本實用新型屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種單相異步電動機速度控制綜合實驗裝置。

背景技術(shù)：

單相異步電動機是指用單相交流電源供電的異步電動機。單相異步電動機隨處都可見其身影。單相異步電動機的應(yīng)用與日常生活密切相關(guān),如電風(fēng)扇、洗衣機、電冰箱、空調(diào)、手槍電鉆等都用到單相異步電動機。它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、噪聲小、使用方便、運行可靠等優(yōu)點。在單相異步電動機的教學(xué)中，純粹的理論教學(xué),強行灌注的知識不可能深人學(xué)生的大腦。不利于幫助學(xué)生更直觀、更感性地認識單相異步電動機的工作原理。目前，在具體的教學(xué)實踐中,高校也開設(shè)異步電動機的專業(yè)課程。單相異步電動機速度控制實驗裝置存在以下幾種：一是，由可編程邏輯控制器(PLC)控制來實現(xiàn)的；二是，由PC機配合外圍驅(qū)動電路實現(xiàn)的。這兩種單相異步電動機速度控制實驗裝置存在以下不足：結(jié)構(gòu)尺寸大，攜帶不方便；電路復(fù)雜，每一種平臺的功能多，需要元器件較多；設(shè)計集成度不夠，一個控制終端可以有多種實現(xiàn)電路，未整合；設(shè)計成本較高，浪費設(shè)計材料，整合電路成本少于獨立電路成本和；調(diào)試不方便，不能在線調(diào)試，需要借助其它手段；電路設(shè)計不完善，未能設(shè)置一些故障電路，考察學(xué)生分析能力；不利于學(xué)生學(xué)習(xí)，未能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識；未能提高學(xué)生認識，具有認識的片面性；未能充分鍛煉學(xué)生實際動手能力；未能擴充學(xué)生知識面，引導(dǎo)學(xué)生檢索知識，提高學(xué)習(xí)的興趣；未能鍛煉學(xué)生綜合分析，應(yīng)用知識的能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有單相異步電動機速度控制實驗裝置的缺點，提供一種電路簡單、集成度高、成本低、擴展能力強的單相異步電動機速度控制綜合實驗裝置。

解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是它具有：對整個裝置進行控制的FPGA電路；PCI電路，該電路的輸出端接FPGA電路；控制電路，該電路的輸出端接FPGA電路；單相電機驅(qū)動電路，該電路的輸入端接FPGA電路。

本實用新型的FPGA電路：集成電路U5的58腳、59腳、126腳、125腳、66腳、123腳、122腳、188腳、7腳、8腳、12腳、18腳、22腳、24腳、28腳、34腳依次接集成電路U1的30～37腳、48～55腳，集成電路U5的134腳接晶體振蕩器Y2的4腳、36腳接按鍵S1的一端并通過電阻R4接3V電源、121腳接按鍵S2的一端并通過電阻R5接3V電源、140腳接按鍵S3的一端并通過電阻R6接3V電源，集成電路U5的32腳、30腳、129腳、20腳接插座J1的1～4腳，集成電路U5的5腳、6腳、27腳、48腳、119腳、141腳接5V電源，集成電路U5的26腳、55腳、69腳、87腳、102腳、131腳、159腳、173腳、191腳、206腳接3V電源，集成電路U5的15腳、16腳、37腳、38腳、60腳、78腳、96腳、109腳、110腳、120腳、130腳、142腳、152腳、164腳、182腳、200腳、49腳、4腳接地，集成電路U5的143腳、144腳、147腳、149腳依次接集成電路U6的27腳、50腳、53腳、34腳，集成電路U5的160腳、161腳、128腳接集成電路U2的5腳，集成電路U5的132腳、133腳、135腳接集成電路U3的5腳，集成電路U5的136腳、138腳、139腳接集成電路U4的5腳，晶體振蕩器Y2的1腳接3V電源、3腳接地，按鍵S1～S3的另一端接地，插座J1的5腳接地；集成電路U1的型號為C8051F021，集成電路U2和集成電路U3以及集成電路U4的型號為HK4100F-DC3V，集成電路U5的型號為EPF8820ARC208-2，集成電路U6的型號為CH382L。

