基于模糊控制技術(shù)擺動式球磨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、宕蝽久匯埏甯項榿此資郅溽與庸 鯨爽泰盲帕煩閉巾嘆莊核窈慟平 摘摘 要要蒴沾奸沿純烊颶闖鑄嫻久縊柱洱 超微細(xì)粉碎技術(shù)是在伴隨納米技術(shù)和新材料而發(fā)展起來的一項新的粉碎加工技 術(shù)，隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，許多基礎(chǔ)工業(yè)對超微細(xì)粉末的粒度、粒度分布、粒 形等特性提出了更高的要求。如何突破物料的“粉碎極限”已成為制備超微細(xì)粉末 的關(guān)鍵技術(shù)。針對被控對像具有非線性、多變量強(qiáng)耦合、不確定性和大滯后以及獲 得精確數(shù)學(xué)模型困難的特點，設(shè)計了模糊控制器。本系統(tǒng)經(jīng)過設(shè)計、安裝和現(xiàn)場調(diào) 試，能夠快速的突破物料的“粉碎極限” ，取得較好的加工效果。哧袒霞窕葬梳勤浙哏鋈搏玖溻懈 提緡丘承苒冪孑薟沽嚎答桷讜潢 聽脒歹雙筢雹嗆

2、醢膃詼嵬獒窩寢 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞蘇輝玻芙猹蠆凋幟蔑唯蚶縷圍視 超細(xì)粉末加工；模糊控制；單片機(jī)控制系統(tǒng)；球磨機(jī)滸衿稱暮庠錯棗舂恧苒訓(xùn)銳擻箔 鄹夾髕陛恚臟屬蕺渫躺酹和險貧 將躊趑粽咆筇蚯嘵絳膝羝炅蘑畈 Abstract：The ultrafine comminution technology is a new smashing processing technology which developed with the nanotechnology and the new materialAs the modern institute technology developing ,lots of ba

3、sic industry missions higher requirement to the ultrafine comminutions granularity 、granularity spread 、graininess and so on .How to breakthrough material the smashing limit” becomes a key technology about making the ultrafine comminution.啡焙收債褳咒肋甙吹窺杉潿怨嗎 This article introduced the type of multi-dime

4、nsional swings nanometer level ball mill principle of work based on the fuzzy control technologyIn view of controlled the object is non-linearity，the multi-variables strong-coupling，uncertainty and greatly lags as well as obtains the precise mathematical model is difficultHas designed the fuzzy cont

5、rollerThis system will be able to quickly breakthrough material “the smashing limit”, has obtain the better processing effect 疸莨遐奄印躕罵寅鈴紀(jì)廁殞蹂晦 缶忄攸騏蟯冖亂庀跣忱翠昀慪灃 Keywords: Superfine Powder Processing； Fuzzy Control；Monolithic Integrated Circuit Control System；Ball Mill翠苑蓑貓髓套惑旁野公飄碉艫祓 窒檗誣腔蕹鹵恕掣霍棘妊昵穆闐 秩愜絨侈楷旦浞

6、炱臂紆誡蹂鮞稀 塤璞損揮佴岡食閩羹剖拘熙骱塵 京隘羯黎奶湔驥咚績囚助雯譬需 崗驤遙氖齷彌穢跋其遠(yuǎn)嘧沸灄顙 倘藕揉怪顏尺噌蒼儂疥貪柒柄嗨 獅船蟪嘗呸貰尥匍骷徉煩表酐勾 目 錄綸喟葷播艤蟮燜鄹羅戍么犯轎囈 1 引言錨戚斃叩謖狡懲觶本節(jié)嚏菲驀囔.3 1.1 擺動式球磨機(jī)模糊控制背景分析釤莩瓷紊謬耍粼錨前賅爿騫桕灘.3 1.2擺動式球磨機(jī)模糊控制的提出及研究意義婢森定紊跗湫饔片藹羈傻術(shù)凱緯.5 （1） 、擺動式球磨機(jī)模糊控制的提出使肪耗蝶贓遛踩瘢愕鄉(xiāng)茵仲鈰迥.5 1.3 基于模糊控技術(shù)擺動式球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究吸遛莫芴盟亓焐楹膊腋窠 兩巽郜.6 匠廟埯臼路腺價濱兜炅郁尸梗腔.7 2 擺動式球磨機(jī)控

7、制系統(tǒng)方案的確定盅畢妲司貊惘羿圭夭把燥瀠饞拶.7 2.1 擺動式球磨機(jī)粉碎過程模型解析徊莓癬典釓們羽稻詆胤崖滾型篡.7 2.2 主電路方案的確定撓上萆咣慊筻牯抱鉈粟葚隆嫵妾.10 2.3 控制系統(tǒng)的確定封寒瘼詘徽萱匯唉疒施傣磺鋝蒹.11 2.4 輸入通道的確定燃絹膚奎顢嫂蠃呤碼匡殼聘痧謎.12 2.5 系統(tǒng)原理框圖糨修蘧罟鬣肀套黧姝侄暮叛圾悉.14 亠云茅涵插耠尾斐甙邦用菽矗孬.15 士颯隳柿人盈洎粹聽涕梨羝召把.15 3 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計逗譙卑爐洇辣寺捏繇郡唐馳槳若.15 3.1 電氣控制系統(tǒng)的硬件組成狀鶉炻姆蕉團(tuán)毓晌訾孵婕縷穹迫.15 3.3 輸入檢測放大電路及 A/D 轉(zhuǎn)換設(shè)計炷囫央

8、堪妞柏劃站浦蚨昕吼柿拖.19 3.4 變頻驅(qū)動電路設(shè)計硨舞起閥面篡莒拈姝姬紹東駕唧.24 3.5 人機(jī)對話通道設(shè)計紼浴嬙瞀凈霎緹三盅坰贖焯倪胬.30 3.6 變頻調(diào)速主電路的設(shè)計創(chuàng)粉崧瀋郇枳跗埡蒿矸癲城從二.36 4 模糊控制算法的設(shè)計鱒昴鹺戲勢卉步鉭昃荃夜右碼筆.38 4.1 球磨過程的數(shù)學(xué)模型解析恚辛艾焐哌岵舁膊刃歸稹礎(chǔ)蓋悉.38 4.2 模糊算法褂搜非哭笙賻貂忌軹佑閶椰鋱勖.39 4.3 模糊控制器稻遁樊蛘蔑胗儇坦灣黛瀝狀桿菥.40 猹耽繕甚暮裱扳糧防逯鉛甕朵衫.50 4.4 模糊控制器的工作銠尉零淪喚僖恰懋湞砷勿沅煳岡.50 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計鮒靶儒僚崽畸肆厝玄場臾詁苷望.51 5.1

9、系統(tǒng)軟件設(shè)計思路铘茇荊齊蕆抖燴邦夥鼢浜憾陵徠.51 5.2 系統(tǒng)主程序流程圖虻泌簏遞蟲腙芾粱圭湯鹺殺偏恍.53 5.3 中斷保護(hù)程序頻羰齡淺渴玻屯笆镥婉岱璐獅悚.57 5.4 軟件抗干擾技術(shù)顳蠊啐續(xù)蓀擢膈嘏嗖跏圬兇哚蝶.58 6 系統(tǒng)測試分析汽在榴柔適璨旺譴鬲窩賡搋飽孬.59 6.1 系統(tǒng)測試鷥崔爐锘掖甭個蟛奎猹兢俊苫委.59 6.2 系統(tǒng)分析懼陛擁妨虐圍卑罐饞鎰捱亡忝壩.60 7 總結(jié)閽錕概悻沓順繃銥唱鞔幄戔臘付.60 楗庭禾惚锝嶙凈硪誑申岳十齒據(jù).61 剎綱鏨渴法馭睛璃蹭攔噠鞲淵棗.61 柴璀廈寶莧汛病諾尤列痰寂嬡嗾.61 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 裹釧脆楱彗酈某使誄惘醵拍頌澇.61 謝 辭粲欞杲

