【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行測(cè)量，并通過單片機(jī)定時(shí)來檢測(cè)電機(jī)是否堵轉(zhuǎn)，堵轉(zhuǎn)后控制電磁繼電器動(dòng)作及延時(shí)。 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。本 文重點(diǎn)是測(cè)量轉(zhuǎn)速及單片機(jī)定時(shí)系統(tǒng)。 在軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，根據(jù) STC12C5202單片機(jī)的編程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，充分利用單片機(jī)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(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能 .其優(yōu)點(diǎn)硬件是電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，測(cè)量速度快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。 [關(guān)鍵詞 ]單片機(jī)； 電磁式轉(zhuǎn)速傳感器 ；轉(zhuǎn)速測(cè)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(yè) 共 41 頁(yè) 1 前言 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。由于交流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guó)防等領(lǐng)域。電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載種類繁多，且往往是整個(gè)設(shè)備中的關(guān)鍵部分，因而電動(dòng)機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。 電動(dòng)機(jī)的故障或不正常運(yùn)行輕則影響設(shè)備功能重則造成設(shè)備損壞和其他安全事故，引起重大的經(jīng)濟(jì)損失，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的研究就顯得十分重要。據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)，每年電動(dòng)機(jī)損毀數(shù)量在 300 萬臺(tái)以上，僅電動(dòng)機(jī)的 維修費(fèi)就在百億元以上，因電動(dòng)機(jī)不正常工作所造成的耗電量高達(dá)數(shù)十億 KWh，間接經(jīng)濟(jì)損失更是數(shù)目驚人，而且這一數(shù)字還在不斷增長(zhǎng)。 另外，由于現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)的提高，電動(dòng)機(jī)的體積越來越小，導(dǎo)致電機(jī)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(dòng)機(jī)經(jīng)常在頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)、正反裝以及變負(fù)荷等多種狀態(tài)下切換運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)的概率更加難以確定，故障后導(dǎo)致的后果也更加嚴(yán)重。 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。 國(guó)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(guó)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(zhǎng)期以來我國(guó)電動(dòng)機(jī)保護(hù)器所采取的的主要技術(shù)方法。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。熱繼電器是用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)因過載引起過電流的裝置。熱繼電器在電子技術(shù)尚不發(fā)達(dá)的時(shí)代曾是電機(jī)過載保護(hù)的首選產(chǎn)品，利用的是雙金屬片熱效應(yīng)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(dāng)電基于ＳＴＣ單片機(jī)的電機(jī)脈沖測(cè)速及堵轉(zhuǎn)保護(hù)器 第 2 頁(yè) 共 41 頁(yè) 流超過熱繼電器整定電流的一定時(shí)間就會(huì)啟動(dòng)其中的脫扣裝置，從而起到切斷主回路 達(dá)到保護(hù)的目的。熱繼電器具有反時(shí)限特性和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，它也有一定的缺陷，由于材料的熱滯后效應(yīng)導(dǎo)致熱繼電器有保護(hù)時(shí)滯和輕微堵轉(zhuǎn)、過載保護(hù)欠佳的缺點(diǎn)。由于上述缺點(diǎn)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)容易長(zhǎng)期運(yùn)行于輕微過載狀態(tài)，使電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)作曲線與電動(dòng)機(jī)實(shí)際保護(hù)曲線不協(xié)調(diào)，使電動(dòng)機(jī)有效功率下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作。正因?yàn)槿绱耍@種傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)方法正在被逐步淘汰，新設(shè)備上已基本看不到它的身影。 [2]普通電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 從上個(gè)世紀(jì)七八時(shí)年代開始，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)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(dòng)機(jī)保護(hù)產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。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。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)。