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1、 河 南 理 工 大 学 学 报 789-:.;8:.:)8;?4#=:(#9:(-3(4?第/1卷第2期/,年&月 AB0/1 :A02 7CD0/,!#$%&# 单片机及富士()!*+),-.&在自动门变频调速系统中的应用 马高印$，王福忠$，赵新杰/（$0河南理工大学 电气工程与自动化学院，河南 焦作 1,12；/0焦作市金属结构厂，河南 焦作 1,1）!摘要：利用电机调速专用单片机!#$%&#和富士功率模块()*+),-.&，设计了一种简洁实用的自动门变频调速系统0 自动门的运行速度曲线与常用的梯形变频调速曲线不同，采用3形曲线对电机进行调速控制，以及采用自带缓冲制动单元的功率模块实现

2、柔性制动，增强了自动门运行的稳定性和平滑性0整个系统简洁，高效，稳定，易于维护，且成本较低0词：()*+),-.&；变频调速；自动门；!#$%&#单片机；3形曲线 关 键中图分类号：4)2&!0/文献标识码：.文章编号：$*22/（/,）2/$*,引言随着科技和社会经济的迅速发展，自动门以其可靠、方便、安全等特点，在宾馆、银行、电信营 业厅等场合得到了广泛应用0但据观察，自动门普遍存在着如密闭效果差、运行速度过快或过慢、故 障率高等缺陷，给用户带来许多不便0针对这些问题，本文提出了一种基于交流变频调速的自动门系 统，此系统采用3形曲线调速方式，保证了自动门运行的平滑、稳定0同时，还采用功率模块

3、自带的软制动器，实现了柔性制动并保证了门扇的良好密闭效果0系统设计方案 自动门速度曲线的确定/ 常规的自动门速度曲线如图$所示，升降速阶段均采用直线方 $0$式，电机的启动负荷较大且是阶跃性质，门扇常常被硬性打开和关闭，易产生碰撞且不能保证完全闭合，严重时烧毁电机0针对传统自动门速度控制存在的问题，本系统采用3形运行曲线，如图/所示0该自动门尺寸为$,55，采用单开方式0图/中，! ， ，#，$ 四个位置分别安装行程开关，以检测门的位置0其中，!点和$ 点分别为门的全开和全关位置；! ，两点和#，$ 两点之间的距离均为2*,55， ，#之间的距离为*,550门的打开行程依次从行程开关!到行程开

4、关$ 0从位置!到 ，门的升速方 式采用3形曲线加速，当门运行至 点时，保持约2556高速不变运行至#点，当行程开关# 检测到门时，控制单元开始按3形曲线方式减速至位置$ ，然后制动0闭门行程从$ 点到! 点， ! 收稿日期：/1$2；修回日期：/1$/1 基金项目：河南省科技攻关项目（2/1/,）0作者5E印（$%!/），男，河南平舆人，从事单片机控制及智能电动执行器方面的研究0LAI5EFB0MA50 河南理工大学学报（自然科学版） $),年第$-卷$#4仍按照!形曲线加减速若检测到有人到来，则立即改变运行方向，速度变化与开门行程一样采用此种!形升降速方式，实现了门扇的柔性打开和关闭 在开

5、门时，电机的负载逐渐平滑增加，降低了电机的负荷冲击 闭门时，速度柔性减小，避免了门的碰撞同时，有利于系统延时制动，提高了门扇的密闭性控制系统基本方案的设计% 整个自动门系统的基本原理如图%所示系统的感应方式采用反射式红外感应，在自动门内外各安装一个红外传感器， 在自动门运行闭合行程时一直工作，若检测到有人到来，则向 控制单元发出信号控制单元采用电机控制专用单片机，它可以直接产生&(波形，经过光电隔离输出至逆变模块功率模块在&( 波形的控制下，输出三相电压驱动电机打开或关闭自动门位置检测采用四个行程开关，实现门位置检测和运行速度控制根据自动门负载（约#%)*+）的驱动要求，本系统选用三相 $,)

6、 的交流变频电机，整个系统硬件电路如图-所示主回路 电源采用$). 交流市电，经整流滤波后进入逆变功率模块门内外的两个红外传感器产生的输入信号经运算后送往单片机#$关键硬件选型 $变频调速控制系统中最关键的两部分是单片机和逆变功率器件的选择单片机选型- 针对自动门的变频调速特点， 决定选用具有&( 波形发生器的/01234)5#67(5单片机作为控制核心，4)5#67(5单片机可以直接产生六路符合要求并安全可靠的&( 驱动信号，大大缩减了外围电路的复杂性，增强了系统的可靠性4)5#67(5是专为电机控制而设计的一种#7 位单片机， 它由一个5#67 核心、一个三相波形发生器 89 和若干个其他

