【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 20176。但在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)， ABC三相不再對(duì) 稱，為便于分析，可將電壓、電流分解為正序、負(fù)序和零序三種分量。 電力系統(tǒng)中，相序主要影響電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，相序接反的話，電動(dòng)機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)。 圖 11 所示缺相保護(hù)電路當(dāng)中 ，三相二重橋逆變輸出的缺相和錯(cuò)相 保護(hù)電路主要由兩個(gè) TH221A 組成。電路在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中， TH221A 可以對(duì)電路的輸出信號(hào)進(jìn)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(yùn)行不執(zhí)行任何指令。如果檢測(cè)到相序發(fā)生錯(cuò)誤的話，就會(huì)輸出激勵(lì)信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路調(diào)整后輸出低電平，驅(qū)動(dòng)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(hào)傳輸。 從而進(jìn)電路進(jìn)行保護(hù)。如果發(fā)生缺相情況的話，取樣電路的輸出直流電壓就會(huì)馬上降到零伏，電壓降會(huì)促使先關(guān)電路做出應(yīng)激反應(yīng)，外部直流繼電器動(dòng)作，按照具體使用情況掐斷相關(guān)電流的電源或者信號(hào)源，以達(dá)到保護(hù)電路的作用。大的設(shè)計(jì)思維就在于先通過(guò)電壓變化來(lái)判斷是否發(fā)生缺相錯(cuò)相故障，發(fā)生故障的話激勵(lì)直流繼電器工作掐斷相關(guān)電源輸入或者信號(hào)輸入，否則的話不會(huì)執(zhí)行任何指令，電路繼續(xù)保持原有狀態(tài)。 極限保護(hù)功能通過(guò)硬件軟件共同實(shí)現(xiàn)。軟件通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)所控制角度范圍限制在 15——200 度之間，超過(guò)系統(tǒng)允許范圍相應(yīng)指示燈點(diǎn)亮，同時(shí)單片機(jī)向 電機(jī)發(fā)送急停信號(hào)，電機(jī)將失去啟動(dòng)和復(fù)位功能，無(wú)法工作。硬件極限保護(hù)采用行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)。在復(fù)位起點(diǎn)和行程終點(diǎn)設(shè)置行程開關(guān)，當(dāng)意外故障導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度超出系統(tǒng)貴度角度范圍以外時(shí)，行程開關(guān)將切斷電機(jī)電源，電機(jī)停止工作。 4 電源電路 三相三線采用星型接法，中間點(diǎn)為零點(diǎn)。取零點(diǎn) 220V 任意一相交流電接變壓器轉(zhuǎn) 5V 直流電源，用以驅(qū)動(dòng)單片機(jī)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(xiǎn)絲，同時(shí)要連接文中所示保護(hù)電路。鋼筋彎箍機(jī)機(jī)體幾乎全部為金屬， 380V 交流電源 對(duì)于人體而言是非常危險(xiǎn)的，必須確保漏電保護(hù)萬(wàn)無(wú)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(jī)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(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 原理圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 5 2 原理圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 1 系統(tǒng)框圖 圖 21 系統(tǒng)框圖 A T 8 9 C 5 1 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 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(jī)串口通信 電 機(jī) 復(fù) 位 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 原理圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 6 各原件原理及功能 獨(dú)立鍵盤通過(guò) P1 口輸入鍵值，電機(jī)啟動(dòng)按鈕控制電機(jī)的啟動(dòng)，開始對(duì)鋼筋做功，見圖。電機(jī)復(fù)位按鈕控制在電機(jī)待機(jī) 狀態(tài)時(shí)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(dāng)前系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(shí)可以是電機(jī)瞬間停止工作，以免出現(xiàn)更嚴(yán)重的意外事故。急停時(shí)四號(hào)指示燈熄滅。 圖 22 按鈕開關(guān)功能圖 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 原理圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 7 系統(tǒng)急停功能的實(shí)現(xiàn) 在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程當(dāng)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(duì)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(shí)現(xiàn)。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)處于常閉狀態(tài)。當(dāng)急停 開關(guān)被按下去時(shí)， P1^6口斷開，電機(jī)運(yùn)行指示燈熄滅，電機(jī)待機(jī)指示燈熄滅。同時(shí)電機(jī)供給電路被切斷，單片機(jī)停止向電機(jī)輸送脈沖信號(hào)，在鋼筋的阻力作用下，電機(jī)將停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 AT89C51串口通信實(shí)現(xiàn) I/O 口擴(kuò)展 圖 23串口通信 I/O口擴(kuò)展圖示 51 系列單片機(jī)的串口有 4 個(gè)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(jī)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）?？扇p工運(yùn)行。速度通過(guò)移位脈沖決定。具體一般通過(guò)定時(shí)器 1 的自動(dòng)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(jī)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(shí)際通信環(huán)境做變換，如 23485 或紅外等。 AT89C51 單片機(jī)有四個(gè) I/O 口，每個(gè) I/O 口具有 8 跟接線，其中 P0口沒(méi)有內(nèi)置上拉電阻。由于本次設(shè)計(jì)中采用了三位 THUMBSWITCHBCD 型號(hào)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(wú)法滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。于是本次設(shè)計(jì)采用了串口通信 I/O 口擴(kuò)展技術(shù)，以增加 I/O 口數(shù)量，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。 串口通信基于 74HC595 芯片實(shí)現(xiàn)。 74HC595 是硅結(jié)構(gòu)的 CMOS 器件， 兼容重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 原理圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 8 低電壓 TTL 電路，遵守 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)。 74HC595 是具有 8 位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)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(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖 。