【文章內(nèi)容簡介】 度。 LCD1602與單片機的硬件連接 報警電路報警電路的作用是在出現(xiàn)異常情況時及時地提醒工作人員盡快采取措施，減少危險避免災難性后果的出現(xiàn)。因此，在設計報警電路時，應該讓它的報警行為能夠迅速被人察覺，以進一步采取相應措施，避免或減少危害帶來的損失。電機的轉(zhuǎn)速被測速發(fā)電機被采集，測速發(fā)電機會將此時的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓值，該電壓值經(jīng)過匹配后送入A/D轉(zhuǎn)換器。經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)送入單片機進行處理，單片機按照編制好的程序進行處理，如果確實此時的轉(zhuǎn)速超過了人們憑借經(jīng)驗設定的閾值，單片機將通過指令使得揚聲器產(chǎn)生報警信號。 報警電路 A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)過電流互感器和測速發(fā)電機轉(zhuǎn)換后的輸出電壓值不能直接送入單片機中進行處理還必須在它們之間增加A/D轉(zhuǎn)換裝置。A/D 轉(zhuǎn)換電路種類很多，在選擇模/數(shù)轉(zhuǎn)換器時，主要考慮以下的一些技術(shù)指標：轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換頻率、量化誤差與分辨率、轉(zhuǎn)換精度、接口形式等。目前，較為流行的 AD 轉(zhuǎn)換器件有很多都采用了串行接口，這使得這類芯片與單片機的硬件連接非常簡單，而軟件編程相對要復雜一些，本次設計采用TI 公司的TLC1543。 TLC1543 是由TI 公司開發(fā)的開關(guān)電容式AD 轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下的一些特點：10 位精度、11 通道、三種內(nèi)建的自測模式、提供EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號等。該芯片與單片機的接口采用串行接口方式，引線很少，與單片機連接簡單。TLC1543 的引腳功能如下：（1）A0~A10 是11路輸入；（2）Vcc 和GND 分別是電源引腳；（3）REF+和REF分別是參考電源的正負引腳，使用時一般將REF接到系統(tǒng)的地，達到一點接地的要求，以減少干擾；（4）CS 為片選端，如不需選片，可直接接地；（5）I/O Clock 是芯片的時鐘端；（6）Address 是地址選擇端；（7）Data Out是數(shù)據(jù)輸出端； （8）EOC 用于指示一次AD 轉(zhuǎn)換已完成，CPU 可以讀取數(shù)據(jù)，該引腳是低電平有效，可將該引腳接入一個普通的I/O 引腳，CPU 通過查詢該引腳的狀態(tài)來了解當前的狀態(tài)，甚至該引腳也可以不接，在CPU 向TLC1543發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過一段固定的時間去讀取數(shù)據(jù)即可。 A/ [5]。 TLC1543硬件連接圖 三相全控整流電路整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調(diào)速、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領域得到廣泛應用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離（可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響）。整流電路的種類有很多，有半波整流電路、單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流電路等。本設計采用的是三相全控整流電路 [3]。 主電路的設計。 三相橋式全控整流電路原理圖習慣將其中陰極連接在一起的3個晶閘管（VTVT VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管（VTVTVT2）稱為共陽極組。此外，習慣上希望晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VTVTVT5， 共陽極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VTVTVT2。從后面的分析可知，按此編號，晶閘管的導通順序為 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。整流電路的負載為帶反電動勢的阻感負載。假設將電路中的晶閘管換作二極管，這種情況也就相當于晶閘管觸發(fā)角α=0176。時的情況。此時，對于共陰極組的3個晶閘管，陽極所接交流電壓值最高的一個導通。而對于共陽極組的3個晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最低（或者說負得最多）的一個導通。