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基于VC++串行通信的無刷直流電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

時(shí)間:2023-03-29 13:49:22 自動(dòng)化畢業(yè)論文 我要投稿
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基于VC++串行通信的無刷直流電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

  摘要:本文重點(diǎn)介紹了基于PC機(jī)和MSP430單片機(jī)串行通信的具體實(shí)現(xiàn)過程。硬件部分解決了通信電平不一致的問題,軟件部分給出了PC機(jī)和單片機(jī)的通信程序,解決了通信過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷絾栴}。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方案操作性強(qiáng),能成功運(yùn)用于電機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)。

  關(guān)鍵詞:無刷直流電機(jī) VC++ MSP430 串行通信

  1、引言

  [1]無刷直流電機(jī)調(diào)速性能好,利用單片機(jī)MSP430專門的PWM功能、豐富的I/O口、快速運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)的邏輯控制,由于作為下位機(jī)的人機(jī)交互性不強(qiáng),難以對(duì)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的關(guān)鍵信息有效處理,本文通過編寫VC++上位機(jī)程序,采用PC機(jī)和單片機(jī)串行通信的主從式結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的監(jiān)控。

  2、電機(jī)原理及系統(tǒng)硬件組成

  2.1 無刷直流電機(jī)運(yùn)行原理

  無刷直流電機(jī)的電力電子開關(guān)代替有刷電機(jī)的換向片,減少了機(jī)械磨損及因換向產(chǎn)生的一些危險(xiǎn),系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)本體、位置檢測(cè)器、逆變器和控制器組成[2]。

  電機(jī)本體同軸上的位置傳感器,根據(jù)轉(zhuǎn)子的不同位置,發(fā)出邏輯信號(hào),根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的邏輯表,控制輸出回路發(fā)出的信號(hào),經(jīng)MOSFET驅(qū)動(dòng)放大,控制電機(jī)電樞電流的導(dǎo)通,以實(shí)現(xiàn)“換向”。

  2.2 下位機(jī)控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

  下位機(jī)以MSP430系列的F2274單片機(jī)為控制核心,通過檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子信號(hào),單片機(jī)I/O口發(fā)出相應(yīng)邏輯信號(hào),與控制轉(zhuǎn)速的PWM信號(hào)相“與”,經(jīng)信號(hào)隔離,到電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片IR2130中,繼而導(dǎo)通橋式電路,實(shí)現(xiàn)MOSFET的導(dǎo)通。

  同時(shí), MSP430單片機(jī)的捕獲比較模塊,捕獲三相傳感器信號(hào)輸入的時(shí)間,本文試驗(yàn)采用的無刷直流電機(jī)為一個(gè)機(jī)械周期(20個(gè)電周期),通過計(jì)算得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為[3]:

  ;

  表示檢測(cè)到第一次位置信號(hào)時(shí)的時(shí)鐘數(shù),表示檢測(cè)到第二次位置信號(hào)時(shí)的時(shí)鐘數(shù),為定時(shí)器的時(shí)鐘主頻,*3則表示轉(zhuǎn)過一個(gè)電周期所用的時(shí)間。通過串行通信,可將轉(zhuǎn)速、電壓、電流這些參數(shù)傳至上位機(jī)。

  2.3 串行通信的硬件實(shí)現(xiàn)

  本文采用異步通信模式[4],設(shè)定好波特率及數(shù)據(jù)位和停止位的個(gè)數(shù);將PC機(jī)的RXD腳與下位機(jī)的TXD相連,并共地;利用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換,即通過串口線連到PC機(jī)上,加上5個(gè)1的電容把RS232電平轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)TTL電平,再用兩個(gè)電阻分壓,以達(dá)到MSP430單片機(jī)的電壓標(biāo)準(zhǔn)。

  3、串行通信軟件設(shè)計(jì)

  3.1 上位機(jī)串行通信設(shè)計(jì)

  [5]本文上位機(jī)通信模塊采用MFC的編程方式,界面如圖1所示。加入MSComm控件,自動(dòng)生成CMSComm的類,訪問其內(nèi)部函數(shù),可對(duì)PC機(jī)串行通信進(jìn)行控制。

  在上位機(jī)進(jìn)行通信之前,在MSComm中,設(shè)置通信參數(shù),程序在界面上采用可視化的串口設(shè)置方式,提高了軟件的通用性和移植性。[論文網(wǎng)]

  setting=m_botelv+",";

  if (m_testbit == "None")

  parity = "n";

  else if (m_testbit == "Odd")

  parity = "o";

  else if (m_testbit == "Even")

  parity = "e";

  else if (m_testbit == "Mark")

  parity = "m";

  else if (m_testbit == "Space")

  parity = "s";

  setting += parity + ",";

  setting += m_sbitbit + ",";

  setting += m_stopbit;

  if (m_comkou == "COM1")

  m_com.SetCommPort(1);

  else if (m_comkou == "COM2")

  m_com.SetCommPort(2);

  m_com.SetSettings(setting);

  m_com.SetInputMode(1); //1:表示以二進(jìn)制方式檢取數(shù)據(jù)

  m_com.SetRThreshold(1); //為1表示有一個(gè)字符引發(fā)一個(gè)事件

  m_com.SetSThreshold(1); //參數(shù)1表示每當(dāng)串口接收緩沖區(qū)中有

  //多于或等于1個(gè)字符時(shí)將引發(fā)一個(gè)接收數(shù)據(jù)的OnComm事件

  m_com.SetInputLen(0); //設(shè)置當(dāng)前接收區(qū)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0

