【正文】 器，霍爾元件等為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是脈沖信號(hào)。原理框圖如圖 1 所示 傳 感 器S T C1 2 C 5 2 0 2光 耦 隔 離電 磁 繼 電器波 形 采 集 與 變 換 接 觸 器M 圖 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖 重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路： 傳感器檢測(cè)脈沖信號(hào)： 傳感器用來測(cè)量轉(zhuǎn)速并把輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，傳感器需通過轉(zhuǎn)換電路連接到 STC12C5202 單片機(jī)。電壓取樣型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器主要針對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作電壓進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)來對(duì)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(duì)電動(dòng)機(jī)的線電流的變化檢測(cè)來對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。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。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 因此，無論從安全的角度還是從經(jīng)濟(jì)的角度來看，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的研究有著深遠(yuǎn)的意義。 （ 2） 無法實(shí)現(xiàn)參數(shù)存儲(chǔ)、通信等功能。這里繼電器由相應(yīng)的晶閘管來驅(qū)動(dòng)（如圖 3 所示），開機(jī)時(shí)，單片機(jī)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(jī)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(huì)被拉到 0V左右，使相應(yīng)的三極管截止，繼電器就會(huì)斷電釋放，每個(gè)繼電器都有一個(gè)常開轉(zhuǎn)常閉的接點(diǎn)，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(dòng)勢(shì)的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)晶閘管，這 種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)簡單。 本設(shè)計(jì)主要用單片機(jī) 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。 國內(nèi)外研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) [1]以熔斷器、 熱繼電器為主的機(jī)械式保護(hù)方式 熱繼電器是建國以后從前蘇聯(lián)引進(jìn)技術(shù)開發(fā)的金屬片機(jī)械式電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)器，是長期以來我國電動(dòng)機(jī)保護(hù)器所采取的的主要技術(shù)方法。受期間功能影響，在由分立元件構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器上無法實(shí)現(xiàn)像 參數(shù)記錄，實(shí)時(shí)通信這樣的高端性能，這也限制這類保護(hù)器的應(yīng)用范圍。 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(cè)轉(zhuǎn)軸上。由磁導(dǎo)體和置于磁導(dǎo)體間隙中的霍爾元件組成測(cè)量頭 [圖 (a)右上角 ]，磁導(dǎo)體盡可能安裝在鐵氧體邊上。 圖 STC12C5202AD 單片機(jī) DIP 封裝 16 管腳圖 STC12C52202AD 單片機(jī)的主要特點(diǎn) （ 1）增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。 單片機(jī)編程結(jié)構(gòu) STC12C5202AD 單片機(jī)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(jī)的電機(jī)脈沖測(cè)速及堵轉(zhuǎn)保護(hù)器 第 10 頁 共 41 頁 高速數(shù)據(jù)總線單 時(shí) 鐘S T C 1 2 C 5 2 0 2C P UF l a s h 存 儲(chǔ) 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(cè)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(dāng) 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(shí) 器串 行 外 設(shè) 接口 Ｓ Ｐ ＩＩ ／ Ｏ 端 口 圖 STC12C5202 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì) 脈沖產(chǎn)生電路原理 一般的轉(zhuǎn)速長期測(cè)量系統(tǒng)是預(yù)先在軸上安裝一個(gè)有 10 齒的測(cè)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(cè)頻的辦法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量 .而臨時(shí)性速測(cè)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(gè)標(biāo)志上獲得一轉(zhuǎn)一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖，隨后利用電子倍頻器和測(cè)頻方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量。如下圖 所示 圖 用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)波形變換 如圖 （ a） 所示，當(dāng)傳輸線上電容較大時(shí)，矩形波的上升沿和下降沿都會(huì)明顯地延緩。在繼電器的輸入部分和輸出部分 之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu) (驅(qū)動(dòng)部分 )。 繼電器驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的、簡單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié) 。這個(gè)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(gè)自激振 蕩器。電源模塊原理圖如下圖 所示 [19]。 基于ＳＴＣ單片機(jī)的電機(jī)脈沖測(cè)速及堵轉(zhuǎn)保護(hù)器 第 24 頁 共 41 頁 開始初始化復(fù)位第一個(gè)下降沿脈沖是否到來開外部中斷 INT 0定時(shí)器 T 0 開始定時(shí)第二個(gè)下降沿脈沖是否到來開外部中斷 INT 0定時(shí)器 T 0 停止定時(shí)定時(shí)時(shí)間是否大于 5 SNYNYYYNP 1 . 0 置 1LED 燈亮繼電器動(dòng)作斷電結(jié)束ET0 為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 的溢出中斷允許位。同時(shí)也培養(yǎng)了思考能力，動(dòng)手解決問題的能力。由于單片機(jī)對(duì)脈沖數(shù)字信號(hào)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(duì)電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)的要求。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(qǐng)。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]。基于ＳＴＣ單片機(jī)的電機(jī)脈沖測(cè)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)榱悖^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(shì)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(shì)對(duì)其他電路的干擾，這就是二極管D1 的保護(hù)作用。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]。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。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。 （ 9）先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通 8051 指令集 。 基于ＳＴＣ單片機(jī)的電機(jī)脈沖測(cè)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)。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(hào) [4]。