【正文】 信號的強(qiáng)大處理能力，使得該系統(tǒng)簡單化，大大提高了其控制繼電器的能力，滿足了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)的要求。 系統(tǒng)流程框圖 總結(jié) 第 25 頁 共 41 頁 5 總結(jié) 通過對 此次課題的設(shè)計(jì)，我從中學(xué)到了不少東西。 ES 為串行口中斷源允許位?？傇试S位 EA 和各個(gè)中斷源允許位在 IE寄存器中的分布如下表 ： IE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 （ A8H） EA ES ET0 EX0 其中各控制位的含義為： EX0 為外部中斷 （ INT0） 的中斷允許位。定時(shí)器工作時(shí)，每接收到 1 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖（或機(jī)器周期）則在設(shè)定的初值基礎(chǔ)上自動(dòng)加 1，當(dāng)所有位都為 1 時(shí)，再加 1 就會(huì)產(chǎn)生 溢出，將向 CPU 提出定時(shí)器溢出中斷申請。從程序流程圖、編寫程 序、編譯，到最后的調(diào)試，是很復(fù)雜的。首先要分析系統(tǒng)對軟件的要求，然后進(jìn) 行軟件的總體的設(shè)計(jì)，包括程序的總體設(shè)計(jì)和對程序的模塊化設(shè)計(jì)。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST 通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn) [18]。 晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相 等的并聯(lián)電容， 就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。 STC12C5202 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。基于ＳＴＣ單片機(jī)的電機(jī)脈沖測速及堵轉(zhuǎn)保護(hù)器 第 20 頁 共 41 頁 注 :在晶閘管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱?，繼電器線圈兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較高電壓的感應(yīng)電動(dòng)勢，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢則可以通過二極管 D1 釋放，從而保護(hù)了晶閘管免被擊穿，也消除了感應(yīng)電動(dòng)勢對其他電路的干擾，這就是二極管D1 的保護(hù)作用。 圖 是設(shè)計(jì)采用的繼電器驅(qū)動(dòng)電路原理圖 [15]，晶閘管門極接到單片機(jī)的 ，晶閘管的陽接到 繼電器線圈的一端，線圈的另一端接到 +12V 電源上繼電器線圈兩端并接一個(gè)二極管 D1，用于吸收釋放繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢，防止反向電勢擊穿晶閘管 SCR及干擾其他電路 。 三極管很重要 .三極管是電子電路里很重要的一個(gè)元件 。隔 離電路如圖 所示 [14] 圖 光耦隔離電路 電磁繼電器驅(qū)動(dòng)電路 單片機(jī)是一個(gè)弱電器件 ,一般情況下它們大都工作在 5V 甚至更低 ， 驅(qū)動(dòng)電流在mA 級以下 ， 而要把它用于一些大功率場合 ,比如控制電動(dòng)機(jī) ,顯然是不行的 。假若電機(jī)堵轉(zhuǎn)， 置為 1，電磁繼電器處于吸合狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)調(diào)用延時(shí)（電磁繼電器動(dòng)作時(shí)間） [13]。驅(qū)動(dòng)電流在系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 41 頁 mA 級以下。 2)放大 :例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個(gè)很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。 繼電器一般都有能反映一定輸入變量 (如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等 )的感應(yīng)機(jī)構(gòu) (輸入部分 )。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用 [11]。 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 41 頁 圖 （ a） 改善上升沿和下 降沿 圖 （ b） 消除振蕩影響 電磁繼電器 繼電器的定義 當(dāng)輸入量 (激勵(lì)量 )的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。下圖 和圖 分別為反向輸出的施密特觸發(fā)器傳輸特性曲線和電路工作波形。由于電路內(nèi)部正反饋的作用，輸出電壓波形的邊沿很陡直。是目前常用的一種測量轉(zhuǎn)速的方法。 在對轉(zhuǎn)速波動(dòng)較快系統(tǒng)或要求動(dòng)態(tài)特性好而精度高的轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)周期 一般很短，相應(yīng)的采樣周期需取得很小，使得脈沖當(dāng)量增高，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)測量精度降低，難以滿足測控要求提高采樣速率通常就要減小采樣時(shí)間 T，而 T 的減小會(huì)使采到的脈沖數(shù)值 N 下降，導(dǎo)致脈沖當(dāng)量（每個(gè)脈沖所代表的轉(zhuǎn)速）提高，從而使得測量精度變的粗糙。 （ 11）高抗靜電干擾，輕松過 4KV 快速脈沖干擾。 （ 9）先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通 8051 指令集 。不需要專用仿真器 .只需一根串口線（通過串口 ）即可實(shí)現(xiàn)程序下載。 （ 4）片上高達(dá) 10KB 第三代 FLASH 存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)在十萬次以上 。 STC12C520xx2AD 單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超強(qiáng)坑干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容 8051，但速度快 8~12 倍，內(nèi)部集成 MAX8100專用復(fù)位電路。 