  在查詢到CommEvent的值等于2時(shí),表明接收緩存里有了數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是VARIANT型的,首先轉(zhuǎn)化為ColeSafeArray形式,然后再將數(shù)組元素分離轉(zhuǎn)化為BYTE型數(shù)組,最后再將BYTE里的字符轉(zhuǎn)化為數(shù)字。當(dāng)上位機(jī)按下按鈕發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),也應(yīng)通過函數(shù)COleVariant()進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換,以VARINT的形式傳送出去。

  當(dāng)下位機(jī)將電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)上傳后,本軟件加入了圖形顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。在繪圖子對(duì)話框中,首先通過GetParent函數(shù)調(diào)用父對(duì)話框指針,將父對(duì)話框中的數(shù)值傳進(jìn)子對(duì)話框,然后通過定時(shí)器,以一定頻率繪制網(wǎng)格線并將傳進(jìn)來的數(shù)據(jù)點(diǎn)在圖上顯示。再次更新時(shí),則重新繪制新曲線,覆蓋原有圖形,并將新點(diǎn)和舊點(diǎn)以直線相連,從而實(shí)現(xiàn)圖2所示的速度曲線。

  在數(shù)據(jù)傳到子對(duì)話框時(shí),基于VC++的操作,本文采取二進(jìn)制格式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。首先定義一個(gè)fstream的類對(duì)象,該類支持從本流類所對(duì)應(yīng)的磁盤文件中讀入和寫入數(shù)據(jù)的雙向操作。當(dāng)主對(duì)話框設(shè)置為“采集數(shù)據(jù)”時(shí),對(duì)定義的二進(jìn)制文件進(jìn)行“寫”操作;當(dāng)設(shè)置“顯示數(shù)據(jù)”時(shí),則不斷調(diào)用二進(jìn)制文件里的數(shù)據(jù),并傳遞給圖像控件,顯示存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。關(guān)鍵代碼如下:

  fstream iobin("ob.bin",ios::binary|ios::out |ios::in);//定義類對(duì)象,ob為目標(biāo)數(shù)據(jù)文件

  …

  if(((CQuxian1Dlg*)GetParent())->showmode==0)//0表示采集1表示顯示已有數(shù)據(jù)

  {

  data=((CQuxian1Dlg*)GetParent())->data;//取得父對(duì)話框的速度數(shù)據(jù)

  iobin.write((char*)(&data),sizeof(data));//寫人二進(jìn)制文件

  }

  else

  iobin.read((char*)(&data),sizeof(data));//顯示已有數(shù)據(jù)

  …

  iobin.close();//關(guān)閉二進(jìn)制文件

  3.2 下位機(jī)串行通信設(shè)計(jì)

  在下位機(jī)控制系統(tǒng)中,采用MSP430系列單片機(jī),其內(nèi)置的USCI模塊通過UCAXRXD和UCAXTXD兩個(gè)外部引腳連到單片機(jī)外部,實(shí)現(xiàn)串行通信[5]。

  首先設(shè)定好系統(tǒng)時(shí)鐘,并進(jìn)行UCAXRXD和UCAXTXD的引腳設(shè)置。然后通過UCA0CTL1選擇串行通信模塊的時(shí)鐘源,并通過UCA0BR0、UCA0BR1分頻,從而得到需要的波特率。串行模塊中的控制字UCMSB控制發(fā)送和接受移位寄存器從高位還是低位開始接受,應(yīng)設(shè)置為低位,否則會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。參數(shù)設(shè)置如下:

  UCA0CTL1 |= UCSSEL_2; // SMCLK

  UCA0BR0 = 104; // 1MHz 9600

  UCA0BR1 = 0; // 1MHz 9600

  UCA0MCTL = UCBRS0; // Modulation UCBRSx = 1

  UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;

  數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收是通過中斷函數(shù)進(jìn)行的。首先開接收中斷,對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷,并根據(jù)相應(yīng)指令對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)/停止和速度進(jìn)行控制,當(dāng)接收到啟動(dòng)命令后,再開發(fā)送中斷,將每次計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)傳到發(fā)送緩存中進(jìn)行上傳,程序流程如圖3所示。

  3.3 通信數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)化

  單片機(jī)的接收和發(fā)送緩存是8位,本系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是float型,在傳輸前需進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。首先,限定傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為0.0001~9999,取4位有效數(shù)字;然后將數(shù)據(jù)擴(kuò)大10的“倍數(shù)”,轉(zhuǎn)化為整數(shù);再將整數(shù)分為高二位和低二位,分別賦到數(shù)組的前兩位元素中,第三位元素賦以“倍數(shù)”;第四位元素賦以標(biāo)識(shí)位,使每個(gè)目標(biāo)數(shù)有唯一的標(biāo)識(shí)符,方便傳輸。

  4、結(jié)語

  本文以MSP430單片機(jī)為核心,通過編制上位機(jī)可視化程序,采取主從式控制結(jié)構(gòu),使得無刷直流電機(jī)的控制和可觀性得到了明顯的改善,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方案能成功用于電機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)。

  參考文獻(xiàn)

  [1]孫建忠,白鳳仙.特種電機(jī)及其控制[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2010.87-105.

  [2]李先詳,斯燕躍.無刷直流電機(jī)的單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研制[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化,2002(3):3-5.

  [3]王宏華.新型交流電動(dòng)機(jī)及控制技術(shù)系列講座(3)永磁無刷電動(dòng)機(jī)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2004(3):105-109.

  [4]徐洋.基于MSP430單片機(jī)的無刷直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].電氣技術(shù)與自動(dòng)化,2010(4):168-171.

  [5]張?bào)蓿瑒?Visual C+ +實(shí)踐與提高—串口通信與工程應(yīng)用篇[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2006:179-182.

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