測(cè)速硬 件組成如圖 所示： 圖 測(cè)速硬件組成電路圖 傳感器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號(hào)，經(jīng)過處理后進(jìn)行脈沖測(cè)速。電壓取樣型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器主要針對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作電壓進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)來對(duì)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(duì)電動(dòng)機(jī)的線電流的變化檢測(cè)來對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。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。模擬式采用測(cè)速發(fā)電機(jī)為檢測(cè)元件，得到的信號(hào)是模擬量。 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(cè)量傳感器輸出脈沖信號(hào)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(cè)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(hào)控制繼電器動(dòng)作并延時(shí)。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。 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。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提 供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 3 閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 長江大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告 V [1]孫傳友，張一 .感測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) [M].第三版 .北京：電子工業(yè)出版社， 20xx： 175~178 [2]徐愛鈞 .單片機(jī)原理實(shí)用教程 —— 基于 Proteus 虛擬仿真 [M].第二版 .北京：電子工業(yè)出版社， 20xx： 7~9,42~50,52~?62， 218~252 [3]王為清，邱文勛 .51 單片機(jī)開發(fā)案例精選 [M].北京：人民 郵電出版社， 20xx： 84~85 [4]求是科技 .單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)案例導(dǎo)航 [M].第二版 .北京：人民郵電出版社，20xx： 229~~235,285~293 [5]周潤景，張麗娜，丁莉 .基于 PROTEUS 的電路及單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真 [M].第二版 .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx： 169~180 [6]劉海成 .單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20xx： 88~121,391~392 [7]戴順輝，彭江（上海華建電力設(shè)備股份有限公司，上海） .基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的設(shè)計(jì) [J].智能電器及計(jì)算機(jī)應(yīng)用， 20xx，第 23 卷： 1~5 4 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向 [1]以熔斷器、熱繼電器為主的機(jī)械式保護(hù)方式 熱繼電器是建國以后從前蘇聯(lián)引進(jìn)技術(shù)開發(fā)的金屬片機(jī)械式電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)器，是長期以來我國電動(dòng)機(jī)保護(hù)器所采取的的主要技術(shù)方法。受期間功能影響，在由分立元件構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器上無法實(shí)現(xiàn)像參數(shù)記錄，實(shí)時(shí)通信這樣的高端性能，這也限制這類保護(hù)器的應(yīng)用范圍。再將繼電器的輸出到 LED 燈上，即可通過 LED 燈的亮滅得知繼電器的吸合斷開狀態(tài)。本 文重點(diǎn)是測(cè)量轉(zhuǎn)速及單片機(jī)定時(shí)系統(tǒng)。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。 （ 6） 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。當(dāng)齒輪隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒的凹凸引起磁阻變化，致使線 圈中磁通發(fā)生變化，感應(yīng)出幅值交變的電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的頻率 .f由 (式 21)決定 [3]。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾元件感受的磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性變化，霍爾元件輸出正負(fù)交變的周期電勢(shì)。 （ 2）工作電壓范圍 :（ 5V 單片機(jī)） （ 3）工作頻率范圍 :035MHz。不論長期或臨時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量，都可以在微處理器的參與下，通過測(cè)量轉(zhuǎn)軸上預(yù)留的一轉(zhuǎn)一齒的鑒系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 41 頁 相信號(hào)或光電信號(hào)的周期，換算出轉(zhuǎn)軸的頻率或轉(zhuǎn)速，即通過速度傳感器，將轉(zhuǎn)速信號(hào)變?yōu)殡娒}沖，利用微機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，再經(jīng)過計(jì)算獲得 轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù) [8]。如果傳輸線較長，且接收端的阻抗與傳輸線的阻抗也不匹配，則在波形的上升沿和下降沿還會(huì)產(chǎn)生阻尼振蕩，如圖 （ b） 所示。 作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用 : 1)擴(kuò)大控制范圍 :例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開斷、接通多路電路。 在這里 ,繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩個(gè)意思 :一是對(duì)繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng) ,因?yàn)槔^電器本身對(duì)于單片機(jī)來說就是一個(gè)功率器件 ； 還有就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載 ,比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器 ,可以直接 驅(qū)動(dòng)接觸器 ,所以 ,繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口 。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。 圖 電源模塊電路 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 41 頁 4 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) 硬件電路完成以后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。 ET0=1，允許中斷； ET0=0，不允許中斷。從而從知識(shí)與性格兩方面提高，完善了自己，使自己提高了一個(gè)新的臺(tái)階，為以后工作打下基礎(chǔ)。 在本次設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的應(yīng)用是電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)和堵轉(zhuǎn)保護(hù)的關(guān)鍵。 定時(shí)功能是通過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生 1 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，即每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加 1，因此定時(shí)時(shí)間等于計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)乘以機(jī)器周期。因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。 當(dāng) 單片機(jī)的 引腳輸出低電平時(shí)，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時(shí)狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也熄滅繼電器的常開觸點(diǎn)釋放，相當(dāng)于