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离心机转子识别及端口复用的键盘设计

转子识别

离心机转子设计示意图

本系统采用转子编码的方式自动识别转子。因为本系统共有21个转子,所以要用7片磁钢片来完成转子的编码,其中,2片磁钢片与2只霍尔传感器提供同步信号,其它5片磁钢片完成编码任务。图2是离心机运转示意图。电机通过中轴带动转子转动,磁钢片嵌在转子的下端面,与转子一起转动。7片磁钢片呈一定角度分布在同一同心圆上,其下方安装了2只固定的霍尔传感器,高度相差2~6mm,也分布在同一同心圆上。如图3所示,2个长方块表示产生同步信号的磁钢片,5个圆块表示完成编码的磁钢片。在产生同步信号的磁钢片下面有2只固定的霍尔传感器A44E,它们在一个同心圆上,相隔角度144°,与产生同步信号的磁钢片严格对应。当转子转到该位置时,传感器1和传感器2同时产生低电平。规定2只传感器都产生低电平为同步信号,每运转一周仅产生一个同步信号。设转子逆时针运转。因为在低速时就应该完成转子识别,约定转速为1000r/min时识别转子(其它转速也可)。

离心机转子识别电路连接图

规定:传感器1产生脉冲(磁钢片接近传感器时,传感器输出低电平),而传感器2没有产生脉冲,编码为“1”;反之,传感器1没有脉冲,而传感器2有脉冲,编码为“0”。如果2只传感器都没有脉冲,就说明对应的磁钢片掉了,此时系统发出报警。各磁钢片相隔24°,相邻信号的时间间隔T为:T=(1/1000)*60*1000*(24/360)=4(ms)当同步信号来了以后,就进入转子识别子程序,程序延时4ms,单片机读转子编码的第一位;再延时4ms,读转子编码的第二位;以此类推,先后读出转子编码的五位数字。具体过程是以传感器2的脉冲来编码,当有磁钢片经过传感器2时编码为0,没有时编码为1。由此可以得出图3的转子编码为“00000”,即为1号转子。不难看出,图4中2号转子的编码为“00001”;图5中3号转子的编码为“00010”。改变编码磁钢片的位置,就可得出不同的转子编码,从而用7片磁钢片实现了32个转子的编码。利用编码识别转子的硬件实现仅需占用单片机的2根I/O口线,简单方便,电路连接如图6所示

端口复用的键盘设计

端口复用原理如图7所示:键盘的设计采用P0口分时复用技术,液晶屏、数码管和键盘共用P0口,任意时刻只有一个设备使用P0口。通过对使能控制端的选择,决定对那一设备进行操作。当键盘的使能端选通以后,74LS244锁存键盘的状态,然后读取P0口的值,利用键盘分析程序确定键值。

该键盘设计的方法,不仅节省了单片机的端口,而且充分利用了单片机的资源,使得控制系统结构简单紧凑,一片单片机就可满足端口的需求和实现对整个系统的控制,降低了成本。

端口复用原理图

本文设计的离心机电控系统,结构简单,成本较低,功能强大,安全性高,使离心机的整体性能得以提升。键盘设计采用P0口分时复用,节省了端口,充分利用了单片机的资源。采用编码方式的离心机转子自动识别技术,使得用户在使用时具有更高的安全性。液晶屏用来显示系统设置的各个参数值,数码管实时显示运行中的转速、温度和时间,双显示模块使系统的参数设置和运行状况一目了然。该系统经调试运行表明:各模块工作稳定,参数测量显示准确,达到了预先设定的测量控制功能。