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变频调速配料控制系统设计摘要 本文介绍了一种基于单片机为核心的变频调速配料控制系统，主要阐述了其设计原理、硬件组成、设计功能以及软件设计系统主要包括主电路与控制电路，主电路采用单片机作为电机控制模块的控制芯片控制电路由AT89S51单片机最小系统和及少量的扩展外围芯片构成，结合相应的软件，通过改变程序来达到控制转速以实现电机的调速要求其中主要内容包括：AT89S51和变频器的特性介绍，变频系统的控制单元、传感器、信号处理模块、电源、变频器及外围设备等，软件编程设计方法所设计的系统实现了变频调速的全数字化控制，实时性好，可靠性高关键词 单片机，压力传感器，变频调速，电动机VVVF batching control system designAbstract This article introduces a microcontroller as the core frequency control batching control system, mainly on its design principle, the hardware composition, design features, and software design. System, including the main circuit and control circuit, microcontroller as the main circuit control chip motor control module. AT89S51 microcontroller control circuit consists of the smallest systems and the expansion of peripheral chips and a small amount constituted, with the corresponding software,by changing the program to achieve control of speed in order to achieve motor speed control requirements. The main contents include: AT89S51 and describes the characteristics of the inverter, the inverter system control units, sensors, signal processing module, power supply, inverter and peripheral equipment, software programming design method. The system designed to achieve a fully digital inverter control, real-time, high reliability. Keywords MCU ，Pressure sensor ，VVVF SPWM ，Motor-Control 目录 1 引言 11.1 课题研究背景意义 11.2 国内外研究现状 21.2.1 国外研究现状 21.2.2 国内研究现状 21.2.3国内外差异 22 系统总体方案设计 42.1 系统的总体框图 42.2 相关理论介绍 43. 硬件总体方案设计 63.1 数据采集模块 63.2 单片机控制部分 93.3 按键控制和报警部分 123.4 变频调速部分 133.5 显示部分 143.6 总电路图 174 系统软件设计 184.1 MPX4115数据采集处理程序 184.2 按键控制程序 224.3 变频控制程序 245 系统仿真与调试 316 总结 32附录A 33附录B 34附录C 42参 考 文 献 43致谢 451 引言1.1 课题研究背景意义根据近代交流调速理论，交流调速被划分为变频、变极和变转差率三种方案，在缺乏科学分析的条件下，认定变转差率调速是低效率的，而变极调速又属于有级调速，因此惟有变频调速最佳。

而变频调速方法与变转差调速方法有本质不同，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、宽范围和高精度的调速性能可以认为，变频调速是交流电动机的一种比较合理和理想的调速方法 随着电力电子技术、微电子技术和自动控制理论的发展，交流调速技术也有了日新月异的变化可调速的高性能交流电力拖动系统在工业上的应用也越来越广进入21世纪交流调速技术也进入了现代交流调速技术时代，现代交流调速技术也成为人类社会的重大技术进步之一其发展速度之快、应用覆盖范围之广都是前所未有的而且应用实践表明，采用现代交流调速技术极大的提高了传动系统的运行质量，同时，带来了巨大的经济和社会效益 在许多工农业生产中，尤其化工、水泥、矿山及农产品加工等行业，都使用自动配料系统来实现工业生产自动配料系统是精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重自动配料控制过程是一个多输入、多输出的系统，各条配料输送生产线严格地协调控制，对料位、流量及时准确地进行监控和调节[1]其工艺过程如图1.1所示 图1.1 工艺过程 在生产过程中对粉体输送、流量及粉体配料的运输和称量要求比较严格。

