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基于西門子PLC的洗衣機控制系統(tǒng)設計
1、本課題所涉及的問題在國內(nèi)(外)的研究現(xiàn)狀綜述
單片機技術現(xiàn)狀
單片微型計算機簡稱單片機，是早期Single Chip Microcomputer的直譯，它忠實地反映了早期單片機的形態(tài)和本質(zhì)。隨后，按照面向?qū)ο?。突出控制功能，在片?nèi)集成了許多外圍電路和外設接口，突破了傳統(tǒng)意義的計算機結(jié)構。發(fā)展成microcontroller的體系結(jié)構，目前國外己普遍稱之為微控制器MCU (Microcontroller Unit)鑒于它完全作嵌入式應用，故又稱之為嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。國內(nèi)由于單片機一詞已約定俗成，仍沿用至今。但應將單片機的“機”理解成為微控制器而不是微計算機。
二十世紀七十年代單片機的出現(xiàn)是近代計算機技術發(fā)展史上的一個重要里程碑，因為單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支。計算機兩大分支的產(chǎn)生大大促進了現(xiàn)代計算機技術的飛速發(fā)展。通用計算機系統(tǒng)以發(fā)展海量高速數(shù)值計算為己任，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線寬度不斷更新，迅速從8位、16位過渡到32位、64位，不斷完善其通用操作系統(tǒng)。突出發(fā)展海量高速數(shù)值計算能力，并在數(shù)據(jù)處理、棋擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡通信中得到了廣泛的應用；單片機則以面向?qū)ο蟮膶崟r控制為己任。目前仍以8位機為主流，不斷增強控制能力，降低成本，減小體積，改善開發(fā)環(huán)境。以空前的速度迅速而廣泛地取代經(jīng)典電子系統(tǒng)。
單片機具有體積小、重量輕、功能強、功耗低、運行速度快，抗干擾能力強、性價比高、可靠性高等特點，結(jié)構靈活，數(shù)據(jù)基本上都在單片機內(nèi)部傳送，易于組成各種微機應用系統(tǒng)口它既可用于工業(yè)自動控制等場合，又可用于機電一體化產(chǎn)品、智能儀器、測且儀器、醫(yī)療儀器、家用電拐等領域，在過程控制、計算機網(wǎng)絡及通訊等方面得到廣泛應用。單片微型計算機經(jīng)歷了1位、4位、8位、16位及32位的發(fā)展階段，世界上一些著名的半導體器件廠家都開發(fā)了單片微型計算機，如Intel， Motorola。 Zilog（澤洛格公司）。 Fairchild仙童攝像機與儀器公司〕、Mostek〔莫斯?？斯尽车?，單片機的品種日益增加。在眾多的通用單片機里，以Intel公司的MCS-51系列單片機微型計算機最為著名。MCS-51單片機系列有：
普通型： 51子系列 8051/8751/8031；
增強型： 52子系列 8052/8752/8032；
低功耗型：80C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C32。
8031內(nèi)部沒有ROM。 但外接一片EPROM就相當于8051，它具有價格低、功能強、使用靈活、開發(fā)方便落特點，適合推廣應用。
低功耗型單片機采用CHMOS半導體工藝，型號中用宇母C標識。如8051功耗為630mW而80C51功耗僅為120mW，適于便攜式或野外作業(yè)儀器設備中使用。
特別值得一是的是MCS-51的布爾處理器。它實際上是一個完整的一位微計算機，這個一位機有自己的CPU，位寄存器，I/O口和指令集。把八位微機和一位微機結(jié)合在一起是微機技術上的一個突破。一位機在開關決策，邏輯電路仿真和實時控制方面非常有效；而八位機在運算處理、數(shù)據(jù)采集方面有明顯的長處。在MCS-51單片機中，八位機和一位機（布爾處理器）的硬件資源是復合在一起的，二者相輔相成，這是MCS-51在設計上的精美之處，也是一般微機所不具備的，而且具有特殊的多極通訊功能，可作為多機系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。
很多智能性應用場合，智能型產(chǎn)品都用到了單片微型計算機，單片微型計算機應用開發(fā)一直受到人們的重視，并且日益強勁。MCS-51單片機的應用設計一般包括兩大方面，即硬件接口設計和軟件設計。軟件設計中又分為與接口硬件有關的馭動程序的設計以及與接口硬件無關的數(shù)據(jù)運算和處理程序的設計。
步進電機驅(qū)動系統(tǒng)概述
