基于PWM的按摩机传动控制电路设计学士学位毕业论文.docx
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基于PWM的按摩机传动控制电路设计学士学位毕业论文
毕业论文（设计）
论文（设计）题目
TitleOfThesis（Design）
基于PWM的按摩机传动控制电路设计
基于PWM的按摩机传动控制电路设计（黑体，一号，居中）
TransmissionControlCircuitDesignofMassageBasedonPWM（TimesNewRoman二号，加粗，居中）
张三（宋体，三号，加粗，居中）
ZhangSan（TimesNewRoman三号，居中）
201＊年5月（中文：
华文新魏，三号，加粗；西文：
TimesNewRoman三号，居中）
May201＊
指导教师对毕业论文（设计）的评语
Advisor’sCommentsonGraduationThesis（Design）
评语：
指导教师（签章）
SignatureofAdvisor
日期
Date
评阅人意见
评阅人姓名：
职称：
选项标准：
A很同意B同意C基本同意D不同意
分
项
评
价
评价项目
A
B
C
D
选
题
质
量
1
选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求
2
题目难易适度
3
题目工作量适当
4
有理论意义或实际价值
能
力
水
平
5
查阅文献资料能力强
6
综合运用知识能力强
7
研究方案的设计能力强
8
研究方法和手段的运用能力强
9
外文应用能力强
成
果
质
量
10
文题相符
11
写作水平高
12
写作规范
13
篇幅适度
14
成果有理论或实际价值
总体评价：
优□良□中□及格□不及格□
评阅人评语
评阅人签字：
年月日
答辩（评审）委员会意见
AppraisalofDefenceCommission
答辩（评审）成绩
MarkofDefence
鉴定意见
Appraisal&Comments
主任（签章）
SignatureofDean
日期
Date
基于PWM的按摩机传动控制电路设计（黑体，三号，居中，段前段后各1行，单倍行距）
[摘要]本文依据电机控制技术和单片机技术的发展，从人们日趋严重的健康问题出发，设计出一款功能齐全，价格低廉，工作可靠而又便于人们使用的按摩机。
本设计在描述按摩机功能的基础上，完成了一个基于PWM调速的按摩机传动控制系统电路的设计。
本设计以单片机技术和直流电机PWM调速技术为基础提出了控制系统框架和具体设计技术方案，从硬件电路方面阐述了控制系统的总体实现，结合硬件提出软件设计思想，利用C语言将之实现，并利用按键，蜂鸣器，LED数码管等外围设备为用户提供服务，实现人机交互和按摩功能。
通过按键，用户可以让按摩机工作在最具舒适的按摩工作方式和振动速度上；利用LCD显示当前的工作状态和电机当前的转速。
本设计是基于单片机的PWM传动控制电路的软硬件结合，利用单片机定时器延时与数据组合产生PWM脉冲波形，硬件上利用光电隔离技术和L298集成双H桥驱动器控制大功率电机，本设计不但结合了单片机开发技术，而且综合运用了直流电机PWM波驱动技术以及LED驱动与控制技术，实现了按摩机控制系统人机交互。
[关键词]AT89S51单片机PWM直流电机按摩机
摘要是以提供文献内容梗概为目的，不加评论和补充解释，简明、确切地记述文献重要内容的短文。
其基本要素包括研究目的、方法、结果和结论。
具体地讲就是研究工作的主要对象和范围，采用的手段和方法，得出的结果和重要的结论，有时也包括具有情报价值的其它重要的信息。
要有高度的概括性和自明性，语言精炼、明确。
同时有中、英文对照，字数在400字以内，不分段。
关键词是从论文的题名、提要和正文中选取出来的，对表述论文的中心内容有实质意义的词。
每篇论文一般选取3-8个关键词，同时有中、英文对照，另起一行，排在“摘要”的左下方。
排版说明：
题目，下空一行打印[摘要]及摘要内容；[摘要]（四号黑体），后空一格是摘要内容（小四号宋体）。
摘要内容下空一行打印[关键词]三字（四号黑体），其后为关键词（小四号宋体）每两个关键词之间空两格。
TransmissionControlCircuitDesignofMassageBasedonPWM（小四号，Arial字体，居中，段前段后各1行，单倍行距）
[Abstract]Withtheproblemsofincreasingserioushealth,thearticledesignsafeatured,lowprice,reliableandconvenientusagemassagemachine.Afterdescribingthefunctionofmassage,thedesigndedicatesthePWMmoduleofthetransmissioncontrolcircuit.ThedesignofframeworkandthetechnicalplanisbasedonaMCUoutputofPWMmachineryvelocitymodulationtechnicalandaDCmotor.CompletethesoftwarebyClanguageandusethekey,thebuzzer,theLEDandperipheraldeviceetc.toprovidesservicesforuserstorealizetheman-machineinteractionandamassagefunction.Throughthekeys,userscanmakethemassageworkinthemostcomfortablemassageandvibrationvelocity.
