【文章內(nèi)容簡介】 20176。但在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時， ABC三相不再對 稱，為便于分析，可將電壓、電流分解為正序、負序和零序三種分量。 電力系統(tǒng)中，相序主要影響電動機的運轉(zhuǎn)，相序接反的話，電動機會反轉(zhuǎn)。 圖 11 所示缺相保護電路當中 ，三相二重橋逆變輸出的缺相和錯相 保護電路主要由兩個 TH221A 組成。電路在運行過程當中， TH221A 可以對電路的輸出信號進行采樣并邏輯鑒別是否正常。如果相序正確的話，相關(guān)判斷電路和繼電器都不工作，系統(tǒng)繼續(xù)運行不執(zhí)行任何指令。如果檢測到相序發(fā)生錯誤的話，就會輸出激勵信號，信號經(jīng)過放大電路調(diào)整后輸出低電平，驅(qū)動繼電器工作，并按照具體使用情況掐斷相關(guān)電 路的電源供電或者信號傳輸。 從而進電路進行保護。如果發(fā)生缺相情況的話，取樣電路的輸出直流電壓就會馬上降到零伏，電壓降會促使先關(guān)電路做出應(yīng)激反應(yīng)，外部直流繼電器動作，按照具體使用情況掐斷相關(guān)電流的電源或者信號源，以達到保護電路的作用。大的設(shè)計思維就在于先通過電壓變化來判斷是否發(fā)生缺相錯相故障，發(fā)生故障的話激勵直流繼電器工作掐斷相關(guān)電源輸入或者信號輸入，否則的話不會執(zhí)行任何指令，電路繼續(xù)保持原有狀態(tài)。 極限保護功能通過硬件軟件共同實現(xiàn)。軟件通過編程實現(xiàn)所控制角度范圍限制在 15——200 度之間，超過系統(tǒng)允許范圍相應(yīng)指示燈點亮，同時單片機向 電機發(fā)送急停信號，電機將失去啟動和復(fù)位功能，無法工作。硬件極限保護采用行程開關(guān)實現(xiàn)。在復(fù)位起點和行程終點設(shè)置行程開關(guān)，當意外故障導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)動角度超出系統(tǒng)貴度角度范圍以外時，行程開關(guān)將切斷電機電源，電機停止工作。 4 電源電路 三相三線采用星型接法，中間點為零點。取零點 220V 任意一相交流電接變壓器轉(zhuǎn) 5V 直流電源，用以驅(qū)動單片機和相關(guān)電路。 電源電路三相電都要設(shè)置 20A的可恢復(fù)保險絲，同時要連接文中所示保護電路。鋼筋彎箍機機體幾乎全部為金屬， 380V 交流電源 對于人體而言是非常危險的，必須確保漏電保護萬無一失，以避免發(fā)生不必要的安全事故，威脅到操作員的人工安全。不僅如此，單片機電路電子元件比較多，一旦漏電的話極有可能擊穿電子元件，燒壞控制電路硬件。 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 原理圖設(shè)計說明 5 2 原理圖設(shè)計說明 1 系統(tǒng)框圖 圖 21 系統(tǒng)框圖 A T 8 9 C 5 1 電 機 驅(qū) 動 BCD 撥碼開關(guān) 溫度采集 溫度顯示 角度 參數(shù)設(shè)置 角度參數(shù)顯示 單片機串口通信 電 機 復(fù) 位 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 原理圖設(shè)計說明 6 各原件原理及功能 獨立鍵盤通過 P1 口輸入鍵值，電機啟動按鈕控制電機的啟動，開始對鋼筋做功，見圖。電機復(fù)位按鈕控制在電機待機 狀態(tài)時的復(fù)位，數(shù)碼管顯示切換功能可以方便的切換數(shù)碼管顯示狀態(tài)，用以獲取當前系統(tǒng)的實時溫度或者角度參數(shù)設(shè)置狀態(tài)。急停開關(guān)在系統(tǒng)出現(xiàn)以外狀態(tài)時可以是電機瞬間停止工作，以免出現(xiàn)更嚴重的意外事故。急停時四號指示燈熄滅。 圖 22 按鈕開關(guān)功能圖 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 原理圖設(shè)計說明 7 系統(tǒng)急停功能的實現(xiàn) 在實際運行過程當中，由于鋼筋彎曲力很大，如若發(fā)生意外故障很容易造成設(shè)備硬件的損傷，于是需要對系統(tǒng)設(shè)置急停功能。 如按鈕功能圖所示， 急停開關(guān)使用單刀雙擲開關(guān)實現(xiàn)。正常運轉(zhuǎn)時處于常閉狀態(tài)。當急停 開關(guān)被按下去時， P1^6口斷開，電機運行指示燈熄滅，電機待機指示燈熄滅。同時電機供給電路被切斷，單片機停止向電機輸送脈沖信號，在鋼筋的阻力作用下，電機將停止轉(zhuǎn)動。 AT89C51串口通信實現(xiàn) I/O 口擴展 圖 23串口通信 I/O口擴展圖示 51 系列單片機的串口有 4 個模式，可分別用作串并轉(zhuǎn)換、并串轉(zhuǎn)換、異步串行通信（ 2 種模式）。異步串行通信中，有 1+8+1 和 1+8+1+1 兩種幀格式，多機通信是特殊的通信方式。基本原理是兩組移位寄存器。