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山 东 工 商 学 院SHANDONG INSTITUTE OF BUSINESS AND TECHNOLOGY毕业论文(设计)GRADUATIONTHESIS（DESIGN）论文（设计）题目Title Of Thesis（Design） 基于PWM的按摩机传动控制电路设计 分院（系别）Department 信息与电子工程学院 专业Speciality 自动化 班级Class自动化062班论文（设计）作者Author of Thesis（Design）张三论文完成日期Date 201年05月论文（设计）指导教师Advisorxxxxx指导教师职称The Title of Advisorxxxx 基于PWM的按摩机传动控制电路设计Transmission Control Circuit Design of Massage Based on PWM张三Zhang San201年 5月May 201指导教师对毕业论文（设计）的评语Advisors Comments on Graduation Thesis (Design)评语： 指导教师（签章）Signature of Advisor 日期 Date 评阅人意见评阅人姓名：职称：选项标准： A很同意 B同意 C基本同意 D不同意分项评价评价项目ABCD选题质量1选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求2题目难易适度3题目工作量适当4有理论意义或实际价值能力水平5查阅文献资料能力强6综合运用知识能力强7研究方案的设计能力强8研究方法和手段的运用能力强9外文应用能力强成果质量10文题相符11写作水平高12写作规范13篇幅适度14成果有理论或实际价值总体评价： 优 良 中 及格 不及格 评阅人评语 评阅人签字： 年 月 日答辩（评审）委员会意见Appraisal of Defence Commission答辩（评审）成绩Mark of Defence鉴定意见Appraisal & Comments 主任（签章） Signature of Dean 日期Date山东工商学院201届毕业论文基于PWM的按摩机传动控制电路设计摘要 本文依据电机控制技术和单片机技术的发展，从人们日趋严重的健康问题出发，设计出一款功能齐全，价格低廉，工作可靠而又便于人们使用的按摩机。本设计在描述按摩机功能的基础上，完成了一个基于PWM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C语言将之实现，并利用按键，蜂鸣器，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LCD显示当前的工作状态和电机当前的转速。本设计是基于单片机的PWM传动控制电路的软硬件结合，利用单片机定时器延时与数据组合产生PWM脉冲波形，硬件上利用光电隔离技术和L298集成双H桥驱动器控制大功率电机，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波驱动技术以及LED驱动与控制技术，实现了按摩机控制系统人机交互。要有高度的概括性和自明性，语言精炼、明确。同时有中、英文对照，字数在400字以内。关键词 AT89S51 单片机 PWM 直流电机 按摩机Transmission Control Circuit Design of Massage Based on PWMAbstract With the problems of increasing serious health, the article designs a featured , low price, reliable and convenient usage massage machine. After describing the function of massage, the design dedicates the PWM module of the transmission control circuit. The design of framework and the technical plan is based on a MCU output of PWM machinery velocity modulation technical and a DC motor. Complete the software by C language and use the key, the buzzer, the LED and peripheral device etc. to provides services for users to realize the man-machine interaction and a massage function. Through the keys, users can make the massage work in the most comfortable massage and vibration velocity. Key Words AT89S51 MCU PWM DC generator Massaging machine目 录第一章 