【導(dǎo)讀】指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作。了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。

　　

【正文】 ，是最重要的控制元件之一。 繼電器一般都有能反映一定輸入變量 (如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等 )的感應(yīng)機(jī)構(gòu) (輸入部分 )。有能對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu) (輸出部分 )。在繼電器的輸入部分和輸出部分 之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu) (驅(qū)動(dòng)部分 )。 作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用 : 1)擴(kuò)大控制范圍 :例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開斷、接通多路電路。 2)放大 :例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個(gè)很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。 3)綜合信號(hào) :例如，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過比較綜合，達(dá)到預(yù)定的控制效果。 4)自動(dòng)、遙控、監(jiān)測(cè) :例如，自動(dòng)裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組 成程序控制線路，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。 電磁繼電器在堵轉(zhuǎn)保護(hù)中的控制原理 單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，一般情況下他們大都工作在 5V 甚至更低。驅(qū)動(dòng)電流在系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 41 頁(yè) mA 級(jí)以下。因此需要使用一個(gè)三極管來放大單片機(jī)輸出的電流，而三極管又需要一個(gè)二極管來保護(hù)。這里繼電器由相應(yīng)的 C8550B 三極管來驅(qū)動(dòng)（驅(qū)動(dòng)電路圖如圖 所示），開機(jī)時(shí)，單片機(jī)初始化后的 為高電平， +5V 電源通過電阻使三極管導(dǎo)通，所以開機(jī)后繼電器始終處于吸合狀態(tài)，如果我們?cè)诔绦蛑薪o單片機(jī)一條 :CLR 指令的話，相應(yīng)三極管的基極就會(huì)被拉低 到零伏左右，使相應(yīng)的三極管截至，繼電器就會(huì)斷電釋放，每個(gè)繼電器都有一個(gè)常開轉(zhuǎn)常閉的接點(diǎn)，便于在其他電路中使用，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收反向電動(dòng)勢(shì)的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管，這種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。再將繼電器的輸出接到 LED 燈上，即可通過 LED 燈的亮滅即可指示繼電器的吸合斷開情況。假若電機(jī)堵轉(zhuǎn)， 置為 1，電磁繼電器處于吸合狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)調(diào)用延時(shí)（電磁繼電器動(dòng)作時(shí)間） [13]。 圖 電磁繼電器控制原理接線圖 光電隔離電路和繼電器驅(qū)動(dòng)電路 單 片機(jī)和電磁繼電器的隔離 電磁繼電器在開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生高壓，電磁閥對(duì)單片機(jī)的電源有干擾。因此兩者基于ＳＴＣ單片機(jī)的電機(jī)脈沖測(cè)速及堵轉(zhuǎn)保護(hù)器 第 18 頁(yè) 共 41 頁(yè) 的地需要隔離，也即各自的地式獨(dú)立的，如果共地了，那么就失去了光耦隔離的意義，也就是說，只地是相連的，那么不需要光耦隔離了，直接用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器即可。繼電器斷開時(shí)，電磁閥將產(chǎn)生較大的電磁干擾，這可以在單片機(jī)的電源引腳及繼電器的供電引腳串接電感或在穿心電感能有效抑制干擾，對(duì)小功率電磁閥不需要光耦隔離，如果電磁閥功率大的話，如 500W 以上，那么需要考慮用光耦隔離電路，同時(shí)要 注意各線的走向，并串接電感或穿心磁珠。隔 離電路如圖 所示 [14] 圖 光耦隔離電路 電磁繼電器驅(qū)動(dòng)電路 單片機(jī)是一個(gè)弱電器件 ,一般情況下它們大都工作在 5V 甚至更低 ， 驅(qū)動(dòng)電流在mA 級(jí)以下 ， 而要把它用于一些大功率場(chǎng)合 ,比如控制電動(dòng)機(jī) ,顯然是不行的 。 所以 ,就要有一個(gè)環(huán)節(jié)來銜接 ,這個(gè)環(huán)節(jié)就是所謂的 “ 功率驅(qū)動(dòng) ”。 繼電器驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的、簡(jiǎn)單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié) 。 在這里 ,繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩個(gè)意思 :一是對(duì)繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng) ,因?yàn)槔^電器本身對(duì)于單片機(jī)來說就是一個(gè)功率器件 ； 還有就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載 ,比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器 ,可以直接 驅(qū)動(dòng)接觸器 ,所以 ,繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口 。 