將并行通信轉(zhuǎn)換成串行通信模式（發(fā)送部分 ），或反之（接收部分）。可全雙工運行。速度通過移位脈沖決定。具體一般通過定時器 1 的自動裝載模式產(chǎn)生的溢出脈沖給出。電平上采用的是CMOS 邏輯。以上是物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的單片機串口模塊的約定，其他層需要軟件人員根據(jù)需要自行把握。另外，電平需要根據(jù)實際通信環(huán)境做變換，如 23485 或紅外等。 AT89C51 單片機有四個 I/O 口，每個 I/O 口具有 8 跟接線，其中 P0口沒有內(nèi)置上拉電阻。由于本次設(shè)計中采用了三位 THUMBSWITCHBCD 型號的撥碼增減開關(guān)設(shè)置角度，共占用了 12 位 I/O 口接線，即便采用了地址位屏蔽技 術(shù)最大程度上利用了 I/O 口資源， 32 位接口依然無法滿足系統(tǒng)設(shè)計需要。于是本次設(shè)計采用了串口通信 I/O 口擴展技術(shù)，以增加 I/O 口數(shù)量，滿足系統(tǒng)設(shè)計需求。 串口通信基于 74HC595 芯片實現(xiàn)。 74HC595 是硅結(jié)構(gòu)的 CMOS 器件， 兼容重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 原理圖設(shè)計說明 8 低電壓 TTL 電路，遵守 JEDEC 標準。 74HC595 是具有 8 位移位寄存器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。 數(shù)據(jù)在 SHcp 的上升沿輸入到移位寄存器中，在 STcp 的上升沿輸入到存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖 。 移位寄存器有一個串行移位輸入（ Ds），和一個串行輸出（ Q7’） ,和一個異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器有一個并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當使能 OE 時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。 8 位串行輸入 /輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻關(guān)斷狀態(tài)。本次設(shè)計將串行輸入的 8 位數(shù)字，轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿休敵龅?8 位數(shù)字，控制一個 4 位數(shù)碼管，不會有閃爍。 、工作原理、驅(qū)動方式及其接口電路 下圖為數(shù)碼管接線圖： 圖 24 74EGMPX4CA型數(shù)碼管接線電路 如圖 24 所示 ， LED 顯示器由 8 個發(fā)光二極管組成， LED 顯示器又稱為數(shù)碼管。中 7 個長條形的發(fā)光管排列成 ―日 ‖字形，還有一個 點形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。 LEDD 顯示器有兩種不同的形式： 一種是 8 個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED 顯示器。本次設(shè)計采用 74EGMPX4CA 型號數(shù)碼管，共陽極。另外 一種是 8 個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED 顯示器。 動態(tài)掃描顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。 CPU 向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相 同的字形碼，但究竟是那個顯示器亮，則取決于 COM 端，而這一端是由 I/O 控制的，所以我們就可以自行決定何時顯示哪一位了。每一個顯示器的公共極 COM 是各自獨立地受 I/O 線控制， 其接口重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 原理圖設(shè)計說明 9 電路是把所有顯示器的 8 個筆劃段 ah 同名端連在一起。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的 COM 端，使各個顯示器輪流點亮。本次設(shè)計中，由 74H595 串口通信芯片并行輸出段碼，并驅(qū)動數(shù)碼管， P3^4,P3^5, P3^6,P3^7 四位接口控制輸出口。 數(shù)碼管地址 代碼對應(yīng)表 ： 表 21 數(shù)碼管地址代碼 溫度采集 由于鋼筋硬度較大，電機克服巨大力矩對鋼筋輸出機械工。當負載過大等突發(fā)情況導(dǎo)致電機進 入非正常工作狀態(tài)，電機巨大的電能將轉(zhuǎn)換成熱能，為防止系統(tǒng)局部溫度過高損傷機械硬件，本系統(tǒng)加入了實時溫度采集功能。