基于MSP430F149单片机实现电梯门机控制系统的设计

作者：贺为婷

电梯是现代人们生活中不可或缺的工具。目前的电梯门机控制系统均有其固有的缺陷，这些缺陷使电梯不能正常运行、维护工作量大甚至造成人身伤害。因此，研制一种高性能、高可靠性且维护方便、成本适中的电梯门机控制系统具有重要的现实意义。

1 系统的硬件设计

系统的硬件构成如图1所示，输入及显示电路完成人机交互功能，对电梯门机的执行过程进行设定；计算控制电路根据设定参数和外部输入的信号，依照一定的控制规律，完成计算及控制逻辑输出；而驱动和保护电路接受计算控制电路的控制逻辑，根据此逻辑控制执行机构的动作，同时监控自身及执行机构的状态，在发生故障时保护电路动作，以保护元器件安全。下面简要介绍计算控制电路和执行机构。

1．1 计算控制电路

计算控制电路由MSP430F149作为控制电路的处理单元，外加各种信号调整电路和参数掉电保持电路组成。主要包括：参数掉电保持电路；电机转速反馈和运行方向辨别电路；电流采集反馈电路；位置反馈及开关译码电路；电平转换电路。

电机转速反馈和运行方向辨别电路 该电路采用光电码盘来测量电机速度，采用光栅辨向法辨别电机运行方向。实现的方法是将2个光电传感器相差90°。相位安装，使他们产生相差90°。相位的A，B相脉冲波，经整形后送到辨向电路中。

位置反馈及开关译码电路 电路如图2所示。A，B，C三相位置是由3个互差120°电角度的光电传感器送出的方波信号，经过LM324整形后，送人MSP430F149进行最优电流导通角处理，处理后输出的3个互差120°电角度的方波信号送到GAL16V8进行开关译码。GAL16V8同时将译出的控制导通信号与PWM调制信号、故障排锁信号、电机正反转信号一起译码，实现电机转速、方向控制和故障保护功能。

1．2 执行机构

电梯门机开关执行机构由稀土永磁无刷直流电动机组成。电机是双余度绕组钐钴永磁方波电机（300V，200W，600r／min），采用集中整距绕组，气隙磁场分布为方波。转子位置传感器为光电位置传感器，实时检测电机转子相对定子绕组的位置，输出3个宽180°电角、相位差120°电角的矩形波。根据其三路信号组合的不同，确定当前转子位置及应导通的电枢绕组。

2 系统的软件设计

系统的主要软件有：系统初始化程序，人机交互程序，数据存取程序，系统监测程序，电机控制和驱动程序等。

2．1 系统初始化

系统初始化包括MSP430F149单片机和外围器件的初始化、系统全局变量的定义和赋初值。初始化完成后，程序进入主循环体，根据预设的参数或者根据操作者的输入进行电机控制和调节。初始化流程如图3所示。设置定时器时，定时器A用于程序循环中的定时查询、A／D的定时采样、速度的定时获取。定时器B用于产生PWM波，以及设定的4个加减速时间。在默认情况下，LED显示的是电机的转速信息，只有在操作者干预时，才显示电流、加减速时间等信息。初始程序的最后将定时器A、定时器B、各个I／O口及看门狗的中断打开，之后在死循环中对单片机B送往单片机A（MSP430F149）的速度信号进行反复查询。

2．2 系统监测程序

程序随时监测的信号有：外部的位置开关信号、IPM给出的报警号、复位请求信号、电梯门遇堵信号、开门信号及关门信号。这些信号均由外部中断口输入。位置开关信号告诉系统电梯门的极限位置；IPM的报警信号在IPM探索到过流、过热时自动发出；电梯门遇堵信号是在程序在进行关门操作时遇到外力作用后发出的；开门及关门信号直接决定电机的运行方向，开门动作还受控于电梯门遇堵信号。

2．3 电机的控制和驱动

电机控制和驱动程序主要完成电机运行速度曲线的处理、最优电流开通角的即时计算。程序在调速时，将所得电机实际转速与默认数据进行比较，然后对实际转速进行调节。为了减弱转矩脉动，需要对转子位置信号进行一定角度的偏移处理，系统中，经过对电机电流信号的计算，使用了3°角的最优电流开通角。电机的转子位置信号引起MSP430F149的中断，在中断处理程序中，MSP430F149先根据送人的电机实际转速信号计算出3°角所需时间，然后按照电机运行方向信号，对位置信号进行超前或者滞后处理。退出中断后，Timer-B依照计算结果，输出新的三相位置信号给GALl6V8译码器，由GALl6V8输出开关信号，控制逆变器的工作状态，从而控制电机的运行速度。程序流程图如图4所示。

3 结 语

通过设计和调试，系统实现了基本的性能指标。在系统设计过程中，由于注重了通用化、模块化设计，使得所用的软件硬件均可以稍加扩展，用于大多数无刷直流电机的控制系统中，成为通用型的变频器。