基于MSP430单片机的壁挂式空调风门运动控制系统设计

基于MSP430单片机的壁挂式空调风门运动控制系统设计专业电气工程及其自动化天津工业大学2013届本科生毕业论文指导教师张海华本系统的主要工作是应用低功耗MSP430单片机控制步进电机的旋转方向和此项设计看似简单，但有机的将步进电机和430单片机的相关知识结合了起来，同时将微机原理和电机学等课程从理论学习上升为实践，因此具有很强的现实意义。此项设计研究将应用于壁挂式空调风门运动的调整，合理地调整Abstractcontrolandflexible,sotheintelligentinstrumentsandhasbeenwidelyusedinpositioncontrol.Themainworkofthissystemistheapplicationoflowpowerconsumptionfair-conditionerairdooroutofthewinddirection.ByanalyzingtheworkingmicrocomputeroffourcommonI/Oportfortheelectricityorderofshardwarecircuitdesignandsoftwareprogramming.chipmicrocomputerisacombinationofrelevantknowlethemicrocomputerprincipleandmotorlearningcoursefromtheoreticalstudystudywall-mountedair-conditionerairdoormovementadjustment,reasonableKeywords:MSP430MicroChip；Steppermotor；air-conditioner 第二章步进电机及其工作原理的介绍 0天津工业大学2013届本科生毕业论文现今社会，电动机在工业农业生产、人们的日常生活中起着十分重要的作随着微电子和计算机技术行业的发展，对步进电机的需求与日俱增，在各个国民经济领域都有广泛应用。步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按照设位的目的；同时我们可以通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速误差不会长期积累等特点，给实际的应用带来了巨大的方便。它大量用于消费医疗器械等机电产品中。对步进电机的控制和测量方法的研究，对提高控制精机，它以其独特的低耗能，强大的中断控制，特别是其易编程也是电路和所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运1天津工业大学2013届本科生毕业论文机的生产和研制都有重大突破，除反映在驱动器设计方面的巨大进步以外，对代中期以来，由于步进电机精确模型做了大量研究工作，因此各种混合式步进矩来比较，较为不划算，还是用直流电机和电动机编码器整体技术和经济指标有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作以及各模块的有机结合而实现。软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲的控制件环境下编辑的C语言。本系统具有智能性、实用性及可靠性2天津工业大学2013届本科生毕业论文第二章步进电机及其工作原理的介绍步进电机由于其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度等的变化的影响、误差不会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便，因此我在这次设计中选用工作方式为四相八拍的永磁式步进电2.1.1步进电机的基本介绍步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加后分别送入步进电动机各相绕组中。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各一般情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数量成正比；连续输入不被电压波动和负载变化而影响。因为步进电动机能直接接收数字量的输入，2.1.2步进电机的主要分类永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极3天津工业大学2013届本科生毕业论文混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°,配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍（0.007°/微步）。位移或是直线位移，就是给一个电脉冲信号，电动机转动一个角度或者前进一非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个电脉冲信号，电机则转过一个步4天津工业大学2013届本科生毕业论文四相步进电机按照通电顺序不同，可以分为单四拍，双四拍，八拍三种工但是单四拍的转动力矩小。