¿Tesis sobre el sistema de control de puertas automático de un solo chip?
1.1.1 Introducción y desarrollo del microcontrolador
¿Qué es un microcontrolador? ¿Para qué sirve el microcontrolador? La microcomputadora de un solo chip, también conocida como microcontrolador de un solo chip o microcomputadora de un solo chip, ha atraído la atención y la popularidad de la gente debido a su alto costo y rendimiento desde su aparición en la década de 1970. Por tanto, se utiliza ampliamente y se desarrolla rápidamente. En lugar de que un chip complete una determinada función lógica, se integra un sistema informático en un chip. Integra memoria del microprocesador (CPU) (RAM, ROM, EPROM) y varias interfaces de entrada/salida (temporizador/contador, puerto de E/S paralelo, convertidor A/D y modulador de pulsos PWM, etc.). la computadora. Es de tamaño pequeño, liviano y económico, lo que proporciona condiciones convenientes para el aprendizaje, la aplicación y el desarrollo. Al mismo tiempo, aprender a utilizar un microcontrolador es la mejor opción para comprender los principios y la estructura de las computadoras.
Según su funcionamiento básico, el número de bits procesados por un microcontrolador se puede dividir en: microcontroladores de 1 bit, 4 bits, 8 bits, 16 bits y 32 bits.
La historia del desarrollo de la microcomputadora de un solo chip se puede dividir en cuatro etapas:
La primera etapa (1974-1976) es la etapa primaria de la microcomputadora de un solo chip.
Se puede decir que el siglo XX abarcó tres eras "electricas": la era eléctrica, la era electrónica y la era de las computadoras. Sin embargo, este tipo de ordenador suele referirse a un ordenador personal, o PC para abreviar. Consta de un host, teclado, monitor, etc. (Figura 1). Existe otro tipo de computadora con el que la mayoría de la gente no está familiarizada. Este tipo de computadora es una computadora de un solo chip (también llamada microcontrolador) que brinda inteligencia a varias máquinas. Como sugiere el nombre, el sistema más pequeño de este tipo de computadora puede realizar cálculos y controles simples con un solo circuito integrado. Debido a su pequeño tamaño, suelen estar escondidos en el "vientre" de las máquinas controladas. Actúa como un cerebro humano en todo el dispositivo. Si algo sale mal, todo el dispositivo puede quedar paralizado. Actualmente, este tipo de microcontrolador se ha utilizado ampliamente en instrumentos inteligentes, control industrial en tiempo real, equipos de comunicación, sistemas de navegación, electrodomésticos, etc. Una vez que el microcontrolador se utiliza en varios productos, los productos se pueden actualizar. El adjetivo "inteligente" se utiliza a menudo antes de los nombres de productos, como lavadoras inteligentes. Hoy en día, algunos productos fabricados por técnicos de fábrica u otros desarrolladores electrónicos aficionados tienen circuitos demasiado complejos o funciones demasiado simples, lo que los hace fáciles de copiar. El motivo puede ser que el producto no utiliza un microcontrolador u otro dispositivo lógico programable.
Campos de aplicación de los microcontroladores:
1. Aplicación de los microcontroladores en instrumentos inteligentes:
2. Aplicaciones de los microcontroladores en medición y control industrial:
3. Aplicación de microcomputadora de un solo chip en redes informáticas y tecnología de comunicación:
4. Aplicación de microcomputadora de un solo chip en la vida diaria y electrodomésticos:
5. Microordenador con chip en automatización de oficinas.
Actualmente, los microcontroladores han penetrado en todos los ámbitos de nuestra vida, y es casi difícil encontrar algún campo sin rastros de microcontroladores. Dispositivos de navegación para misiles, control de diversos instrumentos en aviones, comunicación por redes informáticas y transmisión de datos, control en tiempo real y procesamiento de datos de procesos de automatización industrial, tarjetas IC inteligentes ampliamente utilizadas, sistemas de seguridad para automóviles civiles de lujo, grabadoras de vídeo, cámaras, control de lavadoras automáticas, puertas automáticas, juguetes controlados por programas y mascotas electrónicas, etc. , son inseparables del microcontrolador. Por no hablar de los robots, los instrumentos inteligentes y los equipos médicos en el campo del control automático. Por ello, la investigación, desarrollo y aplicación de microcontroladores creará un grupo de científicos e ingenieros en aplicaciones informáticas y control inteligente.
