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51单片机为核心的遥控电风扇PWM无级调速控制系统
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更新于2024-07-31
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"2011年的毕业设计项目,主题为‘红外遥控电风扇控制系统设计’,由长沙理工大学电子工程专业的学生完成,指导老师未具体给出。该设计基于51系列单片机,旨在构建一个包含遥控发射和接收模块的电风扇控制系统,允许用户通过遥控器或手动方式控制风扇。系统包括AT89C2051单片机为核心的遥控发射模块和以AT89C51为主的接收控制模块,具有PWM无级调速功能,以及液晶显示和指示灯的人机交互界面。" 详细解释: 此设计的核心是51系列单片机,这是一个广泛应用的微控制器,通常用于嵌入式系统。在遥控发射模块中,AT89C2051单片机处理来自键盘的输入,并对这些信号进行编码和调制,将它们转化为红外信号。红外信号整形与发射电路则负责将调制后的信号放大并发射出去,以便被接收模块接收到。 接收部分的控制模块以AT89C51为主,它接收来自红外接收模块的信号,并处理这些信号以控制电机的转速。电机驱动模块采用PWM(脉宽调制)技术实现无级调速,这是一种常见的控制电机速度的方法,通过改变脉冲宽度来调整电机的平均功率,从而改变其转速。此外,系统还配备有液晶显示屏和指示灯,用于向用户提供反馈和进行人机交互,键盘则用于手动操作。 关键词“遥控电风扇控制系统”指的是整个设计的目标,即通过遥控设备控制电风扇;“PWM无级调速”是电机控制的关键技术,提供了平滑且连续的速度调节能力;“红外发射,红外接收”则强调了无线控制的实现方式,通过红外信号实现远程控制。 这个毕业设计项目展示了电子工程中微控制器的应用、无线通信技术、电机控制策略以及用户界面设计等多个关键知识点,为实际生活中的智能家电控制提供了一个基础模型。
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P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)
P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持 RST 脚两个机器周期的高电平
时间。
ALE/PROG:
### 当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在 FLASH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE 端以不变的频
率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输
出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将
跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时,
ALE 只有在执行 MOVX,MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外,该引脚被略微
拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止,置位无效。
/PSEN:
### 外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期
两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN 信号将不
出现。
/EA/VPP:
### 当/EA 保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不
管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时,/EA 将内部锁定为 RESET;当
/EA 端保持高电平时,此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间,此引脚也用
于施加 12V 编程电源(VPP)。
XTAL1:
### 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
2.1.3 89C51 中断系统
### 所谓中断,是指当计算机执行正常程序时,系统中出现某些急需处理的异常
情况和特殊情求,CPU 暂停执行现行程序,转去对随机发生地更紧迫事件进行
处理;处理完毕后,CPU 自动返回原来的程序继续执行。
中断允许软件设计不需要关心系统其他部分定时要求,算术程序不需要考
虑隔几个指令检查 I/O 设备是否需要服务。相反,算术程序编写时好像有无限
的时间作算术运算而无其他工作在进行。若其它事件需要服务时,则通过中断
告诉系统。
89C51 单片机有 5 个中断源,有两个中断优先级,每个中断源的优先级可
以编程控制。中断允许受到 CPU 开中断和中断源开中断的两级控制。
2.2 直接PWM 技术的算法简介
常用 PWM 技术的基本原理是利用高频载波与控制波进行比较, 从而产生经
过调制的 PWM 波。为满足逆变电源的需要, 减小输出电压的谐波含量, 载波信
号采用对称的三角波实现 PWM 输出波形的对称双边调制, 使输出电压不含偶次
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谐波。
用软件产生 PWM 波形的算法有很多方法, 如:采样 SPWM 法、均值 PWM
法 、 直 接 PWM 法 等 , 其 中 SPWM 法 有 三 种 不 同 形 式 : 对 称 规 则 采 样
SP2WM、非对称规则采样 SPWM、平均对称规则采样 SPWM , 以平均对称规
则采样 SPWM 的算法简单,应用较为广泛。SPWM 的主要缺点就是电源电压利
用率不够高, 即输出电压不高。均值 PWM 法的基本思想是根据等面积 PWM 控
制方式的原理, 选择最佳脉冲中心线位置, 使得其 PWM 波形的谐波成分量小,
均值 PWM 法具有微机实现简单方便的优点,且对各次谐波的抑制均有很好的效
果。直接 PWM 法与均值 PWM 法类似, 也是使相同时间间隔内的 PWM 波的面
积与调制波的面积相等, 其主要的优点是, 在调制比固定时, 控制规律正比于调
制深度而反比于输出频率, 特别使用于电机的控制, 因此本文选择直接 PWM 法。
直接 PWM 法的调制原理如图 2-3 所示, 假定一个周期内 PWM 波的脉冲
数(即载波比) 为 2N ,
图 2-3 直接 PWM 的调制原理
将参考正弦波 Um sin Xt 的整个周期 T 分为 2N 等份, 则每个区间的长度
(即载波周期) 为 T s= T/2N , 在第 i 个区间正弦波的面积为:
设输出 PWM 波的幅值为 E , 若采用单极性调制, 则第 i 个区间内的 PWM
波形所围面积为:
若采用双极性调制, 则第i 个区间内的PWM波形所围面积为:
式中, T p i 为脉冲的宽度, 考虑到有T s= T p i+2T gi, 令S ri= S p i, 由式(1)
和式(2) 整理可得:
由式(1) 和式(3) 整理可得:
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式中M = Um/E,为调制深度, 由式(4) 或式(5),可分别计算出PWM 的脉冲换相
点公式为:
由图1 可知, 等面积PWM 法生成的PWM 波形在T /2 处是点对称的, 因而可推
导出:
在上述计算公式中, 式(8) 为单极性PWM 调制, 式(9) 为双极性调制。在计算过
程中, 虽然Di 的表达式包含有三角函数的计算, 但它仅与N 有关,一旦N 确定后,
可事先将计算好的Di 存入内存中,需要时通过查表方式获取即可。从k 的表达式
可以看出, k 正比于调制深度而反比于基波频率X。这对于电机的变频调速系统,
通常使U /f 比为常数来达到恒转矩控制, 即只需使k 值为一个常数即可。
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