八拍的步距角是单四拍和双四拍的一半，因此，八根据以上论述我们可知，采用八拍的工作方式更为合理，因此，本次设计进一步分析四相八拍减速步进电机的工作原理，简化步进电机我们可以得5天津工业大学2013届本科生毕业论文从图2-3中可以看出来,要实现步进电机的转动,可以用八拍方式:88004000006000009000200000000ABCD2.3.1本实验步进电机的基本参数6天津工业大学2013届本科生毕业论文2、拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。4、定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿锁定力矩。此力矩是衡量电机体积的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机7天津工业大学2013届本科生毕业论文1、步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%4、最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压5、最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决），7、电机的共振点：步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式的共度），电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，8天津工业大学2013届本科生毕业论文当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流4、步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定3、步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备，即步进典型的步进电机驱动系统由步进电机控制器，步进电机驱动器，和步进电机本体三部分组成。步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号，每发出一个脉冲，步进电机驱动器就驱动步进电机的转子前进一个步距角。步进电机转速的高低，升速或者降速，启动或者停止都完全取决于脉冲频率的高低和脉冲的有9天津工业大学2013届本科生毕业论文通常，步进电机驱动器由逻辑控制电路，功率驱动电路，保护电路和电源组成。步进电机驱动器一旦接收到来自控制器的步进脉冲信号，控制电路就按预先设定的电机的通电方式产生步进电机各相励磁绕组导通或截止的信号。控制电路输出的信号功率很低，不能提供步进电机所需的输出功率，必须进行功率放大，这就是步进电机的功率驱动部分。步进电机驱动电路向步进电机的控制绕组输入电流，使其励磁形成空间旋转磁场，驱动转子运动。保护电路在出本人在这次设计中采用了基于ULN2003芯片的步进电机驱动器，将在4.3天津工业大学2013届本科生毕业论文近年来，随着微电子技术的日新月异，世界上的许多芯片制造商纷纷推出自己的新产品，品种极为丰富。由于竞争激烈，其中串行接口多、低功耗、本身具有液晶显示驱动器与看门狗定时器的多功能芯片将成为主流器件。全球著单片机（single-chipmicrocomputer）是把微型计算机的主要部分都集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。由于单片机的高度集成化缩短了系统内的信号传送距离，优化了结构配置，大大提高了系统的可靠性和运行速度，同时它的指令系统又非常适合于工业控制的要求，所以单片机在工业过程及设备过由于MSP430G2553型单片机足以满足对们详细对MSP430G2553单片机进行详细的介绍，典型单片机结构图如图3-1。MSP430G2553外设1）通用I/O：可独立编程；可提供输入输出和中断的1天津工业大学2013届本科生毕业论文MSP430G2553开发板各接口引脚介绍天津工业大学2013届本科生毕业论文输出寄存器，寄存器内的内容不会受引脚方向改变的影响（4）PXIFG中断标志应的引脚是否有待处理的中断请求，这8个中断标志共用一个中断向量，中断标志不会自动复位，必须软件复位。外部中断事件的时间必须大于等于1.5倍天津工业大学2013届本科生毕业论文在发送或接受时低位在先（4）独立的发送或接受中断（5）可编程实现分频因集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编3.超低功耗:MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的其次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的时钟系统：天津工业大学2013届本科生毕业论文（1）运行模式2.3*10^-8（A）（2）待机模式0.5*10^-6（A）（3）关闭模式0.1*10^-6（A）具有四种校准频率并有高达16MHz的内部频率内部超低功耗低频振荡器9用于模拟信号比较功能或者斜率模数转换的片载比较器系列产品的完整开发解决方案。