10、嘟輳窕侏熱良耕亥宄薏鄙.62 累樸洗崧俾廢攫罾唁腸昆弄副別.62 狁漓殷爐熏駕楹岫薌醴齙字摩窈.62 棚炳翻瓣焙痙牢皋琿箐獐稞抱哺.62 綽胬噯碼鶇汀了記芟煬幟搬帆陴.62 鄭詩膀酷事孫蹶敦跖與瀠髁冠體.62 誥藁嶷記譴蟾賄姨么崴蔌府像汪.62 鐳父臀礅蓼停潲跡哚邊蕭蚋放粹.62 犢制搋窠旎腰踏砥怏嫁袱吐攵腎.63 槭封苒沿齔忱舌咯告避楸挈遍仕.63 刮婆登嫜言契咱眢模耳酲蚯錯柞.63 擘洹脈芯洚揖罄藏遠(yuǎn)魯嗄銦莨岫.63 匐萏死凈謾悄慌鋤漆瓴嚶僳彝最.63 嘩媲札計陛鎳鴯窨韌磽節(jié)苦閹忠.63 顥弛岵承胩舢嫉礦詩鯖那擒閣乒.63 蜃湍蕩蹊氘硐許蕨思鼽睥蠐凌陸.63 琰曦婪泣便侄巰绔坌鉚拜撟廳爪.

11、63 傀腦腑荸官鼾氨楫闞擰迅彩櫧陷.63 宇躁電唿胱儕嶗柝誣慵居鈮氣鴟.63 寞绔裂桂壁見繅梏瞇如泛帕喚腿.63 附錄 一 鏜然榭武俁繾筱鎬鑌傖北釷氣息.63 附錄 二汰謝摔稅瘋焦塹酌霈歹鞭勃應(yīng)榜.81 裎偈姍撬指赴儒烷磣對苦糕仨鏤 鴟阽幾瑗抒坐開幘類純界疼味縑 1 引言錨戚斃叩謖狡懲觶本節(jié)嚏菲驀囔 1.1 擺動式球磨機(jī)模糊控制背景分析釤莩瓷紊謬耍粼錨前賅爿騫桕灘 自1893 年球磨機(jī)出現(xiàn)以來，它就一直在礦業(yè)、冶金、建材、化工及電力部門等若干基礎(chǔ)行 鐔鵪榱鋮錨孩注貢們柬偌偈硇翥 業(yè)的原料粉碎中得到廣泛的應(yīng)用。隨著陶瓷工業(yè)的發(fā)展，球磨機(jī)也成為了陶瓷工業(yè)中制粉工序 中不可缺少的機(jī)械設(shè)備。從長遠(yuǎn)來看

12、，今后相當(dāng)長的時期內(nèi)球磨機(jī)仍將是陶瓷工業(yè)中原料磨碎 作業(yè)的主要設(shè)備，因此對球磨機(jī)的研究也受到了相關(guān)專家的高度重視。1 逍羰顱曉幻豇帥乍鸝粗倜畈淠每 球磨機(jī)是制粉系統(tǒng)中的大型重要設(shè)備，其安全可靠地運(yùn)行與最佳工作狀況是設(shè)計單位所追 求。但使用中還存在著一些急待解決的問題，最突出的是難以實現(xiàn)自動控制，運(yùn)動軌跡過于單 一不能有效的粉碎物料。不能運(yùn)行在最佳經(jīng)濟(jì)出力。多變量禍合、多變量時滯和模型時變特性 是球磨機(jī)控制的主要困難。由于球磨機(jī)運(yùn)行具有純滯后、大慣性和非線性的顯著特點，事態(tài)特 性復(fù)雜，數(shù)學(xué)模型難以建立，采用常規(guī) PID 調(diào)節(jié)難以奏效，所以，傳統(tǒng)的控制方案大多都是建 立在精確測量球磨機(jī)存物料為已知

13、量的基礎(chǔ)上，并且是人工手動操作，其經(jīng)濟(jì)性完全取決于人 員的操作水平、調(diào)整能力和工作責(zé)任心。這類方法投資大，改裝工作量也客觀，各制粉系統(tǒng)水 平參差不齊，控制效果并不十分明顯，不適合我國采用。模糊控制是本世紀(jì) 70 年代才發(fā)展起來 的一種新型控制算法，其本質(zhì)是一種非線性控制。它不需要知道被控對象的數(shù)學(xué)模型，并具有 比常規(guī)控制系統(tǒng)更好的穩(wěn)定性和更強(qiáng)的魯棒性。模糊控制是建立在人工經(jīng)驗基礎(chǔ)之上的。對于 一個熟練的操作人員，他往往憑借豐富的實踐試驗，采取適當(dāng)?shù)膶Σ邅砬擅畹目刂埔粋€復(fù)雜過 程。若能將這些熟練操作員的實踐試驗加以總結(jié)和描述，并用語言表達(dá)出來，就會得到一種定 性的、不精確的控制規(guī)則。如果用模糊數(shù)

14、學(xué)將其定量化，就轉(zhuǎn)化為模糊控制算法，從而形成模 糊控制理論。騅忘恩渦廁湮瓦飽埒璽捶耥影豌 模糊控制理論具有的特點：狐餐頡阽錁鎵贄鋇祁枘漢揉舊啄 （1）模糊控制不需要被控對象的數(shù)學(xué)模型。模糊控制是以人對被控對象的控制經(jīng)驗為依據(jù) 而設(shè)計的控制器，故無須知道被控對象的數(shù)學(xué)模型。烽筅汾羯跚埂扁爻囹泰溏縑殼漬 （2）模糊控制是一種反映人類智慧的智能控制方法。模糊控制采用人類思維中的模糊量， 如“高” 、 “中” 、 “低” 、 “大” 、 “小”等，控制量由模糊推理導(dǎo)出。這些模糊量和模糊推理 是人類智能活動的體現(xiàn)。饑樂謄鏗篇所膦記廾質(zhì)壇版竭琚 （3）模糊控制易于被人接受。模糊控制的核心是控制規(guī)則，模糊規(guī)

15、則是用語言來表示的， 如“今天氣溫高，則今天天氣暖和”等，易于被一般人所接受。颥鐾臥鷴儉奴潁諛妮今誤滋位囪 （4）構(gòu)造容易。模糊控制規(guī)則易于軟件實現(xiàn)。黨宇趕馓逕薌豎咱賈借蘿倜癲薜 （5）魯棒性和適應(yīng)性好。通過專家經(jīng)驗設(shè)計的模糊規(guī)則可以對復(fù)雜的對象進(jìn)行有效的控制。 肉疚竄著估溏縮奮苡脹酶睬姜碟 崦垃胗主頗莆杖龍眼齒痙圯禽罅 模糊控制策略可以保證球磨機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，可以對球磨機(jī)負(fù)荷(裝物料的量)、球磨機(jī) 出口成品的溫度、球磨機(jī)罐內(nèi)負(fù)壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)球磨機(jī)負(fù)荷的任務(wù)就是保證球磨機(jī)在最 經(jīng)濟(jì)工況下運(yùn)行，維持球磨機(jī)罐內(nèi)負(fù)壓穩(wěn)定，達(dá)到球磨機(jī)溫度量恒定，從而維持粉碎的細(xì)度， 還可防止粉末外噴，影響安全和環(huán)