基于ＳＴＣ單片機(jī)的電機(jī)脈沖測速及堵轉(zhuǎn)保護(hù)器 第 8 頁 共 41 頁 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī) STC12C5202AD 簡介 單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）的簡稱，是指在一塊芯片上集成了中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、程序存儲(chǔ)器 ROM 或 EPROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷控制器以及串行或并行 I/O 接口等部件，構(gòu)成 一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。原理系統(tǒng)組成及工作原理 第 7 頁 共 41 頁 傳感器STC12 C 5202光耦隔離電磁繼電器波形采集與變換接觸器M框如圖 所示 圖 原理框圖 系統(tǒng)由電機(jī)、磁電式傳感器、 STC12C520光耦合電路、電磁繼電器、接觸器六大模塊組成。 圖 (b)是在被測轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒輪狀的磁導(dǎo)體，對著齒輪固定著一個(gè)馬蹄形的永久磁鐵，霍爾元件粘貼在磁極的端面上。 基于ＳＴＣ單片機(jī)的電機(jī)脈沖測速及堵轉(zhuǎn)保護(hù)器 第 6 頁 共 41 頁 圖 電容式轉(zhuǎn)速傳感器測速原理圖 圖 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器 霍爾式 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器原理如圖 所示。傳感器感應(yīng)電壓由二極管 VD 削去負(fù)半周，送到 V1 進(jìn)行放大，再由射極跟隨器 V2 送入 V3 和 V4 組成的射極藕合觸發(fā)器進(jìn)行整形，這樣就得到方波輸出信號 [4]。當(dāng)轉(zhuǎn)速太低時(shí)，輸出電勢很小，以致無法測量。 圖 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器 開磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)比較簡單，但輸出信號較小，另外當(dāng)被測軸振動(dòng)較大時(shí)，傳感器輸出波形失真較大。 電機(jī) 傳感器 脈沖信號采 集和轉(zhuǎn)換STC12 C 5202晶振基于ＳＴＣ單片機(jī)的電機(jī)脈沖測速及堵轉(zhuǎn)保護(hù)器 第 4 頁 共 41 頁 2 系統(tǒng)組成及工作原理 轉(zhuǎn)速電測量的測量原理及其種類 測頻計(jì)數(shù)式的電測法很 多，其共同特點(diǎn)是在指定時(shí)間內(nèi)對轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。測速硬 件組成如圖 所示： 圖 測速硬件組成電路圖 傳感器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號，經(jīng)過處理后進(jìn)行脈沖測速。它可以同時(shí)對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行斷相、過載、短路、欠壓、三相不平衡、堵轉(zhuǎn)、漏電等進(jìn)行保護(hù)。 [3]智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 微電子技術(shù)的深入發(fā)展，大規(guī)模乃至超大規(guī)模集成電路成果的日新月異。各個(gè)元器件之間連線繁雜，在復(fù)雜電磁環(huán)境中極易受到干擾，對溫度的敏感性也很高，這常常導(dǎo)致保護(hù)器不能正常工作。電壓取樣型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器主要針對電動(dòng)機(jī)的工作電壓進(jìn)行相應(yīng)的檢測來對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)；電流取樣型 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器通過對電動(dòng)機(jī)的線電流的變化檢測來對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。另外，受制造工藝限制，熱繼電器 的性能有一定的分散性，動(dòng)作曲線與電動(dòng)機(jī)實(shí)際保護(hù)曲線不協(xié)調(diào)，使電動(dòng)機(jī)有效功率下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作。熱繼電器是用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)因過載引起過電流的裝置。 另外，由于現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)的提高，電動(dòng)機(jī)的體積越來越小，導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部電流密度顯著增加；再加上現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝往往要求電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)、正反裝以及變負(fù)荷等多種狀態(tài)下切換運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)的概率更加難以確定，故障后導(dǎo)致的后果也更加嚴(yán)重。由于交流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運(yùn)行可靠以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防等領(lǐng)域。 Electromagic speed sensor。 在軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，根據(jù) STC12C5202單片機(jī)的編程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，充分利用單片機(jī)的片上資源，采用模塊化編程思想，將系統(tǒng)功能分解成較小的功能模塊，然后用子函數(shù)和中斷處理函數(shù)等實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能 .