基于电气控制柜的设计 毕业论文.doc

基于电气控制柜的设计目 录摘要 1第一章 序言 31.1 分析现状31.2 智能摇头风扇系统的简介31.3 本章小结3第二章 系统硬件设计 42.1 系统总框图42.2 单片机的选型42.2.1 STC89C52RC单片机内部构42.2.2 STC89C52RC的引脚明62.2.3 STC89C52原理图82.3 AD芯片的选型82.3.1 ADC0804简介 82.3.2 ADC0804原理图 102.4 E2PROM芯片的选型112.4.1 AT24C02简介 112.4.2 I2C总线工作理112.4.3 E2PROM原理图 132.5 液晶显示器的选型132.5.1 管脚功能132.5.2 操作控制 132.5.3 字符集142.5.4 指令集 142.5.5 控制器时序说明152.6 步进电机驱动芯片的选型 162.6.1 TA8435简介 162.6.2 TA8435细分工作原理 182.6.3 TA8435原理图 182.7 步进电机简介 192.8 本章小结 20第三章 系统软件设计213.1 系统总体的软件流程图 213.2 AD芯片程序 213.3 1602液晶程序 223.4 TA8435芯片程序 243.5 EEPROM芯片程序 243.6 本章小结 27第四章 系统的安装与调试284.1 系统硬件的安装与调试284.1.1系统硬件的安装284.1.2 系统硬件的调试294.2 系统软件的调试294.2.1 编译软件keil uvision简介294.2.2 系统软件程序的调试304.3 本章小结 30结束语31谢辞32参考文献33附录1 原理图34附录2 PCB图35基于电气控制柜的设计摘要：现在市场上的许多风扇都有摇头功能，但是摇头的角度是90度固定不变的，而有时候人们希望风扇摇头的角度可以调节，摇头的速度可以调节，这时候原来固定摇头角度的风扇就不能满足人们的需要。本次毕业设计针对这个问题，提出了设计一个可以调节电风扇摇头角度，并且可以调节电风扇的摇头速度的智能摇头风扇。这个装置做好之后还可以应用到比如太阳能采光板的跟踪采光系统、园林的智能灌溉系统等其他应用领域中。本课题设计的思路是:先用AD芯片采集电位器的模拟量，通过AD芯片把模拟量转换为对应的数字量，即设定的风扇摇头角度,并在液晶上显示出来。然后STC89C52RC单片机通过这些数字量来控制步进电机驱动芯片TA8435,最后由TA8435来控制步进电机旋转角度，使风扇能够在设定的角度范围（0度到360度）内摇头，同时通过控制电机的频率，从而控制电机摇头的速度。本设计还使用了E2 PROM对预设角度值，摇头速度的断电保存。关键词：单片机 风扇 摇头 步进电机第一章 序 言11基本思路 电气控制柜设计的基本思路是一种逻辑思维，只要符合逻辑控制规律、能保证电气安全及满足生产工艺的要求，就可以说是一种好的的设计。但为了满足电气控制设备的制造和使用要求，必须进行合理的电气控制工艺设计。这些设计包括电气控制柜的结构设计、电气控制柜总体配置图、总接线图设计及各部分的电器装配图与接线图设计，同时还要有部分的元件目录、进出线号及主要材料清单等技术资料 1.2电气控制柜总体配置设计 电气控制柜总体配置设计任务是根据电气原理图的工作原理与控制要求，先将控制系统划分为几个组成部分(这些组成部分均称作部件)，再根据电气控制柜的复杂程度，把每一部件划成若干组件，然后再根据电气原理图的接线关系整理出各部分的进出线号，并调整它们之间的连接方式。总体配置设计是以电气系统的总装配图与总接线图形式来表达的，图中应以示意形式反映出各部分主要组件的位置及各部分接线关系、走线方式及使用的行线槽、管线等。 电气控制柜总装配图、接线图(根据需要可以分开，也可并在一起)是进行分部设计和协调各部分组成为一个完整系统的依据。总体设计要使整个电气控制系统集中、紧凑，同时在空间允许条件下，把发热元件，噪声振动大的电气部件，尽量放在离其它元件较远的地方或隔离起来；对于多工位的大型设备，还应考虑两地操作的方便性；控制柜的总电源开关、紧急停止控制开关应安放在方便而明显的位置。总体配置设计得合理与否关系到电气控制系统的制造、装配质量，更将影响到电气控制系统性能的实现及其工作的可靠性、操作、调试、维护等工作的方便及质量。