El microcontrolador es un ordenador de control online en tiempo real. El control en línea es un control en el sitio, que requiere una gran capacidad antiinterferente y un bajo costo. Esta es también la principal diferencia con las computadoras fuera de línea (como las PC domésticas).
El microcontrolador depende del programa y puede modificarse. Se implementan diferentes funciones, especialmente algunas funciones especiales y únicas, a través de diferentes programas. Esto es algo que otros dispositivos requieren mucho esfuerzo para lograr, mientras que otros dispositivos son difíciles de lograr con gran esfuerzo.
Si se implementa una función no muy compleja utilizando hardware puro como la serie 74 desarrollada en los Estados Unidos en los años 50 o la serie CD4000 en los años 60, ¡el circuito debe ser una PCB grande! Pero si utilizamos una serie de microcontroladores que se comercializaron con éxito en los Estados Unidos en la década de 1970, ¡los resultados serán muy diferentes! ¡Solo porque el microcontrolador puede lograr alta inteligencia, alta eficiencia y alta confiabilidad a través de los programas que usted escribe!
Debido a que los microcontroladores son más sensibles a los costos, el software actualmente dominante es el lenguaje ensamblador de nivel más bajo, que es el lenguaje de nivel más bajo excepto el código de máquina binario. Si es tan bajo, ¿por qué usarlo? Muchos lenguajes de alto nivel han alcanzado el nivel de programación visual. ¿Por qué no utilizarlos? La razón es muy simple, es decir, el microcontrolador no tiene una CPU como una computadora doméstica, ni un dispositivo de almacenamiento masivo como un disco duro. Incluso si un pequeño programa escrito en un lenguaje visual de alto nivel tiene solo un botón, ¡alcanzará un tamaño de decenas de K! No es nada para el disco duro de una PC doméstica, pero es inaceptable para un microcontrolador. Los microcontroladores deben tener una alta utilización de recursos de hardware, por lo que, aunque el ensamblaje es primitivo, todavía se usa ampliamente. De la misma manera, si el sistema operativo y el software de aplicación de una supercomputadora se ejecutan en una PC doméstica, la PC doméstica no puede soportarlo.
La tendencia de desarrollo de los microcontroladores será hacia circuitos periféricos integrados, de gran capacidad y alto rendimiento. Para satisfacer las diferentes necesidades de los usuarios, las empresas compiten para lanzar productos que puedan satisfacer diferentes necesidades. Incluyendo los siguientes aspectos:
(1) La mejora de la CPU se refiere al uso de una estructura de CPU dual para mejorar las capacidades de procesamiento. Aumentar el ancho del bus de datos significa que el microcontrolador utiliza un bus de datos de 16 bits; y las capacidades de procesamiento de datos son significativamente mejores que las del microcontrolador ordinario de 8 bits; el uso de una estructura de canalización significa que las instrucciones aparecen en forma de cola en la CPU y la velocidad de operación es rápida; la estructura del bus en serie significa que tres datos; Las líneas se utilizan para reemplazar el bus de datos de 8 bits existente, lo que reduce en gran medida los cables del microcontrolador y reduce el costo del microcontrolador. Actualmente, muchas empresas están desarrollando activamente este tipo de productos.
