变频洗衣机控制系统设计.doc

毕业设计（论文）变频洗衣机控制系统设计【摘要】本文基于TMS320LF2407A设计了一种低成本变频洗衣机控制系统，主要完成以下工作:首先 ，在分析洗衣机的工作原理和流程的基础上，结合全自动变频洗衣机的功能设计了以TMS320LF2407A为核心的变频洗衣机控制系统的总体方案其次，分析变频洗衣机各部分功能模块的实现原理及设计方法，设计各功能模块，其中包括变频调速模块、故障处理、水位检测、电流电压检测保护、衣量检测、水温检测、定时操作、暂停、强制停止等模块并设计软件功能，实现洗衣机从浸泡到脱水结束的功能设计最后，分析三相交流电机调速原理及SPWM原理，利用TMS320LF2407A内嵌的PWM波形产生模块采用直接面积等效的方法实现了正弦脉冲宽度调制，控制电动机变频调速关键词】TMS320LF2407A;变频洗衣机;变频调速;SPWMA Design for Frequency Washing Machine Control System【Abstract】This thesis is based on TMS320LF2407A designed a low-cost frequency washing machine control system, it complete the following work: Firstly, based on the analysis of the principle and work processes of washing machine, combine with the function of automatic frequency washing machine designed a frequency washing machine control system's overall program which be based on the core TMS320LF2407A.Secondly, this thesis analyses the principle and the design of each module of the frequency washing machine and devise it. Including the design of frequency control module, fault handling, water testing, current and voltage detection protection, clothing weight detection, regular operations, suspended, forced to stop module and so on,and devise the software programming, achieve the function of the frequency washing machine from marinate to dry. Finally, analyses the principles of speed control of three-phase AC motor and SPWM, used the PWM waveform generator module of TMS320LF2407A embedded, adopt area equivalent direct method to achieve the sinusoidal pulse width modulation, control the motor frequency conversion.【Key words】TMS320LF2407A; Frequency washing machine; Frequency control; SPWM1 引言随着人类社会的发展，能源问题逐渐成为人们关注的焦点。

近年来，能源已成为制约我国经济发展的重要因素，在开发新能源的同时节能也具有重要的意义在家电行业中变频技术是目前最有效的节能技术，变频技术在洗衣机中的应用一个很重要的意义就在于它使洗衣机行业发生革命性的变化，引导洗衣机向节能、环保、健康的方向发展本课题基于TMS320LF2407A设计的变频洗衣机控制系统，目的在于改善变频技术在家电行业中的应用2 变频洗衣机功能设计2.1 洗衣机主功能设计本洗衣机实现的功能主要有：浸泡、洗涤、漂洗、脱水、手动设置和延时洗衣等，设计总流程图如图1所示：图 1变频洗衣机基本功能流程图洗衣机的工作方式可分为自动和手动两种洗衣方式自动方式由洗衣机自动检测、预设各项参数进行洗衣；手动方式需要用户设置各部分的工作参数控制系统主程序主要实现以下功能：衣量检测、水位检测、水温检测、控制进、排水阀打开与关闭、驱动变频调速模块、按键扫描、定时操作、延时操作、电流电压检测保护、故障处理、暂停等功能2.2 故障处理功能设计需要处理的故障和中断参数有：洗衣完成、过电流、过电压、未合盖、进排水时间过长、电压不稳定、转速不正常、暂停、强制停止等当系统检测出以上各故障或中断时，置相应的故障标志位然后返回主程序，DSP产生相应的操作。

3 变频洗衣机硬件设计3.1 控制芯片本系统选用TI公司的电机控制专用芯片TMS320LF2407A型DSP为控制器构成变频洗衣机调速系统TMS320LF2407A主要由内核CPU、内部存储器与I/O接口和片内外设三个功能单元组成其中，CPU主要包括中央算术逻辑单元（CALU）、累加器（ACC）、乘法器（MUL）、移位寄存器和寻址单元等存储器包括片内Flash、片内ROM、单存取RAM和双存取RAM片内外设与专用硬件电路包括数字输入输出模块（I/O）、事件管理模块（EV）、模数转换模块（ADC）、串行外设模块（SPI）等其硬件结构图如图2所示：图2 TMS320LF2407A硬件结构图3.2 系统硬件结构本系统的总体硬件框图如图3所示， TMS320LF2407A需要处理的参数有：衣量、水温、水位、按键扫描和电机转速反馈等，同时对电流电压进行监测，根据输入的各项参数控制洗衣机按预定的方式运行，具体包括：控制电源电压、频率和相序从而控制电机变速、正反运转、LED显示进、排水阀的打开与关闭等图3系统硬件总体框图3.3 变频调速模块本洗衣机控制系统本采用交-直-交电压型变频电路，实现从单相电源到三相电的转变。

