摘 要: 本自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用MSP430單片機(jī)作為控制器,,SI-7600作為脈沖分配器,將直流電信號(hào)轉(zhuǎn)變成脈沖信號(hào),,然后用分立元件搭建的功率放大電路將脈沖信號(hào)放大,,驅(qū)動(dòng)三相三線式的混合式步進(jìn)電機(jī)(57HS350B),帶動(dòng)自動(dòng)門工作,。用紅外感應(yīng)器HZKT002檢測有無行人通過自動(dòng)門,,并配合行程開關(guān)控制自動(dòng)門的開關(guān)動(dòng)作。自動(dòng)門具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作狀態(tài),。開關(guān)門的速度可以根據(jù)需要手動(dòng)調(diào)節(jié),。
關(guān)鍵詞: MSP430;SI-7600,;功率放大電路,;HZKT002;行程開關(guān)
0 引言
隨著社會(huì)的發(fā)展,,越來越多的公共場所,,如銀行,、商場、賓館,、酒店,、機(jī)場等的入口處,采用自動(dòng)門以方便行人的出入,。目前市場上使用的自動(dòng)門多采用PLC作為主控制器,,價(jià)格較高。
本文采用單片機(jī)作為控制器實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)門控制系統(tǒng),,物美價(jià)廉,,工作效率高,省電,,開關(guān)門的速度可高低調(diào)節(jié),,扭力大,能連續(xù)工作,,不發(fā)燙,,保證自動(dòng)門的長時(shí)間穩(wěn)定工作,性能大大優(yōu)于其他形式的自動(dòng)門控制系統(tǒng),,具有廣闊的應(yīng)用前景[1-2],。
自動(dòng)門的重量一般在數(shù)公斤到數(shù)十公斤之間,要想帶動(dòng)它們在導(dǎo)軌上靈活工作,,需要一個(gè)較大功率的步進(jìn)電機(jī)。本文選用三相三線式混合式步進(jìn)電機(jī)(57HS350B),,其工作電壓為24 V,,電流為5.8 A,而MSP430單片機(jī)的最大灌電流為30 mA,。因?yàn)閱纹瑱C(jī)沒有辦法直接控制電機(jī)工作,,需要驅(qū)動(dòng)電路,因此驅(qū)動(dòng)電路的性能決定了自動(dòng)門的工作性能,。采用分立元件搭建驅(qū)動(dòng)電路,,帶動(dòng)自動(dòng)門工作。用MSP430單片機(jī)作為主控制器,,靜態(tài)工作電流小,,適合長時(shí)間工作,搭建驅(qū)動(dòng)電流,,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作,,帶動(dòng)自動(dòng)門運(yùn)動(dòng),這是目前自動(dòng)門控制中較為領(lǐng)先的嘗試,,是本文的創(chuàng)新點(diǎn),。
1 自動(dòng)門工作原理
基于步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)門系統(tǒng)由9個(gè)部分組成,,各個(gè)部分間的連接情況如圖1所示。
MSP430單片機(jī)是系統(tǒng)的控制器,,也是整個(gè)系統(tǒng)的中心模塊,,它接收手動(dòng)開關(guān)門按鈕、速度調(diào)節(jié)按鈕,、紅外感應(yīng)器HZKT002[3]和行程開關(guān)傳遞過來的信號(hào),,經(jīng)過分析處理后,將具體的動(dòng)作命令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出信號(hào),,傳遞給脈沖分配器,,轉(zhuǎn)換成能控制步進(jìn)電機(jī)工作的脈沖信號(hào),此脈沖信號(hào)再輸送給分立元件驅(qū)動(dòng)電路,,信號(hào)經(jīng)放大后,,驅(qū)動(dòng)57HS350B步進(jìn)電機(jī)做相應(yīng)的作動(dòng),帶動(dòng)平開式自動(dòng)門在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),,自動(dòng)門導(dǎo)軌的開門和關(guān)門極限位置上裝有行程開關(guān),,自動(dòng)門運(yùn)動(dòng)到極限位置觸碰行程開關(guān)后,行程開關(guān)將相應(yīng)的信號(hào)傳遞給MSP430單片機(jī),。
自動(dòng)門分手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作狀態(tài):傳感器正常工作時(shí)為自動(dòng)工作狀態(tài),;傳感器失靈時(shí),可以用手動(dòng)開關(guān)門按鈕控制自動(dòng)門的開,、關(guān)工作,。
紅外感應(yīng)器HZKT002是一個(gè)全自動(dòng)式感應(yīng)器,感應(yīng)范圍為0.5 m~7 m,,可以根據(jù)需要自己調(diào)節(jié)感應(yīng)范圍,。當(dāng)人體進(jìn)入感應(yīng)范圍后,輸出高電平,;當(dāng)人體離開感應(yīng)范圍后輸出低電平,。其工作電流為微安級(jí)別,所以可以直接與單片機(jī)相連,。