绪论11.1人类的健康与按摩机11.1.1人类的健康11.1.2按摩机实现按摩功能的原理11.1.3按摩机构造特点11.2本文的主要工作开发新型按摩机2第二章 按摩机的总体系统设计及主要功能32.1按摩机设计思想32.2系统总体框图与电机控制32.2.1系统总体设计框图32.2.2 直流电动机控制原理42.3控制噪声4第三章 系统设计63.1系统的硬件模块组成及设计原理63.2单片机控制电路63.2.1 单片机的选择6第四章 按摩机的软件设计84.1 软件总流程设计84.2 各模块主要功能84.2.1 程序入口模块程序84.2.2 主程序84.2.3 显示模块8第五章95.1XXXXXXXX95.2XXXXXXXXX9结 论10致谢语11参考文献12附录:13引 言引言是毕业论文的开头部分，主要说明论文写作的目的、现实意义、对所研究问题的认识，并提出论文的中心论点等。引言要写得扼要，篇幅不要太长。现代社会发展越来越快，人们生活节奏也快，随之而来的是工作压力的加大。人们渴望休闲，渴望健康的心理越来越强烈。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的。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。基于PWM的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，易于实现控制，可满足人体腰部，足部以及颈部的按摩需要。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。由于现代设备的自动化程度越来越高，电器元件被广泛与应用，用以实现位置、压力、开关量信号的检测与控制人机交互接口成为设备发展的方向，设备自动化程度的提高使操作人员的工作强度大大降低，通过键盘、触摸屏等接口设备即可完成器械的大部分操作。随着自动化程度以及对设备使用要求的提高，功能更强大、操作更方便的器械也将不断出现。本文主要研究内容及要解决的问题有：1）PWM按摩机系统传动控制。2）单片机的PWM波输出。通过软件编程，实现一定范围内任意频率的方波输出，并可通过按键控制其输出值。3）实现按摩机的功率驱动。单片机控制部分是依靠5v或3.3v电压控制，而电机驱动部分要依靠更高电压控制，要解决电压隔离以及控制问题。4）用户的使用管理。对按摩机实现按摩功能的基本操作进行管理，包括按摩速度，强度以及工作状态的监控等，以实现人机交互和按摩功能。第一章 绪论1.1人类的健康与按摩机1.1.1人类的健康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。依据祖国医学中的经络学说，经络贯通于人体内外、上下联络脏腑，贯通九窍，是气血运行的途径，也是津液输布的网络。经络壅阻，人体气血不畅，阴阳失调，就会产生疲劳和病变。祖国医学典籍认为：按摩能调解阴阳平衡，疏通气血经络，而且还能够活血化瘀、强身壮骨、调整脏腑、增强人体抗病能力等。西医认为按摩不但可以调整内分泌、加强胃肠蠕动、拨离组织粘连、缓拿复位等作用，而且具有调节大脑皮层、皮质功能，使大脑神经产生冲动，进而达到兴奋或抑制神经作用。大量科学研究实践证明，各种按摩手法是由各种动作所产生的力在机体上引起的一系列反应，人体接受按摩以后，能使大小循环系统畅通，血流丰富，改善血液循环，加速人体各器官组织的新陈代谢，消除疲劳，解除病痛，具有延年益寿之功效。1.1.2按摩机实现按摩功能的原理按摩机是通过电机震动代替手作用于人体的肌表，以调整人体的生理、病理状态，从而达到治病和保健的作用。本文采用单片机开发与应用技术设计出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。开发按摩机的微机控制系统及其应用软件，能提高该机的自动化水平，减轻医务人员的工作强度。电动按摩器按振动方式分为电磁式和电动机式两种，电磁式按摩器主要由铁芯（包括固定铁芯和可动铁芯）、线圈、振动弹簧片和按摩头组成。电动按摩器属于保健类电器产品，它对人体表层进行局部的机械刺激，加速局部皮肤与肌肉的血液循环，使人体的某些生理功能得到调节和改善。1.1.3按摩机构造特点大多数群众在选购电动按摩器时，注重其功能的完善和其外观光滑、精细、美观程度，振动噪音小，振动强弱调节灵敏，振动头调换方便，各部位安装连接牢固可靠等。设计生产时就应把握以下几点： 确定电动按摩器的用途。依照按摩的目的来分，按摩器可用于健身按摩、运动按摩、理疗按摩和美容按摩。如果用于健身按摩，宜选用功率较小、振动力较弱的电磁振动式按摩器。运动按摩是运动之前提高肌力或运动后消除疲劳的有效方法，宜选用功率稍大、振动力较强的电机振动式按摩器。理疗按摩是根据病情对病人局部或全身性的按摩，要求所使用的电动按摩器能调节振动强度。1.2本文的主要工作开发新型按摩机选用单片机及其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。综合市场控制器价格和本文的控制要求我们选择ATMEL公司的AT89S51单片机，40引脚集成芯片作为控制器。选择AT89S51单片机主要基于其以下特点：1）AT89S51单片机是一款8位的51系列单片机，可以满足一般的控制要求；2）价格优势，相比其他类型单片机的昂贵价格，AT89S51一般市场价格在8元左右就可以买到，降低了设计成本。