【文章內(nèi)容簡介】 機通過測速模塊和其自帶的 AD 模塊來采集現(xiàn)場的電源監(jiān)視、電機（泵機）轉(zhuǎn)速等信息；將收集到的數(shù)據(jù)結果發(fā)送到集控層。其次，作為集控層，可以由控制中心和手機配合 GSM Modem 組成。集控層與現(xiàn)地控制單元之間通過GSM 短消息進行通訊。也可以在手機里預存一些命令，在需要時發(fā)送給，從而了解現(xiàn)場情況。而配置了計算機和 Modem 的控制中心，通過軟件編程，來收發(fā)短消息，從而實現(xiàn)對 泵站 的控制。同時，可以將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，形成歷史數(shù)據(jù)庫，便于統(tǒng)計查詢。 遙測站是指分布于各處 的測量站點。在本系統(tǒng)中即設置在兩個泵機上，能夠?qū)崿F(xiàn)遙測電機轉(zhuǎn)速，并能監(jiān)測工作電壓以及電流，并可通過 GSM Modem 向控制中心或工作 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 43 頁 人員手機發(fā)送泵機信息，也可接收來自控制中心或工作人員手機的指令信息塊和數(shù)據(jù)處理模塊及 GSM Modem 組成，能夠?qū)崿F(xiàn)泵機數(shù)據(jù)的采集、計算、存儲，并可通過 GSM Modem 向控制中心或工作人員手機發(fā)送 泵站 信息，也可接收來自控制中心或工作人員手機的指令信息。每個遙測站點的 GSM Modem 都配有一個獨立的 SIM 卡號，以此進行各個測量站點的區(qū)分。 控制中心由裝有控制管理軟件的 PC 機和 GSM Modem 組成 如 圖 21，安裝在泵機組控制站或值班室?？刂浦行哪軌蛲ㄟ^ GSM Modem 與遙測站進行無線短消息通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線遠程實時傳輸，并對水位與閘門信息進行存儲、顯示、統(tǒng)計、分析等整編處理。 系統(tǒng)硬件設計 整個系統(tǒng)由 ： 主控單元 、 測速模塊 、 電機控制模塊 、 串口通信模塊 、 電壓采集模塊及 GSM模塊構成 。 夠過對電機的控制采集電機的速度和電壓等信息，并將信息通過 GSM模塊發(fā)送給 PC 機的 GSM 模塊， PC 軟件將對信息進行處理，實現(xiàn)基于 GSM 的遠程電機信息采集及控制。 圖 21 系統(tǒng)的基本結構 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 43 頁 主控單元 主控單元采用 STC12C2052AD 單片機 如 圖 23。 選取 STC12C2052AD 單片機的理由很簡單，他性能強大， 高速、高可靠、寬電壓、低功耗、超強抗干擾、無法解密 ，經(jīng)濟實惠。 ●高速： 1 個時鐘 / 機器周期， RISC 型 CPU 內(nèi)核，速度是普通 8051 的 12 倍 ； ●寬電壓： ～ ， ～ （ STC12LE2052AD 系列） ； ●低功耗設計：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒） ； ●工作頻率： 0～ 35MHz，相當于普通 8051： 0～ 420MHz； ●時鐘：外部晶體或內(nèi)部 R C 振蕩器可選 ； R S 2 3 2M C U電 機 控 制 模 塊G S M 模 塊 泵 1 泵 2G S M 模 塊測 速 模塊電 壓 采集 模 塊 圖 22 系統(tǒng)總設計圖 R S TR X D / P 3. 0T X D / P 3. 1X T A L 2X T A L 1I N T 0 / P 3. 2I N T 1 / P 3. 3T 0/ P 3. 4T 1/ P 3. 5GNDV C CP 1. 7/ A D C 7P 1. 6/ A D C 6P 1. 5/ A D C 5P 1. 4/ A D C 4P 1. 3/ A D C 3P 1. 2/ A D C 2P 1. 1/ A D C 1P 1. 0/ A D C 0P 3. 