7、片内外设构成 波形发生器 89$#（:;289202=:13$14?*$单片机及富士5+*J*6+B3,/3?3在自动门变频调速系统中的应用 A14例：开始时， 双向计数器向上计 数，原 始 输 出 有 效! 当#$%*+ 时， 输出$%&(#变为无效，然后计数器继续向上计数，直到计数器计数达到峰顶 #$%&(# ,-.%/0 而产 生一次 # 中断，系统从已建立好的正弦表中查出相应值重装载入相位比较寄存器， 接着计数器向下!这期间一对互补输出均无效， 直至 # $%&( 再次等于 #$%*+ 的值而使输出又变为有效!当计数器向下计数到1时，又 开始向上计数!如此反复在 #1 和#1上产生一对

8、互补+* 输出波形!为防止一对互补的+* 同时作用于逆变器的上下臂而产生直通，保证 2#的输出不产生交叠 波形，2#中设置了无信号时间发生器!当 #$%&( #$%*+时，相位比较器产生一跳 变信号，跳变检测器检测到此跳变后，启动一个13位无信号时间计数器，其计数值由 #$% 专用寄存器的低13位04!03装入，并使得计数器的输出0( 为低电平，然后每个状态周期计数减1，一直到3，这时计数器停止计数，0(变为高电平，从而产生一个死区时间来延迟输出有效的开通时 间!死区时间主要由5+* 中的5#6(的关断时间决定，同时还与单片机输出隔离器件的延迟时间有关!死区时间不能太长，否则可能导致 2#无

9、+* 输出，理论上要保证脉冲宽度不小于7(89:8!由上述5;3$14?*$单片机的波形发生器 2# 产生+*波形的基本原理可知，必须按正弦规律设置 # ,-.%/0，才能产生特定占空比的正弦脉宽调制+* 波形!本设计在 2#产生中断并重装载相位寄存器时，通过查正弦函数表以获得对应时刻的正弦值!逆变功率器件选型1及端子连接 为了解决目前变频自动门结构复杂、易出故障这一突出问题，考虑到系统的负载功率（AB3 电机和系统摩擦损耗）以及自动门的运行环境电源（AA3C 市电）等因素，并为了使系统硬件简洁可靠，特选用具有优良性价比的新型富士5+*（5;9=DE9;3$14?*$单片机输出?路+* 波形，

10、控制5+* 模 块中5#6(的通断，最下端光耦向单片机输入5+* 模块的故障信号（/.*）! 河南理工大学学报（自然科学版） !*-年第!#卷!*红外传感器的选型 根据自动门需要检测的距离范围和角度，并考虑到检测的灵敏度及其工作时的噪声限制，本设计采用!#深圳市多极技术开发生产的双元件热释电红外传感器$%&(此仪器采用双元件设计，专用于运动检测，灵敏度高且工作噪音低；其探测距离为)!*+ 并可调，最大探测角度为,-(.，完全可以满足自动门系统的检测需要系统软件关键部分设计! 整 个 系 统 软 件 最 关 键 是 如 何 使(*/,012/单片机的 345 产生与自动门运行速度相对应的6732

11、 波形根据自动门的6形速度曲线，建立对应的三相正弦脉宽数据表（即 35 /827寄存器的值），由单片机初始化时算好，将其按一定的格式（即考虑相序及同一相中的脉宽次序等）存入单片机内的 997:82 中，建立好数据指针，以便按一定的寻址方式查询自动门的整个运行流程如图(所示 在系统的开门行程中，从位置! 到位置 ，查表指针正向移动，按照离散的 35/827值从小到大，间隔*,;不断更 )新 35/827 控制字，使电机 6 形加 速当门运行至 点时，查表指针停止移动，35 /827控制保持不变，电机匀速运行运行到#点时，查表指针开始反向移动，使 35 /827控制字不断减小，电机6形减速，直至位

