【正文】 所帶的負載種類繁多，且往往是整個設(shè)備中的關(guān)鍵部分，因而電動機的安全、穩(wěn) 定運行具有十分重要的意義。 因此，無論從安全的角度還是從經(jīng)濟的角度來看，電動機保護器的研究有著深遠的意義。熱繼電器在電子技術(shù)尚不發(fā)達的時代曾是電機過載保護的首選產(chǎn)品，利用的是雙金屬片熱效應(yīng)原理：雙金屬片是由兩片不同膨脹系數(shù)的金屬鉚合而成，通過的電流使它們產(chǎn)生熱量，并向膨脹系數(shù)小的一邊彎曲，彎曲的程度和電流的大小成正比，當電流超過熱繼電器整定電流的一定時間就會啟動其中的脫扣裝置，從而起到切斷主回路達到保護的目的。正因為如此，這種傳統(tǒng)的電動機保護方法正在被逐步淘汰，新設(shè)備上已基本看不到它的身影。我國電子式保護器是由晶體管型發(fā)展至集成電路型，裝置功能基本滿足電動機保護的要求。 （ 2） 無法實現(xiàn)參數(shù)存儲、通信等功能。以微控制器、數(shù)字信號處理器、可編程邏輯控制器等為代表的智能型控制器不斷進步，在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域都取得了重大成果。它還擁有顯示、通信、故障記錄等功能。設(shè)計采用測頻計數(shù) 式。這里繼電器由相應(yīng)的晶閘管來驅(qū)動（如圖 3 所示），開機時，單片機初始化后的 為高電平， +12V 電源通過電阻使三極管導(dǎo)通，所以開機后繼電器始終處于吸合狀態(tài)，如果在程序中寫入 CLR ，相應(yīng)三極管的基極就會被拉到 0V左右，使相應(yīng)的三極管截止，繼電器就會斷電釋放，每個繼電器都有一個常開轉(zhuǎn)常閉的接點，便于在其他電路中使用，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收方向電動勢的功能，保護相應(yīng)的驅(qū)動晶閘管，這 種繼電器驅(qū)動方式硬件結(jié)構(gòu)簡單。 長江大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 IX 圖 3 光耦隔離驅(qū)動繼電器電路 6 完成畢業(yè)設(shè)計所必須具備的工作條件及解決辦法 計算機一臺 電路設(shè)計軟件 Keil uVision3 7 工作的主要階段、進度與時間安排 2 月 27 日 ~3 月 10 日：網(wǎng)上 查資料、完 成文獻翻譯 ； 3 月 10 日 ~3 月 23 日：查看 相關(guān)資料進 行方案設(shè)計 ，開題報告 ； 3 月 24 日 ~4 月 15 日：掌握 S TC 12C 5202 單 片機的基礎(chǔ) 編程及應(yīng)用 ，了 解 單 片 機的基本 工作原理 ； 4 月 16 日 ~5 月 10 日 : 利用 繪 制 電路圖，并進行硬 件 調(diào) 試 ，使用 Keil uVision3 進行編程； 5 月 11 日 ~5 月 25 日：完成 畢業(yè)論文初 稿； 5 月 26 日 ~6 月 4 日：畢 業(yè)論文及 相關(guān)文檔定 稿、審查、 評閱； 長江大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 X 6 月 4 日 ~6 月 10 日：畢 業(yè)設(shè)計答 辯。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力， 畢業(yè)論文 (設(shè)計 )是否完成規(guī)定任務(wù)，達到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯 。隨著微型計算機的廣泛應(yīng)用，特別是高性能價格比的單片機的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量普遍采用以單片機為核心的數(shù)字式測量方法。 本設(shè)計主要用單片機 STC12C520xx作為控制核心，由電磁式轉(zhuǎn)速傳感器 .光耦電路 .電磁繼電器 .接觸器等構(gòu)成。 Information College Tutor:ZhaoChengzhi. Electronics amp。 Data processing。 