其優(yōu)點(diǎn)硬件是電路簡單，軟件功能完善，測量速度快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。電機(jī)在運(yùn)行過程中，需要對其進(jìn)行監(jiān)控，轉(zhuǎn)速是一個(gè)必不可少的一個(gè)參數(shù)。模擬式采用測速發(fā)電機(jī)為檢測元件，得到的信號是模擬量。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情 況，解決實(shí)際問題的能力， 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯 。 堵轉(zhuǎn)保護(hù)，一般整定電流大于電動(dòng)機(jī)額定電流 2~8 倍，動(dòng)作延時(shí)時(shí)間為 ~20s。 轉(zhuǎn)速傳感器可采用轉(zhuǎn)速 — 脈沖變換電路如下圖 2 所示 長江大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告 VIII 圖 2 用轉(zhuǎn)速 — 脈沖變換電路 單片機(jī) STC12C5202 如何控制電磁繼電器？電磁繼電器動(dòng)作電流？動(dòng)作時(shí)間？如何與單片機(jī)連接？ 單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，一般情況下大都工作在 5V 甚 至更低。 5 主要研究內(nèi)容、重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 長江大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告 VII 主要研究內(nèi)容：電機(jī)和轉(zhuǎn)速測量傳感器輸出脈沖信號接入單片機(jī) STC12C5202，單片機(jī)和繼電器裝置通過光耦驅(qū)動(dòng)電磁繼電器，電磁繼電器根據(jù)單片機(jī)檢測的脈沖間隔時(shí)間來判斷電機(jī)是否堵轉(zhuǎn)，如果堵轉(zhuǎn)則單片機(jī) 輸出信號控制繼電器動(dòng)作并延時(shí)。這種智能化電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置具有處理速度快、智能化程度高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)施各種非常復(fù)雜的算法和各種保護(hù)功能；由于能夠方便地實(shí)現(xiàn)自檢測試功能從而減少了裝置的維修工作量，避免了因裝置缺陷引起的保護(hù)不正確動(dòng)作，提高了保護(hù)的可靠性。 （ 3） 另外，整個(gè)保護(hù)裝置中的元件、節(jié)點(diǎn)眾多，大大增加了系統(tǒng)的故障點(diǎn)，導(dǎo)致保護(hù)器調(diào)試?yán)щy。由于整個(gè)保護(hù)器是由眾多分立元件集合而成，任何一個(gè)元件的性能都會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生很大影響。此類保護(hù)器從保護(hù)取樣方式上大致 扥為電壓取樣型和電流取樣型。由于上述缺點(diǎn)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)容易長期運(yùn)行于輕微 過載狀態(tài)，使電動(dòng)機(jī)繞組產(chǎn)生熱積累，繞組溫升超過額定值，繞組絕緣老化，影響電動(dòng)機(jī)使用壽命。這種電動(dòng)機(jī)保護(hù)器由熔斷器、斷路器及熱繼電器組成，控制方式主要分為四種：（ 1）熔斷器 — 交流接觸器 — 熱繼電器；（ 2）斷路器 — 交流接觸器 — 熱繼電器；（ 3）熔斷器 — 斷路器；（ 4）熔斷器 —斷路器 — 交流接觸器 — 熱繼電器。據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)，每年電動(dòng)機(jī)損毀數(shù)量在 300 萬臺以上，僅電動(dòng)機(jī)的維修費(fèi)就在百億元以上，因電動(dòng)機(jī)不正常工作所造成的耗電量高達(dá)數(shù)十億 KWh，間接經(jīng)濟(jì)損失更是數(shù)目驚人，而且這一數(shù)字還在不斷增長。 2 研究目的和意義 電機(jī)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力設(shè)備，供電系統(tǒng) 70%的電能是通過電動(dòng)機(jī)消耗的。 2）根據(jù)系統(tǒng)要求，進(jìn)行 STC 單片機(jī)編程。 作者簽名： 日 期： 目錄 長江大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )任務(wù)書 ........................................... I 長 江大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )開題報(bào)告 ........................................ IV 長江大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )指導(dǎo)教師評審意見 ................................ XI 長江大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )評閱教師評語 ................................... XII 長江大學(xué) 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )答辯記錄及成績評定 ............................ XIII 中文摘要 ............................................................. XIV 英文摘要 .............................................................. XV 1 前言 ................................................................ 1 研究目的和意義 ............................................... 1 國內(nèi)外研究的概況和發(fā)展趨勢 ................................... 1 本文研究的主要內(nèi)容 ............