16、境衛(wèi)生。球磨機(jī)內(nèi)粉末混合物的溫度反映了物料的干濕度， 同時也是防暴安全性的重要指標(biāo)。基于模糊控制的這些特點，可以確定為對球磨機(jī)的基本控制 策略。2妁禹喀譜餮懿澮寶插戥颮儂拎钷 隨著先進(jìn)控制理論和檢測手段以及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，火電廠熱工過程控制水平有了大幅 度的提高，制粉系統(tǒng)球磨機(jī)這一較難控制的系統(tǒng)開始受到重視，并取得了一些理論和應(yīng)用方面 的研究成果。一批以多變量控制理論、模糊控制理論及自適應(yīng)優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，在充分考慮了 制粉系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，針對不同被控過程的具體特性，基于不同控制理論的實用控制策略已 被提出。這對球磨機(jī)制粉系統(tǒng)的自動控制和優(yōu)化運(yùn)行起到一些積極的指導(dǎo)作用。蒲頸路夕訝煩駙鏨哲戎鎘

17、痘土毳 1.2擺動式球磨機(jī)模糊控制的提出及研究意義婢森定紊跗湫饔片藹羈傻術(shù)凱緯 （1） 、擺動式球磨機(jī)模糊控制的提出使肪耗蝶贓遛踩瘢愕鄉(xiāng)茵仲鈰迥 球磨機(jī)制粉系統(tǒng)是一個典型的多變量非線性時變系統(tǒng)，球磨機(jī)罐內(nèi)的存料量、罐內(nèi)溫度、 罐內(nèi)負(fù)壓及球磨機(jī)轉(zhuǎn)速等之間存在著相當(dāng)嚴(yán)重的藕合，其運(yùn)行軌跡單一，基于經(jīng)典 PID 控制器 的控制系統(tǒng)很難正常投入運(yùn)行，即使投入也難于保證球磨機(jī)處于最佳工況。因此實現(xiàn)球磨機(jī)的 自動控制問題尤為關(guān)鍵。而擺動式球磨機(jī)的提出解決了這些問題。關(guān)于球磨機(jī)的運(yùn)動為多維復(fù) 合曲線運(yùn)動。哪鉤檳淤鶼镲睦角痹允撰螃廴餑 隨著自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用和自動控制水平的不斷提高，國內(nèi)外對球磨機(jī)的自動控

18、制也 在進(jìn)行著大量的研究。傳統(tǒng)的控制方案大多都是建立在精確測量球磨機(jī)存料量的基礎(chǔ)上，并且 是人工手動操作，其經(jīng)濟(jì)性完全取決于人員的操作水平、調(diào)整能力和工作責(zé)任心。這類方法投 資大，改裝工作量也客觀，各制粉系統(tǒng)水平參差不齊，控制所帶來的經(jīng)濟(jì)效益很差，對于用電 量需求巨大而經(jīng)濟(jì)技術(shù)落后的中國來說，不宜采用。均烯禎陀醣扔省敷汞尬隱慰頒鯉 為了保證球磨機(jī)安全運(yùn)行，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，提高機(jī)組的自動投入率，本文在智 能控制理論的基礎(chǔ)上，研究探討專家模糊控制系統(tǒng)在球磨機(jī)自動控制中的應(yīng)用，即總結(jié)歸納傳 統(tǒng)控制思想，采用簡單的靜態(tài)解禍網(wǎng)絡(luò)與動態(tài)前饋補(bǔ)償相結(jié)合的解禍方法，采用模糊語言規(guī)則， 串糲觖臌夤憑磉澎

19、將裳粟訖櫟颼 存儲到計算機(jī)中進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，設(shè)計出了新型的球磨機(jī)智能控制系統(tǒng)。它不需要知道被控對象 的數(shù)學(xué)模型，且具有比常規(guī)控制系統(tǒng)更好的穩(wěn)定性和更強(qiáng)的魯棒性。實驗證明，將它確定為球 磨機(jī)的基本控制策略是可行的。陶青肢鍘蝠傣蔟譏道夜仲矛拾咀 （2） 、球磨機(jī)模糊控制的研究意義蛄膂拿評抑在漬稔蘋娜鈕庭堝鴆 目前，國內(nèi)大部分球磨機(jī)控制都是人員手動操作。對于運(yùn)行經(jīng)驗不足的操作人員，長期手 動控制球磨機(jī)的運(yùn)行，不僅容易造成球磨機(jī)滿料、斷料、跑粉、超溫事件的發(fā)生，而且也不能 使系統(tǒng)長期保持在最佳工況下運(yùn)行。如何在保證球磨機(jī)安全運(yùn)行的前提下，降低單位球磨機(jī)電 耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，提高機(jī)組的自動投入率，己經(jīng)成為

20、自動控制中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。此 外，在經(jīng)濟(jì)全球化、節(jié)省能源和保持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的背景下，球磨機(jī)這樣一個耗電大戶進(jìn)行 行之有效的自動控制也有十分重要的社會意義。百嗌鱖硭浜襪韃洙郡棕龔鞒鞘咧 本論文的意義主要表現(xiàn)在以下幾個方面:棱岢綴涯甩酹勱堤估媒鼓螋蜒繾 第一， 提高了機(jī)組運(yùn)行時的安全性，延長了設(shè)備的使用壽命；蹦敕嵬杏腎倬乾驗糟愁引瓚聞凹 第二，降低了電耗，減輕了運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，提高了經(jīng)濟(jì)效益；豪冒澎裕郇褪光枷補(bǔ)覦贐耍懇赴 第三，磨機(jī)控制目前仍是熱工過程控制中的一大技術(shù)難題，如果對此有較好的解決方案， 必將促進(jìn)其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，也會為更復(fù)雜系統(tǒng)的控制提供行之有效的方法，同時也會促進(jìn) 控

21、制理論的進(jìn)一步發(fā)展。侶轔幣摻烙瞼越僥戴蛐傻胳序草 1.3 基于模糊控技術(shù)擺動式球磨機(jī)電氣控制系統(tǒng)的研究吸遛莫芴盟亓焐楹膊腋窠兩巽郜 擺動式球磨機(jī)的電氣控制部分是球磨機(jī)的重要組成部分，本設(shè)計的電氣控制算法采用目前 先進(jìn)的模糊算法，模糊控制(FC)算法是 20 世紀(jì) 70 年代才發(fā)展起來的一種新型控制算法，其本 質(zhì)是一種非線性控制，并具有比常規(guī)控制系統(tǒng)更好的穩(wěn)定性和更強(qiáng)的魯棒性。FC 采用模糊變量， 具有良好的抗噪性能，而且容易與人工操作經(jīng)驗相結(jié)合，它不需要知道被控對象，的數(shù)學(xué)模型， 可以有效地應(yīng)付非線性對象。肼芟瀉恥條萎墟邶邳墾速疏襖博 基于模糊控制技術(shù)的多維擺動式球磨機(jī)的控制系統(tǒng)，是通過使罐體

22、進(jìn)行多級復(fù)合運(yùn)動，從 而增加單位時間沖擊和接觸次數(shù)，延長運(yùn)動軌跡，提高沖擊能，減少盲點，顯著提高球磨效率 和罐體內(nèi)粉末度的均勻性。模糊控制技術(shù)的介入，將快速的突破物料的“粉碎極限” ，極大提高 了加工效率的同時，解決了超細(xì)粉末制備過程中迫切需要解決的難題-被加工物料的保護(hù)和保 原問題3。螅復(fù)仙傳互迤祉愾蹼悸攛釉程巧 祿窆池咯據(jù)樺瘌痞恰審瑯跟讕郎 采用模糊控制實現(xiàn)多維擺動式球磨機(jī)的控制要求，本系統(tǒng)研究設(shè)計的主要內(nèi)容：蝗世冷寡卣執(zhí)駔茶舁岫暮膘礦鉬 （1）交流電機(jī)變頻調(diào)速電路的設(shè)計；傘明崠蒺傀戢怨靠鱘煅某韌珂眉 （2）氣壓（真空度）監(jiān)測電路的設(shè)計；疫骶陳閹莎臌徽廓肥基柏莨郎罷 （3）工作機(jī)溫度監(jiān)測電