電動機的故障或不正常運行輕則影響設(shè)備功能重則造成設(shè)備損壞和其他安全事故，引起重大的經(jīng)濟損失，電動機保護器的研究就顯得十分重要。 國內(nèi)外研究的概況和發(fā)展趨勢 [1]以熔斷器、 熱繼電器為主的機械式保護方式 熱繼電器是建國以后從前蘇聯(lián)引進技術(shù)開發(fā)的金屬片機械式電動機過載保護器，是長期以來我國電動機保護器所采取的的主要技術(shù)方法。熱繼電器具有反時限特性和結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便等優(yōu)點；同時，它也有一定的缺陷，由于材料的熱滯后效應(yīng)導(dǎo)致熱繼電器有保護時滯和輕微堵轉(zhuǎn)、過載保護欠佳的缺點。 [2]普通電子式電動機保護器 從上個世紀七八時年代開始，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，一批新的基于分立電子元件和中小規(guī)模集成電路的新型電動機保護產(chǎn)品應(yīng)運而生。但是設(shè)計思路的限制導(dǎo)致這些電動機保護器仍有一些難以克服的缺陷，這主要便現(xiàn)在： （ 4） 精度不高。受期間功能影響，在由分立元件構(gòu)成的電動機保護器上無法實現(xiàn)像 參數(shù)記錄，實時通信這樣的高端性能，這也限制這類保護器的應(yīng)用范圍?；谥悄苄涂刂破鞯碾妱訖C保護器與前兩種保護方式相比具有先天的優(yōu)勢。智能型電動機保護器正以其優(yōu)異的性能取得各大原始設(shè)備生產(chǎn)商的青睞，它將是電動機保護器的主要發(fā)展方向 [1]。 轉(zhuǎn)速傳感器檢測電機旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生方波脈沖信號，假設(shè)檢測到的方波間隔大于 5S，則電機堵轉(zhuǎn)。 磁電式 圖 (a)為開磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器，傳感器由永久磁鐵 軟鐵 感應(yīng)線圈 3組成，齒數(shù)為 m 的齒輪 4 安裝在被測轉(zhuǎn)軸上。它是由裝在轉(zhuǎn)軸 1 上的內(nèi)齒輪 外齒輪 線圈 4 及磁鐵 5 構(gòu)成，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相同均為 m，轉(zhuǎn)軸 1 連接到被測轉(zhuǎn)軸上與被測軸一起轉(zhuǎn)動，使內(nèi)外齒輪相對運動，使磁路氣隙周期變化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，電勢頻率同 (式 21)。其上限工作頻率可達 100kHz。當金屬齒輪隨被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，電渦流傳感器線圈的電感將周期性地變化，其變化頻率也由（式 21)決定。由磁導(dǎo)體和置于磁導(dǎo)體間隙中的霍爾元件組成測量頭 [圖 (a)右上角 ]，磁導(dǎo)體盡可能安裝在鐵氧體邊上。 以上兩種霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器，配以適當?shù)碾娐芳纯蓸?gòu)成數(shù)字式或模擬式非接觸型轉(zhuǎn)速表，這種轉(zhuǎn)速表對被測軸影響小，輸出信號幅值又與轉(zhuǎn)速無關(guān)，因此測量精度高，測速范圍大致在 （ 1~ 410 ） 1s? 。兩個 脈沖間隔時間 5S 可由單片機定時。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計的，特別適用于工業(yè)控制及其數(shù)據(jù)處理場合，因此，確切的稱謂是微控制器（ Microputer）。 圖 STC12C5202AD 單片機 DIP 封裝 16 管腳圖 STC12C52202AD 單片機的主要特點 （ 1）增強型 8051 內(nèi)核，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。另外片上還集成可擦寫十萬次以上的 EEPROM，可用于數(shù)據(jù)保存。 （ 7）片上集成 2 個全雙工異步串行通信口，以及 1 個高速 SPI 通信端口，可以滿足一般通信要求。