【文章內(nèi)容簡介】 行測量，并通過單片機定時來檢測電機是否堵轉，堵轉后控制電磁繼電器動作及延時。 本設計主要用單片機 STC12C520xx作為控制核心，由電磁式轉速傳感器 .光耦電路 .電磁繼電器 .接觸器等構成。本 文重點是測量轉速及單片機定時系統(tǒng)。 在軟件系統(tǒng)的設計上，根據(jù) STC12C5202單片機的編程結構特點，充分利用單片機的片上資源，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)等實現(xiàn)了電動機保護功能 .其優(yōu)點硬件是電路簡單，軟件功能完善，測量速度快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等特點。 [關鍵詞 ]單片機； 電磁式轉速傳感器 ；轉速測量；數(shù)據(jù)處理；電磁繼電器 英文摘要 XV Motor pulse velocity and lockedrotor protector based on STC microcontroller Student: Electronics amp。 Information College Tutor:ZhaoChengzhi. Electronics amp。 Information College [Abstract] In engineering practice, often will encounter all sorts of need to measure the speed occasions, measurement speed methods are classified into analog and digital two kinds. Analog tachogenerator as the test ponents, is the signal. Digital usually adopts the electromagic speed sensors, hall element as the detecting element and the signal is the pulse signal. With the widely application of the microputer, especially high performance than the single chip microputer, speed measurement widely used with the single chip processor as the core of digital measuring method. This paper is to use STC12C5202 singlechip microputer control of intelligent speed measuring instrument. Motor in the process of operation, need to be monitored, speed is an essential part of a one parameter. This system is carried out on the motor speed measurement, and through the SCM timer to check if motor stalling, lockedrotor after control electromagic relay action and time delay. This design mainly STC12C520xx MCU as control core, the electromagic speed sensors. Optical coupling circuit. The electromagic relay. Contactor, etc. This paper focuses on measuring speed and singlechip timing system. In the design of software system, according to the structural characteristics of STC12C5202 microcontroller programming, make full use of the microcontroller onchip resources, the idea of modular programming, the function modules of the system function is deposed into smaller, then use function and interrupt processing functions such as motor protection function is realized. Its advantage is hardware circuit is simple, software function is perfect, fast measurement speed, high precision, reliable control system, high cost performance characteristics. [Key Words] Microputer。 