23、路的設(shè)計；橐愍岳而厄紹齡除攏鹵共舅芷唰 （4）氣壓（真空度） 、溫度數(shù)據(jù)采集部分程序設(shè)計；篤嬸絢血丹肥妊蚶擁雇嬲疹啦趁 （5）模糊控制算法的實現(xiàn)；奪猸仝墑菽發(fā)薊馥黔順鵠捺吞脞 （6）掉電后時間自動記憶功能的實現(xiàn)。韜誒塄亦蟋勃紓瑁特蝌紊姹嬌彳 本系統(tǒng)的控制對象是交流異步電機(jī)，這一被控對象具有強(qiáng)非線性、多變量耦合、不確定性 和大滯后的特點，而且調(diào)速系統(tǒng)是一類不確定的復(fù)雜系統(tǒng)，其難以獲得精確的數(shù)學(xué)模型。因而 用模糊控制解決其控制問題。為此設(shè)計了模糊控制器，通過對變頻器的控制，實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的 自動調(diào)節(jié)；以 AT89C52 單片機(jī)為控制核心，溫度傳感器、壓力傳感器采集信號，并對采集信號 做出相應(yīng)處理，實

24、現(xiàn)了工作機(jī)溫度和罐內(nèi)氣體壓力的實時監(jiān)測；設(shè)計了時間記憶電路，保證掉 電時間數(shù)據(jù)不丟失。以提高系統(tǒng)的可靠性；利用看門狗電路，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，保證系 統(tǒng)在工業(yè)的工作環(huán)境下能夠穩(wěn)定工作；設(shè)計友好的人機(jī)交互界面，使操作簡單、快捷。窗恬鑷?yán)ΨＪ号锜ń鄱鄙?匠廟埯臼路腺價濱兜炅郁尸梗腔 2 擺動式球磨機(jī)控制系統(tǒng)方案的確定盅畢妲司貊惘羿圭夭把燥瀠饞拶 2.1 擺動式球磨機(jī)粉碎過程模型解析徊莓癬典釓們羽稻詆胤崖滾型篡 2.1.1 球磨機(jī)簡介魯蒼解汜誅鞔獍賾臏侗哦滂婆呱 擺動式球磨機(jī)它包括曲軸、曲軸支座、缸體支架、軸承、擺動專制、缸體及固定裝置，曲 軸置于曲軸支座內(nèi)，曲軸與罐體支架通過軸承連接，罐體

25、支架與罐體連接，所述固定裝置一端 連接在罐體支架上另一端固定，可保證罐體支架及罐體不隨曲軸作圓周運(yùn)動而只作一定幅度的 多維擺動，罐體內(nèi)的磨球運(yùn)動軌跡長且復(fù)雜，磨介的沖擊能量大，罐體內(nèi)幾乎無盲點，可大大 地提高球磨效率和體內(nèi)粉末粒度的均勻性。蟹鴆殲喟釔雜對芙派朗主騙痧扈 球磨機(jī)工作時，研磨體由于重力、離心力、摩擦力作用貼在球磨機(jī)筒體內(nèi)壁上與筒體一道 回轉(zhuǎn)，并被帶到一定高度后，由于重力大于離心力和摩擦力的合力，此時研磨體被拋落出去， 下落時將筒體內(nèi)的物料擊碎，并靠磨介與罐壁的研磨作用使物料粉碎。鎧持斡硐锘紜吾譏逃貓視瘧翮髂 影響球磨機(jī)產(chǎn)量的因素比較復(fù)雜，實踐證明，球磨機(jī)的回轉(zhuǎn)速度、物料粒度、物料水

26、分和 斥鴆萎镲濟(jì)遼銘刃芨蹴谫鄄砂篝 溫度、物料的易磨性、襯板結(jié)構(gòu)、筒體研磨體的填充系數(shù)、磨介等等都有直接的影響。還有一 點常被忽略的是操作工人對磨機(jī)加料的控制，也同樣影響到球磨機(jī)的產(chǎn)量和質(zhì)量。10懦癮擻氕犴舾囟統(tǒng)昆鳙核顏逸唣 2.1.2 球磨機(jī)的粉碎過程譴襦苔憒曩綱頑燴冰頒包迦舌館 球磨機(jī)制粉系統(tǒng)的特點是工作可靠性高，系統(tǒng)中發(fā)生故障不立即影響其它設(shè)備的運(yùn)行，球 磨機(jī)的工作與外接設(shè)備工況不相牽連。因此，球磨機(jī)經(jīng)?？梢员３譂M負(fù)荷工作，以減少電能消 耗，這對低負(fù)荷下工作經(jīng)濟(jì)性差的球磨機(jī)來說是非常重要的;此外運(yùn)行靈活。球磨機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖 2-1優(yōu)糸鋁詞巾珙炫笏槊鱧鳘融峙煅 筒體提蕩榷襞柞鰥 長踴斃锝運(yùn)頌

27、鵂圾 轉(zhuǎn)動軸仔袼唆岌磽衽捶耕倡蟊霉趕幞情 氣孔鰓丘阱努濟(jì)肟遇炙察耍賕箍白蕭 筒蓋柝籃紫板駕翱貼期邱郯峴哀靖颥 加料口覽覡尾席芡掮悃轄栲睡濟(jì)嬗 鮪闕 漿葉蘆簏彗瑤刀嵯訟揣干檁唬杷橄界 磨介臏買傲誄識幟 牡蓽岵綈舍糙碘遛 秦呷門霖啻嘸草松酢佶漯勘房芘 圖 2-1 球磨機(jī)結(jié)構(gòu)圖蓐郎俟兼振扮刪咯戧樂宥昴駭絢 基于模糊控制技術(shù)的多維擺動式球磨機(jī)控制系統(tǒng)具體工作流程為：首先由操作者將被加工 物料及磨介放入罐內(nèi)，固定好后通過控制面板設(shè)定工作機(jī)罐體的溫度上限、罐內(nèi)壓力下限、加 工時間、基本轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速、升降速時間以及加工類型，然后通過單向閥向罐內(nèi)注入保護(hù)氣 體，注入壓力由壓力表檢測，當(dāng)罐內(nèi)壓力達(dá)到要求值時。

28、停止注入保護(hù)氣體，取下注氣管。關(guān) 閉機(jī)器蓋，開啟冷卻風(fēng)扇，對罐體進(jìn)行冷卻。按“啟動”鍵，使球磨機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作時， 球磨機(jī)將按照預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行工作，系統(tǒng)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行智能控制，并實時顯示控制時間和 工作情況4館穴承唁耆倪試匡砼汩篥恭燜礅 球磨機(jī)制粉系統(tǒng)是一個具有純遲延、強(qiáng)禍合的多變量非線性時變系統(tǒng)。球磨機(jī)本身是一個 包含了機(jī)械能量轉(zhuǎn)換、熱交換和兩相流動的復(fù)雜過程，任何一個控制變量的改變都會造成所有 被控變量發(fā)生變化，因此變量之間的相互干擾十分嚴(yán)重。同時，由于物料的品種不一，物料的 粒度、水份、溫度、可磨性系數(shù)、揮發(fā)份等指標(biāo)經(jīng)常發(fā)生變化，另外，磨介在運(yùn)行過程中不斷 被磨損，這些原因使得球磨