硬件乘法 /除法指令。 單片機編程結(jié)構(gòu) STC12C5202AD 單片機是基于 8051 內(nèi)核的新一代微控制器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示 [7] 基于ＳＴＣ單片機的電機脈沖測速及堵轉(zhuǎn)保護器 第 10 頁 共 41 頁 高速數(shù)據(jù)總線單 時 鐘S T C 1 2 C 5 2 0 2C P UF l a s h 存 儲 器數(shù) 據(jù) Ｒ Ａ Ｍ２ Ｋ 字 節(jié) ＥＥ Ｐ Ｒ Ｏ ＭＷ Ｄ Ｔ硬 件 看 門 狗電 源 監(jiān) 測片 內(nèi) Ｒ Ｃ 振蕩 器可 配 置 振蕩 器晶 體 振 蕩器４ 路 Ｐ Ｗ Ｍ／ Ｐ Ｃ Ａ ／Ｃ Ｃ Ｐ 捕 獲／ 比 較 單 元可 當 Ｄ ／ Ａ使 用８ 通 道 高 速Ａ ／ ＤＵ Ａ Ｒ Ｔ全 雙 工 串 行口Ｉ Ｓ Ｐ ／ ＩＡ Ｐ定 時 器串 行 外 設(shè) 接口 Ｓ Ｐ ＩＩ ／ Ｏ 端 口 圖 STC12C5202 單片機結(jié)構(gòu)圖 脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計 脈沖產(chǎn)生電路原理 一般的轉(zhuǎn)速長期測量系統(tǒng)是預(yù)先在軸上安裝一個有 10 齒的測速齒盤，用變磁阻式或電渦流式傳感器（如圖 所示）獲得一轉(zhuǎn) 10 倍轉(zhuǎn)速脈沖，再用測頻的辦法實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量 .而臨時性速測量系統(tǒng)，多采用磁電式傳感器，從轉(zhuǎn)軸上預(yù)先粘貼的一個標志上獲得一轉(zhuǎn)一個轉(zhuǎn)速脈沖，隨后利用電子倍頻器和測頻方法實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。 圖 電磁式傳感器實物圖 基于ＳＴＣ單片機的電機 脈沖測速及堵轉(zhuǎn)保護器 第 12 頁 共 41 頁 脈沖信號的采集和轉(zhuǎn)換 在設(shè)計中采用電磁式傳感器采集信號，這種傳感器是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的脈沖，然后用測量電路測出頻率，由頻率值就可知道所側(cè)轉(zhuǎn)速值。圖 34 為設(shè)計采用的施密特觸發(fā)器 HEF4093，圖 為內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯框圖 [9]。正向閥值電壓與負向閥值電壓之差，稱為回差電壓，用 HV 表示（ H P NV V V??）。如下圖 所示 圖 用施密特觸發(fā)器實現(xiàn)波形變換 如圖 （ a） 所示，當傳輸線上電容較大時，矩形波的上升沿和下降沿都會明顯地延緩。它具有控制系統(tǒng) (又稱輸入回路 )和被控制系統(tǒng) (又稱輸出回路 )之間的互動關(guān)系。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點 (常開觸點 )吸合。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。在繼電器的輸入部分和輸出部分 之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進行驅(qū)動的中間機構(gòu) (驅(qū)動部分 )。 4)自動、遙控、監(jiān)測 :例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組 成程序控制線路，從而實現(xiàn)自動化運行。這里繼電器由相應(yīng)的 C8550B 三極管來驅(qū)動（驅(qū)動電路圖如圖 所示），開機時，單片機初始化后的 為高電平， +5V 電源通過電阻使三極管導(dǎo)通，所以開機后繼電器始終處于吸合狀態(tài)，如果我們在程序中給單片機一條 :CLR 指令的話，相應(yīng)三極管的基極就會被拉低 到零伏左右，使相應(yīng)的三極管截至，繼電器就會斷電釋放，每個繼電器都有一個常開轉(zhuǎn)常閉的接點，便于在其他電路中使用，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收反向電動勢的功能，保護相應(yīng)的驅(qū)動三極管，這種繼電器驅(qū)動方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡單。