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（ Ds），和一個(gè)串行輸出（ Q7’） ,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能 OE 時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)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(jì)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(gè) 4 位數(shù)碼管，不會(huì)有閃爍。 、工作原理、驅(qū)動(dòng)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(gè)發(fā)光二極管組成， LED 顯示器又稱為數(shù)碼管。中 7 個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光管排列成 ―日 ‖字形，還有一個(gè) 點(diǎn)形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)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(gè)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(jì)采用 74EGMPX4CA 型號(hào)數(shù)碼管，共陽(yáng)極。另外 一種是 8 個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極都連在一起的，稱之為共陽(yáng)極 LED 顯示器。 動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)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(shí)，所有顯示器接收到相 同的字形碼，但究竟是那個(gè)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(shí)顯示哪一位了。每一個(gè)顯示器的公共極 COM 是各自獨(dú)立地受 I/O 線控制， 其接口重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 原理圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 9 電路是把所有顯示器的 8 個(gè)筆劃段 ah 同名端連在一起。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的 COM 端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。本次設(shè)計(jì)中，由 74H595 串口通信芯片并行輸出段碼，并驅(qū)動(dòng)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(duì)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(jī)克服巨大力矩對(duì)鋼筋輸出機(jī)械工。當(dāng)負(fù)載過(guò)大等突發(fā)情況導(dǎo)致電機(jī)進(jìn) 入非正常工作狀態(tài)，電機(jī)巨大的電能將轉(zhuǎn)換成熱能，為防止系統(tǒng)局部溫度過(guò)高損傷機(jī)械硬件，本系統(tǒng)加入了實(shí)時(shí)溫度采集功能。使用 DS18B20型號(hào)的溫度傳感器對(duì)系統(tǒng)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并反饋給單片機(jī)。 當(dāng)系統(tǒng)溫度超出安全溫度范圍時(shí)，電機(jī)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(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的 DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī) 房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)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(cè)溫和控制領(lǐng)域。本次顯示字符 共陰極段碼 共陽(yáng)極段碼 顯示 字符 共陰極段碼 共陽(yáng)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(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 原理圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 10 設(shè)計(jì)利用 P1^7 接口讀取傳感器信號(hào)，并反饋給單片機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行溫度保護(hù)。 當(dāng) DS18B20 數(shù)字溫度傳感器檢測(cè)到系統(tǒng)溫度超出系統(tǒng)安全溫度范圍時(shí)，單片機(jī)將驅(qū)動(dòng)繼電器切斷電機(jī)電源電路，單片機(jī)停止向電機(jī)輸送脈沖信號(hào)，在鋼筋阻力作用下電機(jī)瞬間停止工作，處于急停狀態(tài)，終止當(dāng)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(jī)壽命比較長(zhǎng)，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(jì)過(guò)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(shí)時(shí)溫度和系統(tǒng)當(dāng)前參數(shù)設(shè)置之間進(jìn)行切換。切換開關(guān)為 1 號(hào)開關(guān)。 當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)當(dāng)前參數(shù)設(shè)置。如若參數(shù)設(shè)計(jì)范圍超出了系統(tǒng)允許的范圍，數(shù)碼管顯示 FFFF，同時(shí)電機(jī)失去啟動(dòng)功能， 1 號(hào)指示燈被點(diǎn)亮，直到參數(shù)設(shè)置正確 。當(dāng)開關(guān)處于常開狀態(tài)時(shí)，數(shù)碼管顯示系統(tǒng)當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度。為重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 原理圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 11 了區(qū)別開角度參數(shù)和實(shí)時(shí)溫度，顯示溫度時(shí)數(shù)碼管第一位顯示 F，顯示角度參數(shù)時(shí)，第一位數(shù)碼管熄滅。 也就是說(shuō)，數(shù)碼管顯示會(huì)有四種狀態(tài)。分別為實(shí)時(shí)溫度顯示，角度參數(shù)顯示，錯(cuò)誤角度提示，電機(jī)正在運(yùn)行。 如下圖所示： 顯示角度 角度設(shè)置超出范圍 顯示實(shí)時(shí)溫度 圖 26 數(shù)碼管顯示 系統(tǒng)漏電保護(hù) 漏電保護(hù)電路 ： 圖 27 漏電保護(hù)電路圖示 漏電電路基于 NE555 計(jì)時(shí) IC 和電橋電路搭建， NE555 是屬于 555 系列的計(jì)時(shí)IC 的其中的一種型號(hào)， 555 系列 IC 的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)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(gè)重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 原理圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 12 用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí) 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(hào)。利用 B80C1000 電橋電路將漏電殼體的交流信號(hào)過(guò)濾為直流信號(hào) ,再經(jīng)過(guò) 7805 三極管放大，傳送給 NE555 處理 。 當(dāng)系統(tǒng)漏電時(shí)，鋼筋彎箍機(jī)殼體具有電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)電路檢測(cè)到殼體信號(hào)并驅(qū)動(dòng)繼電器工作切斷相關(guān)電路 ，電機(jī)瞬即處于斷電狀態(tài)， 5 號(hào)指示燈將被點(diǎn)亮，以保護(hù)操作人員安全。 實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)漏電保護(hù)。 漏電測(cè)試開關(guān)即是電壓表工作開關(guān)，當(dāng)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(cè)按鈕，手動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)漏電情況 ，作為排除故障的參考。