本實用新型屬于自動控制技術領域，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：

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用與日常生活密切相關,如電風扇、洗衣機、電冰箱、空調、手槍電鉆等都用到單相異步電動機。它具有結構簡單、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中，純粹的理論教學,強行灌注的知識不可能深人學生的大腦。不利于幫助學生更直觀、更感性地認識單相異步電動機的工作原理。目前，在具體的教學實踐中,高校也開設異步電動機的專業(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)控制來實現的；二是，由PC機配合外圍驅動電路實現的。這兩種單相異步電動機速度控制實驗裝置存在以下不足：結構尺寸大，攜帶不方便；電路復雜，每一種平臺的功能多，需要元器件較多；設計集成度不夠，一個控制終端可以有多種實現電路，未整合；設計成本較高，浪費設計材料，整合電路成本少于獨立電路成本和；調試不方便，不能在線調試，需要借助其它手段；電路設計不完善，未能設置一些故障電路，考察學生分析能力；不利于學生學習，未能激發(fā)學生的創(chuàng)新意識；未能提高學生認識，具有認識的片面性；未能充分鍛煉學生實際動手能力；未能擴充學生知識面，引導學生檢索知識，提高學習的興趣；未能鍛煉學生綜合分析，應用知識的能力。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題在于克服現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。

解決上述技術問題所采用的技術方案是它具有：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，配套調整方便，使用方便，具有PCI接口，便于與外圍設備高速傳輸數據，可以實現不同接口對接，擴展能力強，采用硬件實現算法，數據處理速度快，調試方便，可在線調試，具有多種控制手段，方便，快捷。本實用新型實驗性功能強，可用于學生學習使用，拓展學生的思路，引導設計靈活學生發(fā)散思維，提高學生的認識，理解算法等不僅僅是由軟件實現可以由硬件電路實現。

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動電路的電子原理線路圖。

具體實施方式

下面結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、單相電機驅動電路連接構成，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構成，晶體振蕩器Y1、電容C1、電容C2連接構成，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：

系統上電，電路開始初始化工作。此后，系統正常工作，當按下開關S1，不按下開關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，速度數據信號從集成電路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)送的速度數據；此后，集成電路U5對速度數據處理，根據處理結果，調整PWM波參數，并產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S2，不按下開關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。速度數據信號從連接器P1輸入，由連接器P1的引腳24，25輸出，輸入到集成電路U5，經集成電路U5的PCI Express數據轉變?yōu)榇谕ㄐ诺臄祿?，高度數據信號從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)送的速度數據；此后，集成電路U5對速度數據處理，根據處理結果，調整PWM波參數，并產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。