7/ P M W 0S2S T C 1 2C 20 52 A DV C CR X DT X DR S TX T A L 1X T A L 2P W M 0AD0AD1T0 圖 23 STC12C2052AD原理圖 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 43 頁 ● 512/1K/2K/3K/4K/5K 片內(nèi) Flash 程序存儲器，擦寫次數(shù) 10 萬次以上 ； ● 256 字節(jié)片內(nèi) RAM 數(shù)據(jù)存儲器 ； ●芯片內(nèi) E2PROM 功能 ； ● ISP / IAP，在系統(tǒng)可編程 ； ● 2 個模擬比較器 ； ● 8 通道高精度 8 位 ADC； ● 2 通道捕獲 / 比較單元（ CCU/PCA/PWM），提供 PWM 功能 ； ● 2 個硬件 16 位定時器，兼容普通 8051 的定時器 ； ●硬件看門狗（ W D T ） ； ●高速 SPI 通信端口 ； ●全 雙工異步串行口 (UART),兼容普通 8051 的串口 ； ●先進的 RISC 精簡指令集結構，兼容普通 8051 指令集 ； 網(wǎng)上購買僅需 4 元，關鍵其中 自帶 包括的 AD 采集功能 是本課題所需要的。 如 圖 23 中本系統(tǒng)應用到的引腳 在下面小節(jié)中繼續(xù)介紹 ： 復位電路 RST 引腳上的網(wǎng)絡標號的位置如所示 ， 由于此單片機的復位引腳需要兩個機器周期以上的高電平才 能 夠?qū)崿F(xiàn)正確復位 （適當增加周期的數(shù)量，可使復位可靠） ， 計算當前時鐘頻率一個周期是多少時間，再乘以復位所需周期數(shù) ， 就 道當前時鐘頻率所需復位時間，用 RC 充電公式計算所需電阻電容值即可。 C3105V C CR310KS1S W P BR S T 圖 24 RST復位電路 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 43 頁 測速模塊 測速 選擇的是 光柵測速法。 顧名思義，此模塊利用把一個帶有光柵的圓形材質(zhì)固定到電機的軸上，將此圓形材質(zhì)放到槽式光電開關的槽中，實物如 圖 26 光柵法實物形象圖例 所示，槽式光電開關實物圖如 圖 27 槽式光電開關 。 當紅外光電二極管與光電晶體管之間被鋁片遮擋住時，光電開關 接收器 部分顯高阻V C CQ19014R143kT0R71kR82kV C CU? 圖 25 測速模塊 圖 26 光柵法實物形象圖例 圖 27 槽式光電開關 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 43 頁 態(tài) 經(jīng)過作者測試，此高阻態(tài)約為 700k 歐 ，則 在電路圖中右側三極管的 b 級 小 電流 10μA 流入， 經(jīng) 三極管 放大后大概 ，所以 T0 網(wǎng)絡 標號的點為 高 電平 ，反之 光電開關接收器部分的阻止大概為 4k 歐，此時串聯(lián) 43k 歐和 1k 歐的電阻 R R1 后約為 50k 歐，待放大電流可計算出為 ，射極放大后約為 5ma， 即導通，可理解為 T0 接地，輸出為低電平?；蚶斫鉃?計算 出 R8 上的壓降為 10v（實際達不到，可理解為 5v），即可得出 T0 為 低 電平。 由于作者自制的鋁盤不能做到標準完美，所以不可能使 T0 輸出為方波，但 即使 T0輸出的不是方波波形，有較好的下降沿也是可以觸發(fā)計數(shù)的，意思就是下降過程不能太久， 太久的話“斜坡”是不會被單片機識別為下降沿，計數(shù)也就失敗了。經(jīng)過實踐檢驗，此電路比較匹配本課題的要求，即使不添加比較器。 做“測五取三”的工作是測量數(shù)據(jù)所必須的，既 測出五個數(shù)據(jù)去掉一個最高的數(shù)據(jù)，去掉一個最低的，其余三個取平均值，以保證測量數(shù)據(jù)的準確。 電機控制模塊 本課題要求遠程控制泵機的開斷，并且測出泵機電壓與電流，在此設計計劃 采用的是 繼電器利用單片機對繼電器控制來進行關斷，然而由于本課題的主要方向 是實現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)傳輸，并且本課題中的泵機參數(shù)未知，所以如 中所示，利用STC12c2052ad 單片機中所帶的 ，并且能夠擴展調(diào)速功能。 如 圖 21 所示，本課題要求做三項泵站電機的電壓電流采集，在此測出峰值電壓，網(wǎng)絡節(jié)點 AD 即接 STC12C2052 單片機的 AD0 進行 AD 采集，在此用運電壓互感器，峰值會在 C1 上保持，而等待 AD 采集之后立即控制 ，使之置“ 1”，可令 C1 放電，等待下次充電測電壓 峰值，如 圖 28 電路電機電壓峰值采集 中所示。 