三極管很重要 .三極管是電子電路里很重要的一個(gè)元件 。 簡(jiǎn)單的來說三極管有兩個(gè)作用一個(gè)是放大作用 ,一個(gè)是開關(guān)作用 .(嚴(yán)格來講開關(guān)作用是放大作用的極限情況 ,不過沒關(guān)系 ,把兩者分開 ,更便于理解它的工作原理 )。 在這里 ,我們只了解它跟本電路 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 41 頁(yè) 有關(guān)的開關(guān)作用 。 三極管是一個(gè)開關(guān)器件 ，它是用電壓（電流）來控制的，因此三極管有時(shí)也被稱作電子開關(guān)（與機(jī)械開關(guān)相區(qū)別）。 圖 是設(shè)計(jì)采用的繼電器驅(qū)動(dòng)電路原理圖 [15]，晶閘管門極接到單片機(jī)的 ，晶閘管的陽(yáng)接到 繼電器線圈的一端，線圈的另一端接到 +12V 電源上繼電器線圈兩端并接一個(gè)二極管 D1，用于吸收釋放繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)，防止反向電勢(shì)擊穿晶閘管 SCR及干擾其他電路 。R7 和發(fā)光二極管 D2 組成一個(gè)繼電器狀態(tài)指示 電路，當(dāng)繼電器吸合的時(shí)候， D2 點(diǎn)亮，這樣就可以直觀的看到繼電器狀態(tài)了。 圖 電磁繼電器驅(qū)動(dòng)原理圖 當(dāng)單片機(jī)的 引腳輸出高電平時(shí)，晶閘管 SCR 飽和導(dǎo)通， +12V 電源加到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，同時(shí)狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也點(diǎn)亮，繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，相當(dāng)于開關(guān)閉合。 當(dāng) 單片機(jī)的 引腳輸出低電平時(shí)，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時(shí)狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也熄滅繼電器的常開觸點(diǎn)釋放，相當(dāng)于開關(guān)斷開?；冢樱裕脝纹瑱C(jī)的電機(jī)脈沖測(cè)速及堵轉(zhuǎn)保護(hù)器 第 20 頁(yè) 共 41 頁(yè) 注 :在晶閘管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱?，繼電器線圈兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較高電壓的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則可以通過二極管 D1 釋放，從而保護(hù)了晶閘管免被擊穿，也消除了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)其他電路的干擾，這就是二極管D1 的保護(hù)作用。 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小電路以 STC12C5202AD 為核心，目的設(shè)計(jì)出 STC12C5202AD 能夠工作的必須電路， 主要包括振蕩電路、復(fù)位電路、電源模塊。如下圖 所示 [16]。 圖 最小單元電路設(shè)計(jì)圖 振蕩電路 晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低 的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振 [17]。 STC12C5202 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振 蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為 15~30pF。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 41 頁(yè) 機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。晶體振蕩電路 如圖 所示。 晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相 等的并聯(lián)電容， 就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。 圖 晶體振蕩電路 復(fù)位電路 STC12C5202 單片機(jī)復(fù)位電路是指單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn) [18]。 復(fù)位電路的基本功能是 :系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷 復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位 信號(hào)，以防電源開 關(guān)或電源插頭分一合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。 單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST 通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位，如圖 圖 上電自動(dòng)復(fù)位電路 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 22 頁(yè) 共 41 頁(yè) 電源模塊 由于 STC12C5202 的供電電壓范圍為 5V，而由于繼電器工作電壓要求是 12V，故電壓模塊設(shè)計(jì)中必須有 5V 的輸出端，以供單片機(jī) STC12C5202 使用 。電源模塊原理圖如下圖 所示 [19]。 圖 電源模塊電路 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 共 41 頁(yè) 4 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) 硬件電路完成以后，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。