当前位置: 首页 > >

基于ARM7TDMI—S的交流电动机远程控制系统设计_图文

发布时间:

维普资讯 http://www.cqvip.com
·

电气技术与自动化 ·  

罗三强, · 于 A M7 D — 等 基 R T MI S的交流电动机远程控制 系统设计 

基于 A M7 D —S的交流 电动机  R T MI 远程控制系统设计 
罗三强, 郁建平 
( 东南大学 机械工程 系 , 江苏 南京 209 ) 106 

摘  要 : 介绍 了一种 以新型微控制器 L C 2 0和 以太 网控制器 R L 0 9 S为核心而设计 的 P 21 T 8 1A  


个对 三相感应 电动机实行远程控制 的控制 系统; 详细说 明了系统设计 的思想和方法。实验 

表 明, 系统设计 简单 , 可靠。   关键词 : R T MI S 嵌入式系统, O —I , A M7 D — , UC,S I 远程控制  

中图分类号: 4T 5 文献标识码 : 文章编号 : 7— 7 1 0 ) — 8.   " ;M 7 I M3 B 1 1 262 50 0 1 4 6 5 0 20 0
Dein o   sg   fAC  o o   mo eCo to  y tm  s   n ARM 7 DM I   M t rRe t  n r I se Ba eo   S T —S

L UO  nqa g YU a —ig s —i , j npn   a n   J

( cai l n i ei   eat et f o tes U i r t, aj g 10 6 C i ) Meh n a E g er g pr n o S uha   n esy N ni   0 9 , h a c  n n D m    t v i n2 n 
Ab ta t Th sp p rito u e t et rep ae id cin mo o  e t  o to  y tm  ih i raie   y a sr c : i a e   rd c  h  h e— h s n u t   trrmo e c n r l se whc  s e l d b      n o s   z n w y emir c n r lrL C2 0 a dEt e n t co o toe  e t p   co o toe  P 21  n   h r e  r c n r lrRTL 0 9 mi 8 1 AS , eme h  n  h u h  fd — Th   t o a dt o g t   e  d o

sg   r x l ae    h  y tm ,I wa  h wn b  x e i n  h ts se sn l a d r l bl. in a ee pi td i t es se c n t ss o   y e p r   me tt a y tm ipe n  ei i     a e

K yw r sA e  o d : RM7 DMI ,mb d e  ytm, / S—I ,e t cn rl T —S e e d dss e UC O I rmoeo t     o

0 前 言   
电动机可 以说 是工业 自动化控制 系统中应用  最典型 , 最广泛 的执行器件。根据电动机的种类不  同, 其控制方法有所不 同。 目前 , 比较常用的电动  机有步进 电动机 、 流电动机 和交流 电动机 , 中 直 其  

络技术的结合正在逐步应用于工业 自动化领域 , 采 
用网络技术的远程控制方式 是未来 的发展趋势之 




虽 然 , 外 某 些 大 公 司 也 推 出 了一 些 基 于  国

T P, C/ I P协议和以太 网技术的远程控制器 , 但是其  使用成本高 , 并且需要专门的开发工具。而直接对  终端执行装置使 用 T P I C /P协议实 现远程控制 的  应用还很少见。幸运的是 , 最近许多芯片制造公 司   相继推出了一些低成本 、 高性能的嵌入式微控制器  和一些基 于 T P, I/ I P协议 的网络控制 器。飞利浦 

交流 电动机具有结构简单 、 成本低 、 工作可靠 、 维护  方便和效率高等优 点 , 因此 , 人们一直在对交 流电 
动机的控制方法进行研究 , 并不断发 明控制性能更  加优异的新控制方 法 , 这些 方法有 以 V/ F恒定 的  交流变频技术 、 电压 空间矢量交流变频技术 、 磁场  定 向矢量控制技术 和直接转矩控 制技 术。在这些  控制技术 中, 又以采用磁场定 向矢量控制技术 的电  
动机具有调速范围广 、 系统动态响应速度快 、 加速 

半导体 公 司生产 的 L C 20单 片机 便 是其 中一  P 21 款, 这款单片机 是以 目前 比较低端 的 A M7 D   R T MI


S 内核 , 于对成 本 和功耗 都非 常敏感 的产  为 用

品。本文将详细介绍 L C 20单片机 和以太网控  P21
制器 R L 0 9 S应用于对 三相感 应 电动机实行  T 8 1A 远程控制的问题 。  

性能好以及对转矩实现精确控制等优点。但是 ,   目 前基于这些控制技术 的应用系统基本上采 用的是  现场控制 的方 法 , 以提 高电动机的动态性能为 主,  

1 L C 2 0单 片机    P 21
飞利浦半导体公 司生产 的 L C 20单片机包  P 21 含 一 个 支 持 实 时 仿 真 和 跟 踪 的 1/2 位  63
A M7 D — R T MI S内核 的微控制器。集成了 8 1  路 O 位A D转换器 , 1 个 通用 I0 口, 12 / 多个 串行 口,  2 个 3 位定时器 , 路脉宽调制信号输出以及多达 9 2 6  
· 8  · 1  