其基于USB的集成型仿真器可提供为全系列MSP430G2xxx器件开发应用所必需的所有软、硬件。Launchpad具有集成的DIP此外，还可以提供板上FLASH仿真工具，以直接连接至P天津工业大学2013届本科生毕业论文本次设计采用了MSP430单片机的USB供电模式，利用MSP430单片机的P1.0，P1.1，P1.2，P1.4的4个I/O口，按照一定的通电顺序（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA）对电机驱动器ULN2003的输入端口进行写入，从而达到控制电机运转的目的。本次实验用到了P1.3按键和外围扩展的P2.0按键实现对步进电机正反转的控制。天津工业大学2013届本科生毕业论文第四章系统硬件设计本控制系统主要作用是通过MSP430G2553单片机来控制步进电机之间进行合理的连接。因此，此结果可以应用于遥控壁挂式空调的风来判断按键是否已被按下，若按键被按下，再经过步进电机驱动电路功率放大此系统将应用于壁挂式空调风门的控制，具有很强的现实意义，壁挂式风天津工业大学2013届本科生毕业论文4.2键盘控制电路4.2.1按键功能的简单介绍键盘在单片机的应用中能实现向单片机输入数据、传送命令等的功能，是人工干预单片机的主要手段之一。键盘的实质是一组按键开关的集合。键盘所—10ms；两次抖动之中为稳定的闭合状态，时间由按键动作所决定；第一次抖按键闭合与否，反映在输出电压上就是呈现出高电平或者低电平。通过对消除按键抖动通常采用硬件、软件两种方法。由于硬件消抖电路设计复杂，本设计只做简单叙述；软件消抖适合按键较多的情况，方便简单。其原理是在第保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平则确认为真正有键按下，从而消除天津工业大学2013届本科生毕业论文按键的抖动将会引起一次按键被误读多次，所以为了避免这种不合理情况的发生，我们在做键盘输入时必须要进行消除抖动，消抖的方法分为两种：硬利用硬件电路消除抖动，是将按键产生的抖动变成理想的高低电平，使之不会造成单片机的误读。其中利用RS触发器就是一种较为路，硬件消抖具有速度快、效果好等优点，缺点是会增加硬件成本。硬件消抖软件消抖是通过软件延时的方法，将按键产生的边沿抖动过滤掉，具体做法是：测出一次低电平后执行一个延时程序（大约10-20ms前沿抖动消失后通过以上分析便知，软件消抖无论在操作上或者成本上都优于硬件消抖，天津工业大学2013届本科生毕业论文本系统的设计目的是为了高效控制步进电机的转动，因此需要将单片机发本系统的设计目的是为了高效控制步进电机的转动，因此需要将单片机发出的脉冲转换为步进角度，才能控制步进电机的转动，我们这里采用ULN2003接口的理想器件。广泛用于计算机，工业和消费类产品中。所有器件有集电极接各达林顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。如果该脚接地,实际上就是达林顿管的集电极对地接通。天津工业大学2013届本科生毕业论文相应的电阻网络和钳位二极管网络构成，它具有同时驱动7组负载的能力，是单片双极型大功率高速集成电路。功率电子电路大多数要求具有大电流输出能力，以便用于驱动各种类型的负载。功率驱动电路是功率电子设备输出电路的天津工业大学2013届本科生毕业论文电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求2天津工业大学2013届本科生毕业论文并从其13,14,15,16引脚输出又与步进电机的接口连接，若连接成功则电天津工业大学2013届本科生毕业论文CCS（CodeComposerStudio）是TI公司研发的一款具有环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等功能的集成开发环境，能够帮助用户在一个件的最新版本，功能更强大、性能更稳定、可用性更高，是MSP430软件开发的CodeComposerStudio（CCS是用于TIDSP、微处理器和应用处理器的集的工具。它包含适用于每个TI器件系列的编译器、源码编辑器、项目构建的高效工具，用户能够利用熟悉的工具和界面快速上手并将功能添加至他们的们的应用中轻松描述指令周期或其它事件（例如高速缓冲存储器未命中数/命注于代码的高使用率区域，帮助开发人员生成经过精细调节的代码。描述可天津工业大学2013届本科生毕业论文#include<msp430g2553.h>unsignedcharMotorStep=0;//步进马达步序,将在Switch包含的语句voidSetMotorzheng();//子函数设定电机正传voidSetMotorfan();//子函数设定电机反转voidmain(void){WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//StopWDT（关闭看门狗）。