這樣，任意時刻共陽極組和共陰極組中各有1個晶閘管處于導通狀態(tài)，施加于負載上的電壓為某一線電壓。 反電動勢α=0o時波形α=0176。時，各晶閘管均在自然換相點處換相。由圖中變壓器二繞組相電壓與線電壓波形的對應關(guān)系看出，各自然換相點既是相電壓的交點，同時也是線電壓的交點。在分析Ud的波形時，既可從相電壓波形分析，也可以從線電壓波形分析。從相電壓波形看，以變壓器二次側(cè)的中點n為參考點，共陰極組晶閘管導通時，整流輸出電壓Ud 1為相電壓在正半周的包絡線；共陽極組導通時，整流輸出電壓Ud 2為相電壓在負半周的包絡線，總的整流輸出電壓Ud = Ud 1－Ud 2是兩條包絡線間的差值，將其對應到線電壓波形上，即為線電壓在正半周的包絡線。直接從線電壓波形看，由于共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對應的最大（正得最多）的相電壓，而共陽極組中處于通態(tài)的晶閘管對應的是最?。ㄘ摰米疃啵┑南嚯妷?，輸出整流電壓Ud為這兩個相電壓相減，是線電壓中最大的一個，因此輸出整流電壓Ud波形為線電壓在正半周的包絡線。由于負載端接得有電感且電感的阻值趨于無窮大，電感對電流變化有抗拒作用。流過電感器件的電流變化時，在其兩端產(chǎn)生感應電動勢Li，它的極性事阻止電流變化的。當電流增加時，它的極性阻止電流增加，當電流減小時，它的極性反過來阻止電流減小。電感的這種作用使得電流波形變得平直，電感無窮大時趨于一條平直的直線。圖3.12給出了α=30176。時的波形。從ωt1角開始把一個周期等分為6段，每段為60176。與α＝0176。時的情況相比，一周期中Ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導通晶閘管的編號等仍符合上面得出的規(guī)律。區(qū)別在于，晶閘管起始導通時刻推遲了30176。,組成Ud的每一段線電壓因此推遲30176。，Ud平均值降低。晶閘管電壓波形也相應發(fā)生變化如圖所示。圖中同時給出了變壓器二次側(cè)a相電流ia的波形，該波形的特點是，在VT1處于通態(tài)的120176。期間，ia為正，由于大電感的作用，ia波形的形狀近似為一條直線，在VT4處于通態(tài)的120176。期間，ia波形的形狀也近似為一條直線，但為負值。 α=30o時的波形由以上分析可見，當α≤60176。時，Ud波形均連續(xù)，對于帶大電感的反電動勢，id波形由于電感的作用為一條平滑的直線并且也連續(xù)。當α＞60176。時，如α＝90176。，Ud平均值繼續(xù)降低，由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時刻，使得Ud的值出現(xiàn)負值，當電感足夠大時，Ud中正負面積基本相等，Ud平均值近似為零。這說明帶阻感的反電動勢的三相橋式全控整流電路的α角的移相范圍為90度 [3]。 α＝90o時的波形 觸發(fā)電路的設計(1)過零點信號檢測采用北京森社公司生產(chǎn)的CHV 100 /300A 型號的電壓傳感器，其額定電壓為300V（有效值），額定輸出電流25mA。檢測電路中，電壓傳感器接入220V的A相交流電，輸出的電流信號經(jīng)100歐姆的電阻后，轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮? ~ 2. 5V 的電壓信號（實際輸出為 2. 5V ~ 2. 5V），此電壓信號接入LM258構(gòu)成的加法器轉(zhuǎn)換成0 ~ 5V的直流信號，此信號輸入到AD 轉(zhuǎn)換器TLC1543的模擬信號輸入通道，TCL1543的輸出信號即可接入AT89C51單片機，利用I2C總線進行數(shù)據(jù)傳輸，單片機經(jīng)過軟件檢測，即可得知同步電壓Us 過零點信號。 過零檢測電路(2)觸發(fā)脈沖的形成與放大 所示。來自單片機P1. 0 ~P1. 5 的六路較弱的脈沖信號輸入到反相器74HC04，經(jīng)過光電隔離器4N25 隔離輸出，最后經(jīng)過脈沖變壓器TB1 放大輸出到相應晶閘管的門極g 和陰極k. 所示，六路觸發(fā)脈沖形成過程如下。當單片機檢測到A 同步電壓Ua 從負到正的過零點信號時，它會接收到來自于INT1 的中斷請求信號，這時，單片機會中斷響應，服務子程序。這個子程序的功能是決定如何產(chǎn)生第一個觸發(fā)脈沖的上升沿。當單片機檢測到同步信號過零點時，單片機的16 位計數(shù)器/定時器1同時開始計時，它工作在工作方式1；由于AT89C51單片機的晶振是12MHz，它的一個機器周期是1μm。定時的長度是由單片機的要產(chǎn)生的觸發(fā)延時角α 決定的。由于一個正弦波的周期是20ms，定時的長度由下式?jīng)Q定：tα = α 20 /360176。ms。定時器的初始化值可以根據(jù)tα來設定。為了簡單起見，本文定義了一個長度為180 的數(shù)組,它對應于觸發(fā)延時角α從0~180 度的變化。這個數(shù)組保存在單片機的ROM 存儲區(qū)。這樣，定時器對應于每個觸發(fā)角的初始化設定值就可以直接賦值給定時器1了。 定時器初始化之后，就啟動定時器工作。當定時時間就一到，定時器的溢出標志位置1，單片機開始執(zhí)行定時器1 設置為高電平，用于觸發(fā)VT1；這里定義脈沖的寬度為27176。