F1F U S E 1T1T R A N S 1F2F U S E 1F3F U S E 1D1D I O D EC1104Q19014ADP 0 .0A B C 圖 28 電路電機電壓峰值采集 圖 29 電流互感器基本接線圖 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 11 頁 共 43 頁 而測電流需要加入電流互感器，根據(jù)泵站實際情況選值 ，在此附上 圖 29 電流互感器基本接線圖 。如（ a）一相式接線、（ b）星形接線 、（ c） 不完全星形接線，在此運用最簡單的一相式測電機一相電流即可。為了方便模擬出本課題的采集電壓，電流以及轉(zhuǎn)速， 我在做實物時并未用到這些設計，采用了一個從硬盤拆來的直流小電機， 電機控制模塊如 圖 210 場效應管為核心的電機控制模塊 所示。 控制終端 具有接受 遠端管理終端（ 短信方式）指令并控制 泵站電機啟動或停止 的功能。 設計 出經(jīng) STC 單片機 的 PWM 引腳 與場效應管結合的機控制模塊， 令 PWM0 輸出為高電平，即可令電機啟動，并保持正常工作狀態(tài)；當接受到要求停止的指令時，經(jīng)過對指令的判斷，令 PWM0 輸出為低電平，即可令電機停止。 此模塊中采用的 IRF9630 功率 場效應管，此型號管為 P 溝道場效應管 其工作的基本參數(shù)為：電壓 200V,電流 ,功率 75W，其 反壓 Vbe0 為 100v。 下面介紹 分別 一 下 PWM 和 IRF9630 場效 應管 的功能： (1)PWM 的基本工作原理： 脈寬調(diào)制 (PWM:(Pulse Width Modulation)是利用 微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。 簡而言之， PWM 是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。 PWM 信號仍然+1MM G 1M O T O R S E R V OQ2M O S F E T PR5R E S 2V C CR630P W M 0C9C A PD2D I O D EAD1 AD0 圖 210 場效應管為核心的電機控制模塊 1 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 12 頁 共 43 頁 是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有 (ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要 帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進行編碼。 其優(yōu)點在 于 PWM 的一 個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強到足以將邏輯 1 改變?yōu)檫壿?0 或?qū)⑦壿?0 改變?yōu)檫壿?1 時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。 對噪聲抵抗能力的增強是 PWM 相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當?shù)?RC 或 LC 網(wǎng)絡可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。 PWM 控制技術 一直是變頻技術的核心技術之一。 1964 年 和 首先提出把這項通訊技術應用到交流傳動中，從此為交流傳動的推廣應用開辟了新的局面。 從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制 SPWM信號以控制功率器件的開關開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實時在線的PWM 信號輸出，可以說直到目前為止， PWM 在各種應用場合仍在 主導地位，并一直是人們研究的熱點。 由于 PWM 可以同時實現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點。由此在交流傳動及至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應用。 PWM 控制技術大致可以為為三類，正弦 PWM（包括電壓，電流或磁通的正弦為目標的各種 PWM 方案，多重 PWM 也應歸于此類），優(yōu)化 PWM 及隨機 PWM。正弦 PWM 已為