第二章 按摩机的总体系统设计及主要功能2.1按摩机设计思想本文采用单片机开发与应用技术设计出一种简易的按摩机控制系统，以实现基本按摩功能。从传统的手动按摩手法联系电子科学技术的发展，联想到使用机器来实现手工的按摩功能，按摩机的设计就是基于这个想法通过电机震动代替手工来作用于人体的肌表，对疲劳的肌体进行适当的敲击以调整人体的生理、病理状态，疏通气血经络、活血化瘀、强身壮骨、调整脏腑、增强人体抗病能力，从而达到治病和保健的作用。基于单片机生成的PWM按摩机传动控制电路来驱动直流电机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，易于实现控制，可满足人体腰部，足部以及颈部的按摩需要。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。开发按摩机的微机控制系统及其应用软件，能提高该机的自动化水平，减轻医务人员的工作强度。本系统主要研究内容及解决的问题有以下几个方面：1）单片机的PWM波输出。通过软件编程，实现一定范围内任意频率变化而幅值不变的方波输出，并可通过人机界面的按键控制其占空比输出值。2）实现按摩机的功率驱动。单片机控制部分是依靠5v或3.3v电压控制，而电机驱动部分要依靠12V或者更高电压控制，要解决电压隔离的问题。3）噪音控制。在电机驱动期间，为满足实际使用需要，宜采用低噪音的外围电路设计。4）人机界面管理。对按摩机实现按摩功能的基本操作进行管理，包括按摩速度，强度以及工作状态的监控等，以实现人机交互的按摩功能。2.2系统总体框图与电机控制2.2.1系统总体设计框图本设计以AT89S5l单片机作为检测和控制核心。采用PWM技术动态控制电动机转速2。通过软件编程实现按摩机不同力度的精确按摩以及数据的存储、显示和响应按键调速等功能。通过对电路的优化组合，可以最大限度地利用单片机的全部资源。电机液晶显示按键控制电源模块驱动芯片控制器图2.1 系统总体方案框图Fig2.1 General scheme diagram of system 文中图、表应有自明性。图、表名应附相应的英文和必要的中文图注。制图要求：半栏图宽7cm，通栏图宽16cm；图中曲线粗细应相当于5号宋体字的竖画，坐标线的粗细相当于5号宋体字的横画；图中文字、符号、纵横坐标标目用小五号字；标目采用国家标准的物理量（英文斜体）和单位符号（英文正体）的比表示，如c/molL-1。2.2.2 直流电动机控制原理本文基于AT89S51单片机产生的PWM脉冲信号，经光电耦合、功率放大后，通过集成电机驱动芯片L298驱动控制直流电机运转。下面将逐一进行叙述：当开关管MOSFET的栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有电压Us。t1时间后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压为0。t2时间后，栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。这样对应着输入的电平高低，直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图所示。电动机的电枢绕组两端的电压平均电压值Uo为:Uo=(t1Us+0)/(t1+t2)=t1Us/T=aUs （2-1）公式：公式书写应在文中另起一行，居中书写。公式的编号加圆括号，放在公式右边行末，公式和编号之间不加虚线。公式按章顺序编排。2.3控制噪声对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号，称为噪声。但是，一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声概念。例如，把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。可以说，电路中除目的的信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。例如，电源电压中的纹波或自激振荡，可对电路造成不良影响，使音响装置发出交流声或导致电路误动作，但有时也许并不导致上述后果。对于这种纹波或振荡，都应称为电路的一种噪声。又有某一频率的无线电波信号，对需要接收这种信号的接收机来讲，它是正常的目的信号，而对另一接收机它就是一种非目的信号，即是噪声。平均值最小值最大值t1tTUo0tI05t2图2.2 电流波形和电枢电压Fig2.2 Electric current waveform and voltage of armature第三章 系统设计3.1系统的硬件模块组成及设计原理本文设计使用单片机的P0口用于液晶显示速度和加速、减速过程，P2.1口用于控制电动机的PWM脉冲波输出口，P2.4- P2.7口用于按键中断接口。这样做的优点是：充分利用了单片机的内部资源，降低了总体设计的成本。此系统的硬件部分由单片机单元、电源单元、键盘输入单元、电机控制单元和显示单元组成。3.2单片机控制电路3.2.1 单片机的选择根据设计需求和市场价格本文选择ATMEL公司生产的低功耗8位AT89S51单片机，40引脚集成芯片作为控制器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术，兼容标准8051指令系统及引脚7。