，則定時器1的TH1= FAH,TL1 =24H；于是開始啟動定時器第二次計數(shù)；當定時時間一到，定時器開始執(zhí)行中斷服務子程序。在這個函數(shù)中，表示觸發(fā)脈沖結(jié)束。由于第二個脈沖比一個脈沖滯后60176。，也即是3. 33ms；那么。因此，定時器應設置為TH1 = F8H,TL1= DAH；這樣就啟動定時器第三次定時。當定時時間一到，定時器開始執(zhí)行中斷服務子程序。在這個子函數(shù)中。，；延時60176。后，同時，P1. 0引腳輸出一個次脈沖給VT1；至于其它晶閘管的觸發(fā)，其過程亦是如此。 檢測電路 電流環(huán)檢測電路電流檢測電路的作用是將測量電機回路中的直流電流反饋到單片機，讓單片機來進行PI運算。設計中使用的檢測方法是用電流傳感器來檢測直流電流。電流傳感器采用的是Allegro公司新推出的一種線性電流傳感器，該器件內(nèi)置有精確的低偏置的線性霍爾傳感器電路，能輸出與檢測的交流或直流電流成比例的電壓。具有低噪聲，響應時間快，50千赫帶寬，總輸出誤差最大為4％，高輸出靈敏度，使用方便、性價比高、絕緣電壓高等特點，主要應用于電動機控制、載荷檢測和管理、開關(guān)式電源和過電流故障保護等，特別是那些要求電氣絕緣卻未使用光電絕緣器或其它昂貴絕緣 技術(shù)的應用中。ACS712采用小型的SOIC8封裝，采用單電源5V供電。，其中引腳1和3和4均內(nèi)置有保險，為待測電流的兩個輸入端，當檢測直流電流時，1 和3和4分別為待測電流的輸入端和輸出端。 ACS712引腳圖 ACS712各引腳功能引腳名稱功能描述1和2IP+被測電流輸入或輸出3和4IP被測電流輸入或輸出5GND信號地6FILTER外接電容7VIOUT模擬電壓輸出8VCC電源電壓ACS712主要由靠近芯片表面的銅制的電流通路和精確的低偏置線性霍爾傳感器電路等組成。被測電流流經(jīng)的通路（引腳l和2，3和4之間的電路），具有較低的功耗。被測電流通路與傳感器引腳（引腳5～8）的絕緣電壓＞，幾乎是絕緣的。流經(jīng)銅制電流通路的電流所產(chǎn)生的磁場，能夠被　片內(nèi)的霍爾IC感應并將其轉(zhuǎn)化為成比例的電壓。通過將磁性信號盡量靠近霍爾傳　感器來實現(xiàn)器件精確度的最優(yōu)化。精確的成比例的輸出電壓由穩(wěn)定斬波型低偏置BiCMOS霍爾集成電路提供，該集成電路在出廠時已進行了精確的編程。穩(wěn)定斬波技術(shù)是一種新技術(shù)，它給片內(nèi)的霍爾元器件和放大器提供最小的偏置電壓，該技術(shù)幾乎可以消除芯片由于溫度所產(chǎn)生的輸出漂移。ACS712內(nèi)含一個電阻RF(INT)和一個緩沖放大器，我們可以通過FITER引腳外接一個容CF與RF(INT) 組成一個簡單的外接RC低通濾波器，由于內(nèi)部緩沖放大器能消除因芯片內(nèi)部電阻和接口負載分壓所造成的輸出衰減，所以外接的RC低通濾波器不會影響信號的衰減，且可進一步降低輸出噪音并改善低電流精確度。被檢測的電流由2端輸入，4端輸出，VIOUT輸出一模擬電壓，該電壓在指定的檢測范圍內(nèi)和被檢測的直流或交流電流IP 呈線性關(guān)系。ACS712系列中共有三種型號：ACS712ELCTR05BT, ACS712ELCTR20AT, ACS712ELCTR30AT，本設計采用的是ACS712ELCTR30AT，它的電流檢測范圍為177。30A。由于輸出的是電壓信號，是一個模擬量，所以要通過A/D轉(zhuǎn)換后才能接入單片機。 ACS712與TLC1543的接口電路 電壓環(huán)檢測電路電壓檢測電路的作用是將檢測到的電機轉(zhuǎn)速反饋到單片機，讓單片機來進行PI運算。設計中使用的檢測方法是用測速發(fā)電機檢測電動機的轉(zhuǎn)速。測速發(fā)電機(tachogenerator)是一種檢測機械轉(zhuǎn)速的電磁裝置。它能把機械轉(zhuǎn)速變換成電壓信號，其輸出電壓與輸入的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。在自動控制系統(tǒng)和計算裝置中通常作為測速元件、校正元件、解算元件和角加速度信號元件等。自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的要求，主要是精確度高、靈敏度高、可靠性好等。具體為：（1）輸出電壓與轉(zhuǎn)速保持良好的線性關(guān)系；（2）剩余電壓（轉(zhuǎn)速為零時的輸出電壓）較??；（3）輸出電壓的極性和相位能反映被測對象的轉(zhuǎn)向；（4）溫度變化對輸出特性的影響??；（5）輸出電壓的斜率大，即轉(zhuǎn)速變化所引起的輸出電壓的變化要大；（6）摩擦轉(zhuǎn)矩和慣性要小。此外，還要求它的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、對無線電通訊的干擾小、噪聲小等。 Ua 0 n在實際應用中，不同的自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的性能要求各有所側(cè)重。例如作解算元件時，對線性誤差、溫度誤差和剩余電壓等都要求較高，一般允許在千分之幾到萬分之幾的范圍內(nèi)，但對輸出電壓的斜率要