先通过对单相电不可控整流滤波过后变为直流再对其进行三相逆变，并在逆变环节中利用SPWM脉宽调制原理控制电源频率变化从而控制电机转速选用的整流二极管型号为：2CZ12D,逆变模块：为CM15TF-12H型变频器用逆变模块TMS320LF2407A通过软件编程产生PWM脉冲发生信号，由PWM1~PWM6端口输出经驱动保护电路之后驱动IGBT模块对整流之后的直流电进行逆变3.4 各检测电路1．衣量检测：本系统通过压力传感器测量洗衣机放衣前后衣桶重量的变化来测量衣桶内衣量，选用蚌埠天光测控仪表厂的TJH-1型压力传感器，输出的电压信号调理过后输入TMS320LF2407A的内嵌的A/D转换模块，转换为数据信号供CPU计算使用2．水位检测：选用洗衣机常用的SW-1型鉴频式水位传感器，它采用LC电磁谐振电路作为敏感元件,将水位信号转变成LC参数变化,最后输出频率信号水位传感器输出的振幅为5V的频率信号，通过SN74LVC4245芯片转换为3.3V的频率信号输入TMS320LF2407A的I/O口，通过在一段时间内记录I/O口的电平变化次数，便可计算出水位传感器的输出频率确定水位高度3．速度检测：本洗衣机选用常用的755A型增量式光电传感器进行速度反馈，TMS320LF2407A的EVA和EVB模块均有一个QEP电路，可自动识别CAP1/QEP1、CAP2/QEP2（EVA）和CAP3/QEP3、CAP4/QEP4（EVB）引脚上的输入正交编码脉冲的方向，并记录脉冲的个数计算出电机的转速。

4．温度检测：选用TMP37型温度传感器，输出的电压信号调理过后输入TMS320LF2407A的内嵌的A/D转换模块，转换为数据信号供CPU计算使用5．电流电压检测：电流检测使用南京中旭电子科技有限公司的HNC-05LX霍尔闭环电流传感器电压检测取电动机相电压经过260:4.2变压后再整流，经过比较器，当相电压高于门槛电压260V时，整流电压高于5V，产生一低电压信号输入TMS320LF2407A的PDPINTA端口，使其事项管理的PWM波输出引脚呈高阻态，起到很好的保护作用3.5 LED显示及按键模块本系统共用6块七段LED数码管分别显示时间和洗衣剩余时间，用7个发光二极管分别用来显示洗衣状态和故障利用DSP的8个数据口采用分时复用的方式，分别控制6块七段LED数码管、7个发光二极管和一个蜂鸣器报警，输出的信号通过SN74LVC4245A调理为5V TTL电平按键设计采用的是独立式按键接口设计暂停和强制停止键分别利用TMS320LF2407A的PDPINTA中断端口和READY端口，当按下强制停止键时，TMS320LF2407A的PDPINTA端口会收到一低电平信号，从而PWM波输出引脚呈高阻态，并关闭电动机工作电源。

当按下暂停键时，TMS320LF2407A的READY端口收到一低电平信号，外设没有准备好，直到外设准备好方才运行，起到很好的暂停功能，同时也利用此硬件设计一个是否合盖检测电路3.6 开关电源模块由市电220V直接接入，通过变压器变为15V交流电压，通过二极管整流滤波后分别输入MC78M15和MC78M05三端稳压器，输出15V和5V直流电压，再通过反向放大，产生-5V和-15V的电压信号，分别供IGBT驱动电路和霍尔电流传感器使用产生的5V DC还要通过5V到3.3V的转换，才能供DSP使用，本系统选用TI公司的TPS7333芯片进行转变4 SPWM实现方法由交流异步电机转速表达式：n= 60f(1-s)/p和三相感应电动机每相电动势的有效值：得：若要通过改变频率来改变转速并且磁通不发生变化，则E1和f1必须呈一定比例变化本系统根据直接面积等效法“冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同”的理论如图4所示将正弦半波波形分成N等份，可把正弦波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。

ωtUmAωtUmB图4等面积法原理图通过查表的方法实现SPWM控制，在一个调制周期中，载波的个数是一定的，在每个载波的中断里将查表指针加一个时间后移量，通过改变每次指针的后移量就可以改变输出的频率通过改变载波的通断时间长度来控制电压值的输出，从而使电压和频率比值保持恒定参考文献：[1] 吴忠智.变频器应用手册（第三版）［Ｍ］.北京：机械工业出版社.2006[2] 张雄伟,邹霞,贾冲.DSP芯片原理与应用［Ｍ］.北京：机械工业出版社.2003[3] 蒋鲁佳.交流变频洗衣机控制系统设计［Ｄ］.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2005[4] 康华光.电子技术基础 模拟部分（第五版）［Ｍ］.北京：高等教育出版社.2005[5] 邱关源.电路（第四版）［Ｍ］.北京：高等教育出版社.2003[6] 王兆安,黄俊.电力电子技术（第四版）［Ｍ］.北京：机械工业出版社.2003[7] 李晓莹.传感器与测试技术［Ｍ］.北京：高等教育出版社.2005[8] 沙占友.中外集成传感器实用手册［Ｍ］.北京：电子工业出版社.2003[9] 鲍丙。