[KeyWords]AT89S51MCUPWMDCgeneratorMassagingmachine
排版说明：
题目，下空一行打印[Abstract]及Abstract内容；[Abstract]（小四号Arial字体），后空一格是摘要内容（五号Arial字体）。
摘要内容下空一行打印[KeyWords]三字（小四号Arial字体），其后为关键词（五号Arial字体）每两个关键词之间空两格。
中文题目、中文摘要、关键词合打一页。
英文题目、英文摘要和关键词另打一页。
另起新页采用“分页符”分隔。
摘要各行段前段后各0行，1.5倍行距。
目录（黑体，四号，居中，段前段后各1行，单倍行距）
目录下空一行目录内容，分章、节、小节三级，标注其开始页码，采用小四号宋体。
页码放在行末，目录内容和页码之间用细密点连接，如下例。
调节合适行距，尽量在一页显示，目录根据正文的标题自动插入生成。
引言（黑体，小三，加粗，居中，段前段后各1行，单倍行距）
引言是毕业论文的开头部分，主要说明论文写作的目的、现实意义、对所研究问题的认识，并提出论文的中心论点等。
引言要写得扼要，篇幅不要太长。
现代社会发展越来越快，人们生活节奏也快，随之而来的是工作压力的加大。
人们渴望休闲，渴望健康的心理越来越强烈。
于是当前人们对健康非常关注和重视，而按摩对人体健康有特殊促进功效。
按摩机就是在这一背景下产生的。
为了满足人们的需要和市场的需求，按摩机控制系统开发技术应运而生。
基于PWM的按摩机传动控制电路可实现市面上各类型按摩机的基本功能，并且结构简单，成本低廉，体积不大，易于实现控制，可满足人体腰部，足部以及颈部的按摩需要。
近10多年来，单片机技术和集成电路技术的发展以及宽调速永磁直流电动机的出现，促使PWM技术高速发展，并使电气驱动技术达到一个新的高度。
由于现代设备的自动化程度越来越高，电器元件被广泛与应用，用以实现位置、压力、开关量信号的检测与控制人机交互接口成为设备发展的方向，设备自动化程度的提高使操作人员的工作强度大大降低，通过键盘、触摸屏等接口设备即可完成器械的大部分操作。
随着自动化程度以及对设备使用要求的提高，功能更强大、操作更方便的器械也将不断出现。
本文主要研究内容及要解决的问题有：
1）PWM按摩机系统传动控制。
2）单片机的PWM波输出。
通过软件编程，实现一定范围内任意频率的方波输出，并可通过按键控制其输出值。
3）实现按摩机的功率驱动。
单片机控制部分是依靠5v或3.3v电压控制，而电机驱动部分要依靠更高电压控制，要解决电压隔离以及控制问题。
4）用户的使用管理。
对按摩机实现按摩功能的基本操作进行管理，包括按摩速度，强度以及工作状态的监控等，以实现人机交互和按摩功能。
引文内容宋体，小四，各行段前段后各0行，1.5倍行距。
第一章绪论（黑体，小三，加粗，居中，段前段后各1行，单倍行距）
1.1人类的健康与按摩机（宋体，四号，段前段后各1行，单倍行距，左顶头）
1.1.1人类的健康（黑体，四号，段前1行段后0行，单倍行距，左顶头）
现代社会发展越来越快，人们生活节奏也快，随之而来工作压力也越来越大。
人们渴望休闲，渴望健康。
于是当前人们对健康非常关注和重视，而按摩对人体健康有特殊促进功效。
所有正文宋体，小四，段前段后各0行，1.5倍行距，每段文字起首空两个汉字。
1.1.2按摩机实现按摩功能的原理
按摩机是通过电机震动代替手作用于人体的肌表，以调整人体的生理、病理状态，从而达到治病和保健的作用。
1.1.3按摩机构造特点
大多数群众在选购电动按摩器时，注重其功能的完善和其外观光滑、精细、美观程度，振动噪音小，振动强弱调节灵敏，振动头调换方便，各部位安装连接牢固可靠等。
1.2本文的主要工作——开发新型按摩机
以大规模集成电路为主的微型计算机――单片微型计算机（Singlechipmicrocomputer），简称单片机，又称嵌入式微控制器（Embeddedmicrocontroller）。
以下各章标题排版要求均参照第一章执行
第二章按摩机的总体系统设计及主要功能
2.1按摩机设计思想
本文采用单片机开发与应用技术设计出一种简易的按摩机控制系统，以实现基本按摩功能。