12、置$ ，单片机停止732 输出，指针返回起始地址， 延时*);后72 输出制动信号，门扇完全打开在系统的闭门行程中，从位置$ 到 #，查表指针仍正向移动， 按照离散的 35/827 值从小到大，仍间隔*,;不断改变 35/827控制字，使电机6形加速当门运行至# 点时，查表指针停止移动，35 /827 控制字保持不变，自动门匀速闭合运行到 点时，查表指针开始反向移动，使 35 /827控制字不断减小，电机6 形减速，直至位置 ! ，单片机停止 732 输出，延时*);后72 输出制动信号，自动门完全闭合在闭门行程中，红外传感器若检测到 有人到来，查表指针则立即反向移动，从该时刻的 35/827

13、控制字开始，转到运行开门行程应保万证方该数表据格有足够的长度，以防止查表指针溢出。本系统取)=,*个离散 35/827控制 第期马高印等：!()*+,(单片机及富士-.,!/,0.1!23!+!在自动门变频调速系统中的应用 55)值，最小值对应的电机转速为!，最大值对应的转速约为!#$%结论&本文以电机控制专用单片机!()*+,(和混合集成功率器件富士-.,/,0.1!23!+!为核心，设计了自动门变频调速系统%整个系统具有以下优点： （)）用4形曲线进行升降速，保证了自动门的平滑稳定运行和柔性关开%（5）利用富士-.,/,0.1!23!+!集成的制动单元，既实现了自动门的完全关闭，又不增加系

14、统部件%（）整个系统电路简单，运行可靠，调速平滑，不但具有良好的动态特性，还具有十分优良的性价比%因此，本系统具有良好的推广应用价值。 参考文献： ) 孙树朴，李明，郑征，等%电力电子技术,%徐州：中国矿业大学，5! !%5 日岩本洋，森田克己，天野一美%机电一体化入门,%徐其荣，郑佩玉译%北京：科学，5!% 吴玉香，吴忻生，胡跃明%交流变频电机在自动门控制系统中的应用6%中小型电机，5!5（+）：5!5%& 王松，陈昌旺，周永强%!()*+,( 波形发生器和智能功率模块在逆变器中的应用6%国外电子元器件， 5!5（)）：!)!%37789:;=?$98A!:B97,9:C=:=#7DEFG6

15、-$-.,!/,0.1!23!+!947AAE3EHD$IJFCAKDA:J(=LAC4J$A#=?3D=#;)，O3PNFDQB=)，RS3TU9H9A5（)!#$%&%(&)#*+!(,-!%./0 ，123%45%&1&!，6$2,3；5!123%45%7)*3&*+5#*5+)83#*%+9，123%45%&1&!，6$2,3） !#$%&$：0;$AE=$98A:B97#9:C=:=#7DAC!()*+,($7A:9;8?=C$7AAE;EHD$=?#=EFG6-$-.,（/,0.1!23!+!）；AE;?CAKDA:J:=LAC$7AAE$J$A#=?;D=#;9:E=C， VB9

16、:B9$9#78AID7C;:?C=#BAC=DA:J:=LAC$7AAE$J$A#，BA#=C$7AAEV;$;EHD$AE$=?V;$CA;89QAEIJEA9AE9B;:9:J;E$;I989CD9%YBAVB=8A$J$，$EA;$J，;E89B8=V:=$%()*+,%-#：-.,/,0.1!23!+!；47AAE;EHD$IJ?CAKDA:J:=LAC；3D=#;8A:B97 #9:C=:=#7DAC!()*+,(；4$B;7A:DCLA（本文责任编校 杨玉东）科技论文数值修约的规则 数值修约规划口诀：四舍六入五看齐，奇进偶不进%“五看齐、奇进偶不进”的意思是： 欲舍弃的数字最左一

17、位是1，且1 后面跟有并非全部为 “!”的数字时，则进)%如：将)!%1!5修约到“个”数位，得)%#拟舍数字最左一位是1，且其后无数字或全部为零，若所保留的末位数为奇数，则进)，为偶数（包括“!”）则舍去%如：将)%!1!修约到)位小数，得)%!；将!%1!修约到)位小数得!%&% 80C196MC单片机及富士IPM-7MBP50RA060在自动门变频调速 系统中的应用 作者： 作者单位：马高印， 王福忠， 赵新杰， MA Gao-yin， WANG Fu-Zhong， ZHAO Xin-jie马高印,王福忠,MA Gao-yin,WANG Fu-Zhong(河南理工大学,电气工程与自动化学院,河南,焦作,454003)， 赵新杰,ZHAO Xin-jie(焦作市金属结构厂,河南,焦作,454000)刊名：河南理工大学学报（自然科学版）英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： JOURNAL OF HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY(NATURAL SCI