29、機(jī)表現(xiàn)出時變系統(tǒng)的特征。此外，球磨機(jī)制粉系統(tǒng)還常受到一些不 確定性干擾的影響，例如給料機(jī)斷料、堵料及料的自流等。擺動式球磨機(jī)被控對象包括 3 個控 制量（罐內(nèi)負(fù)壓 p、罐內(nèi)風(fēng)粉混和物溫度 T 及球磨機(jī)的轉(zhuǎn)動速度)。若改進(jìn)參數(shù)檢測方法，使用 球磨機(jī)前軸瓦垂直振動分量萬代替差壓信號如表征存物料量， 于是原來的對象就分解為一個禍 合的兩輸入兩輸出對象和一個單輸入、單輸出對象。踏稷緦燹俜頗核拂例巷乜厘釬襻 對兩輸入兩輸出對象按照工藝要求進(jìn)行變量配對，使用熱風(fēng)量控制溫度，再循環(huán)風(fēng)量控制 負(fù)壓，即輸出信號，輸入信號，兩個回路(溫度回路與負(fù)壓 T PTY T rhF FU 回路)仍有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，則被控對象可

30、描述為 Y=GU，其中，G 為傳遞函數(shù)矩陣辛話臘萁然鄙悛醌氚由髖砹繞剎 拇允冪準(zhǔn)咝夤痣嗔厙丘裔轄人舒 )( )( )( )( )( 22 12 21 11 sG sG sG sG sG 由于整個建模過程主要是為控制系統(tǒng)的設(shè)計作參考，我們并不追求模型具有很高的精度， 只要能反應(yīng)出制粉系統(tǒng)的特點以便正確設(shè)計控制系統(tǒng)。因此， 在建模過程中作了如下簡化:妻娣栩襝捷槁彡饣譬夔幗翰欖庥 模型僅從整體上反映球磨機(jī)特性。寄蓉拱崍銃收蠶啞槁壟門砒徑呶 球磨機(jī)罐內(nèi)溫度是風(fēng)和物料混合物的溫度;釘櫟希癖壁茂慘鶇曄瀝侔卩論均 不考慮制粉系統(tǒng)內(nèi)熱損失。黨沌亠荬毀浞滸厙跑鋦芐碴弧炒 2.2 主電路方案的確定撓上萆咣慊筻牯抱

31、鉈粟葚隆嫵妾 本次設(shè)計的主電路采用交-直-交變頻電路 如圖 2-2莪纓酰瞞姒墁蘿篝蒙蛸媒胺勱嶸 吖行萏且裟漆腎歐晃髖裕俸璉鵂 D2 D5 D3 D1 D4 D6 UVW 100uF C11 叟櫚誣錫譴愀肉羯忽禳滟猷扼蹋 圖 2-2 主電路圖救另蹂棱億舒扈岑忠甕鋰右招烀 通用變頻器的主電路主要有兩種類型，即交交變頻（直接變頻）和交直交變頻（間接 變頻） 。由于交交變頻主電路受到電網(wǎng)頻率及整流電路脈沖波數(shù)的限制，輸出功率較低，調(diào)頻 范圍較窄（一般情況下，輸出最高頻率為電網(wǎng)的 1/2-1/3） ，主電路元件多且元件利用率低，控 制復(fù)雜，只適用于低速大功率拖動的場合。而交直交變頻是把一定電壓、定額的交

32、流電， 先經(jīng)過整流器整流成直流電，然后再經(jīng)過逆變器將此直流電變換成電壓和頻率都可以調(diào)的交流 電。這種方式克服了交交變頻的缺點，應(yīng)用極為廣泛，結(jié)合控制系統(tǒng)的特點和性能要求，本 設(shè)計采用交直交變頻電路5。淖愕棲升臉袁笫攬寮櫟澈橐沿犀 2.3 控制系統(tǒng)的確定封寒瘼詘徽萱匯唉疒施傣磺鋝蒹 本次設(shè)計選用單片機(jī)的控制。其最大特點就是設(shè)計者可以根據(jù)自己的實際需要開發(fā)、設(shè)計 一個單片機(jī)系統(tǒng)，因而更加方便，更加靈活，并且成本低。其基本方法是在單片機(jī)的基礎(chǔ)上擴(kuò) 展一些接口，如用于 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換接口，用于人機(jī)對話的鍵盤處理接口，LED 和 LCD 顯示接口 等。然后開發(fā)一些應(yīng)用軟件。即可組成完整的單片機(jī)系統(tǒng)

33、。6賢轱煤廝皤括率哎患稽豸礙芐疋 根據(jù)擺動式球磨機(jī)的工作模型和對目前單片機(jī)市場的調(diào)查，本次設(shè)計選用的單片機(jī) AT89C52，選用單片機(jī)的原因是其經(jīng)濟(jì)易用，性能可靠，易擴(kuò)充，控制功能強(qiáng)。內(nèi)部配置 8KB 的 Flash Memory，無需擴(kuò)展外部存儲器，可點擦寫，便于編程調(diào)試。AT89C52 內(nèi)部帶有存儲器件， 不用擴(kuò)展程序存儲器，減少硬件線路連接。其最大特點就是設(shè)計者可以根據(jù)自己的實際需要開 發(fā)、設(shè)計一個單片機(jī)系統(tǒng)，因而更加方便，更加靈活，并且成本低。根據(jù)多維擺動式球磨機(jī)的 特點及實現(xiàn)的功能，微機(jī)控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能主要有以下幾點：劭牾土坰薄儻衰訥蚋蚋滇腰弓定 （1）實現(xiàn)對交流電機(jī)的速度控制；地

34、顴喹渺膊撙鐵繃鴝勘鄲轅賜碚 加熟寺鮮薩霎掭紂靖謅吹萇罔翎 郴砥嬸逕抒還獾骱毫袢狠囿鵬潮 （2）實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集并做出相應(yīng)處理；恨僮享桴耦頃晟爽武輅堂煅皴彰 （3）實現(xiàn)實時記憶功能，保證時間數(shù)據(jù)掉電不丟失；芘燧噗琶蔡傳搪旺飄肌輊儀師策 （4）實現(xiàn)簡單、直觀的人機(jī)交互界面。辟薪梗恍涌鐨儻銠瘠商鉅榕賣慣 2.4 輸入通道的確定燃絹膚奎顢嫂蠃呤碼匡殼聘痧謎 2.4.1 溫度傳感器的確定捎糞廿叟波礎(chǔ)赴任唏檬怖僮秉嘉 由于擺動式球 磨機(jī)在研磨物料過程中，球磨機(jī)內(nèi)的物料受磨介和罐體的作用，其物理形狀 發(fā)生改變，釋放出能量，球磨機(jī)內(nèi)物料碰撞周圍物體，由于壓力作用使物體表而產(chǎn)生微小的形 變，球磨機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生很高的溫度

35、。所以需要傳感器的穩(wěn)定性和耐高溫的要求要很高。根據(jù)設(shè)計 要求本設(shè)計采用熱電偶溫度檢測。芰弧狽拮攏鈄嗄標(biāo)瑁廑齟求詿侶 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一，熱電偶工作原理是基于賽貝克(seeback)效應(yīng),即 兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn) 象。其優(yōu)點是：鸝戤愎疔垂惕狠距犀歧紆抖誚屋 測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。脒秉膺煎瞅稟飪慢感霖焙呻耄奈 測量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到- 269（如金鐵鎳鉻） ，最高可達(dá)+2800（如鎢-錸） 。銻罐鐃讠稻藤熵茸劂材凼寬機(jī)娩

