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1、北方民族大学学士学位论文 论文题目: 直流电机远程测控系统的设计 院(部)名 称: 电气信息工程学院 学 生 姓 名: 杨 智 专 业: 电气工程及其自动化 学 号: 20060293 指导教师姓名: 张 新 闻 论文提交时间: 2010年5月20号 论文答辩时间: 2010年5月29号 学位授予时间: 北方民族大学教务处制摘 要 本文的设计任务是实现直流电机的远程测控，主要从一下几方面进行设计：1、89C51单片机为控制器对直流电动机进行控制和监测。89C51单片机主要是对直流电动机进行正转、反转、加速、减速、停止等控制，并对电机的转速随时进行监测，等上位机需要时随时发送给上位机。直流电动机
2、的驱动电路是采用H型桥式可逆PWM变换器，通过脉宽调制技术来控制电机的转速。2、利用VB编写上位机与单片机的串口通信程序。为了实现更加远距离的通信，本文采用RS-485串行通信口实现上位机与单片机进行通信，从而达到电机远程测控的目的。由于一般的上位机机只有RS-232串行通信，所以这里需要进行RS-232与RS-485转换。还用VB编写驱动监控界面,对电机的运行状态进行显示、监控、报警等。3、用VB、Proteus实现串口通信的联调仿真 利用Serialnull软件建立虚拟串口，把上位机中的通信串口与单片机中的通信串口连接起来，实现仿真。关键词：直流调速；单片机；串口通信；RS-485ABST
3、RACTThis design task is to realize remote control of DC motors, mainly about the design aspects:1、89C51 Single chip microcomputer of the DC motor control and monitoring。89C51 monolithic integrated circuits is in a direct motor, back, with the accelerating, decelerating, stop and wait for the control
4、 of the motor drive any monitoring as needed, such upper machines are sent to the upper machine.A direct motor driven circuit from the h the reciprocal change in patterns of pwm, through the wide modulation control motors techniques to speed.2、The use of VB with the upper machine monolithic integrat
5、ed circuits of the serial communication procedures.In order to achieve greater distance, and in the RS -485 of work had begun to implement a computer communicate with monolithic integrated circuits, and so achieve the purpose of the tracking control.Because of the upper machine only RS-232 the seria
6、l communication, so it will require RS-232 and RS-485 transformation.With VB write a driver of the interface to monitor, electrical performance of the state on display, monitoring and alarm.3、Using VB, Proteus joint simulation Serial Communication Use serialnull software set up a virtual string mout
7、h, the upper of monolithic integrated circuits of the string mouth and communications serial connection, the realization of emulation.KEY WORDS: DC motor speed; an one - chip computer; Serial Communication; RS-485目 录第1章直流调速驱动和测速设计11.1直流脉宽调速驱动电路11.1.1 PWM控制原理11.1.2 PWM调速系统21.2 直流电机转速测量41.2.1 旋转编码器51.
8、2.2 周期法测速6第2章单片机硬件与软件设计82.1 看门狗电路82.2 直流电机硬件电路设计92.2.1 直流电机驱动92.1.2 脉宽的调制变换器111 8253定时器/计数器112 脉宽调制电路132.3 单片机软件设计142.3.1 主程序141 主程序流程图142 主程序162.3.2 串口中断程序191 串口中断程序流程图192 串口中断程序202.3.3 外部INT0中断程序211 外部INT0中断程序流图212 外部INT0中断程序212.3.4 定时器T0中断程序222.3.5 4字节除子程序22第3章 串口通信设计253.1 RS-485串行接口253.1.1 TTL与R
9、S-485电平转换253.1.2 RS-232与RS-485电平转换273.2 VB串口通信MSComm控件283.2.1 MSComm控件处理通信的方式293.2.2 MSComm控件的属性291 CommPort属性292 Input属性293 Output属性304 PortOpen属性305 Setting属性303.3 电机驱动监控程序的设计313.3.1电机监控程序设计思路313.3.2电机监控程序功能简介323.3.3界面设计和代码编写331 主窗体332 串口设置窗体373 口运行表窗体384 特性曲线窗体39第3章VB与Proteus的联调仿真414.1 串行端口的设置414
10、.1.1 Proteus串行端口的设置414.1.2 VB串行端口的设置414.1.3 Serialnull端口的设置424.2 VB与Proteus的联调42第4章总 结44致 谢45参考文献46附录1 系统图47附录2 英文原文51附录3 中文翻译57II北方民族大学学士学位论文 直流电机远程测控系统的设计第1章 直流调速驱动和测速设计直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，虽然高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统正逐步取代直流调速系统，但直流调速系统毕竟在理论上和、实践上都比较成熟，而且从控制的角度
11、来看，它是交流调速系统的基础1。随着半导体技术的进步，电力电子技术飞速发展，使直流电机的传动技术得到改进，以往普遍采用的三种基本调速方法:(1) 改变电枢的供电电压； (2) 改变电枢回路总电阻；(3) 改变励磁磁通。变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控的直流电源。近年来，直流斩波器或脉宽调制(PWM)控制技术已成为自动控制领域的热点之一。1.1直流脉宽调速驱动电路PWM系统在很多方面有较大的优越性：主电路简单，需要的功率器件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右；若与快速响应的电机配
12、合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率高1。1.1.1 PWM控制原理 (a) (b)图1-1 PWM 斩波器工作原理电路及其输出波形直流斩波的功能是将某一直流电变为另一需要的固定电压或可调电压的直流电。直流斩波电路采用的脉宽调制(Pulse Width Modulation-PWM)控制技术，实际上就把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。直流斩波电路用PWM 斩波器实现。以下简述一下PWM 斩波器的工作原理。PWM 斩波器工作原理电路及其输出波形如图1-1 所示1。假设
13、V1先导通T1秒， 然后又关断T2秒，如此反复进行，可得到图2-1b 的波形图。则电机电枢端的平均电压Ua 为(1-1)式。 (1-1)设=T1/T，定义为占空比。设定输入电压Ud不变，越大， 电机电枢端的平均电压Ua 越大，反之也成立。因此改变值就可以达到调压的目的。改变有三种方法：第一种就是保持开关管导通时间T1不变，使其关断时间T2在0 到 之间变化，这叫定宽调频；第二种就是使开关管关断时间T2不变，使其导通时间T1在0 到 之间变化，这叫调宽调频；第三种就是保持开关管导通和截止的总时间(也就是周期)T 一定，使管子导通时间T1在0 到T 间变化，这叫定频调宽。1.1.2 PWM调速系统
14、在直流电机伺服系统中，速度调节主要通过改变电枢电压的大小来实现。它采用脉冲宽度调制技术，其工作原理是：在固定的脉冲周期内，通过改变“接通脉冲”的宽度，使直流电机电枢上电压的“占空比”改变，从而改变电枢电压的平均值，控制电机的转速1。图1-2 PWM驱动系统调速常见的PWM 驱动系统的主电路(功率放大器)结构有：H 型和T 型。下面以H 型结构为例说明PWM单极式驱动的电路工作原理，如图1-2示。在图1-2 VD1、VD2、VD3、VD4 为续流二极管， 用来保护VT1、VT2、VT3、VT4 三极管，VT2、VT4交替导通调制脉冲宽度，控制平均电压。VT1、VT3的导通控制电机的转向。当VT2 、VT3截止VT1 、VT4导通电机正转，VT1 、VT4截止VT2、VT