(2) El desarrollo de la memoria incluye el aumento de la capacidad de almacenamiento, y la EPROM en el chip utiliza memoria PROM o Flash. La memoria flash es un tipo de memoria no volátil NVM (memoria no volátil) que retiene información en el chip incluso después de apagar la alimentación. Sin embargo, las memorias volátiles como DRAM y SRAM pierden información en el chip cuando se apaga la energía. La memoria flash tiene las características de otras memorias no volátiles: en comparación con la EPROM, la memoria flash tiene ventajas obvias: no requiere voltajes particularmente altos en el sistema para borrarse y reprogramarse eléctricamente (algunas memorias flash de primera generación también requieren voltajes altos para operaciones completas de borrado y/o programación); en comparación con la EEPROM, la memoria flash tiene las características de bajo costo y alta densidad. Su rendimiento único lo hace ampliamente utilizado en diversos campos, incluidos sistemas integrados como PC y periféricos, conmutadores de telecomunicaciones, teléfonos celulares, equipos de interconexión de redes, instrumentación y equipos automotrices, así como productos emergentes de almacenamiento de voz, imágenes y datos, como los digitales. cámaras, grabadoras digitales y asistentes digitales personales (PDA).
(3) Hay programas confidenciales, es decir, EPROM o EEPROM están bloqueados.
1.1.2 Aplicación y desarrollo de sistemas de control de microcomputadoras de motores
Con el rápido desarrollo de la tecnología de fabricación de circuitos integrados a gran y ultra gran escala, el rendimiento de las microcomputadoras está mejorando. cada vez más alto, y el precio cada vez más barato. Además, el desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia ha mejorado rápidamente el rendimiento de los dispositivos electrónicos de alta potencia. Por lo tanto, es posible utilizar microcomputadoras para controlar varios motores y completar varias estrategias de control novedosas y de alto rendimiento. Esto aprovechará al máximo las capacidades potenciales del motor y hará que el rendimiento del motor esté más en línea con los requisitos de uso. Y también hace que los motores nuevos sean fáciles de controlar, dándole al motor una nueva apariencia.
El control simple del motor por microcomputadora, como arrancar, frenar o invertir el motor en el momento adecuado, solo se puede lograr dejando que el relé de control del microcomputador o el elemento de conmutación electrónico encienda o apague el circuito. En diversas máquinas herramienta y líneas de producción, los controladores programables se han utilizado ampliamente para controlar las acciones de varios motores de acuerdo con ciertas reglas.
En cuanto al control complejo, es necesario utilizar una microcomputadora para controlar el voltaje, la corriente, el par, la velocidad y el ángulo de rotación del motor para que el motor pueda funcionar con precisión de acuerdo con las instrucciones dadas.
Mediante el control por microordenador, se ha mejorado enormemente el rendimiento del motor. Por ejemplo, los motores de CA tradicionales empaquetados en CC tienen sus propias ventajas y desventajas. Los motores de CC tienen un buen rendimiento de regulación de velocidad, pero presentan conmutadores mecánicos, desgaste mecánico y chispas de conmutación. Los motores de CA, ya sean motores asíncronos o síncronos, tienen una estructura más simple y un funcionamiento más confiable que los motores de CC. Sin embargo, cuando funcionan en una red eléctrica de frecuencia constante, la velocidad no se puede ajustar de manera conveniente y económica. Es ideal que los motores de CA utilicen modulación de ancho de pulso sinusoidal para la conversión de frecuencia y regulación de velocidad, pero si desea utilizar circuitos analógicos o digitales ordinarios para completar esta tarea, el circuito es bastante complicado y es mucho más sencillo utilizar una microcomputadora. control. Para mejorar aún más la precisión de la regulación de velocidad y el rendimiento dinámico, se puede utilizar un esquema de control vectorial, y su rendimiento de regulación de velocidad será equivalente al de un motor de CC. El control vectorial es más complejo y difícil de implementar con circuitos analógicos tradicionales o circuitos digitales, pero se puede lograr fácilmente con control por microcomputadora. Actualmente se utiliza ampliamente en servosistemas de posición CNC de máquinas herramienta CNC y otros equipos de automatización, en los que el motor está controlado por una microcomputadora. Para mejorar el rendimiento, los servosistemas CNC AC avanzados utilizan procesadores de señales digitales de alta velocidad (DSP para abreviar), con velocidades de ejecución de instrucciones que alcanzan cientos de megabytes por segundo e instrucciones adecuadas para operaciones matriciales.
El control por microordenador de motores complejos se utiliza principalmente en los dos aspectos siguientes:
(1) Control del sistema de excitación del generador. Se utiliza para garantizar que el voltaje del generador sea estable durante el funcionamiento normal y lo más estable posible después de una falla para lograr un control óptimo.