因此兩者基于ＳＴＣ單片機的電機脈沖測速及堵轉(zhuǎn)保護器 第 18 頁 共 41 頁 的地需要隔離，也即各自的地式獨立的，如果共地了，那么就失去了光耦隔離的意義，也就是說，只地是相連的，那么不需要光耦隔離了，直接用三極管驅(qū)動繼電器即可。 繼電器驅(qū)動就是一個典型的、簡單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié) 。 在這里 ,我們只了解它跟本電路 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 第 19 頁 共 41 頁 有關(guān)的開關(guān)作用 。 圖 電磁繼電器驅(qū)動原理圖 當單片機的 引腳輸出高電平時，晶閘管 SCR 飽和導(dǎo)通， +12V 電源加到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也點亮，繼電器的常開觸點閉合，相當于開關(guān)閉合。如下圖 所示 [16]。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振 蕩器。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 第 21 頁 共 41 頁 機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。單片機啟運運行時，都需要先復(fù)位，其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位 信號，以防電源開 關(guān)或電源插頭分一合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。電源模塊原理圖如下圖 所示 [19]。 根據(jù)設(shè)計的要求，單片機的任務(wù)是 :內(nèi)部進行計數(shù)，在計算出速度。 定時器初始化 STC12C5202 單片機定時器 /計數(shù)器為 16 位定時器 /計數(shù)器，計數(shù)器的功能是對T0 外來脈沖的進行計數(shù)，外部輸入脈沖負跳變時，計數(shù)器進行加 1。 中斷控制程序 STC12C5202 單片機沒有專門的開中斷和關(guān)中斷指令，對各個中斷源的允許和屏蔽是由內(nèi)部的中斷允許寄存器 IE 的各位來控制的。 基于ＳＴＣ單片機的電機脈沖測速及堵轉(zhuǎn)保護器 第 24 頁 共 41 頁 開始初始化復(fù)位第一個下降沿脈沖是否到來開外部中斷 INT 0定時器 T 0 開始定時第二個下降沿脈沖是否到來開外部中斷 INT 0定時器 T 0 停止定時定時時間是否大于 5 SNYNYYYNP 1 . 0 置 1LED 燈亮繼電器動作斷電結(jié)束ET0 為定時器 /計數(shù)器 T0 的溢出中斷允許位。 EA 為中斷總允許位。在做設(shè)計的時候，不可避免的要用到已經(jīng)學(xué)過的一些專業(yè)知識，如 :模擬電子技術(shù)，數(shù)字電路，信號與系統(tǒng)，單片機， C 語言等。 在整個設(shè)計過程中要有信心、耐心。同時也培養(yǎng)了思考能力，動手解決問題的能力。參考文獻 第 26 頁 共 41 頁 參考文獻 [1]魯冠華 .單片機基于控制的電動機保護器設(shè)計 [A].20xx:1~2,11~15 [2]孫傳友，張一 .感測技術(shù)基礎(chǔ) [M].第三版 .北京：電子工業(yè)出版社， 20xx： 175~178 [3]何道清 .傳感器與傳感器技術(shù) [M].第 2 版 .北京 :科學(xué)出版社， 20xx:125~128 [4]方超，葉富陽，鞠蓬鵬 .基于單。 在本次課題設(shè)計中，要特別感謝指導(dǎo)老以及其他老師和同學(xué)的熱心幫助、鼓勵， 才能使得我的課題設(shè)計能夠順利的完成。設(shè)計的時候挫折是不可避免的，這個時候需耍的就是耐心，不厭其煩的去查錯、改正。由于單片機對脈沖數(shù)字