1.3电气控制柜组件的划分 由于各种电器元件安装位置不同，在构成一个完整的电气控制系统时，就必须划分组件。划分组件的原则是： (1)把功能类似的元件组合在一起； (2)尽可能减少组件之间的连线数量，同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中； (3)让强弱电控制器分离，以减少干扰； (4)为力求整齐美观，可把外形尺寸、重量相近的电器组合在一起； (5)为了电气控制系统便于检查与调试，把需经常调节、维护和易损元件组合在一起。1.4在划分电气控制柜组件的同时要解决组件之间、电气箱之间以及电气箱与被控制装置之间的连线方式： 电气控制柜各部分及组件之间的接线方式一般应遵循以下原则： (1)开关电器、控制板的进出线一般采用接线端头或接线鼻子连接，这可按电流大小及进出线数选用不同规格的接线端头或接线鼻子； (2)电气柜、控制柜、柜(台)之间以及它们与被控制设备之间，采用接线端子排或工业联接器连接； (3)弱电控制组件、印制电路板组件之间应采用各种类型的标准接插件连接； (4)电气柜、控制柜、柜(台)内的元件之间的连接，可以借用元件本身的接线端子直接连接，过渡连接线应采用端子排过渡连接，端头应采用相应规格的接线端子处理。1.5本章小结 本章主要介绍了电器柜设计的基本思路和一些注意事项第二章 电器柜的设计2.1电器元件布置图的设计与绘制 电气元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合。电器元件布置图的设计依据是部件原理图、组件的划分情况等。设计时应遵循以下原则： (1)同一组件中电器元件的布置应注意将体积大和较重的电器元件安装在电器板的下面，而发热元件应安装在电气控制柜的上部或后部，但热继电器宜放在其下部，因为热继电器的出线端直接与电动机相连便于出线，而其进线端与接触器直接相连接，便于接线并使走线最短，且宜于散热； (2)强电弱电分开并注意屏蔽，防止外界干扰； (3)需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低，人力操作开关及需经常监视的仪表的安装位置应符合人体工程学原理； (4)电器元件的布置应考虑安全间隙，并做到整齐、美观、对称，外形尺寸与结构类似的电器可安放在一起，以利加工、安装和配线。若采用行线槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利布线和维护； (5)各电器元件的位置确定以后，便可绘制电器布置图。电气布置图是根据电器元件的外形轮廓绘制的，即以其轴线为准，标出各元件的间距尺寸。每个电器元件的安装尺寸及其公差范围，应按产品说明书的标准标注，以保证安装板的加工质量和各电器的顺利安装。大型电气柜中的电器元件，宜安装在两个安装横梁之间，这样，可减轻柜体重量，节约材料，另外便于安装，所以设计时应计算纵向安装尺寸； (6)在电器布置图设计中，还要根据本部件进出线的数量、采用导线规格及出线位置等，选择进出线方式及接线端子排、 连接器或接插件，并按一定顺序标上进出线的接线号。 2.2 电器部件接线图的绘制 电气部件接线图是根据部件电气原理及电器元件布置图绘制的，它表示成套装置的连接关系，是电气安装、维修、查线的依据。接线图应按以下原则绘制： (1)接线图相接线表的绘制应符合GB6988.61993中控制系统功能表图的绘制的规定； (2)所有电气元件及其引线应标注与电气原理图中相一致的文字符号及接线号。原理图中的项目代号、端子号及导线号的编制分别应符合GB5094-1985电气技术中的项目代号、GB4026-1992电器设备接线端子和特定导线线端的识别及应用字母数字系统的通则及GB4884-1985绝缘导线标记等规定； (3)与电气原理图不同，在接线图中同一电器元件的各个部分(触头、线圈等)必须画在一起； (4)电气接线图一律采用细线条绘制。走线方式分板前走线及板后走线两种，一般采用板前走线，对于简单电气控制部件，电器元件数量较少，接线关系又不复杂的，可直接画出元件间的连线；对于复杂部件，电器元件数量多，接线较复杂的情况，一般是采用走线槽，只要在各电器元件上标出接线号，不必画出各元件间连线； (5)接线图中应标出配线用的各种导线的型号、规格、截面积及颜色要求等； (6)部件与外电路连接时，大截面导线进出线宜采用连接器连接，其它应经接线端于排连接。 