从传统的手动按摩手法联系电子科学技术的发展，联想到使用机器来实现手工的按摩功能，按摩机的设计就是基于这个想法通过电机震动代替手工来作用于人体的肌表，对疲劳的肌体进行适当的敲击以调整人体的生理、病理状态，疏通气血经络、活血化瘀、强身壮骨、调整脏腑、增强人体抗病能力，从而达到治病和保健的作用。
基于单片机生成的PWM按摩机传动控制电路来驱动直流电机可实现市面上各类型按摩机的基本功能，并且结构简单，成本低廉，体积不大，易于实现控制，可满足人体腰部，足部以及颈部的按摩需要。
近10多年来，单片机技术和集成电路技术的发展以及宽调速永磁直流电动机的出现，促使PWM技术高速发展，并使电气驱动技术达到一个新的高度。
开发按摩机的微机控制系统及其应用软件，能提高该机的自动化水平，减轻医务人员的工作强度。
本系统主要研究内容及解决的问题有以下几个方面：
1）单片机的PWM波输出。
通过软件编程，实现一定范围内任意频率变化而幅值不变的方波输出，并可通过人机界面的按键控制其占空比输出值。
2）实现按摩机的功率驱动。
单片机控制部分是依靠5v或3.3v电压控制，而电机驱动部分要依靠12V或者更高电压控制，要解决电压隔离的问题。
3）噪音控制。
在电机驱动期间，为满足实际使用需要，宜采用低噪音的外围电路设计。
4）人机界面管理。
对按摩机实现按摩功能的基本操作进行管理，包括按摩速度，强度以及工作状态的监控等，以实现人机交互的按摩功能。
2.2系统总体框图与电机控制
2.2.1系统总体设计框图
本设计以AT89S5l单片机作为检测和控制核心。
采用PWM技术动态控制电动机转速[2]。
通过软件编程实现按摩机不同力度的精确按摩以及数据的存储、显示和响应按键调速等功能。
通过对电路的优化组合，可以最大限度地利用单片机的全部资源。
图2.1系统总体方案框图（宋体，五号，居中，段前段后各0行，单倍行距）
Fig2.1Generalschemediagramofsystem（TimesNewRoman，五号，居中，段前段后各0行，单倍行距）
文中图、表应有自明性。
图、表名应附相应的英文和必要的中文图注。
制图要求：
半栏图宽≤7cm，通栏图宽≤16cm；图中曲线粗细应相当于5号宋体字的竖画，坐标线的粗细相当于5号宋体字的横画；图中文字、符号、纵横坐标标目用小五号字；标目采用国家标准的物理量（英文斜体）和单位符号（英文正体）的比表示，如c/molL-1。
图居中显示。
2.2.2直流电动机控制原理
本文基于AT89S51单片机产生的PWM脉冲信号，经光电耦合、功率放大后，通过集成电机驱动芯片L298驱动控制直流电机运转。
下面将逐一进行叙述：
当开关管MOSFET的栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有电压Us。
t1时间后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压为0。
t2时间后，栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。
这样对应着输入的电平高低，直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图所示。
电动机的电枢绕组两端的电压平均电压值Uo为:
Uo=（t1×Us+0）/（t1+t2）=t1×Us/T=a×Us（2-1）
公式：
公式书写应在文中另起一行，居中书写。
公式的编号加圆括号，放在公式右边行末，公式和编号之间不加虚线。
公式按章顺序编排。
采用标准的word公式编辑器即可。
2.3控制噪声
对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。
最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号，称为噪声。
但是，一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声概念。
例如，把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。
可以说，电路中除目的的信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。
例如，电源电压中的纹波或自激振荡，可对电路造成不良影响，使音响装置发出交流声或导致电路误动作，但有时也许并不导致上述后果。
