南 京 理 工 大 学
毕业设计说明书(论文)
作 者: 学院(系): 专 业: 题 目:
指导者： (姓 名) (专业技术职务)
唐功 学 号： 1010200147 自动化学院 自动化
基于ARM的地铁屏蔽门系统门控
单元软件设计
左兵城 工程师 吴盘龙 副研究员 评阅者：
(姓 名) (专业技术职务)
2014 年 5 月
毕业设计说明书（论文）中文摘要
针对门控单元要求，本文完成了使用LPC2129微控制器的屏蔽门运动控制软件编写。使用LPC2129内置的ADC通道测量电机上串接电阻的电压获得电机电流值，使用内置PWM通道产生电机驱动控制信号，使用微控制器的外部中断和内部定时器获得屏蔽门的位置和速度。本文还设计了一个通用输入输出口模拟SPI通信接口，完成控制器与驱动器之间的通信任务。针对屏蔽门运动控制的需求设计了转速和电流数字PI控制器。在IAR Embedded Workbench集成开发环境下完成了软件的编写，并且通过使用数字示波器获得了电机运行的动态曲线。 关键词 门控单元 微控制器LPC2129 SPI 无刷直流电机 速度-电流双闭环 IAR EWARM
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title Software of platform-edge door control system based on ARM design Abstract For Platform-edge door control system requirements, In this paper, a Platform-edge door motion control software using ARM7-based microcontroller LPC2129 is done. Use the built-in ADC channel measurements the voltage of resistance which series in the motor to get the motor current value, use the built-in PWM channel generates motor drive control signals, use microcontroller internal timer and external interrupt to get the position and velocity of Platform-edge door. This paper, a generic I / O port simulation SPI communication interface is designed, for the communication between the controller and the driverFor the requirements of Platform-edge doors motion control,a digital speed and current PI controller is designed.In the IAR Embedded Workbench integrated development environment,the control software is done.By using a digital oscilloscope, the dynamic curve of the motor running is got. Keywords Gating cell microcontroller LPC2129 SPI Brushless DC Motor Speed-current closed loop IAR EWARM
本科毕业设计说明书（论文）
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目 次
1 绪论 .................................................................................................................................... 1 2 系统简介 ............................................................................................................................ 3 3 软件运行环境 .................................................................................................................... 5 3.1 系统概述 ......................................................................................................................... 5 3.2 无刷直流电机 ................................................................................................................. 6 3.3 电机调速 ......................................................................................................................... 7 3.4 SPI接口 ............................................................................................................................ 7 4 控制系统分析和软件设计 .............................................................................................. 10 4.1 软件开发环境 ............................................................................................................... 10 4.2 建立无刷直流电机的传递函数 ................................................................................... 10 4.3 系统的原理图 ............................................................................................................... 11 4.4 控制器参数的设计 ....................................................................................................... 13 4.5 SPI通信协议 .................................................................................................................. 15 4.6 位置和速度测量 ........................................................................................................... 16 4.7 PWM（脉冲宽度调制） ............................................................................................... 17 4.8 按键消抖 ....................................................................................................................... 17 4.9 软件流程图 ................................................................................................................... 18 5 实验结果分析 .................................................................................................................. 22 5.1 电机稳态特性 ............................................................................................................... 22 5.2 电机的动态特性 ........................................................................................................... 23 结 论 .................................................................................................................................... 29 致 谢 .................................................................................................................................... 30 参 考 文 献 ........................................................................................................................ 31
本科毕业设计说明书（论文）
1 绪论
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地铁屏蔽门是在列车轨道地和铁候车站台之间控制乘客进出的门。地铁屏蔽门将列车隧道区域与候车站台隔离开，使候车站台在屏蔽门没打开时相当于密闭空间可以减小空调的能量损耗，同时减少列车运行活塞风和噪音对车站的影响，为乘客提供舒适、安全的候车环境。屏蔽门的使用，可以为乘客带来安全和舒适的环境，减少站台工作人员，节约运营成本[1]。门控单元软件是在门控单元硬件上工作的，因此需要在充分了解门控单元的组成以及工作原理的前提进行软件设计。屏蔽门的设计要求可以参考文献[2]。
门控单元是屏蔽门的重要组成部分，每对滑动门均配置一个门控单元，并安装在门体上部的顶箱内[3]。电机作为屏蔽门的驱动装置，直接决定门的运动状态。而电机的运转是受门控单元中的软件控制的。当列车进入车站停靠后，列车发送开门信号给门控单元，然后在门控单元的控制下驱动屏蔽门打开。
门控单元最主要的任务是控制电机完成相应指令的任务。在文献[4]中介绍了“奥的斯”屏蔽门系统，其中的门控单元处理器采用的是16位控制微机，可以完成滑动门的控制以及状态的显示。在文献[2]中介绍了防夹物策略是关门力不超过150N，遇到障碍物不能关闭时重复尝试关门三次后不再关门。门控单元在完成控制任务时应当充分考虑系统的可拓展性，为电机预留通信接口，本文设计采用LPC2129微控制器正是考虑门控单元在其他方面的需求。
控制电机作为执行元件时主要包括直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机和无刷直流电机等[5]。无刷直流电机具有直流电机的启动力矩大，调节特性好的特性。无刷直流电机的最大特点是没有换向器（曾称整流子）和电刷组成的机械接触机构。因此，无刷直流电机没有换向火花，寿命长，运行可靠，维护简便。此外，其转速不受机械换向的限制[6]。在相同体积时可以提供更大的动力。鉴于这些特点，门控系统驱动电机宜采用无刷直流电机。
本文使用LPC2129微控制器和无刷直流电机针屏蔽门需求设计了一套运动控制方案。将控制算法编写成软件在微控制器上运行。电机的运动控制采用转速-电流双闭环控制，转速的采样通过无刷直流电机上面的霍尔传感器测量，电流通过LPC2129内部ADC测量串接在电路中的电阻电压来获得，调节器采用PI调节器，由于我们采用的微控制器只能处理数字信号，所以需采用数字PI调节器。通过这些构成了控制