2.3 电气控制柜及非标准零件图的设计 电气控制装置通常都需要制作单独的电气控制柜、箱，其设计需要考虑以下几方面： (1)根据操作需要及控制面板、箱、柜内各种电气部件的尺寸确定电气箱、柜的总体尺寸及结构型式，非特殊情况下，应使电气控制柜总体尺寸符合结构基本尺寸与系列； (2)根据电气控制柜总体尺寸及结构型式、安装尺寸，设计箱内安装支架，并标出安装孔、安装螺栓及接地螺栓尺寸，同时注明配作方式。柜、箱的材料一般应选用柜、箱用专用型材； (3)根据现场安装位置、操作、维修方便等要求，设计电气控制柜的开门方式及型式； (4)为利于控制柜箱内电器的通风散热，在箱体适当部位设计通风孔或通风槽，必要时应在柜体上部设计强迫通风装置与通风孔； (5)为便于电气控制柜的运输，应设计合适的起吊勾或在箱体底部设计活动轮。 总之，根据以上要求，应先勾画出电气控制柜箱体的外形草图，估算出各部分尺寸，然后按比例画出外形图，再从对称、美观、使用方便等方面进一步考虑调整各尺寸比例。电气控制柜外表确定以后，再按上述要求进行控制柜各部分的结构设计，绘制箱体总装图及各面门、控制面板、底板、安装支架、装饰条等零件图，并注明加工要求，再视需要为电气控制柜选用适当的门锁。当然，电气柜的造形结构各异，在柜体设计中应注意吸取各种型式的优点。对非标准的电器安装零件，应根据机械零件设计要求，绘制其零件图，凡配合尺寸应注明公差要求，并说明加工要求。 最后，还要根据各种图纸，对电气控制柜需要的各种零件及材料进行综合统计，按类别列出外购成品件的汇总清单表、标准件清单表、主要材料消耗定额表及辅助材料定额表等，以便采购人员、生产管理部门按设备制造需要备料，做好生产准备工作，也便于成本核算。2.4 本章小结本章主要介绍了电气控制柜的工作原理以及基本结构，并且对所电器柜的设计也进了一些简单的说明。第三章结 束 语通过半年多的努力，本次毕业设计已经顺利的完成了。这次毕业设计综合应用了电工电子，单片机编程等方面的知识，主要完成的工作包括：电路板的硬件设计，单片机编程，A/D芯片使用，步进电机驱动，液晶使用等方面的知识。实现了风扇的360度内摇头角度可调，而且摇头的速度可调，并且摇头的角度，摇头的速度，这些参数可以通过E2PROM进行掉电保存。但是也存在一些不足。比如控制板的体积稍大等，选型方面还可以选其他的芯片降低成本，这些问题以后还要进一步的去解决。这次的设计虽然是智能摇头电风扇的设计，但是这种控制风扇摇头角度和速度的方法，在我们的生活中还能有更广泛的应用，比如在原来固定的太阳能采光板上，加上感光传感器，在感光传感器的信号控制下，由步进电机驱动电机跟踪太阳采光，即可做成太阳能采光板的跟踪采光系统，园林的智能灌溉系统可以由步进电机带动喷水龙头以扩大浇水范围、摄像头的智能监控系统可以使用步进电机带动摄像头以扩大监控范围等等通过这次智能摇头风扇的设计，使我认识到单片机的重要性，特别是在电气自动化控制的现代社会尤其重要。在现代社会单片机可以说是无处不在，无人不晓。由此可见单片机对于我们有多么的重要，所以我们应该尽自己的努力把它给学好。这也就是我的学习方向和奋斗的目标，尽管我离目标还很远，但并不是遥不可及。在这次设计过程中，使我不仅在实际操作，并且在理论水平上有了很大的提高。总之，通过这个课题的设计，让我学到了许多课本上没有的知识，使我们受益非浅，使我认识到无论做什么事情，都要认真对待，要知道自己要做什么，怎样才能做到，是否能够做的更好，这就需要你认真的分析。遇到困难要及时的老师的帮助。因此我深信，没有我们解决不了的问题。我会一步一个脚印，踏踏实实的向我的目标挺进。参 考 文 献1.谭浩强主编C程序设计(第二版) 清华大学出版社，19992.夏路易主编电路原理图与电路板设计教程北京希望电子出版社，20023.图形液晶显示模块使用手册(第二版) 北京精电蓬远显示技术有限公司4.郭永贞主编数字电子技术西安电子科技大学出版社，20005.吴国经主编单片机应用技术中国电力出版社，20046.徐泳龙主编单片机原理及应用机械工业出版社，20047.陆坤、奚大顺等编著电子设计技术，19978.王兆安、黄俊主编电力电子技术(第四版) 机械工业出版社，2002附录1:原理图附录2：PCB 图- 11 -