对于这种纹波或振荡，都应称为电路的一种噪声。
又有某一频率的无线电波信号，对需要接收这种信号的接收机来讲，它是正常的目的信号，而对另一接收机它就是一种非目的信号，即是噪声。
平均值
最小值
最大值
图2.2电流波形和电枢电压
Fig2.2Electriccurrentwaveformandvoltageofarmature
第三章系统设计
3.1系统的硬件模块组成及设计原理
本文设计使用单片机的P0口用于液晶显示速度和加速、减速过程，P2.1口用于控制电动机的PWM脉冲波输出口，P2.4-P2.7口用于按键中断接口。
这样做的优点是：
充分利用了单片机的内部资源，降低了总体设计的成本。
此系统的硬件部分由单片机单元、电源单元、键盘输入单元、电机控制单元和显示单元组成。
3.2单片机控制电路
3.2.1单片机的选择
根据设计需求和市场价格本文选择ATMEL公司生产的低功耗8位AT89S51单片机，40引脚集成芯片作为控制器。
器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术，兼容标准8051指令系统及引脚[7]。
图3.18051内部结构
Fig3.1Interiorstructureof8051
提及单片机就不得不提MCS-51单片机，它是美国INTEL公司于1980年推出的一系列产品的总称，这系列产品有好多种，如8031,8051,8751,8052等，其中以8051为最典型的产品，该系列其他单片机都是在8051基础上进行增、减或者改变而来的，所以人们习惯用8051来称呼MCS-51系列单片机，由于MCS-51单片机影响极深远，许多公司都推出了兼容系列单片机，就是说MCS-51内核实际上已经成为一个8位单片机的标准。
其他的公司的51单片机产品都是和MCS-51内核相兼容的产品而已。
本文使用的AT89S51指的就是ATMEL公司开发生产的AT89S51单片机，同时是在原8051基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由Flash（程序存储器的内容至少可以改写1000次）存储器取带了原来的ROM（一次性写入）,AT89S51的性能相对于8051已经算是非常优越的了。
其引脚排列如图3.9所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号，不用时刻直接接地。
L298可驱动2个直流电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。
5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。
L298的逻辑功能如表3.1所列。
表格采用“三横线表”，表的内容切忌与图和文字的内容重复。
表居中显示。
表内文字宋体，小五字号。
表3.1L298的逻辑功能（宋体，五号，居中，段前段后各0行，单倍行距）
Table3.1LogicfunctionofL298（TimesNewRoman，五号，居中，段前段后各0行，单倍行距）
ENA（B）
INl（IN3）
IN2（IN4）
电机运行情况
H
H
L
正转
H
L
H
反转
H
同IN2（IN4）
同INl（IN3）
快速停止
L
X
X
停止
L298N是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，与L293D的差别是其输出电流增大，功率增强。
其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受MCU控制，在电机选择方面，参考市售按摩椅电机功率为40W左右，本文选择雨田4D40-12型直流电机，其额定输入电压为12V,额定功率40瓦，空载电流2A，负载电流5.2A,考虑到实际驱动电路中的平均电压并达不到额定值，所以利用此电机是可行的。
本着着重设计一款安全可靠的产品，所以在单片机和驱动集成电路之间使用光电隔离技术。
第四章按摩机的软件设计
本设计把电机系统与AT89S51单片机芯片完美的结合起来实现对电机速度的精确控制。
由于51系列单片机功能齐全，完全可以满足单个电动机的控制，且编程方便，速度快，集成度高，价格低，从而使系统研制周期大大缩短。