硬件大多数选用 的是普通的 8 位或 1 6位单片机 ,  
因此 , 不容易进行功能扩展和升级以及一些 高级功  能的实现 , 并且对 于网络的支持不足 , 以实现 网 难   络化和远程控制。然而 , 随着电子技术的发 展及其 

应用技术的进步 , 信息技术 、 计算机控 制技 术和 网  
Mahn B i ig 8 A t a i ,   2 0 .4 2 : 1 4 c i ul n     u m t n A e d o o 0 5 3 ( )8 ~8  

维普资讯 http://www.cqvip.com
·

电气技术与自动化·  

罗三强, 基于 M7 D —S的交流电动机远程控制系统设计  等·   T MI
内核 的控 制器 L C 2 0 由于这款 芯片 内部 只带  P21, 1 K 的 R M,内 部 不 带 E R M,也 不 带  6B A PO F U H, 以需要在外部扩展一 片 2 的 F A H 所 M L S  和一 片 5 2 字节 的 E R M,6位数 据 宽度 的  1K Po 1

个外部 中断 。其主要特点 如下 : . 冯 诺伊曼体 系结  构, 使用 3 级流水线 ,.MISMHZ 多种业界 内 09 P / ,   领先的实时操作 系统 支持 , 多的开发工具 , 众 优秀  的调试机制和极 高的性价 比。在这 款单片机 内部  具有 18 2 位宽度 的存储器 接 口和独特的加速结构  使3 2位代码能够在最大 时钟速率下运行 , 对代码  规模有 严格 控 制要 求 的应 用可 以使 用 1 6位 

SA R M。另外这款芯片 内部不带 网络控制器 , 以 所   还需要在外部扩展一片 网络控制器。  

2 1 L C 2 0单片机及其存储器 电路设计  . P 21  
L C 20 P 21 单片机 具有外 部存 储器 接 口, 过  通 外部存储器控制器 ( MC 可 以扩展 4个 Bn E ) ak的  寄存器组 ( ak ~Bn3 , Bn0 a k )每个 寄存 器的空 间大  小为 1M 字节。通 常使用 1 6 6位总线 宽度 的存 储 

T u 模式将代码规模降低 3 %, hmb 0 而性能的损失 
却很小。使它特别适用于工业控制。  

2 硬 件 设 计 
微控制器选用飞利浦半 导体公 司生产 的基 于  支持实时仿真和跟踪的 1 /2位 删 63

器具有较高的性 价 比。L C 20单片机及其存储  P 21 7 D —S T MI   器 电路 的原理 图如图 1 所示。  

图 LL 20 F' 1 单片机及其存储器电路的原理图 - 2  

在 L C 20 P 21 单片机及其存储器 电路的原理 图  中, L S F A H选用的是 S T公 司的 C S S MO 多功能器 
件( S  V 10 , S 1 9 F 6 )静态存储 器选用 的是美 国 IS  SI 公 司的高速 S A I6 L 2 6 6 器件。存储 器  R M(S 1 V 5 1 )

口设计 
在嵌入式 系统中增加以太 网接 口, 通常有两种  方法 :) 1 嵌入式处理器 +网络控制器, 这种方法对  嵌入式处理器没有特殊 的要求 , 只要把以太 网芯片  连接到嵌入式处理 器的总线上 即可。此方法 的通 

的连接使用 了 1 6位总线方式 , 数据总线使用 了 D   O


D 5地址 总线使用 了 A ~A 0B S ,L 1 1, 1 2 ,L0 B S 信 

用性较强 , 不受处理器的限制 ;)采用带以太 网接  2
口的嵌入式处理器 , 通常这种处理器是面向网络应 

号用于控制低字节 、 高字节的写操作 。  

22 网络控制器 与 L C20单片机 的接  用而设计的 , .   P 21 不是特别适用于工业控制。所以选用 
·8 · 2   ht: ZI . ijmant I —1l Ⅲ) t / ZI c no 1e.  Er i p / - h au . 口 D I : a   @出衄∞m Il. 《 j .t I ∞ 机械制造 与 自动化 》 e  

