风机调速控制系统设.docx

风机调速控制系统设.docx

《风机调速控制系统设.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风机调速控制系统设.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

风机调速控制系统设

毕业论文（设计）

论文题目：

风机调速控制系统设计

学生姓名：

高乐

学号：

1008020207

所在院系：

电气信息工程学院

专业名称：

自动化

届次：

2014届

指导教师：

苗磊

风机调速控制系统设计

学生：

高乐（指导老师：

苗磊）

（淮南师范学院电气信息工程院）

摘要:

目前风机调速控制的方式方法有许多种，根据调速方式的优点还有缺点,本文设计了一个风机调速控制系统方案。

本文选择NUC140单片机完成硬件设计，主要是交流电机驱动的设计，绘制相应电路图，完成该系统的软件设计，程序编写，具有风速的显示及设定功能。

所用单片机主要用于处理数据，并执行程序，控制为交流电机驱动。

当打开电源后，通过触摸屏上的按键来控制风机的启动、停止、加速和减速。

关键词:

UNC140嵌入式单片机；交流电机驱动；风机

FanSpeedControlSystemDesign

Student:

GaoLe（FacultyAdviser：

MIAOLei）

（CollegeofElectricalandInformationEngineering,HuainanNormalUniversity）

Abstract：

Atpresenttherearemanywaystofanspeedcontrolmethods,accordingtotheadvantagesanddisadvantagesofspeedcontrolmode,thispaperdesignedafanspeedregulationcontrolsystemsolutions.ChooseNUC140microcontrollertocompletethehardwaredesign,thispaperismainlythedesignoftheacmotordrive,drawthecorrespondingcircuitdiagram,completedthedesignofthesystemsoftware,programming,withfunctionsofwindspeeddisplayandsetting.Usedbysinglechipmicrocomputerismainlyusedforprocessingdataandexecuteaprogram,controlofacmotordrive.Whenturnedonthepower,throughthetouchscreenbuttonstocontrolthefanstart,stop,accelerationanddeceleration.

Keywords：

UNC140embeddedmicrocontroller.;Acmotordrive;fan

前言

在我国风机的应用非常广泛，它的主要作用是通风，降温，引风设备的冷却，排尘等等许多作用，风机常见于工厂里，矿井中，隧道中，还有大棚以及车辆船只，不止这些，一些设备仪器中也是安装着风机，可以说作用大范围广。

对于风机的工作原理在我们的逐步的了解和学习中知道，它其实和透平压缩机的工作原理非常的接近，并且由于不用考虑气体的比容的改变状况，所以可以把气认为是不能进行压缩的流体来进行处理。

在风机的实际使用过程中，最传统的的调节方式就是对风门或者阀门进行开关的调节方式，但是这样的方式方法具有很大的缺点，比如说最造成很大的电流损耗，而且对这样的调节方式对系统自身来说是非长阶段性的，可以说缺点非常大，不但它的调节的速度会非常的慢，而且呢，它在进行调节时对于降低能耗方面的能力是非常有限的，可以说它在工作的时候对于系统对于生产相对来说负面的效应很严重。

本课题主要的任务是设计一个风机调速控制系统方案，实现闭环控制,具有风速实时检测、显示及风速的设定功能等功能。

系统主要四个部分组成：

液晶屏显示模块、交流电机驱动模块、供电模块还有风机组成。

主要实现风速实时检测、显示及风速的设定功能等功能。

1调速风机的简介

1.1调速风机的分类

风机就是一种将气体进行压缩和传送的机械，本文所说的调速风机实际上就是一种能够改变风扇旋转速度和速率的风机，调速风机基本上可以分为两类：

第一类是电动机的变速带动着风机和它一起变速，另一类就是电动机的旋转速度不发生变化，但是在风叶这部分和电机二者之间安装一个能够变速的耦合器。

上面说的电机的调节速度的方式方法又可以分为；两种，一种是交流调速的方法，另一个是直流调速的方法。

通过我们逐步的学习，我们了解到，在上述的交流调速的方法中，经常会使用四种调速方式：

串级调速的方式、调压调速的方式、变频调速的方式以及变极调速的方式。

1.2调速风机的现状

风机已有悠久的历史。

从两千多年前中国的那种古老的风车来对农田进行灌溉，对谷物进行加工。

到了现代，调速风机应用于生产和生活的各种方面，金属的冶金，电力的生产，各种工厂和公司矿井等等地方的通风和换气还有降温排尘的作用，而且风机的发展前景仍然非常的巨大。

但是由于风机的生产制造之间的竞争压力不断加剧，致使我们国内一些非常优秀的风机的生产厂家对于风机市场的研究的重视正在逐步的看重起来，所以，我们可以直观的感受到，愈来愈多的优秀的风机在国内涌现出来。

在风机使用的主要领域来看，通风换气风机的需求量是最为巨大的，因为它的使用范围最为广泛，所以说需求量非常的巨大，而且生产制造商也非常的多，竞争压力非常的大，可是说，通风换气风机的提供量大于需求量。

因此优秀的风机生产具有重要的意义。

根据我国风机的使用情况来看，大部分的机械设备还有电气设备都有配置相应的风机。

我国的风机在使用过程中都存在能量浪费的情况的现象，再加上由于生产方式、工艺手段等方面的不断变化，要对气体的压力值、温度值还有流量值进行频繁的调节，而且非常多的公司单位仍然在使用那些非常的落后的用挡风板进行调节的风机，或者就是用开始阀门的方法来调节，这种人工的增加阻力的调节方式可以说是非常浪费电能还有金钱，对于现代的工业农业等各个行业的生产制造的需求以及要求来书是不能满足的了，这些方式的调节方式它的效果地下，效应比较差。

