红外遥控电机调速控制器设计开题报告

1、毕业设计（论文）开题报告题 目红外遥控电机调速控制器设计学 院电子信息学院专 业电子信息工程指导教师一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着电力电子技术，计算机技术的不断发展和电力电子器件的更新换代，电机调 速技术得到了飞速的发展。据资料显示，现在有90%以上的动力来源来自电动机。我 国生产的电能60%用于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分，所以要对 电动机的调速有足够的重视。我们都知道，动力和运动是可以相互转化的，从这个意 义上说电动机也是最常见的运动源，对运动控制的最有效方式是对运动源的控制。因 此，常常通过对电动机的控制来实现运动控制。实际上国外已将电动机的控制改

2、名为 运动控制。电气传动从总体上分为调速和不调速两大类。按照电动机的类型不同，电气传动 又分为直流和交流两大类，直流和交流电动机在19世纪分别先后诞生，但当时的电 气传动系统是不调速系统，随着社会化大生产的不断发展，生产技术越来越复杂，对 生产工艺的要求也越来越高，这就要求生产机械能够在工作速度，快速启动和制动， 止反传等方面具有较好的运行性能。从而推动了电动机的调速不断向前发展，自从 1834年直流电动机出现以后，直流电动机作为调速电动机的代表，在工业中得到了 广泛的应用。它的优点主要在于调速范围广，静差小，稳定性能好以及具有良好的动 态性能，晶闸管变流装置的应用使直流拖动发展到了一个很高的

3、水平，在可逆、可调 速与高精度的拖动技术领域中相当长时间内儿乎都采用直流拖动系统。尽管如此，直 流调速系统却解决不了直流电动机本身的换向问题和在恶劣环境下的不适应问题，同 时，制造大容量，高转速以及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流传动系 统的进一步发展。交流电动机在1885年出现后，由于一直没有理想的调速方案，只被应用于恒速 拖动系统，从20世纪30年代起，不少国家才开始提出各种交流调速的原始方案，晶 闸管的出现使交流电动调速的发展出现了一个质的飞跃，使得半导体变流技术的交流 调速得以实现，国际上在60年代后期解决了交流电动机调速方案中的关键问题，70 年代开始就实现了产品的高压，大

4、容量，小型化，且己经逐渐取代了大部分传统的直 流电动机的应用领域。交流调速系统发展迅速的很大一部分原因在于交流电动机本身 的优点：没有电刷和换向器，结构简单，寿命长。近年以来大功率半导体器件，大规 模集成电路，电子计算机技术的发展，加上交流电动机本身的优越特性，为交流调速 提供了广泛的应用前景。目前交流电力拖动系统己具备了较宽的调速范围，较高的稳 态精度，较快的动态响应，较高的工作效率以及可以在四象限运行等优越性能，其动 态性能均可与直流电动机拖动系统相媲美。交流电动机因其结构简单、运行可靠、价格低廉、维修方便，故而应用面很广， 儿乎所有的调速传动都采用交流电动机。本次设计的红外遥控电机调速控

5、制器拟用于 智能风扇系统。屯风扇作为一种老式家电，曾一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品，其实并非 如此，市场人士称，家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，近几年反而出现 了市场销售复苏的态势。其主要原因：一是风扇和空调的降温效果不同一一空调有强 大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人 儿童和体质较弱的人使用：二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和 使用都非常简单。尽管电风扇有其市场优势，但传统电风扇还是有许多地方应当进行改良的，如功 能少，噪咅大，各档风速变化大等。其中最突出的缺点是它不能根据温度变化适时调 节风力大小，对于夜间温差大的地区，

6、人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题： 当凌晨降温的时候电风扇依然在工作，可是人们因为熟睡而无法察觉，既浪费电资源 又容易引起感冒，传统的机械定时器虽然能控制电风扇在工作一定后关闭，但定时范 围有限，且无法对温度变化灵活处理。为此，在现有市场上多功能电风扇的基础上，我设计了一种新型的智能电风扇， 该风扇功能更多，添加了很多人性化的设计，如无极调速，红外遥控，温度控制，风 型选择等功能，使电风扇更加人性化，相信其丰富的功能，人性化的设计将会大大提 高电风扇的市场竞争力。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题本次设计的红外遥控电机调速控制器拟用于智能风扇系统。智能风扇系统以单片 机为核心，采用部

7、分外围电路，实现红外遥控对电风扇的智能控制。该系统主要包括 微控制器、电机调速驱动模块、温度采集模块、本地键盘和显示提示模块、红外接收 模块以及遥控发射电路组成。其中电机调速驱动模块由光耦和双向可控硅组成，实现 了风扇的无极调速，并可实现模拟自然风、睡眠风等，使风速更符合人的感受；数字 温度传感器模块通过温度传感器对环境温度进行数据采集，从而建立一个控制系统， 使电风扇随着温度的变化而自动变化档位，实现“温度高，风力大，温度低，风力弱” 的性能；本地键盘模块可控制各种功能的开启/关闭和设置各种定时；显示提示模块 使风扇具有人性化的显示和提示功能；红外遥控系统实现了风扇的远程控制。首先要了解智能

8、风扇的结构组成及各模块的功能，对整个系统有初步的认识；其 次要理解红外遥控通信的基本原理，遥控信号编码发送器用以产生遥控编码脉冲，经 过载波调制，驱动红外发射管输出红外遥控信号，红外接收器完成对遥控信号的放大、 检波、整形并调制出遥控编码脉冲；还有掌握“一线器件”的通信协议，所有的单总 线器件都要遵循严格的通信协议，以保证数据的完整性；最后要掌握电机的调速原理, 电机调速驱动是本系统中的重要部分，通过单片机给岀各种控制信号来实现电机的开 启、关闭和调速，从而实现无级调速和风型的产生。三、研究步骤.方法及措施：1. 掌握红外遥控通信的基本原理红外遥控有发送和接收两个组成部分，发送端采用单片机将待

9、发送的二进制信号 编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。红外接收完成对红 外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出遥控编码脉冲。与专用的遥控器相比， 采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样，操作码个数可随意设定等 特点。2. 掌握“一线器件”的通信协议1-wire协议定义了复位脉冲、应答脉冲、写0、读0和读1时序等儿种信号类型。 所有的读、写时序至少需要60us,且每两个独立的时序之间至少需要lus的恢复时 间。在写时序中，主机将在拉低总线15us之内释放总线，并向单总线器件写1；若 主机拉低总线后能保持至少60us的低电平，则向单总线器件写0.单总线器件仅在主

10、 机发出读时序时才向主机传输数据，所以，当主机向单总线器件发出读数据命令后， 必须马上产生读时序，以便单总线器件能传输数据。3. 掌握电机的调速原理在该系统中所采用的调压调速方法是通过单片机控制双向可控硅的导通角来实 现对电机的调速，常用的方法是控制可控硅的导通角，对交流正弦信号在0180°范 围内进行切割，这属于调角型。但这种调压调速的方法对于电动机等感性负载会产生 干扰电网和自干扰现象，另外当转速很慢时，传子电流中的无功分量增加，电机的各 种损耗也就增大，这种损耗最终导致电机发热，如果出现卡死等非正常情况，则很容 易因温度过高而烧坏电机。因此，本系统中采用调功型调速代替调角型调速

11、系统。所谓调功型调速就是触发 双向可控硅电路采用固定周期、占空比可调的振荡电路来实现。4. 智能风扇的硬件设计硕件部分是整个系统的重要部分，硬件部分设计质量的好坏影响到整个系统的性 能。本控制系统主要部分构成如下，硬件框图见图e微控制器部分：整个系统采用两片单片机，即at89s52和at89c2051。电机调速部分：通过单片机控制双向可控硅的导通角来调节电风扇的输入电压，以实 现电风扇的无级速度调节，模拟自然风、睡眠风、自适应风等。功能输入部分：功能输入部分包括遥控功能输入和键盘功能输入。遥控功能输入是通 过红外线发送和接收装置，实现各种功能的输入。键盘采用独立式键盘结构，通过键 盘扫描实现功

12、能的输入。温度采集模块：利用一线器件ds18b20进行温度采集，然后根据温度高低来来自动调 节风速，实现温控。显示与指示部分：各种功能显示、提示和异常情况报警。图1系统硬件框图4. 智能风扇的软件设计狛能风扇控制系统的整个软件包括系统初始化模块、温度采集模块、按键模块、 风型选择模块、定吋设置功能模块、led数码管动态扫描模块、pwm式周期波发生器 模块、自然风和睡眠风产生模块、遥控系统。因为采用模块化编程思想，所以使得各 个模块编程的思路清晰，各个模块彼此之间相互独立又相联系。5. keil c51软件程序编译及调试程序写好以后，利用keil c51软件进行程序的编译和调试，察看仿真结果是否

13、 正确，并进行程序的修改。6. 软硬件相结合测试最后，软硬件相结合，经过不断的调试，直至实现所有设计功能并做成pcb板。四、研究工作进度:序号时间内容0i00:112009. 10- 122009. 10.21e了解电机调速控制器国内外动态i 212009. 10. 222009. 11.3对设计进行初步构想1:i1iii 3 i02009. 11.41开题报告会114!2009. 11.5-2009. 11.251实现风扇的无级调速i 5 1i2009. 11.26-2009. 12. 16软件模拟自然风、睡眠风:i 612009. 12. 17-2009. 12.6实现温度的采集并能产生自

14、适应风7l.j2009. 12. 7-2009. 12.21实现红外遥控对风扇的智能控制 1i 8112009. 1.22-2010. 3. 14撰写毕业论文i1i 912010. 3. 15-2010. 3. 19论文盲审及修改1 1012010. 3. 24毕业答辩11j五、主要参考文献:1 陈伯时电控技术的发展与展望j电源技术应用，1999, (04)： 89-96.2 唐颖，程菊花，任条娟单片机原理与应用m.北京：北京大学出版社，2008： 13-2443 孙安青pic单片机实用c语言程序设计m.北京：中国电力出版社，2008： 205-230.4 浦龙梅杨增强单片机控制的pwm调速装

15、置的研究j电机技术，2006, (02)5 刘竞成交流调速系统m上海：上海交通大学出版社，1984： 1-186 钱平交直流调速控制系统m.北京:高等教育出版社，2005.7： 1-23.7 荣俊昌新型电风扇原理与维修m.北京:高等教育出版社，1995.4： 77-96.8 邱兴永、邹子敏电风扇控制器m.辽宁：辽宁科学技术出版社,1990.129 小型电动机现代实用设计技术m,胡岩，武建文，李德成，机械工业岀版社, 2008.3： 102-123.10 51单片机典型系统开发实例精讲m,白延敏，电子工业出版社2009. 211 刘桂红.晶闸管在电机中的应用j煤矿机电,2007, (04)： 48-5312 求是科技单片机典型模块设计实例导航m北京：人民邮电出版社，200413 ac-motor speed controls. machine design, 2009, (02)六. 指导教师审核意见