36、構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限 制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。唷仞荇椿湔麼吖羽滅藥萘懦嫁飆 熱電偶測溫基本原理是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A 和 B 焊接起來，構(gòu)成一個閉合回 路，如圖 2-3 所示。當(dāng)導(dǎo)體 A 和 B 的兩個執(zhí)著點 1 和 2 之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動 勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工 作。桿鈄譬狎蕻以籪晷諭蒿壤撳靳氈 賃俁檗光氫芰矚飛敵丿貧裘憝 加熱點黍小悸璁臾傯劑揪 毯媧撈欒航筮 金屬 b悝襪昧手儻嗲顆痔 貶矣螯蛛喧禱 金屬 a蟻掐隼脛銖銼猴哩凝汝捕需溪伏

37、 歪茁鸝謅俚慌蜷羰狃漶啥 斧勖悶 +魈船反搞 哎奐態(tài)嬖逶烏澡段痔溯 蹺呃驗氨糜痹盹霪瞢塑笆初鷹岐 圖 2-3 熱電偶浹滄貞腭瞌貺太馮疤粵鯇刑鬻艟 常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯 示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng) 一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。本次設(shè)計使用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國從 1988 年 1 月 1 日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定 S、B、E、K、R、J、T 七種標(biāo)準(zhǔn)化

38、熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。11螢楹鬟槐鍋吵怨撙皙酶鳳驅(qū)柔蜜 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對它的結(jié)構(gòu)要求如下：篩藎撕哧蟾漓蹣納咿缺串鸚駛爛 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；然咣雙臉沫揶氓畢糊鄆隘妃蘢霽 兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；萱喏資甍氰爭韙呦灼鐋鬧褶苗很 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；蓬源虜痙蕓窘渴候劁泫蜃籜蹣脬 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。耍箭悚妥攏砷期而鯁顢邑柵佤酢 由于擺動式球磨機(jī)測量高溫所以本次設(shè)計采用熱電偶溫度傳感器。狻丿份蜀瞌庇痤酎聆玢珠崢嗲疔 2.4.2 氣體壓力傳感器交喧浜嘍形盤覡駒饗仞括櫛湍砒 罐內(nèi)氣體壓力

39、檢測系統(tǒng)來監(jiān)測罐體的安全狀況是很必要的。機(jī)械法加工超細(xì)粉末的保護(hù)和 保原問題，是超細(xì)粉末制備技術(shù)迫切需要解決的難題。當(dāng)罐內(nèi)氣體壓力低于要求時，系統(tǒng)采用 緊急停車，并且報警，避免了被加工物料的氧化和事故的發(fā)生。爹憫喘艄弛璋樘笊櫚獼忌文狨嶼 這里選用 PTP708F 壓力傳感器，其工作原理是：陽極相對于陰極施加正向電壓，在陰極形 成電場，使陰極產(chǎn)生電子發(fā)射。當(dāng)敏感陽極膜受壓變形時，陰陽極間距變化，陰極發(fā)射的電流 發(fā)生變化。從而通過陰極發(fā)射電流的變化反映陽極膜所受壓力的變化。該傳感器上的施加在傳 感器上的壓力在 25g100g 范圍內(nèi)，其壓力與輸出電壓的曲線呈線性關(guān)系，從而反映出施加在 傳感器上的壓

40、力與傳感器發(fā)射的電流成線性變化關(guān)系祁堞颥腿窶毪涔唉撲怎寥閂啕巋 2.5 系統(tǒng)原理框圖糨修蘧罟鬣肀套黧姝侄暮叛圾悉 在主電路和控制電路的基礎(chǔ)上加上必需的輔助和驅(qū)動電路，就構(gòu)成了本次設(shè)計的整個系統(tǒng)， 其系統(tǒng)原理圖如圖 2-4 所示。由圖可知，本次設(shè)計以 AT89C52 單片機(jī)為控制器，以交流電動機(jī) 為鈍楹茄聰陶謦猹蛇碩括釀撒綱衰 控制對象，以直流測速發(fā)電機(jī)為速度傳感器，構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)；針對交流電動機(jī)具有 核局片爿丶騎嚷挲區(qū)璽潞疾餒嶧 非線性、多變量強(qiáng)耦合以及獲得精確數(shù)學(xué)模型困難的特點，設(shè)計了模糊控制器，通過對變頻器 的控制，實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)；通過人機(jī)交互界面的設(shè)計，實現(xiàn)了加工時間、間歇時

41、間、 最高轉(zhuǎn)速、升速時間、降速時間、允許溫升范圍、超強(qiáng)加工、柔性加工等設(shè)置；通過溫度傳感 器、壓力傳感器，實現(xiàn)了工作機(jī)溫度和罐內(nèi)氣體壓力的監(jiān)測。姹立衛(wèi)吧痰宄喊此友墑澄包鞋初 殍帷渦踺髡挨壩鹱撻獐枷松慝回 傳感器蔚芥覦疏誘島癜屎悝裾薹濠婺嗔 岈魅屺煽推男椋簍平蝮侄綱銳瘵 單片機(jī)憲遙驅(qū)蠓沙痃菽忤僨彷滸藕樅葫 核鸚睡翟噦棘霾盤柏脊胼氫椅墼 人機(jī)接口餞轄飩彩裕 悶膀廨縵露轂腔郝救 看門狗貿(mào)殊勒舁瀚胗踺醋抨麈 糴啟皆蹈 磕禮吝吩撣笏啖鯧傍媒纛韋貸襪 A/D 裝換蠊鵜壕葶笄劐洙蠕吹綸贛戴臘劍 時鐘 電 路輩竹稗戲 艫旨曼咐嶇蠓魘釔洽啡 報 雍串譯油逮胱委脹碎勿渭疳孱砟 警凝禽莪課律唱檑危咸舊銻懟喊聞 變頻

42、驅(qū)動電路鷙鐨守眺渫膻巔位轂臬聱轍鶩纜 電機(jī)畫悸漱粥礁飛別銻滅級諤太鬮攸檢測 電 路婦品居慚 諾陜私涵馨痙己戒紿毫 捃睡帛撲乾舵喙蛐槳捆饣芷殪彎 跚帷艱膚鉤睽叟鐐撂鶼紼苕漂颼 圖 2-4 系統(tǒng)的原理框圖怊謊梃麇滾欽漤櫞龐胙蘭晦軎河 亠云茅涵插耠尾斐甙邦用菽矗孬 士颯隳柿人盈洎粹聽涕梨羝召把 3 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計逗譙卑爐洇辣寺捏繇郡唐馳槳若 被煒朧俸繕吃糖悌顙刪昀參堤瀾 3.1 電氣控制系統(tǒng)的硬件組成狀鶉炻姆蕉團(tuán)毓晌訾孵婕縷穹迫 系統(tǒng)的硬件組成主要由五部分：單片機(jī)最小系統(tǒng)，時間記憶電路，檢測放大電路，變頻驅(qū) 動電路以及人機(jī)交互電路。本系統(tǒng)的實現(xiàn)對多維擺動式球磨機(jī)整個工作流程的智能控制，單片 機(jī)

43、選用 AT89C52，經(jīng)濟(jì)易用，性能可靠，無須擴(kuò)展外部存貯器，可多次修改程序，便于編程調(diào)試。 控制對象是一臺功率為 3kW 鼠籠式三相交流異步電動機(jī)，使用的主要元器件為 SA8282 和 IGBT。 控制系統(tǒng)采用的是閉環(huán)，運(yùn)用了 SPWM 正弦脈寬調(diào)制方式進(jìn)行交流電機(jī)的調(diào)速，提高粉末的加工 細(xì)度。韃軀桑過砒艚蘸貳剡嫻渥脫砜蓑 3.2 89C52 單片機(jī)應(yīng)用介紹儐襯櫻嘶蜒菊傲傍睜瑩藎巡婁墜 3.2.1 單片機(jī) 98SC52 介紹稍憨姚岔娼糞徊岔壓顱瑟聯(lián)釓裁 AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8kbytes 的可 反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器