维普资讯 http://www.cqvip.com
·

电气技术与 自动化 ·  

罗三 强, · 等 基于 A M7 D — R T MI S的交流电动机远程控制 系统设计  将数据发送 出去 ; 而芯 片在接 收到数据后 , 程序员 

选用第一种方法更为可靠 。   网络控制器 R L 0 9 S是 目前 比较 常用 的  T 8 1A 1MB S 0 P 嵌入式以太网控制芯片, 在芯 片内部集成  了D MA控 制器 ,S IA总线 控制器 和 1K S AM, 6  R   网络 P HY收发器 。程序员可以通过 D MA方式把  需要发送的数据 写入片 内 S AM 中, R 让芯 片 自动 

也可 以通过 D MA方式将 其读 出。在全 双工模 式  下 可 以 实 行 同 时 接 收 和 发 送 。 所 以 采 用 
R L09 S T 8 1A 芯片作为网络控制器是一个很好的选  择。网络接 口的原理 图如图 2 所示 。   在 网络控制器 R L 0 9 S与 L C 20单片 T S 1A P21  

图 2 网络控制器 R L 09 S L 2 1   T 8 1A 与  ̄' 0单片机 的接 口原理 图 2  

机的接 口原理图中, 网络控制器 R L 0 9 S芯片  T 8 1A

接, 由于 网络 控 制 器 R L 0 9 S的 工作 电源 是  T 8 1A 5 而 L C 20单片机 的 IO电压是 3 3 所 以 V, P 2 1 / .V,  

工作在跳线模 式 , 其基 地址为 O 3 0 所 以电路上  X 0,

S 6S 7S 1 ~S 9均接 地 ,A A 、A 、A 0 A1 S 9接 电源,A   S8
与地址总线的 A 2连接 , 2   与 I 2 1 单 片机   C 2 0

在总线上串接 402 71的保护电阻。 "  

的外部存储 器 B N 3片选 C 3连接 , S 8为  AK S 当 A
1S 5 0时 , 中 R L 09 S芯片 , ,A 为 选 T 8 1A 其操 作地 
址为 0 8 40 0 ~0 8 40 1 。由于 L C 20 X 30 0 0 X 3 0 0 F P 2 1 

3 软 件 方 案   
网络控制器 R L 09 S与 P T 8 1A C机之间的数据  传送是 以 T P, C /P协议为基础 , I 采用面向连接 的编 

单片机是总线 开放型的微控制器 。所 以电路设计 
是以 1 6位总线方式对网络控制器 R L 0 9 S T 8 1A 进  行访 问 的, L   20单 片机 的数 据总 线 D ~ 即 P 1 O   D5 1 与网络控制器 R L 0 9 S的 S 0 D 5连  T 8 1A D ~S 1
Mah e uli   A t ai 。   2 0 .4( )8 ~8   ci B i n n d g uo t n A m o 05 3 2 :1 4

程模式确保数据准确无误的传送 , 在进行数据传送 
的过程 中把微控制器 L C 20作为服务器 ,C机  P 21 P 作为客户机 。微控制器 L C 2 0 P 2 1 根据接收到的指  令, 控制电动机 的运 动 , 以在 P 所 C机 这边必须有 
· 8  · 3  

维普资讯 http://www.cqvip.com
·

电气技术与自动化 ·  

罗三强, · 等 基于 A M7 D — R T MI S的交流电动机远程控制 系统设计  流电动机 的远程控制。在将 嵌入式微型操作 系统  U /S I C O —I移植到微处 理器 的基础 上 , 设计 了一  个结构简单 , 功能齐全 , 控制灵活的 , T P I 以 C /P协  片机与网络通信技 术的结合是嵌入式 系统发展 的 


发送指令的程序 。而在微控制器 L C 20这一边  P 21

必须有接受指令的程序, 并且微控制器 L C 20 P21  
还需要有计算 出三相 P WM 波 占空比的程序 , 在计  采样等 。因此在微控制器 L C 20这一边应该根  P 21 据实际需要实现实时多任务操作 和 T P , C/ I P协议 。  

算三相 P WM 波 占空 比的程序 中还需要进行 A D /   议 为基础的, 交流 电动机的远程控制 系统。这种单  大方 向, 也是未来工业控制 自动化 的发展趋势之 


这就需要把实时嵌入式操作 系统移植 到微处 理器 
上。这里选用 的是实时嵌入式操作 系统 U / I— CC   S I , C O —I 与其 它操作系统相 比具有许 多优  IU / S I 点 。首先 , C O U / S—I是 源代码 公开 的实 时嵌入  I



因此 , 具有广泛的应用前景 。  

参考文 献 :  

式操作系统 ; , C1S 其次 u /)一Ⅱ绝大部分是用 A   = N—
S  I C编写 的, 可移植性较强 , 而与微处理器硬件相  关的那部分是用汇编语言编写 的, 已经压到最低限 