8051程序存储器数据存储器定时计数器数据总线地址总线控制总线时钟并行I/O口串行通信中断系统口图3.1 8051内部结构Fig3.1 Interior structure of 8051提及单片机就不得不提MCS-51单片机，它是美国INTEL公司于1980年推出的一系列产品的总称，这系列产品有好多种，如8031,8051,8751,8052等，其中以8051为最典型的产品，该系列其他单片机都是在8051基础上进行增、减或者改变而来的，所以人们习惯用8051来称呼MCS-51系列单片机，由于MCS-51单片机影响极深远，许多公司都推出了兼容系列单片机，就是说MCS-51内核实际上已经成为一个8位单片机的标准。其他的公司的51单片机产品都是和MCS-51内核相兼容的产品而已。本文使用的AT89S51指的就是ATMEL公司开发生产的AT89S51单片机，同时是在原8051基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由Flash(程序存储器的内容至少可以改写1000次)存储器取带了原来的ROM(一次性写入),AT89S51的性能相对于8051已经算是非常优越的了。其引脚排列如图3.9所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号，不用时刻直接接地。L298可驱动2个直流电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。L298的逻辑功能如表3.1所列。表格采用“三横线表”，表的内容切忌与图和文字的内容重复表3.1 L298的逻辑功能Table 3.1 Logic function of L298ENA(B)INl(IN3)IN2(IN4)电机运行情况HHL正转HLH反转H同IN2(IN4)同INl(IN3)快速停止LXX停止L298N是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，与L293D的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受MCU控制，在电机选择方面，参考市售按摩椅电机功率为40W左右，本文选择雨田4D40-12型直流电机，其额定输入电压为12V,额定功率40 瓦，空载电流2A，负载电流5.2A,考虑到实际驱动电路中的平均电压并达不到额定值，所以利用此电机是可行的。本着着重设计一款安全可靠的产品，所以在单片机和驱动集成电路之间使用光电隔离技术。13第四章 按摩机的软件设计本设计把电机系统与AT89S51单片机芯片完美的结合起来实现对电机速度的精确控制。由于51系列单片机功能齐全，完全可以满足单个电动机的控制，且编程方便，速度快，集成度高，价格低，从而使系统研制周期大大缩短。硬件的成熟加上采用简单实用的C语言编程，使本产品具有比较高性价比，设计过程中全部编程设计工作都在keil c设计平台上实现。4.1 软件总流程设计与传统的直接编程相比，目前流行的编程方式是模块化编程，主要原因是现在编写的程序长度在增加，一个项目的程序是不可能由一个人完成的，如果使用直接编程方式，各个功能间的协调工作会相当麻烦，基于这个条件，行业内逐渐形成模块化设计思想，模块化设计的优势在于协调工作上的方便快捷。并且程序越大，其优势越明显。4.2 各模块主要功能4.2.1 程序入口模块程序在进入主程序前先建立一个启动界面，可显示应用程序名称和版权信息，还可避免由于应用程序启动前进行大量的初始化而占用较长时间，同时要进行初始化设置，包括建立头文件、并行口设置和主要子程序定义等。软件编程见附件init.c文件。4.2.2 主程序主程序主要编写按摩机工作时需要的主体框架，包括运行单片机，按要求输出PWM波启动直流电机工作，显示按摩机工作状态，随时接受中断处理等。软件编程见附件main.c文件。4.2.3 显示模块产品为了体现人性化，在其正常工作时，采用液晶显示屏幕显示当前工作状态，各按钮的动作与其文本内容相对应。工作状态的显示通过编程实现，在液晶显示窗口上设计了三组显示内容，分别为“按摩机速度”，“当前速度”和“减速、减速或停止”。软件编程见附件lcd.c文件。第五章 *5.1XXXXXXXX5.2XXXXXXXXX结论结论是全文的思想精髓和文章价值的体现。应概括说明所进行工作的情况和价值，分析其优点和特色，指出创新所在，并应指出其中存在的问题和今后的改进方向，特别是对工作中遇到的重要问题要着重指出，并提出自己的见解。它集中反映作者的研究成果，表达作者对所研究课题的见解和主张，结论要简单、明确，篇幅不宜过长。本系统主要以单片机（AT89S51）为主要控制芯片。采用了L298驱动芯片和PWM技术实现电机控制，通过键盘和LCD实现人机界面的数据交换。在设计过程中力求硬件电路简单，充分发挥软件设计的优势，在硬件基础上通过灵活方便的C语言编程来满足系统的要求。本文经过一个半月的搜集资料，市场观察，设计以及统稿过程，最终基本完成要求。并可以实现所设计产品的大部分功能。由于没有电机和驱动器等器材，没有完成实物制作，所以只能在51开发板上利用PWM驱动LED灯闪烁来模拟PWM的实现，而速度以及运行状态的显示是在开发板上模拟显示的。考虑到无实物，电机驱动部分的发挥效果没有得到展示，这是本文的一大遗憾。由于系