Electromagic speed sensor。 Speed measurement。 Data processing。 Electromagic relay前言 第 1 頁 共 41 頁 1 前言 研究目的和意義 電機是當前應用最廣泛的動力設備，供電系統(tǒng) 70%的電能是通過電動機消耗的。由于交流電機具有結構簡單、制造方便、運行可靠以及價格低廉等優(yōu)點，因而被廣泛應用于工農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防等領域。電動機所帶的負載種類繁多，且往往是整個設備中的關鍵部分，因而電動機的安全、穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。 電動機的故障或不正常運行輕則影響設備功能重則造成設備損壞和其他安全事故，引起重大的經(jīng)濟損失，電動機保護器的研究就顯得十分重要。據(jù)有關方面統(tǒng)計，每年電動機損毀數(shù)量在 300 萬臺以上，僅電動機的 維修費就在百億元以上，因電動機不正常工作所造成的耗電量高達數(shù)十億 KWh，間接經(jīng)濟損失更是數(shù)目驚人，而且這一數(shù)字還在不斷增長。 另外，由于現(xiàn)代電動機設計、生產(chǎn)技術的提高，電動機的體積越來越小，導致電機內(nèi)部電流密度顯著增加；再加上現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝往往要求電動機經(jīng)常在頻繁的啟動、制動、正反裝以及變負荷等多種狀態(tài)下切換運行，電動機出現(xiàn)的概率更加難以確定，故障后導致的后果也更加嚴重。 因此，無論從安全的角度還是從經(jīng)濟的角度來看，電動機保護器的研究有著深遠的意義。 國內(nèi)外研究的概況和發(fā)展趨勢 [1]以熔斷器、 熱繼電器為主的機械式保護方式 熱繼電器是建國以后從前蘇聯(lián)引進技術開發(fā)的金屬片機械式電動機過載保護器，是長期以來我國電動機保護器所采取的的主要技術方法。這種電動機保護器由熔斷器、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。熱繼電器是用于保護電動機因過載引起過電流的裝置。熱繼電器在電子技術尚不發(fā)達的時代曾是電機過載保護的首選產(chǎn)品，利用的是雙金屬片熱效應原理：雙金屬片是由兩片不 同膨脹系數(shù)的金屬鉚合而成，通過的電流使它們產(chǎn)生熱量，并向膨脹系數(shù)小的一邊彎曲，彎曲的程度和電流的大小成正比，當電基于ＳＴＣ單片機的電機脈沖測速及堵轉保護器 第 2 頁 共 41 頁 流超過熱繼電器整定電流的一定時間就會啟動其中的脫扣裝置，從而起到切斷主回路 達到保護的目的。熱繼電器具有反時限特性和結構簡單、安裝方便等優(yōu)點；同時，它也有一定的缺陷，由于材料的熱滯后效應導致熱繼電器有保護時滯和輕微堵轉、過載保護欠佳的缺點。由于上述缺點導致電動機容易長期運行于輕微過載狀態(tài)，使電動機繞組產(chǎn)生熱積累，繞組溫升超過額定值，繞組絕緣老化，影響電動機使用壽命。另外，受制造工藝限制，熱繼電器 的性能有一定的分散性，動作曲線與電動機實際保護曲線不協(xié)調(diào)，使電動機有效功率下降，嚴重時還會導致誤動作。正因為如此，這種傳統(tǒng)的電動機保護方法正在被逐步淘汰，新設備上已基本看不到它的身影。 [2]普通電子式電動機保護器 從上個世紀七八時年代開始，隨著半導體技術、電子技術的發(fā)展及廣泛應用，一批新的基于分立電子元件和中小規(guī)模集成電路的新型電動機保護產(chǎn)品應運而生。此類保護器從保護取樣方式上大致扥為電壓取樣型和電流取樣型。電壓取樣型電動機保護器主要針對電動機的工作電壓進行相應的檢測來對電動機進行保護；電流取樣型 電動機保護器通過對電動機的線電流的變化檢測來對電動機進行保護。我國電子式保護器是由晶體管型發(fā)展至集成電路型，裝置功能基本滿足電動機保護的要求。但是設計思路的限制導致這些電動機保護器仍有一些難以克服的缺陷，這主要便現(xiàn)在： （ 4） 精度不高。