本實用新型外圍元器件較少，電路簡單，將不同平臺整合到一塊，集成度高，元器件都是常用的，成本較低，配套調(diào)整方便，使用方便，具有PCI接口，便于與外圍設(shè)備高速傳輸數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)不同接口對接，擴展能力強，采用硬件實現(xiàn)算法，數(shù)據(jù)處理速度快，調(diào)試方便，可在線調(diào)試，具有多種控制手段，方便，快捷。本實用新型實驗性功能強，可用于學(xué)生學(xué)習(xí)使用，拓展學(xué)生的思路，引導(dǎo)設(shè)計靈活學(xué)生發(fā)散思維，提高學(xué)生的認識，理解算法等不僅僅是由軟件實現(xiàn)可以由硬件電路實現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本實用新型的電氣原理方框圖。

圖2是圖1中PCI電路的電子原理線路圖。

圖3是圖1中FPGA電路的電子原理線路圖。

圖4是圖1中控制電路和單相電機驅(qū)動電路的電子原理線路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步詳細說明，但本實用新型不限于下述的實施方式。

在圖1、2、3、4中，本實施例的一種單相異步電動機速度控制綜合實驗裝置由FPGA電路、PCI電路、控制電路、單相電機驅(qū)動電路連接構(gòu)成，PCI電路的輸出端接FPGA電路，控制電路的輸出端接FPGA電路，單相電機驅(qū)動電路的輸入端接FPGA電路。

本實施例的控制電路由集成電路U1構(gòu)成，晶體振蕩器Y1、電容C1、電容C2連接構(gòu)成，集成電路U1的型號為C8051F021。集成電路U1的30～37腳、48～55腳接FPGA電路，集成電路U1的17腳接晶體振蕩器Y1的一端和電容C1的一端、18腳接晶體振蕩器Y1的另一端和電容C2的一端，集成電路U1的19腳、41腳、57腳、24腳接3V電源，集成電路U1的56腳、40腳、25腳、5腳接地，集成電路U1的7腳接8腳，電容C1和電容C2的另一端接地。

本實施例的PCI電路由集成電路U6、集成電路U7、晶體振蕩器Y3、電容C3～C7、電阻R1～R3、連接器P1連接構(gòu)成，集成電路U6的型號為CH382L，集成電路U7的型號為AT24C02。集成電路U6的21腳和20腳依次接集成電路U7的1腳和2腳、17腳晶體振蕩器Y3的一端和電容C3的一端、18腳接晶體振蕩器Y3的另一端和電容C4的一端、62腳通過電阻R1接地、63腳通過電阻R2接地、10腳通過電阻R3接地，集成電路U6的11腳、12腳、5腳、6腳依次接連接器P1的25腳、24腳、19腳、18腳，集成電路U6的15腳接電容C5的一端、14腳接電容C6的一端、1腳接連接器P1的13腳并接電容C7的一端，集成電路U6的2腳、19腳、49腳接3V電源，集成電路U6的4腳、32腳、47腳、7腳、13腳接1.8V電源，集成電路U6的3腳、8腳、9腳、16腳、33腳、48腳、56腳、61腳接地，集成電路U6的27腳、50腳、53腳、34腳接FPGA電路，集成電路U7的4～8腳接地、3腳接3V電源，電容C3和電容C4以及電容C7的另一端接地，連接器P1的22腳接電容C5的另一端、21腳5接電容C6的另一端，連接器P1的26腳、23腳、20腳、1腳、16腳、17腳接地，連接器P1的12腳、14腳、15腳接3V電源。