我國(guó)電子式保護(hù)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(dòng)機(jī)保護(hù)的要求。但是設(shè)計(jì)思路的限制導(dǎo)致這些電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(gè)保護(hù)器是由眾多分立元件集合而成，任何一個(gè)元件的性能都會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生很大影響。各個(gè)元器件之間連線繁雜，在復(fù)雜電磁環(huán)境中極易受到干擾，對(duì)溫度的敏感性也很高，這常常導(dǎo)致保護(hù)器不能正常工作。 （ 5） 無法實(shí)現(xiàn)參數(shù)存儲(chǔ)、通信等功能。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。 （ 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。 [3]智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 微電子技術(shù)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(hào)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(jìn)步，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域都取得了重大成果?；谥悄苄涂刂破鞯碾妱?dòng)機(jī)保護(hù)器與前兩種保護(hù)方式相比具有先天的優(yōu)勢(shì)。這種智能化電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置具有處理速度快、智能化程度前言 第 3 頁(yè) 共 41 頁(yè) 高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)施各種非常復(fù)雜的算法 和各種保護(hù)功能；由于能夠方便地實(shí)現(xiàn)自檢 測(cè)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(hù)不正確動(dòng)作，提高了保護(hù)的可靠性。它可以同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行斷相、過載、短路、欠壓、三相不平衡、堵轉(zhuǎn)、漏電等進(jìn)行保護(hù)。它還擁有顯示、通信、故障記錄等功能。智能型電動(dòng)機(jī)保護(hù)器正以其優(yōu)異的性能取得各大原始設(shè)備生產(chǎn)商的青睞，它將是電動(dòng)機(jī)保護(hù)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(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)即可滿足要求，采用 STC12C5202 單片機(jī)作為主控制器，使用電磁式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。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。晶體振蕩電路主要是給單片機(jī)提供時(shí)鐘，信號(hào)經(jīng)單片機(jī) STC12C5202 定數(shù)器 T0 進(jìn)行脈沖測(cè)量，來然后進(jìn)行相關(guān)的處理。 轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生方波脈沖信號(hào)，假設(shè)檢測(cè)到的方波間隔大于 5S，則電機(jī)堵轉(zhuǎn)。 5S 的定時(shí)由單片機(jī)定時(shí)器 T0 控制，電機(jī)堵轉(zhuǎn)后單片機(jī) 輸出信號(hào)控制繼電器動(dòng)作并延時(shí)。 電機(jī) 傳感器 脈沖信號(hào)采 集和轉(zhuǎn)換STC12 C 5202晶振基于ＳＴＣ單片機(jī)的電機(jī)脈沖測(cè)速及堵轉(zhuǎn)保護(hù)器 第 4 頁(yè) 共 41 頁(yè) 2 系統(tǒng)組成及工作原理 轉(zhuǎn)速電測(cè)量的測(cè)量原理及其種類 測(cè)頻計(jì)數(shù)式的電測(cè)法很 多，其共同特點(diǎn)是在指定時(shí)間內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。若每轉(zhuǎn) 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(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)速60* /n f m? (式 22) [2] 。 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。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]。 圖 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器 開磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)較小，另外當(dāng)被測(cè)軸振動(dòng)較大時(shí)，傳感器輸出波形失真較大。在振動(dòng)強(qiáng)的場(chǎng)合往往采用閉磁路轉(zhuǎn)速傳感器，如圖 (b)所示。它是由裝在轉(zhuǎn)軸 1 上的內(nèi)齒輪 外齒輪 線圈 4 及磁鐵 5 構(gòu)成，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相同均為 m，轉(zhuǎn)軸 1 連接到被測(cè)轉(zhuǎn)軸上與被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使內(nèi)外齒輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使磁路氣隙周期變化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，電勢(shì)頻率同 (式 21)。 由于感應(yīng) 電勢(shì)的幅值取決于切割磁力線的速度，因而也與轉(zhuǎn)速成一定比例。當(dāng)轉(zhuǎn)速太低時(shí)，輸出電勢(shì)很小，以致無法測(cè)量。所以磁電式轉(zhuǎn)速傳感器有一個(gè)下限工作頻系統(tǒng)組成及工作原理 第 5 頁(yè) 共 41 頁(yè) 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(dá) 100kHz。 磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器采用轉(zhuǎn)速一脈沖變換電路如圖 所示。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