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基于步進電機的自動門系統設計

基于步進電機的自動門系統設計

發布日期:2018-12-22 作者:勤豐電機 點擊:

基于步進電機的自動門系統設計

摘 要: 本自動門控制系統采用MSP430單片機作為控制器福运彩票|官网登录,SI-7600作為脈沖分配器,將直流電信號轉變成脈沖信號,然后用分立元件搭建的功率放大電路將脈沖信號放大,驅動三相三線式的混合式步進電機(57HS350B),帶動自動門工作。用紅外感應器HZKT002檢測有無行人通過自動門,并配合行程開關控制自動門的開關動作。自動門具有手動和自動兩種工作狀態。開關門的速度可以根據需要手動調節。

0 引言

隨著社會的發展,越來越多的公共場所,如銀行福运彩票|官网登录、商場、賓館、酒店、機場等的入口處,采用自動門以方便行人的出入。目前市場上使用的自動門多采用PLC作為主控制器,價格較高福运彩票|官网登录。

本文采用單片機作為控制器實現的步進電機自動門控制系統,物美價廉,工作效率高,省電,開關門的速度可高低調節,扭力大,能連續工作福运彩票|官网登录,不發燙,保證自動門的長時間穩定工作福运彩票|官网登录,性能大大優于其他形式的自動門控制系統,具有廣闊的應用前景[1-2]。

自動門的重量一般在數公斤到數十公斤之間福运彩票|官网登录,要想帶動它們在導軌上靈活工作福运彩票|官网登录,需要一個較大功率的步進電機。本文選用三相三線式混合式步進電機(57HS350B),其工作電壓為24 V,電流為5.8 A,而MSP430單片機的最大灌電流為30 mA。因為單片機沒有辦法直接控制電機工作,需要驅動電路,因此驅動電路的性能決定了自動門的工作性能。采用分立元件搭建驅動電路,帶動自動門工作。用MSP430單片機作為主控制器福运彩票|官网登录福运彩票|官网登录,靜態工作電流小,適合長時間工作,搭建驅動電流,驅動步進電機工作,帶動自動門運動,這是目前自動門控制中較為領先的嘗試福运彩票|官网登录,是本文的創新點福运彩票|官网登录。

1 自動門工作原理

基于步進電機的自動門系統由9個部分組成福运彩票|官网登录,各個部分間的連接情況如圖1所示福运彩票|官网登录。

自動門電機

MSP430單片機是系統的控制器福运彩票|官网登录,也是整個系統的中心模塊福运彩票|官网登录,它接收手動開關門按鈕、速度調節按鈕、紅外感應器HZKT002[3]和行程開關傳遞過來的信號,經過分析處理后,將具體的動作命令轉換成相應的輸出信號福运彩票|官网登录,傳遞給脈沖分配器福运彩票|官网登录,轉換成能控制步進電機工作的脈沖信號,此脈沖信號再輸送給分立元件驅動電路,信號經放大后,驅動57HS350B步進電機做相應的作動,帶動平開式自動門在導軌上運動,自動門導軌的開門和關門極限位置上裝有行程開關,自動門運動到極限位置觸碰行程開關后,行程開關將相應的信號傳遞給MSP430單片機。

自動門分手動和自動兩種工作狀態:傳感器正常工作時為自動工作狀態;傳感器失靈時,可以用手動開關門按鈕控制自動門的開、關工作。

紅外感應器HZKT002是一個全自動式感應器福运彩票|官网登录,感應范圍為0.5 m~7 m,可以根據需要自己調節感應范圍。當人體進入感應范圍后,輸出高電平;當人體離開感應范圍后輸出低電平福运彩票|官网登录福运彩票|官网登录。其工作電流為微安級別,所以可以直接與單片機相連。

系統中,設置了速度調節按鈕,可以根據不同的需求,手動調節自動門的運動速度。

2 步進電機控制脈沖分配電路

步進電機是一種將電脈沖信號轉換成直線或角位移的執行元件,它不能直接接到交直流電源上,必須使用專用的器件,將直流電源信號轉換成電脈沖信號。典型步進電機控制系統如圖2所示??刂破骺梢园l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變化。它為環形分配器提供脈沖序列。環形分配器的主要功能是把來自控制環節的脈沖序列按一定的規律分配后,經過功率放大器的放大加到步進電機驅動電源的各相輸入端,以驅動步進電機的轉動福运彩票|官网登录。

環形分配器主要有兩大類:一類是用計算機軟件設計的方法實現環形分配器要求的功能,通常稱為軟環形分配器;另一類是用硬件構成的環形分配器,通常稱為硬環形分配器。功率放大器主要對環形分配器的較小輸出信號進行放大福运彩票|官网登录,以達到驅動步進電機的目的。本系統采用三相三線式的混合式步進電機(57HS350B),由于軟環形分配器不穩定福运彩票|官网登录福运彩票|官网登录、易受外部干擾,故本系統采用硬環形分配器[5]。

三相步進電機控制器是針對混合式三相步進電機的控制系統福运彩票|官网登录,主要由指令控制模塊,脈沖分配模塊和功率驅動模塊構成福运彩票|官网登录。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鐘信號分配成六路脈沖控制后級的功率驅動模塊產生三相步進電機的工作時序。不僅能通過改變該芯片的時鐘頻率來控制電機的轉速,還能通過簡單的邏輯信號控制電機的正反轉和保持。該芯片內置的死區生成器可以有效保證同組的兩個功率芯片不會瞬間短路。

對SI-7600進行操作時,需先弄清楚其時序,圖3為SI-7600的時序圖。

自動門電機

圖3所示的時序圖包括讓電機工作在單三拍(2-phase excation)模式和三相六拍(2-3phase excitation)模式。輸出信號OHA、OHB、OHC、OLA福运彩票|官网登录、OLB、OLC六路信號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個半橋組成[4],如圖4所示。

自動門電機

對第一段單三拍上升沿觸發和反轉工作模式下的輸出進行一下分析福运彩票|官网登录,其中輸出的繞阻u福运彩票|官网登录福运彩票|官网登录,v福运彩票|官网登录,w對應三相步進電機的三個繞阻。在該段時間的各個輸出如表1所示。

自動門電機

輸出的順序為u-w-v-u福运彩票|官网登录,正好是步進電機工作在三相單三拍的激勵方式。改變圖3中時鐘的頻率就可以調節步進電機的速度福运彩票|官网登录福运彩票|官网登录。當正反轉信號為高電平時,電機反轉;反之電機正轉。

4 結論

本文提出的基于步進電機的平開式自動門系統設計,價格低福运彩票|官网登录福运彩票|官网登录,性能好,能長時間穩定工作,已經做出實物模型,在試用過程中,反應良好,具有推廣價值。


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