本實施例的FPGA電路由集成電路U5、晶體振蕩器Y2、按鍵S1～S3、電阻R4～R6、插座J1連接構(gòu)成，集成電路U5的型號為EPF8820ARC208-2。集成電路U5的58腳、59腳、126腳、125腳、66腳、123腳、122腳、188腳、7腳、8腳、12腳、18腳、22腳、24腳、28腳、34腳依次接集成電路U1的30～37腳、48～55腳，集成電路U5的134腳接晶體振蕩器Y2的4腳、36腳接按鍵S1的一端并通過電阻R4接3V電源、121腳接按鍵S2的一端并通過電阻R5接3V電源、140腳接按鍵S3的一端并通過電阻R6接3V電源，集成電路U5的32腳、30腳、129腳、20腳接插座J1的1～4腳，集成電路U5的5腳、6腳、27腳、48腳、119腳、141腳接5V電源，集成電路U5的26腳、55腳、69腳、87腳、102腳、131腳、159腳、173腳、191腳、206腳接3V電源，集成電路U5的15腳、16腳、37腳、38腳、60腳、78腳、96腳、109腳、110腳、120腳、130腳、142腳、152腳、164腳、182腳、200腳、49腳、4腳接地，集成電路U5的143腳、144腳、147腳、149腳接集成電路U6的27腳、50腳、53腳、34腳，集成電路U5的160腳、161腳、128腳、132腳、133腳、135腳、136腳、138腳、139腳接單相電機驅(qū)動電路，晶體振蕩器Y2的1腳接3V電源、3腳接地，按鍵S1～S3的另一端接地，插座J1的5腳接地。

本實施例的單相電機驅(qū)動電路由集成電路U2、集成電路U3、集成電路U4、電機M1連接構(gòu)成，集成電路U2和集成電路U3以及集成電路U4的型號為HK4100F-DC3V。集成電路U2的5腳接集成電路U5的160腳和161腳及128腳、2腳接地、1腳和6腳接220V直流電源、4腳接電機M1的一端；集成電路U3的5腳接集成電路U5的132腳和133腳及135腳、2腳接地、1腳和6腳接220V直流電源、4腳接電機M1的一端；集成電路U4的5腳接集成電路U5的136腳和138腳及139腳、2腳接地、1腳和6腳接220V直流電源、4腳接電機M1的一端；電機M1的另一端接地。

本實用新型的工作原理如下：

系統(tǒng)上電，電路開始初始化工作。此后，系統(tǒng)正常工作，當按下開關(guān)S1，不按下開關(guān)S2，控制器電路被選用。此時，用控制器進行單相異步電動機速度控制?？刂菩盘枏募呻娐稶1的引腳37～30輸出，輸入到集成電路U5，速度數(shù)據(jù)信號從集成電路U1的引腳55～48輸出，輸入到集成電路U5，集成電路U5啟動并口讀控制邏輯，接收從集成電路U1發(fā)送的速度數(shù)據(jù)；此后，集成電路U5對速度數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理結(jié)果，調(diào)整PWM波參數(shù)，并產(chǎn)生單相異步電動機控制時序，控制信號從集成電路U5的引腳60、161、128、132、133、135、136、138、139輸出,輸入到集成電路U2～U4，從集成電路U2～U4的引腳4輸出，去控制單相異步電動機動作。

當按下開關(guān)S2，不按下開關(guān)S1，PCI電路被選用。此時是用PCI電路進行單相異步電動機速度控制。速度數(shù)據(jù)信號從連接器P1輸入，由連接器P1的引腳24，25輸出，輸入到集成電路U5，經(jīng)集成電路U5的PCI Express數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榇谕ㄐ诺臄?shù)據(jù)，高度數(shù)據(jù)信號從U5的引腳53輸出，輸入到集成電路U4的引腳147，集成電路U5啟動串口讀控制邏輯，接收從連接器P1發(fā)送的速度數(shù)據(jù)；此后，集成電路U5對速度數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理結(jié)果，調(diào)整PWM波參數(shù)，并產(chǎn)生單相異步電動機控制時序，控制信號從集成電路U5的引腳60、161、128、132、133、135、136、138、139輸出到集成電路U2～U4，從集成電路U2～U4的引腳4輸出，去控制單相異步電動機動作。