以往这类称量主要是采用皮带秤和斗式秤．但皮带秤在运行中总存在如皮带跑偏和老化松弛等问题，且对安装位置有一些特殊要求用于粉状物料称量时对周围环境影响很大容易造成扬尘和环境污染；斗式秤是一种非连续累计式衡器，不能连续用于配料系统[2]同时，如果调速绞龙采用滑差电机或直流电机驱动时，则存在低速特性差、效率低；并且现场外部工作环境又很恶劣工业粉尘很多．这些粉尘很容易进入滑差电机内部而出现磨损、卡死等现象[3]维修、维护麻烦，造成工作故障多，影响正常生产因此，我们可以针对以上问题提出新的变频调速计量配料系统1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状 在国外，在大功率交-交变频（循环变流器）调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达3万kW的电气传动设备用于船舶推进系统[4]在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量为6万kW的设备用于抽水蓄能电站[5]在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司Simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10 ~ 2600 kVA和Simovert P GTO PWM变频调速设备单机容量为100 ~ 900 kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动[6]。

在小功率交流变频调速技术反面，日本富士BJT变频器最大单机容量可达700 kVA，IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化[7]1.2.2 国内研究现状 我国国内已经有较多的变频器生产厂，但大部分的产品都是V／F控制和电压空间矢量控制变频器，使用在调速精度和动态性能要求不高的负载上没有问题工业应用中绝大部分都是这种负载，变频器在这种场合应用最重要的要求是可靠性，国产变频器占国内市场份额不高的主要原因是产品品质不过硬同样是V／F控制的变频器，国外的产品比国内的产品品质要好差距最大的是半导体功率器件的制造业，至今在国内这仍是一个空白[8]1.2.3国内外差异在大功率交-交变频技术、无换向器电机等方面，国内产品在数字化及系统可靠性方面与国外水平相比，还有相当差距；在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都采用普通V/F控制，仅有少量样机采用矢量控制，品种与质量不能满足市场需要而在国外，变频调速技术得到了充分的发展，并在各个方面取得了显著成就在功率器件方面，高电压、大电流容量的SCR、GTO、IGBT、IGCT 器件的出现和并联、串联技术的应用，高压大功率变频器产品得到生产和推广应用[9]。

在微电子技术方面，16 位、32 位高速微处理器以及DSP和ASIC技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段在理论方面，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论都为高性能变频器的研制提供了相关理论基础可以看出，总体上我国交流变频调速技术水平较国际先进水平有着很大差距[10]2 系统总体方案设计2.1 系统的总体框图 变频调速配料控制系统硬件主要包括控制单元、传感器、信号处理模块、电源、变频器及外围设备等，具体由89S51单片机、传感器、电源、A／D(ADC0809)和D／A(DAC0832)转换、键盘扫描、锁存器、变频器、变频手操器及外围设备等组成，如图2.1电源 复位电路 键盘扫描 显 示 存 储 器 报 警手操器传感器 单片机信号处理MI变频器信号处理 物料电源图2.1 系统硬件框图电路2.2 相关理论介绍 变频调速的工作原理：变频调速是通过改变输入到交流电机的电源频率调节交流电动机的输出转速[11]交流异步电动机的转速公式：n=n1(1一s)=60fl(1一s)／Pn，式中：n；电机转速，n1：旋转磁场转速，S：转差率，f1：定子电源频率，Pn：极对数。

由上式可知，改变fl、S、Pn中任一个变量，n都会随之改变[12] 当不改变电动机的结构时，若电源频率f1连续可调，则电动机的同步转速也连续可调由于异步电动机转子的转速n．总是比同步转速略低一些，当n0连续可调时，n也随之连续可调因此，改变参数f1即通过改变电源频率也可实现电机调速[13]当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽实际上仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性，磁通太弱，没有充分利用电机的磁通；若要增大磁通，会使磁通饱和，导致过大励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机为此，在降频的同时还要降压，需要频率与电压协调控制，即可变频率可变电压调速(VVVF)，简称变频调速[14] 变频调速技术通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品[15]单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用[16]。

单片机的特点主要有：高集成度，体积小，高可靠性；控制功能强；低电压，低功耗，便于生产便携式产品；易扩展；优异的性能价格比[17]用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统有的单片机在其内部包含了脉宽调制控制电路，从而使其还具备了变频控制的功能，而这种类型的嵌入式系统目前看来还是具有非常良好的经济性能的，同时也能使得该单片机具备了更加便捷的使用功能[18]传感器技术:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成[19]传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息。