1.3风机调速控制系统的研究目的

现阶段我国风机广泛应用于工业的生产，农业的生产以及各个行业，应用非常广泛，可以说我国对风机的需求量非常大，但是我国现在风机的使用存在缺点，最明显的就是在使用过程中能量浪费非常大，改进方式又极其浪费金钱，可以说现在的风机很难满足现在的生产需要，所以需要一款节能简便易于调控的风机控制系统来满足生产生活的需要。

本课题主要的任务是设计一个风机调速控制系统方案，实现闭环控制,具有风速实时检测、显示及风速的设定功能等功能。

本设计的系统主要由四个模块组成：

液晶屏显示模块、交流电机驱动模块、供电模块还有风机组成，实现功能如下:

（1）用单片机控制交流电机驱动板上DA值来改变风机功率；

（2）在液晶板上显示当前速度；（3）触摸屏按钮：

触摸屏上有启动、加速、减速;（4）通过控制触屏按钮来控制风机的启动、停止、加速还有减速。

2风机调速控制系统整体设计方案

2.1风机调速控制系统的设计方案

本方案对风机调速控制系统设计所用的核心单片机为UNC140嵌入式单片机，其最主要用于处理数据，并执行程序，触摸频显示界面的制作是在应用UCGUI的前提下，通过供电系统提供电源，按触摸频上的启动、停止、加速和减速按钮，由单片机进行数据的处理，同时交流电机驱动接收了单片机传递的数据，对DA值进行比较，产生移相电压，移相电压再经过放大器的放大，经过处理，再产生不同的脉冲，来触发各种晶闸管，改变风机的转动速率，这就是本设计方案所要达到的设计要求。

2.2风机调速控制系统的硬件设计总框图

如图1所示，此系统由以下几个部分组成，分别是NUC140单片机最小系统、供电模块、触摸屏模块、交流电机驱动模块还有风机组成。

供电模块是给整个NUC140最小系统提供一个稳定的电源，NUC140单片机最小系统是进行数据的处理，以及执行自身的程序，触摸屏屏主要是现实当前的风速，以及通过触摸上面的启动、停止、加速和减速按钮改变风速，驱动模块是由单片机控制的DA值经过交流电机驱动的处理从而改变风机的功率，从而改变风机的转速。

通过这些模块达到本设计方案的设计要求。

图1风机调速控制系统的硬件设计图

2.3风机调速控制系统的模块

2.3.1供电模块

供电模块是插头、开关、稳压芯片（LM1086）、二极管组成，其主要功能是为单片机提供3.3V的稳定电压。

LM1086-3.3芯片是一种的线性稳压器集成电路，它的输出是3.3V电压。

它的工作条件是在其内部所有的电路的输入到输出的都是1V的电压差值的情况下。

此系统是由供电开关控制系统安全供电，稳压器件将高电压转变为所需3.3V低电压，经LM1086-3.3S，DC-CD数模转换传输电压。

如图1所示，这是供电系统的原理图，由三个主要部分组成。

图2供电模块的系统原理图

2.3.2触摸屏模块

触摸屏其实是一种触摸电压反馈模块。

当用户触摸到该屏幕提前设定（程序）的按钮上，会驱动相应的功能，可以代替按键。

在生活中最常见的就IPHONE.本系统触摸屏模块在UCGUI平台下实现两大功能：

（1）显示风机的风速;

（2）人机交互界面。

本设计所用的触摸屏模块具有以下的特点：

2.4寸320*240,262色，并且触摸屏屏带PCB板，PCB板带2.4的液晶屏，还有40脚插针。

如图3所示，这是触摸屏模块的借口部分的原理图。

图3液晶显示模块的接口原理图

2.3.3交流电机驱动模块

交流电机驱动模块由许多的器件和芯片组成，如图4所示便是整个交流电机驱动模块的电路图。

图4交流电机驱动的电路图

如图所示便是全部的电路图，接下来将会具体的介绍各个部分电路的功能以及芯片的作用。

（1）首先介绍TLC5615芯片，TLC5615芯片它是一种数模转换器，芯片本身带有上电位复位的功能，它的输出是电压型。

如图5便是TLC5615器件的电路连接图还有TLC芯片的各个引脚图的介绍，介绍它的功能。

图5TLC5615电路图和引脚图

TLC5615各个引脚的功能如下。

SCLK：

串行时钟输入端；

/CS：

这个是芯片的选用通端，只对低电平有作用；

DOUT：

这个是串行数据输出端；

AGND：

模拟地；

REFIN：

基准电压输入端

OUT：

DAC模拟电压输出端；

VDD：

这是它的正电源端，正常情况下取5V。

当单片机传输数据到TLC5615时，TLC5615对其进行数模转换，输出为电压型，它是根据原本给定的DA值进行比较，然后经过转换后的输出电压再和一个电压进行比较，形成一个电压差值，在经过放大电路进行放大。

（2）第二个部分介绍的是TCA985电路和芯片的功能介绍，TLC5615是晶闸管单片移相触发集成电路，与其它芯片进行比较，TCA785芯片具有许多的优点，比如说它能更可靠的识别过零点，它的输出脉冲更加的整齐它能在温度范围更大的情况下工作，这些都是它的优点，而且最主要的就是我们可以自己手动的调节它的输出脉冲的宽度，所以说它的应用范围还有使用范围都比其他的芯片要更为广泛。

如图6是TCA985芯片的电路图和芯片引脚图及各引脚功能。

图6TCA785电路和芯片引脚图

各个引脚的名称还有功能如下。

VS：

这个是电源端；

Q1-和Q2-：

输出脉冲1和2的非端；

Q1和Q2：

输出脉冲1和2端；

L：

这个是脉宽控制的非输出端；

C12：

脉宽控制端；

V11：

移相控制直流