系統(tǒng)中,,設(shè)置了速度調(diào)節(jié)按鈕,可以根據(jù)不同的需求,,手動(dòng)調(diào)節(jié)自動(dòng)門的運(yùn)動(dòng)速度,。
2 步進(jìn)電機(jī)控制脈沖分配電路
步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件,它不能直接接到交直流電源上,,必須使用專用的器件,,將直流電源信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。典型步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖2所示??刂破骺梢园l(fā)出頻率從幾赫茲到幾十千赫茲不等的脈沖,,且脈沖頻率可以連續(xù)變化。它為環(huán)形分配器提供脈沖序列,。環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后,,經(jīng)過功率放大器的放大加到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各相輸入端,以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),。
環(huán)形分配器主要有兩大類:一類是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器要求的功能,,通常稱為軟環(huán)形分配器;另一類是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器,,通常稱為硬環(huán)形分配器,。功率放大器主要對環(huán)形分配器的較小輸出信號(hào)進(jìn)行放大,以達(dá)到驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的目的,。本系統(tǒng)采用三相三線式的混合式步進(jìn)電機(jī)(57HS350B),,由于軟環(huán)形分配器不穩(wěn)定、易受外部干擾,,故本系統(tǒng)采用硬環(huán)形分配器[5],。
三相步進(jìn)電機(jī)控制器是針對混合式三相步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng),主要由指令控制模塊,,脈沖分配模塊和功率驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成,。脈沖分配模塊采用日本三肯公司的集成芯片SI-7600,該芯片能將輸入的時(shí)鐘信號(hào)分配成六路脈沖控制后級(jí)的功率驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生三相步進(jìn)電機(jī)的工作時(shí)序,。不僅能通過改變該芯片的時(shí)鐘頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,,還能通過簡單的邏輯信號(hào)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和保持。該芯片內(nèi)置的死區(qū)生成器可以有效保證同組的兩個(gè)功率芯片不會(huì)瞬間短路,。
對SI-7600進(jìn)行操作時(shí),,需先弄清楚其時(shí)序,圖3為SI-7600的時(shí)序圖,。
圖3所示的時(shí)序圖包括讓電機(jī)工作在單三拍(2-phase excation)模式和三相六拍(2-3phase excitation)模式。輸出信號(hào)OHA,、OHB,、OHC、OLA,、OLB,、OLC六路信號(hào)輸送到分立元件功率放大電路。
3分立元件功率放大電路
分立元件功率放大電路由NMOS,、PMOS搭建的3個(gè)半橋組成[4],,如圖4所示。
對第一段單三拍上升沿觸發(fā)和反轉(zhuǎn)工作模式下的輸出進(jìn)行一下分析,,其中輸出的繞阻u,,v,,w對應(yīng)三相步進(jìn)電機(jī)的三個(gè)繞阻。在該段時(shí)間的各個(gè)輸出如表1所示,。
輸出的順序?yàn)閡-w-v-u,,正好是步進(jìn)電機(jī)工作在三相單三拍的激勵(lì)方式。改變圖3中時(shí)鐘的頻率就可以調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的速度,。當(dāng)正反轉(zhuǎn)信號(hào)為高電平時(shí),,電機(jī)反轉(zhuǎn);反之電機(jī)正轉(zhuǎn),。
4 結(jié)論
本文提出的基于步進(jìn)電機(jī)的平開式自動(dòng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì),,價(jià)格低,性能好,,能長時(shí)間穩(wěn)定工作,,已經(jīng)做出實(shí)物模型,在試用過程中,,反應(yīng)良好,,具有推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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