由于整個保護器是由眾多分立元件集合而成，任何一個元件的性能都會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生很大影響。各個元器件之間連線繁雜，在復雜電磁環(huán)境中極易受到干擾，對溫度的敏感性也很高，這常常導致保護器不能正常工作。 （ 5） 無法實現(xiàn)參數(shù)存儲、通信等功能。受期間功能影響，在由分立元件構成的電動機保護器上無法實現(xiàn)像 參數(shù)記錄，實時通信這樣的高端性能，這也限制這類保護器的應用范圍。 （ 6） 另外，整個保護裝置中的元件、節(jié)點眾多，大大增加了系統(tǒng)的故障點，導致保護器調(diào)試困難。 [3]智能型電動機保護器 微電子技術的深入發(fā)展，大規(guī)模乃至超大規(guī)模集成電路成果的日新月異。以微控制器、數(shù)字信號處理器、可編程邏輯控制器等為代表的智能型控制器不斷進步，在國民經(jīng)濟的各個領域都取得了重大成果?；谥悄苄涂刂破鞯碾妱訖C保護器與前兩種保護方式相比具有先天的優(yōu)勢。這種智能化電動機保護裝置具有處理速度快、智能化程度前言 第 3 頁 共 41 頁 高等優(yōu)點，可以實施各種非常復雜的算法 和各種保護功能；由于能夠方便地實現(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不正確動作，提高了保護的可靠性。它可以同時對電動機進行斷相、過載、短路、欠壓、三相不平衡、堵轉、漏電等進行保護。它還擁有顯示、通信、故障記錄等功能。智能型電動機保護器正以其優(yōu)異的性能取得各大原始設備生產(chǎn)商的青睞，它將是電動機保護器的主要發(fā)展方向 [1]。 本文研究的主要內(nèi)容 系統(tǒng)采用單片機最小應用系統(tǒng)即可滿足要求，采用 STC12C5202 單片機作為主控制器，使用電磁式轉速傳感器測量電機的轉速。測速硬 件組成如圖 所示： 圖 測速硬件組成電路圖 傳感器將電機的轉速信號轉變?yōu)殡娒}沖信號，經(jīng)過處理后進行脈沖測速。晶體振蕩電路主要是給單片機提供時鐘，信號經(jīng)單片機 STC12C5202 定數(shù)器 T0 進行脈沖測量，來然后進行相關的處理。 轉速傳感器檢測電機旋轉并產(chǎn)生方波脈沖信號，假設檢測到的方波間隔大于 5S，則電機堵轉。 5S 的定時由單片機定時器 T0 控制，電機堵轉后單片機 輸出信號控制繼電器動作并延時。 電機 傳感器 脈沖信號采 集和轉換STC12 C 5202晶振基于ＳＴＣ單片機的電機脈沖測速及堵轉保護器 第 4 頁 共 41 頁 2 系統(tǒng)組成及工作原理 轉速電測量的測量原理及其種類 測頻計數(shù)式的電測法很 多，其共同特點是在指定時間內(nèi)對轉速傳感器發(fā)出的脈沖進行計數(shù)。若每轉 1 周傳感器發(fā)出脈沖數(shù)為 m（ m 的數(shù)值最好是 60 的整數(shù)倍） , 每分鐘轉動圈數(shù)為 n，則傳感器脈沖的頻率為 * / 60f m n? （式 21），因此可求得轉速60* /n f m? (式 22) [2] 。 磁電式 圖 (a)為開磁路磁阻式轉速傳感器，傳感器由永久磁鐵 軟鐵 感應線圈 3組成，齒數(shù)為 m 的齒輪 4 安裝在被測轉軸上。當齒輪隨轉軸旋轉時，齒的凹凸引起磁阻變化，致使線 圈中磁通發(fā)生變化，感應出幅值交變的電勢，感應電勢的頻率 .f由 (式 21)決定 [3]。 圖 磁電式轉速傳感器 開磁路磁阻式轉速傳感器結構比較簡單，但輸出信號較小，另外當被測軸振動較大時，傳感器輸出波形失真較大。在振動強的場合往往采用閉磁路轉速傳感器，如圖 (b)所示。它是由裝在轉軸 1 上的內(nèi)齒輪 外齒輪 線圈 4 及磁鐵 5 構成，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相同均為 m，轉軸 1 連接到被測轉軸上與被測軸一起轉動，使內(nèi)外齒輪相對運動，使磁路氣隙周期變化，在線圈中產(chǎn)生感應電勢，電勢頻率同 (式 21)。 由于感應 電勢的幅值取決于切割磁力線的速度，因而也與轉速成一定比例。當轉速太低時，輸出電勢很小，以致無法測量。所以磁電式轉速傳感器有一個下限工作頻系統(tǒng)組成及工作原理 第 5 頁 共 41 頁 率為 50Hz(閉磁路式的下限頻率可降到 30Hz)。其上限工作頻率可達 100kHz。 磁阻式轉速傳感器采用轉速一脈沖變換電路如圖 所示。傳感器感應電壓由二極管 VD 削去負半周，送到 V1 進行放大，再由射極跟隨器 V2 送入 V3 和 V4 組成的射極藕合觸發(fā)器進行整形，這樣就得到方波輸出