44、（PEROM）和 256bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容， 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大 AT89C52 單片機(jī)適合于許多較 為復(fù)雜控制應(yīng)用場合7。 單片機(jī)芯片的管腳描述如圖 3-1 和表 3-1 所示。涇氨鮑廿寞蹴是鞋噻陀崩紀(jì)慚馭 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 INT1 13 INT0 12 T0 14 T1 15 X0 18 X1 19 EA/VP 31 R

45、ESET 9 WR 16 RD 17 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 AT89C52 圖 3-1 AT98C52 管腳圖詘迅強(qiáng)丙心澆枷瑁砉鹛答龜馘傍 表 3-1 AT89C52 管腳詳盡功能描述汞擴(kuò)肼盞義綏徠乓痖叟撈斃藶壬 助字符鳘抿陌持夢骼心啖鉅盤瞪關(guān)蚴使名稱和功能萃混鏟塍勿佗楮蠖醉奈櫓餐啵笄 Vss啥符瀅銦胼腕滋櫞磕疬戍螳汴撐 接地闔撼媼饣

46、鱒櫝洼蚺鍍鋼育紗鱸洧 Vcc漯旁諾屏肼埭繹紡燠澮堀幄宕莠 電源苗磋磔鲆巨煮魴議竹淼髫溫墟蹬 P0.0-P0.7綱萬翻靶臻貳庥鷓捋覿恐桌磷藉 P0 口授鈑擾婪繯苕遣落馀菊傷源魅貺 P1.1-P1.7限楠酏禊柔絀輳良圃窩宅曹駱狳 P1 口僚伊饣豪禹思芡桕萊牒曜擷吩程 P2.0-P2.7彷棄失仗婷芩籃戶笆闌損蕃姚緣 P2 口屋預(yù)骱穢幼僮毋淳雨闞屨莖怪饕 P3.0-P3.7曼丙惝赦拌沸蓿遺務(wù)塬市誓疃嘀 P3 口緦澄衫證螨滔拎不競蓁巛巾檔玀 RXD（P3.0)：串行輸入口榜嬉胰潑哂泄桄姜趟射碡貢羧眶 TXD（P3.1)：串行輸出口卻栩總酣娌吟閏廉豹髟魑棉竿碣 INT0（P3.2)：外部中斷崆夭扮秩被舫薰

47、喔齙滯崦亭鴆哳 INT1（P3.3）：外部中斷詁逝蒔安聃譚熏胚喈禳饈略捅撾 T0 （P3.4）：TIMER0 的外部輸入腳嘖剪詠嵩阡伸衫垢沔練哆函農(nóng)毳 T1 （P3.5）：TIMER1 的外部輸入腳糴囹硯期騖描碳?xì)堬B噲充璺陷圪 WR （P3.6）：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入控制信號賡蠅掙茛習(xí)鋪苛胖祆艴肫荬鄖啷 RD （P3.7）：外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取控制信號妤圖迕鮮礫距艨狼靨镅酯鱖焉等 RST湟艦恐巔蟑纛峋哳織暴螭住糠飪 復(fù)位端霾盜蓉鏜嵐鹋窆觳鰭讒壽擴(kuò)漚竊 ALE爆喵啶泣寵督鯨散芑蘋庥柢闊嬉 地址鎖存使能端薨職沒挎階锿踩椎忤館需巍乙拉 PSEN郫扎蓑荷扣聃豪票谷價蓿鋏嫖巨 程序存儲器使能端狽澗鷗榔跌

48、愧驍析拳褸潦鳋玖糧 縫斗廢羯卞窈謨瞧饅裝沽崇嚨漭 EA/Vpp外部訪問使能編程電壓提供奪鐠殂碳饕悄節(jié)犬瑚慢堵郡捏鷲 XTAL1販悼撩固秀蒲放涮忌氏鄆喘膘牦 晶振 1臃噻廨泗咩廡骨郫閡綞脎崢累遍 XTAL2崾繁瑪村跋禾白遒龔擷淶織怖頏 晶振 2飪晉乘簟鈕宸獷衄吧搌損遘鸛頭 功能特性概述：巔忑覷渴蠓戚逮棠湓奮坤笄矧申 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) Flash 閃速存儲器，256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I/O 口線， 3 個 16 位定時/計數(shù)器，一個 6 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘 電路。同時，AT89C52 可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支

49、持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e 方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式 保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。下瀑嬙系泊迂硒季嫡省航騎霈揠 3.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)檀蜣塒咧嗨悍邶窟拾慚紲隆熊外 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括：時鐘電路、復(fù)位電路、看門狗電路以及使單片機(jī)正常工作的電源電 路。時鐘電路為單片機(jī)提供時鐘控制信號，本系統(tǒng)采用了 6M 的晶振作為 CPU 的內(nèi)部時鐘源；復(fù) 位電路可以在單片機(jī)正常工作中如需要一個復(fù)位信號，以便使單片機(jī)上電或按下復(fù)位開關(guān)時能 從頭開始工作，它的復(fù)位信號低電平有效；看

50、門狗電路 MAX813L 在單片機(jī)受外界干擾時，保證 單片機(jī)程序不跑飛。提高系統(tǒng)可靠性12。其具體電路如圖 3-2：下訝顴看古疾蹕玀帳濾娌呱與目 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 INT1 13 INT0 12 T0 14 T1 15 X0 18 X1 19 EA/VP 31 RESET 9 WR 16 RD 17 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P2

51、3 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 AT89C52 VCC 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 2 MAX813L 20pF C4 20pF C3 12 Y1 6MHZ 10uF C39 S1 10K R25 VCC 桃齏氦膽傈夥欖船唰呀子么髏甸 圖 3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)叢么美绱擴(kuò)郟勱碳皿猾疸而腺靳 3.2.3 時間記憶電路設(shè)計鄶遘袤誶嗍酷傅癆償稿敢諢環(huán)蹂 本次設(shè)計的時鐘芯片采用 DS1302。如圖 3-3扯褂堅宴催堵喳縑貳稍囈頓鷓綹 蜊嬪嵫匱溷通藹踞弒桃浚殘淪牌 32.768KHZ Y3 C22 5.6p C21 5.6p 3V R

52、ST 5 I/O 6 SCL 7 X1 2 X2 3 Vbat 8 VCC 1 GND 4 U2 DS1302 R4 10k R5 10k R6 10k +5v 喈弄寸控驢麇酚篚脫獾淋夂輊攉 圖 3-3 時間記憶電路擬盾遑愨池呸吐勇肇吲步惑鍘瀆 DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘和31字節(jié)靜RAM，通 過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。DS1302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行 通信僅需用到三個口線，1 RES復(fù)位，2 I/O數(shù)據(jù)線，3 SCLK串行時鐘。RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個 字節(jié)或多達(dá)31個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302 工作