(2) Regulación de velocidad del motor y servocontrol de posición. Se utiliza para la regulación de velocidad y ahorro de energía de sopladores o bombas de agua, sistemas de control de máquinas herramienta CNC, unidades de disco de microcomputadoras, robots, etc.
En el sistema de control del microordenador del motor, el microordenador completa principalmente las siguientes tareas:
(1) Control en tiempo real. De acuerdo con los requisitos y las leyes de control establecidos, las cantidades físicas como la elegancia del generador y la velocidad del motor se pueden controlar en línea en tiempo real.
(2) Monitorización. Alarma completa de accidentes, gestión de accidentes, diagnóstico y gestión de sistemas, etc.
(3) El procesamiento de datos completa la recopilación, el análisis, el procesamiento, el cálculo, la visualización y el registro de los datos necesarios.
1.2 La importancia y el propósito de la investigación de proyectos
El proyecto de graduación es una parte necesaria para la obtención de diplomas de pregrado y certificados de grado. El proyecto de graduación es un medio para transformar el conocimiento del aula en tecnología práctica. Es la única forma de integrar la teoría con la práctica y mejorar la capacidad integral. Al mismo tiempo, la tesis del proyecto de graduación es un resumen del proceso de implementación del proyecto de graduación. Al escribir artículos, podemos aprender a analizar y adquirir la capacidad de actualizar la tecnología a la comprensión teórica.
Y debido a que la aplicación de microcontroladores está cada vez más extendida, y lo que aprendemos no es solo el tema, sino también el trabajo en esta área en el futuro, para poder hacer suficiente ejercicio antes de ir a trabajo, el proyecto de graduación debe ser serio Terminar.
A través de este diseño, revisará y dominará aún más los principios y aplicaciones de los microcontroladores y el conocimiento relacionado de los circuitos analógicos y digitales, revisará la aplicación de las instrucciones de ensamblaje, obtendrá una comprensión más profunda de las ideas del lenguaje ensamblador y ejercitará sus operaciones prácticas y capacidades de diseño innovadoras.
Al aplicar de manera integral los conocimientos y habilidades de cursos teóricos básicos relevantes, cursos básicos profesionales y cursos profesionales, podemos cultivar nuestra capacidad para analizar y resolver problemas de aplicación práctica.
Recibimos capacitación en las habilidades básicas del desarrollo de sistemas, lo que nos permite dominar los procedimientos generales y los métodos básicos para la resolución de un problema práctico y el desarrollo de un software.
El proyecto de grado y la tesis de grado son eslabones importantes en el plan de formación de pregrado. A través de la tesis de graduación, podrás aplicar de manera integral los conocimientos adquiridos en los últimos años para analizar y resolver un problema. En el proceso de redacción de la tesis de graduación, clasificar y aplicar los conocimientos aprendidos es tanto una revisión como un ejercicio. Después de completar el proyecto de graduación, puedo sentir que mis habilidades prácticas y de escritura se han atenuado y que mi confianza en mí mismo para participar en la competencia social y la creación ha mejorado.
1.3 Descripción general de las funciones del proyecto
El sistema de control de microcontrolador de puerta automática diseñado en este artículo tiene tres funciones principales:
(1) No importa cuál sea el estado actual de la puerta es, una vez Cuando alguien entra o sale por una puerta, debe abrirse.
(2) Para equilibrar la velocidad y la seguridad del funcionamiento de la puerta, la primera mitad del proceso de cierre es rápida y la segunda mitad es lenta; la primera mitad del proceso de apertura de la puerta es rápida y; La segunda mitad es lenta.
Esto no solo garantiza que la puerta se abra inmediatamente cuando alguien llega, sino que también evita la colisión de las dos puertas al cerrar la puerta o la colisión de las dos puertas al abrir la puerta.
(3) A través del sistema de medición de velocidad, cuando la puerta automática encuentre un obstáculo con un motor lento, girará para abrir la puerta para evitar quemar el motor por exceso de corriente.