使用 DS18B20型號的溫度傳感器對系統(tǒng)溫度進行實時采集，并反饋給單片機。 當系統(tǒng)溫度超出安全溫度范圍時，電機將急停，系統(tǒng)終止執(zhí)行命令。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的 DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機 房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。本次顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 顯示 字符 共陰極段碼 共陽極段碼 0 3FH C0 8 7FH 80H 1 06H F9 9 6FH 90H 2 5BH A4 A 77H 88H 3 4FH B0 B 7CH 83H 4 66H 99H C 39H C6 5 6DH 92H D 5EH A1H 6 7DH 82H E 79H 86H 7 07H F8 F 71H 8EH 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 原理圖設(shè)計說明 10 設(shè)計利用 P1^7 接口讀取傳感器信號，并反饋給單片機控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行溫度保護。 當 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器檢測到系統(tǒng)溫度超出系統(tǒng)安全溫度范圍時，單片機將驅(qū)動繼電器切斷電機電源電路，單片機停止向電機輸送脈沖信號，在鋼筋阻力作用下電機瞬間停止工作，處于急停狀態(tài)，終止當前命令。直到解決故障系統(tǒng)溫度恢復(fù)正常。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線圖： 圖 25 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線圖 溫度與角度參數(shù)顯示互相切換 一般情況下鋼筋彎箍機壽命比較長，而且工作壞境惡劣，粉塵較重。年深日久 BCD 撥碼開關(guān)上刻度極易模糊，不利于觀察。于是本次系統(tǒng)設(shè)計過程中最大程度上利用數(shù)碼管的顯示功能，數(shù)碼管顯示可以在實時溫度和系統(tǒng)當前參數(shù)設(shè)置之間進行切換。切換開關(guān)為 1 號開關(guān)。 當開關(guān)閉合時，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)當前參數(shù)設(shè)置。如若參數(shù)設(shè)計范圍超出了系統(tǒng)允許的范圍，數(shù)碼管顯示 FFFF，同時電機失去啟動功能， 1 號指示燈被點亮，直到參數(shù)設(shè)置正確 。當開關(guān)處于常開狀態(tài)時，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)當前實時溫度。為重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 原理圖設(shè)計說明 11 了區(qū)別開角度參數(shù)和實時溫度，顯示溫度時數(shù)碼管第一位顯示 F，顯示角度參數(shù)時，第一位數(shù)碼管熄滅。 也就是說，數(shù)碼管顯示會有四種狀態(tài)。分別為實時溫度顯示，角度參數(shù)顯示，錯誤角度提示，電機正在運行。 如下圖所示： 顯示角度 角度設(shè)置超出范圍 顯示實時溫度 圖 26 數(shù)碼管顯示 系統(tǒng)漏電保護 漏電保護電路 ： 圖 27 漏電保護電路圖示 漏電電路基于 NE555 計時 IC 和電橋電路搭建， NE555 是屬于 555 系列的計時IC 的其中的一種型號， 555 系列 IC 的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而 555 是一個重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 原理圖設(shè)計說明 12 用途很廣且相當普遍的計時 IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。利用 B80C1000 電橋電路將漏電殼體的交流信號過濾為直流信號 ,再經(jīng)過 7805 三極管放大，傳送給 NE555 處理 。 當系統(tǒng)漏電時，鋼筋彎箍機殼體具有電動勢，此時電路檢測到殼體信號并驅(qū)動繼電器工作切斷相關(guān)電路 ，電機瞬即處于斷電狀態(tài)， 5 號指示燈將被點亮，以保護操作人員安全。 實現(xiàn)對系統(tǒng)進行實時漏電保護。 漏電測試開關(guān)即是電壓表工作開關(guān)，當出現(xiàn)漏電情況后，為方便操作人員排除故障，系統(tǒng)設(shè)置了漏電檢測按鈕，手動檢測系統(tǒng)漏電情況 ，作為排除故障的參考。