步進電機的工作必須使用專用設備—步進電機驅(qū)動器。驅(qū)動器針對每一個步進脈沖，按一定的規(guī)律向電機各相繞組通電(勵磁)，以產(chǎn)生必要的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。步進電機、驅(qū)動器和控制器構成了不可分割的3大部分。步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的性能除與電機自身的性能有關外，在很大程度上取決于驅(qū)動器性能的優(yōu)劣。當電機和負載己經(jīng)確定之后，整個驅(qū)動系統(tǒng)的性能就完全取決于驅(qū)動控制方法。步進電機驅(qū)動方式的發(fā)展先后有單電壓驅(qū)動、高低壓驅(qū)動、斬波恒流驅(qū)動、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動和細分驅(qū)動等
(1)單電壓驅(qū)動:主要特點是結(jié)構簡單、成本低，通常在繞組回路中串接電阻，以改善電路的時間常數(shù)來提高電機的高頻特性。缺點是串接電阻將產(chǎn)生大量的熱，對驅(qū)動器的正常工作極其不利，尤其是在高頻工作時更加嚴重，因而它只適用于小功率或?qū)π阅苤笜艘蟛桓叩牟竭M電機驅(qū)動。
(2)高低壓驅(qū)動:電機每相繞組導通時，首先施加高電壓，使電流快速上升當電流上升到額定值時，將高電壓切斷，回路電流以低電壓電源維持。這種方式由于電流波形得到了很大改善，電機的矩頻特性較好，起動和運行頻率得到了較大提高。但由于電機旋轉(zhuǎn)反電勢、相間互感等因素的影響易使電流波形的頂部呈凹形，致使電機的輸出轉(zhuǎn)矩有所下降且需要雙電源供電。
(3)斬波恒流驅(qū)動:為了彌補高低壓驅(qū)動電路中電流波形的下凹，提高輸出轉(zhuǎn)矩，人們研制出斬波電路，采用斬波技術使繞組電流在額定值上下成鋸齒形波動，流過繞組的有效電流相應增加，故電機的輸出轉(zhuǎn)矩增大，而且不需外接電阻，整個系統(tǒng)的功耗下降，效率較高，因而斬波恒流驅(qū)動應用相當廣泛。
(4)調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動:特點是施加在電機繞組的電壓隨工作頻率的變化作相應的改變，步進電機在低頻時工作在低壓狀態(tài)，減少能量的注入，從而抑制振蕩;在高頻時工作在高壓狀態(tài)，使電機有足夠的驅(qū)動力矩。因而系統(tǒng)效率、運行特性等都有了明顯改善。
(5)細分驅(qū)動:它是將電機繞組中的電流細分，由常規(guī)的矩形波供電改為階梯波供電。這樣，繞組中的電流經(jīng)過若干個階梯上升到額定值，或以同樣的方式從額定值下降。雖然細分驅(qū)動電路的結(jié)構比較復雜，但在不改變電機內(nèi)部參數(shù)的情況下，使步距角減小到原來的幾分之一至幾十分之一，使步距角不再受電機結(jié)構和制造工藝的限制。由于繞組的電流變化幅度也大大減小，從而極大的改善步進電機運行的平穩(wěn)性，提高勻速性，減輕甚至消除振蕩。近幾年來，由于微處理機技術的發(fā)展，細分驅(qū)動技術在驅(qū)動器中獲得了廣泛應用。
二 畢業(yè)設計任務
本設計的題目來自于本人在東莞新科磁電技術研究開發(fā)有限公司實習時做的一個項目一錫球焊接新工序開發(fā)，項目中如何提高錫球焊接的位置精確度至關重要，其中的執(zhí)行機構就是三相混合式步進電機。本課題以設計一套基于單片機和步進電機細分控制技術的步進電機驅(qū)動器為主要目標，主要內(nèi)容有:
(l)采用正弦脈寬調(diào)制技術、電流跟蹤技術和細分技術實現(xiàn)對電機相電流的控制，以克服傳統(tǒng)驅(qū)動技術下步進電機低速振動、存在共振現(xiàn)象、噪音大、高速轉(zhuǎn)矩小等缺點。
(2)用開關電源為驅(qū)動器內(nèi)部電路供電，減小驅(qū)動器的體積和重量，提高電源效率。
(3)驅(qū)動器的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)采用美國國際整流器公司生產(chǎn)的功率MOS器件(或IGBT)柵極驅(qū)動集成電路IRZ130，它能輸出六路驅(qū)動信號，并且由于內(nèi)部設有自舉式懸浮電路，因此只用一路電源，使系統(tǒng)設計極為簡化。
(4)控制電路主要由AT89C51單片機、晶振電路、地址鎖存器、譯碼器、EEPROM存儲器及可編程鍵盤/顯示控制器Intel一8279等組成，單片機是控制系統(tǒng)的核心。采用了Intel公司研制的鍵盤、顯示器接口電路芯片8279，該芯片能自動完成對顯示的刷新，同時還可以對鍵盤自動掃描，識別閉合鍵的鍵號，使用非常方便。8279鍵盤、顯示器接口器件是實現(xiàn)人機對話的主要部件，該接口電路能大大節(jié)省CPU的開銷，提高了可靠性和CPU工作效
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