[] 1 吴明晖 . 基于 A M 的嵌 入式 系统开 发与 应用 [ . R M] 北京 : 人  民邮电 出版社 ,04 20 .   [] 安太 .S 2韩 D P控制器 原理及其在运动 控制系统 中 的应 用 [ ] M .  
北京: 清华大学 出版社 。 0 . 2 3 0  

度, 使得 u /l—I便于移植到其它微处理器上 ; CC S I  
U /l T C 0 —T 是为嵌入式应 用而设计 的, 就意味  S 这

[]李永东 . 3 交流 电机 数字控 制 系统 [ . 京 : M] 北 机械 工业 出版 
社。 0. 2 2 0  

着, 只要开发者有 固化手段 , / S I UC O —I可以嵌入 
到开发者 的产品中成为产品的一部分 。  

[] 4 王田苗 . 嵌入式系统设计与实例开发[ . M] 北京: 清华大学出  
版社 ,03  20 .

[] 5 周立功 , . R 与嵌入式系统基础 实验教程( )M ] 广州 : 等 AM 1[ .  

4 结 束 语   
充分利 用微 控 制器 L C 20和 网络 控 制器  P21 R L 0 9 S提供的各种功 能, T 8 1A 成功地 实现 了对交 

广州周立功单片机 发展有限公 司,04 20 .  

[] e .ar s 著 , 贝贝, 译 . 6 Ja Lbo e 邵 n s 等 嵌入式实时操作 系统 U / S CO   Ⅱ( 第二版 )M]北京 : [ . 北京航 天航 空大学出版社 ,03 20 .  

收稿 日期 : 0 — —9 2 5 30   0 0

( 上接第 8 ) 0页  

进一步实现尺寸智能标注 的研 究提供了必要 的条 
件。  
参 考文献 :  

先后添加 的顺序 为长 方体 1长方体 2 孔 1 、 、 和孔  2 。在标注过程 中, , 首先 完成各图素定形 尺寸的标  注; , 其次 按零件 中图素的添加顺序进行定位 尺寸  的标注 , 图素之 间的约束关 系为 : 四个 长方体 1是 
约束长方体 2 和孔 1 的基准体 、 而长方体 2 又是约  束孔 2的基准体 ; , 然后 对所标注的尺寸进行处理 ,   如定位尺寸值为 0的尺寸、 与长方体 1 的高相 同的 

[] i r   B sorW .e at  a r nx i [] Cm— 1 Bd r R,mnvot F Sm nif t e xt n J . o   aa   ceu   d g
p t -i d e g ,0 0 3 ( )2 1 2 . u r d   s n 2 0 , 2 4 :0 — 5  eae D i 2

[] o ahkr ur maym  d cal zy A  vre  f 2 Sm sea Sba na a   heWon . noev wo    h n Mi   i
a tmai f t r e o nt n tc nq e o  o u e-ie   r — u o t   a u e rc g io  e h iu s frc mp tra d p o  ce i d

孔1 的高等的尺寸 , 都应该删除 ; , 最后 确定各尺寸  的标注位置, 完成标注。  

c s l n gJ . o pt snIds y 19 ,6 1 1 e   a i [] C m ue     ut , 95 2 :- . spn n ri n r 2  [] 3 俞晨涛 , 唐 敏, 董金祥 . 元模 型在特征 造 型中 的应用 [] 体 J.  

4 结 束语   
自动特征识别与提取是实现尺寸智能标注的 
前提和基础 , 参数处理得好坏将直接影响到标注的 

计算机 应用( 增刊 )20 ,0  ,002 . [] 4 高曙明 .自动特 征 识别 技术 综 述 [] 计 算 机学 报 ,98 2  J. 19 ,1
() 3.  

[]王 波 , 长新 , 之 . 5 宋 程敬 自动特 征识别 的新方法 [] 西安 交  J. 通 大学学 报 , 0 ,68 . 2 23( ) 0   [] 6 孙正兴 , 炎 , 张福 蔡士杰 . 于特 征参数化 设计 中 的尺寸约 束  基

效果 。现 针 对 基 于 特 征 的 尺 寸 智 能标 注 , 合  结
CX A A实体设计平台的特点 , 通过基于体分解 的特 

及其表示[] 机械设计,9 8( ) J. 19 ,5 .  

征识别方法 , 对特征识别与特征信息的提取进行 了   研究 , 所得信息能够满足尺寸智能标注 的要求 , 为 
·8 · 4  
收稿 日期 :0 41 —4 2 0 —01 

h p/ Z Dcnor 1 e c - a:Z I cij m 1 e ∞ { l制造与自动化> t : ZH . ij n . tn m iZH ̄ h au a n .  ̄ d t / h au a n .  E l no . t t  




友情链接: