying out it; On the software, make use of the result of exchanges examination, setting the SCM postpone and checking the form. The design not only used technique of SCM, but also synthesized the technique of the PWM of DC motor, the technique of exchanges examination and the technique of drive and control of LED, to carry out the control system of massage machine and person's interaction.Keywords: PWM MOSFET technique of exchanges examination drive and control of LED目 录1 概述12 按摩机控制系统框架设计33 直流电机PWM调速控制原理53.1 直流电动机驱动方式63.2 直流电机PWM调速原理与控制技术74 按摩机控制系统设计技术方案94.1 系统电源设计94.2 系统所选用单片机简介104.3 系统单片机外部扩展114.4 交流检测电路124.5 电机控制方案134.6 LED的数码管驱动135 按摩机控制系统硬件设计155.1 电源电路155.2 复位电路165.3 电机和氖灯控制电路165.4 按键显示部分电路186 按摩机控制系统软件设计思想196.1 电机控制设计196.2 LED驱动设计206.3 交流检测设计217 按摩机控制系统软件汇编实现227.1 单片机端口与寄存器的初始化227.2 主程序代码部分247.3 交流检测模块257.4 电动机的控制实现267.5 数码管显示驱动模块27结束语29致谢30参考文献31附录 汇编程序321 概述以大规模集成电路为主的微型计算机单片微型计算机（Single chip microcomputer），简称单片机，又称嵌入式微控制器（Embedded microcontroller）。单片机具有优异的性能价格比，集成度高、体积小、可靠性高，控制功能强和低电压、低功耗等特点，在工业控制、智能化仪器仪表、智能接口、家用电器、儿童玩具、健身器材等许多领域都得到了广泛的应用。随着社会的发展和进步，随着电子信息技术的飞跃，单片机开发与应用技术已经显得越来越重要，成为了一门重要的电子电气技术学科，同时亦成为了新产品研发设计的关键技术。现代社会发展越来越快，人们生活节奏也快，随之而来工作压力也越来越大。人们渴望休闲，渴望健康。于是当前人们对健康非常关注和重视，而按摩对人体健康有特殊促进功效。按摩机就是在这一背景下产生。为了满足人们的需要和市场的需求，按摩机控制系统开发技术应运而生。本毕业设计采用单片机开发与应用技术而设计一种简易的按摩机控制系统，以实现基本按摩功能。本按摩机传动控制电路可实现市面上各类型按摩机的基本功能，并且结构简单，成本低廉，体积不大，可满足人体腰部，足部以及颈部的按摩需要。本按摩机控制系统以单片机为控制核心，是基于PWM（脉冲宽度调制）调制原理的直流电机控制应用方案。直流电机脉冲宽度调制（Pulse Width Modulated，PWM）调速技术最早产生于20世纪70年代中期，用于不可逆，小功率的驱动，例如天文望远镜，自动记录仪表等。近10多年来，单片机技术和集成电路技术的发展以及宽调速永磁直流电动机的出现，促使PWM技术高速发展，并使电气驱动技术达到一个新的高度。本设计即利用了直流电机PWM技术实现了电机调速控制，同时用到了LED驱动与控制技术和交流检测技术完成控制系统所需实现功能。本按摩机利用单片机完成系统总体控制功能，并利用按键，蜂鸣器，发光二极管，氖灯和LED数码管等外围设备为用户提供服务，实现人机交互，实现其按摩功能；通过按键，用户可以让按摩机工作在最具舒适的按摩工作方式和振动速度上；利用蜂鸣器来告警或提示按摩完成；利用氖灯显示当前的工作状态；利LED数码管显示电机当前的转速。本按摩机由电动机的转动形成振动，而单片机可以通过控制振动的方式和时间来按用户的需要进行按摩，其具体按摩功能描述如下：1. 可以有十八档速度速度进行按摩，按摩机选用调速性能较好的直流电机，利用调速技术对电机进行调速，共设18档速度。2. 可以提供四种独特的按摩方式：1) 定速按摩，此种方式最为简单，是常见的按摩方式，在这种方式下，电机在某一速度档保持恒定转速，按摩机以均匀的振动速度进行按摩。2) 快慢按摩，此种方式用户可通过设定速度档来改变按摩机振动速度，但此种方式按摩机以快速和慢速振动交替进行。3) 波浪感按摩，此种方式按摩速度从慢到快地连续变化，给用户一种波浪从身体经过的感觉，这种方式适合老人和儿童。4) 随机方式按摩，电机转动速度随时间随机变化，没有特定的节奏。应该注意的是这种方式并不是上述3种方式以随机的形式进行按摩。3. 用户可根据个人喜好利用按键调节速度档次以及按摩方式。按摩机提供了6个按键：两个调速按键，分别完成降档调速，升档调速；一个模式转换按键，用于切换当前的按摩方式；一个电源开关按键，提供系统上电；一个氖灯转换按键，显示按摩机工作状态；一个数码管转换按键，显示电机转速。2 按摩机控制系统框架设计设计系统框架时，除了考虑实现按摩功能外，系统的可操作性和安全性也是至关重要的。为了方便用户使用，给他们舒适的感受，按摩机必须设计良好的用户操作按键以及必要的显示系统；为了保证使用过程中的安全，在设计中必须考虑告警措施，并充分完善供电电源的设计。图1所示为系统的设计框架，包括按键输入与LED指示、蜂鸣器提示输出、交流信号检测、供电电源处理、氖灯指示和电动机控制。图1 系统设计框架按摩机的主要功能模块可划分为6部分。1. 按键输入与LED指示部分。该模块负责响应按摩机6个按键输入信号，并利用数码管和发光二极管显示当前工作状态。其中，数码管显示按摩振速，发光二极管显示按摩方式。2. 蜂鸣器提示输出