基于MSP430F149單片機實現(xiàn)電梯門機控制系統(tǒng)的設計

電梯是現(xiàn)代人們生活中不可或缺的工具。目前的電梯門機控制系統(tǒng)均有其固有的缺陷，這些缺陷使電梯不能正常運行、維護工作量大甚至造成人身傷害。因此，研制一種高性能、高可靠性且維護方便、成本適中的電梯門機控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)的硬件設計

系統(tǒng)的硬件構成如圖1所示，輸入及顯示電路完成人機交互功能，對電梯門機的執(zhí)行過程進行設定；計算控制電路根據設定參數(shù)和外部輸入的信號，依照一定的控制規(guī)律，完成計算及控制邏輯輸出；而驅動和保護電路接受計算控制電路的控制邏輯，根據此邏輯控制執(zhí)行機構的動作，同時監(jiān)控自身及執(zhí)行機構的狀態(tài)，在發(fā)生故障時保護電路動作，以保護元器件安全。下面簡要介紹計算控制電路和執(zhí)行機構。

1．1 計算控制電路

計算控制電路由MSP430F149作為控制電路的處理單元，外加各種信號調整電路和參數(shù)掉電保持電路組成。主要包括：參數(shù)掉電保持電路；電機轉速反饋和運行方向辨別電路；電流采集反饋電路；位置反饋及開關譯碼電路；電平轉換電路。

電機轉速反饋和運行方向辨別電路 該電路采用光電碼盤來測量電機速度，采用光柵辨向法辨別電機運行方向。實現(xiàn)的方法是將2個光電傳感器相差90°。相位安裝，使他們產生相差90°。相位的A，B相脈沖波，經整形后送到辨向電路中。

位置反饋及開關譯碼電路 電路如圖2所示。A，B，C三相位置是由3個互差120°電角度的光電傳感器送出的方波信號，經過LM324整形后，送人MSP430F149進行最優(yōu)電流導通角處理，處理后輸出的3個互差120°電角度的方波信號送到GAL16V8進行開關譯碼。GAL16V8同時將譯出的控制導通信號與PWM調制信號、故障排鎖信號、電機正反轉信號一起譯碼，實現(xiàn)電機轉速、方向控制和故障保護功能。

1．2 執(zhí)行機構

電梯門機開關執(zhí)行機構由稀土永磁無刷直流電動機組成。電機是雙余度繞組釤鈷永磁方波電機（300V，200W，600r／min），采用集中整距繞組，氣隙磁場分布為方波。轉子位置傳感器為光電位置傳感器，實時檢測電機轉子相對定子繞組的位置，輸出3個寬180°電角、相位差120°電角的矩形波。根據其三路信號組合的不同，確定當前轉子位置及應導通的電樞繞組。

2 系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)的主要軟件有：系統(tǒng)初始化程序，人機交互程序，數(shù)據存取程序，系統(tǒng)監(jiān)測程序，電機控制和驅動程序等。

2．1 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化包括MSP430F149單片機和外圍器件的初始化、系統(tǒng)全局變量的定義和賦初值。初始化完成后，程序進入主循環(huán)體，根據預設的參數(shù)或者根據操作者的輸入進行電機控制和調節(jié)。初始化流程如圖3所示。設置定時器時，定時器A用于程序循環(huán)中的定時查詢、A／D的定時采樣、速度的定時獲取。定時器B用于產生PWM波，以及設定的4個加減速時間。在默認情況下，LED顯示的是電機的轉速信息，只有在操作者干預時，才顯示電流、加減速時間等信息。初始程序的最后將定時器A、定時器B、各個I／O口及看門狗的中斷打開，之后在死循環(huán)中對單片機B送往單片機A（MSP430F149）的速度信號進行反復查詢。

2．2 系統(tǒng)監(jiān)測程序

程序隨時監(jiān)測的信號有：外部的位置開關信號、IPM給出的報警號、復位請求信號、電梯門遇堵信號、開門信號及關門信號。這些信號均由外部中斷口輸入。位置開關信號告訴系統(tǒng)電梯門的極限位置；IPM的報警信號在IPM探索到過流、過熱時自動發(fā)出；電梯門遇堵信號是在程序在進行關門操作時遇到外力作用后發(fā)出的；開門及關門信號直接決定電機的運行方向，開門動作還受控于電梯門遇堵信號。

2．3 電機的控制和驅動

電機控制和驅動程序主要完成電機運行速度曲線的處理、最優(yōu)電流開通角的即時計算。程序在調速時，將所得電機實際轉速與默認數(shù)據進行比較，然后對實際轉速進行調節(jié)。為了減弱轉矩脈動，需要對轉子位置信號進行一定角度的偏移處理，系統(tǒng)中，經過對電機電流信號的計算，使用了3°角的最優(yōu)電流開通角。電機的轉子位置信號引起MSP430F149的中斷，在中斷處理程序中，MSP430F149先根據送人的電機實際轉速信號計算出3°角所需時間，然后按照電機運行方向信號，對位置信號進行超前或者滯后處理。退出中斷后，Timer-B依照計算結果，輸出新的三相位置信號給GALl6V8譯碼器，由GALl6V8輸出開關信號，控制逆變器的工作狀態(tài)，從而控制電機的運行速度。程序流程圖如圖4所示。

3 結 語

通過設計和調試，系統(tǒng)實現(xiàn)了基本的性能指標。在系統(tǒng)設計過程中，由于注重了通用化、模塊化設計，使得所用的軟件硬件均可以稍加擴展，用于大多數(shù)無刷直流電機的控制系統(tǒng)中，成為通用型的變頻器。

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