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基于MSP430F149单片机实现电梯门机控制系统的设计

关键词:MSP430F149单片机 电梯门机控制系统

时间:2022-01-04 10:55:15      来源:现代电子技术

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。

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。

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