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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
一
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
一
。
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
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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
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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
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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
一
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
一
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
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