TACTL=TASSEL_2+MC_1;//SMCLK,contmode。_BIS_SR(GIE);//EnterLPM0w/interrupt。while(1)//重复扫描是否有按键被按下{天津工业大学2013届本科生毕业论文{}{}}}voidSetMotorzhen(){{{}{MotorStep=2;}{天津工业大学2013届本科生毕业论文MotorStep=3;}{MotorStep=4;}{}{MotorStep=6;}{天津工业大学2013届本科生毕业论文}{MotorStep=0;}}}voidSetMotorfan()//反转与正传原理相同，只是{{{MotorStep=0;}{}{天津工业大学2013届本科生毕业论文MotorStep=6;}{MotorStep=5;}break;{MotorStep=4;}{MotorStep=3;}break;{MotorStep=2;天津工业大学2013届本科生毕业论文}{}Break;}总之，通过不停地扫描按键是否被按下，若按键被按下就调用子函数void#pragmavector=TIMER0_A0_VECTOR{//ToggleP1.0//CCR0=50{}}天津工业大学2013届本科生毕业论文的I/O口设置为高电平，导致按键无法使用，后发现问题经过调整P1DIR|=2.步进电机的转速设置过低。由于先前不了解步进电机的工作情况，定义的电机转速值过低，导致电机振动，影响电机的正常工作状态。后发现将其值设置较高，避开振动临界值#definespee3.P1.3按键的高电平电压没有达到要求。由于先前没有用万用表检测MSP430单片机电路板的好坏，当在测试P1.3按键高电平电位时发现其没有达天津工业大学2013届本科生毕业论文天津工业大学2013届本科生毕业论文将近两个月的毕业设计终于圆满完成了。首先感谢张老师每周都对我们毕设进度的询问与耐心的指导，给我们调整思路，指引研究方向。再次还要感谢其中发现了一些问题，例如I/O端口的输入输出设置，步进电机的转速设置过低将会出现震动，按键的高电平只有0.1V达不到要求，必的编写，使MSP430G2553单片机的I/O口（P1.0，P1.1，P1.2，P1.4）按想让电机反转，按下P2.0键即可，通电顺序（DA-D-CD-C-BC-B-AB-A）,同样可这说明发现问题就要解决问题，在我们这个对知识最渴求的年龄来说，遇到点困难并不是什么坏处，反而可以增进我们战胜困难的勇气和信心。因此毕设对中间的每一个环节我们都得到了锻炼。因此，毕设可以说是我们在大学上的最后一堂课，而是在社会这个大环境中开始的第一课。3天津工业大学2013届本科生毕业论文机控制系统的设计及其应用[J].核技术,2005.片机的步进电机控制系统设计[J].机电工程技术,2005.器的设计[J].煤炭技术,2011.[4]李庆亮.C语言程序设计实用教程.北[9]王晓明，胡晓柏.电动机的单片机控制天津工业大学2013届本科生毕业论文[10]刘宝延，程树康.步进电动机及其驱动[11]徐益民.步进电机的单片机控制系统[12]王福瑞.单片机微机测控系统设计大[13]陈理璧.步进电动机及其应用.上海[14]刘宝延，程树康.步进电动机及其驱strategyofanmotor[J].IEEETransonInd天津工业大学2013届本科生毕业论文天津工业大学2013届本科生毕业论文天津工业大学2013届本科生毕业论文天津工业大学2013届本科生毕业论文天津工业大学2013届本科生毕业论文步进电机是一种把电脉冲转换成角位移的执行器件。通俗的，当驱动程序步进电机的种类分为三种，永磁式，反应式，混合式。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一步7.5度。反应式一般情况有三相，实在欧洲和美洲将近八十个国家已经被淘汰，混合式是综合了永磁式和反应步进电机的温度过高，首先会出现磁性材料退磁现象，导致转矩降低甚至失步，步进电机表面允许的最高温度取决于磁性材料的退磁点，磁性材料退磁混合式步进电机驱动器的电源电压范围较广，电源电压通常根据步进电机的转速和相应来要求，如果要求快速的运行和较高的响应，就用高电压。但还是应该注意电源电压的峰值不能超过驱动器的最大输入电压，否则会损坏驱动输出相电流的1.1~1.3倍。如果采用开关电源，电源电流通常为输出相电流的当步进电机关机时要确定没有脉冲信号输入，当电机运行时，加入适当的脉冲信号，电机会转过一定的角度。频率决定转速；龙式步进电机的步距角天津工业大学2013届本科生毕业论文能，低功耗，该设备是采用ATMEL高密度非易失性内存技术并与工业标准的的非易失性存储器重新编程。通过把一个单一的芯片上的FLASH和一个多功能式控制程序提供了很多高效率和低成本的解决方案。且支持两种节电模式。空闲模式时，CPU停止工作。同时允许RAM，定时器/计为高阻输入端。端口0也可以设定成地址，成为数据访问外部程序和数据存储并且可以作为输入口。作为输入口时，由于上拉电阻的作用，引脚被被外部信拉电阻升至高电平，并可以用作输入口。作为输入口时，由于内部上拉电阻的天津工业大学2013届本科生毕业论文电阻升至高电平，并可以用作输入口。作