硬件的成熟加上采用简单实用的C语言编程，使本产品具有比较高性价比，设计过程中全部编程设计工作都在keilc设计平台上实现。
4.1软件总流程设计
与传统的直接编程相比，目前流行的编程方式是模块化编程，主要原因是现在编写的程序长度在增加，一个项目的程序是不可能由一个人完成的，如果使用直接编程方式，各个功能间的协调工作会相当麻烦，基于这个条件，行业内逐渐形成模块化设计思想，模块化设计的优势在于协调工作上的方便快捷。
并且程序越大，其优势越明显。
4.2各模块主要功能
4.2.1程序入口模块程序
在进入主程序前先建立一个启动界面，可显示应用程序名称和版权信息，还可避免由于应用程序启动前进行大量的初始化而占用较长时间，同时要进行初始化设置，包括建立头文件、并行口设置和主要子程序定义等。
软件编程见附件init.c文件。
4.2.2主程序
主程序主要编写按摩机工作时需要的主体框架，包括运行单片机，按要求输出PWM波启动直流电机工作，显示按摩机工作状态，随时接受中断处理等。
软件编程见附件main.c文件。
4.2.3显示模块
产品为了体现人性化，在其正常工作时，采用液晶显示屏幕显示当前工作状态，各按钮的动作与其文本内容相对应。
工作状态的显示通过编程实现，在液晶显示窗口上设计了三组显示内容，分别为“按摩机速度”，“当前速度”和“减速、减速或停止”。
软件编程见附件lcd.c文件。
第五章*********
5.1XXXXXXXX
5.2XXXXXXXXX
结论（宋体，四号，居中，加粗，段前段后各一行，单倍行距）
结论是全文的思想精髓和文章价值的体现。
应概括说明所进行工作的情况和价值，分析其优点和特色，指出创新所在，并应指出其中存在的问题和今后的改进方向，特别是对工作中遇到的重要问题要着重指出，并提出自己的见解。
它集中反映作者的研究成果，表达作者对所研究课题的见解和主张，结论要简单、明确，篇幅不宜过长。
本系统主要以单片机（AT89S51）为主要控制芯片。
采用了L298驱动芯片和PWM技术实现电机控制，通过键盘和LCD实现人机界面的数据交换。
在设计过程中力求硬件电路简单，充分发挥软件设计的优势，在硬件基础上通过灵活方便的C语言编程来满足系统的要求。
本文经过一个半月的搜集资料，市场观察，设计以及统稿过程，最终基本完成要求。
并可以实现所设计产品的大部分功能。
由于没有电机和驱动器等器材，没有完成实物制作，所以只能在51开发板上利用PWM驱动LED灯闪烁来模拟PWM的实现，而速度以及运行状态的显示是在开发板上模拟显示的。
考虑到无实物，电机驱动部分的发挥效果没有得到展示，这是本文的一大遗憾。
由于系统选择利用两个定时器做PWM输出，而没有选择I/O口做输出，所以只占用单片机很少时间资源，这对于没有硬件PWM输出的AT89S51芯片是合理的，但这样在产品中就不能利用定时器实现定时按摩的功能了！
这是本文在设计时欠缺的一项功能。
致谢语（黑体，四号，居中，加粗，段前段后各一行，单倍行距）
通常以简短的文字，对工作过程中曾给自己以直接帮助的人表示谢意。
这次能顺利完成毕业设计，从开始进入课题到论文的顺利完成，除了自身的努力以外，更少不了很多可敬的师长、同学、朋友给我无言的帮助与指导。
为此，在这里我要对那些给予我帮助的每一位老师和同学表示诚挚的谢意。
此外，还要特别感谢在毕业设计期间予以我指导的**老师，在整个毕业设计过程中，由于有他耐心仔细的指导，在他繁忙的工作之余，还能抽出时间来督促和指导我的设计，并对我设计中的每一个环节，每一个步骤和方案设计都做了一一的讲解、纠正和补充，在此对他表示衷心的感谢！
由于知识水平有限，我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，在设计过程中难免有所出错，所以希望各位老师、同学或读者能对我的设计论文中的缺陷和不足予以指正。
张三
于山东工商学院信电学院
201*年05月
参考文献（黑体，小三号，居中，加粗，段前段后各一行，单倍行距）
[1]沙占友．单片机外围电路设计[M].北京：
电子工业出版社,2003.01.
[2]宋健，姜军生，赵文亮等．基于单片机的直流电动机PWM调速系统[J]．农机化研究，200
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