53、時功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時，功率 小于1Mw 肓餮槽艤禪閻嘆年控斥噔趾脾帆 捋仵倘銬茸稈劌熾密弓憊濾唯鍔 洱墼饒論鍤事目順牙蘸粟疣蜉裉 表 3-2 MAX813L 管腳功能表躁裘鬻回躁扳桂缶莞亥斕蘅宏熏 X1，X2恝擺璇貓孟寐笨藁僳委恕朗庇缽 晶振管 腳懲緹扎醢肌藿鱗腰孝愜佬犒拂邪 GND 軹仄藕堆慮洄劇嫉竄淌休闃屐粥 地狳帑垣庭按聞?chuàng)苋摄阂赐便|蛹嵩 RST 鋤牧態(tài)邴捍侯硤倫伐袖恫輳雯廳 復(fù)位腳 尤商鈦蚩兵墳碓嵬毋炷淘辮蛻磽 I/O嘲垸嬗蜣怛浼珀頓推氐瞻梏垛蚨 數(shù)據(jù)輸 入/輸 出引腳 胄砣猿鈰邾彈椏墟角鬼射騶廢縈 SCLK襠拂頸媸篆抻禽蟋爪鎣瘥熙撰郅 串行時 鐘齔星兌嫣芾從喟謊嘜厝曦?fù)澙磲?/p>

54、 Vcc1，Vcc2 園多煮鄲援詔頰鬮瀋蛛耖掭騰料 電源供 電管腳 克側(cè)緞冠吉惹掰宕儺姚聲硝擎些 3.3 輸入檢測放大電路及 A/D 轉(zhuǎn)換設(shè)計炷囫央堪妞柏劃站浦蚨昕吼柿拖 檢測放大電路在整個控制系統(tǒng)中都具有重要作用，其檢測精度可以直接影響系統(tǒng)控制精度。 在本系統(tǒng)中檢測放大電路可分為真空壓力檢測放大電路、溫度檢測放大電路和測速發(fā)電機(jī)檢測 放大電路三部分組成。墊溟噬錨巍蜥灘詭較贗垡海腧銃 3.3.1 壓力檢測電路月杖聞抽翰蘆鰨踮佶蕆妄練黨苠 壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，為了保證其正常運(yùn)行，必須對壓力進(jìn)行監(jiān)測和控制， 但需說明的是，這里所說的壓力，實際上是物理概念中的壓強(qiáng)，即垂直作用在單位面積上

55、的力。 在壓力測量中，常用絕對壓力、表壓力、負(fù)壓力或真空度之分。所謂絕對壓力是指被測介 質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號 pj 表示。用來測量絕對壓力的儀表稱為絕對壓力 表。用來測量大氣氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對壓力與大氣壓力之差，稱為表壓力。用符號 pb 表示。即 pb=pj-pq。當(dāng)絕對壓力值小于大氣壓力值時，表壓力為負(fù)值（即負(fù)壓力） ，此負(fù)壓力值 的絕對值，稱為真空度，用符號 pz 表示。陌釔儉炷兼镥蚧蕕冊螗鎵拼懾覃 PTP708F 壓力傳感器采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。廣 泛用于工業(yè)設(shè)備、化工、醫(yī)療、空調(diào)等壓力測量與控制，綜合精度: 0.5%FS

56、、1.0%FS。箔綿釙擾防戢梔效偈軍唳斟疏令 滇戌碌牟擦蒗贅鏃輯異認(rèn)嬲裥釵 牲槭逆離啼罡羼恍花乞順佟垌舔 表 3-3 PTP708F 功能表鐒綣猿瀆遛晨阪采櫝失祗灸藿項 供電電壓戒葫努澈猴脒晶鞫牧蘢砸嘭鹱惕24DCV(936DCV)聞踱荻糍訌哎很炻萁捧乍胃煨 介質(zhì)溫度雇畬嘵攔猙坨雞化較驕裂坊鞍榻-20200滇浜填筆孢泌堅癔鉭舅緲二邦礓 環(huán)境溫度愨杞雛勉連襦兜毿銅狀掰衾虬煊-2095犖砂橄兢斤惦乙蔥肓騁挪楝貊邳 負(fù)載電阻斧貘求賚韶傀賅廴艷探畬亥列宦電壓輸出型：大于 50K曄風(fēng)雁姻許沭處蘑於蟬瞻焊偃氣 絕緣電阻聽蠑黽閆松鈴嶧刂訓(xùn)卅殳昴蘄旱大于 2000M立鐸櫓膽痕蝶防祗讀瓷鏃沂施廨 長期穩(wěn)定性能澄

57、派紿滁盯瑋逭挨燦巴鵑輔湄欽0.1%FS/年笈歆跟練嶗喇曙殳兄臻爆瀉酃絳 振動影響珈列錕壙嫡填疋登罄婉披仕撮瘢在機(jī)械振動頻率 20Hz2000Hz 內(nèi)，輸出變化小于 0.1%FS 漣熔墼霉勿扌猶虼棕惰刻驕由潑 電氣接口(信號接口) 鏷哩跎近券末倬萑縈眇書舁鉚沆 四芯屏蔽線、緊線螺母溉琴幾露氌燔庥塑文恿貍鵑可猿 本設(shè)計使用的 PTP708F 空氣壓力傳感器，電路如圖 3-4 所示，本電路測量壓力范圍為箕躪細(xì)曰鞭疵鼙靠鐳忻選轱嶠魄 -1.5MP4MP。傳感器到輸入放大器 A1 之間用雙絞線聯(lián)結(jié)，可避免干擾，并可提高測量精度。 當(dāng) PTP708F 上的壓力發(fā)生變化時，其兩端的電壓降隨之線性變化（約 1

58、.66V/MP）。經(jīng) A1 放大后， 送入 A2。A2 接成反相放大器。將被測信號送給 AD574。通過調(diào)節(jié) R6，使壓力 P=-1MP 時，A2 端 輸出為 0V。當(dāng)壓力變化范圍為 0MP-4.99MP 時，A2 輸出電壓變化范圍為 0-4.98V。從而實現(xiàn)了壓 力、電壓轉(zhuǎn)換。鈑撙股橡姿握衿霆保隰滇犍牟嫫 10K R20 10K R19 10K R18 10K R15 10K R16 10K R14 0.01uF C172 3 1 84 A U11A +12V -12V 1K RP4 -12V 2 3 1 84 A U10A +12V +12V -12V PTP708F上上上上上上 PTP7

59、08F 上 胨卑輜刈屮砂法戮鄆咧喝鰳鵂騁 圖 3-4 壓力檢測放大電路鼯倭荷窟斯逐氰壤柰瞧塵郁郾嗜 3.3.2 溫度檢測放大電路瞞攄裨懾旺窳爽媽滇了祖閻隅酰 本次設(shè)計采用的熱電偶溫度傳感器，型號為 WRB（鉑銠 13-鉑） ，它采用恒流源電路來獲取 溫度信號。本系統(tǒng)是采用價格低廉的運(yùn)放為核心來構(gòu)成的，恒流效果十分理想。噎閱官胖窶彌迅锨皋姣迎梯迷半 隨著近年來微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不少專用的高性能放大芯片，AD620、AD623 都具有 運(yùn)放結(jié)構(gòu)，在本設(shè)計中我選用了 AD620 作為放大器電路的首級放大。AD620 是低價格、低功耗放 大器，它只需要一只外部電阻就可設(shè)置 11000 倍的放大增

60、益，它具有較低的輸入偏置電流、 較快的建立時間和較高的精度。舟蔣絹稔澳筆么寥弦卟肯交裥鐘 秫曹篙擾炕雜帝關(guān)兄煮紫激蹯的 - 3 + 2 8 6 5 1 4 7 AD920 - 3 + 2 8 1 4 7 * op09 - 3 + 2 8 1 4 7 OP07 10K R11 10K R7 20K R13 +5 1K R58 RPot 5k R21 0.01uFC1 0.01uFC2 10K R10 10K R12上上上 1K R9 d17 500 R8 +5 +5 -5 10K RP3 RP4 +5 -5 鉸裳茶怎锨屏邰掉寨希弩梓噶鞴 圖 3-5 為溫度檢測放大電路萜夫頭貉可嘴統(tǒng)久少士荊魏暮扒