首先要分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求，然后進(jìn) 行軟件的總體的設(shè)計(jì)，包括程序的總體設(shè)計(jì)和對(duì)程序的模塊化設(shè)計(jì)。按整體功能分為 多個(gè)不同的模塊，單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，然后將各個(gè)模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟 件程序。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，單片機(jī)的任務(wù)是 :內(nèi)部進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)算出速度。軟件編程用C 語(yǔ)言完成的，需要能掌握 C 語(yǔ)言，還要熟練 STC12C5202 單片機(jī)。從程序流程圖、編寫程 序、編譯，到最后的調(diào)試，是很復(fù)雜的。下面作簡(jiǎn)單介紹 :系統(tǒng)軟件主程序的功能是完成系統(tǒng)的初始化、定時(shí)程 序。 定時(shí)器初始化 STC12C5202 單片機(jī)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器為 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的功能是對(duì)T0 外來脈沖的進(jìn)行計(jì)數(shù)，外部輸入脈沖負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加 1。 定時(shí)功能是通過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生 1 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，即每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加 1，因此定時(shí)時(shí)間等于計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)乘以機(jī)器周期。定時(shí)器工作時(shí)，每接收到 1 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖（或機(jī)器周期）則在設(shè)定的初值基礎(chǔ)上自動(dòng)加 1，當(dāng)所有位都為 1 時(shí)，再加 1 就會(huì)產(chǎn)生 溢出，將向 CPU 提出定時(shí)器溢出中斷申請(qǐng)。當(dāng)定時(shí)器采用不同的工作方式和設(shè)置不同的初值時(shí)，產(chǎn)生溢出中斷的定時(shí)值和計(jì)數(shù)值將不同，從而可以適應(yīng)不同的定時(shí)或計(jì)數(shù)控制 [20]。 中斷控制程序 STC12C5202 單片機(jī)沒有專門的開中斷和關(guān)中斷指令，對(duì)各個(gè)中斷源的允許和屏蔽是由內(nèi)部的中斷允許寄存器 IE 的各位來控制的。中斷允許寄存器 IE 的字節(jié)地址為A8H，可以進(jìn)行位尋址 [21]?？傇试S位 EA 和各個(gè)中斷源允許位在 IE寄存器中的分布如下表 ： IE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 （ A8H） EA ES ET0 EX0 其中各控制位的含義為： EX0 為外部中斷 （ INT0） 的中斷允許位。 EX0=1，允許中斷； EX0=0，不允許中斷。 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 24 頁(yè) 共 41 頁(yè) 開始初始化復(fù)位第一個(gè)下降沿脈沖是否到來開外部中斷 INT 0定時(shí)器 T 0 開始定時(shí)第二個(gè)下降沿脈沖是否到來開外部中斷 INT 0定時(shí)器 T 0 停止定時(shí)定時(shí)時(shí)間是否大于 5 SNYNYYYNP 1 . 0 置 1LED 燈亮繼電器動(dòng)作斷電結(jié)束ET0 為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 的溢出中斷允許位。 ET0=1，允許中斷； ET0=0，不允許中斷。 ES 為串行口中斷源允許位。 ES=1，串行口中斷； ES=0，串行口關(guān)中斷。 EA 為中斷總允許位。 EA=0 時(shí) ， CPU 關(guān)閉所有的中斷申請(qǐng)，只有 EA=1 時(shí) ，才能允許各個(gè)中斷源的中斷申請(qǐng)，但要取決于各個(gè)中斷源中斷允許控制位的狀態(tài)。 系統(tǒng)流程框圖 總結(jié) 第 25 頁(yè) 共 41 頁(yè) 5 總結(jié) 通過對(duì) 此次課題的設(shè)計(jì)，我從中學(xué)到了不少東西。不僅鞏固了專業(yè)知識(shí)，還對(duì)加以延仲。在做設(shè)計(jì)的時(shí)候，不可避免的要用到已經(jīng)學(xué)過的一些專業(yè)知識(shí)，如 :模擬電子技術(shù)，數(shù)字電路，信號(hào)與系統(tǒng)，單片機(jī)， C 語(yǔ)言等。 在本次設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的應(yīng)用是電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)和堵轉(zhuǎn)保護(hù)的關(guān)鍵。由于單片機(jī)對(duì)脈沖數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)大處理能力，使得該系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，大大提高了其控制繼電器的能力，滿足了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)的要求。系統(tǒng)通過硬件和軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了脈沖信號(hào)測(cè)量并控制電磁繼電器動(dòng)作等功能。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中要有信心、耐心。要自信，相信自己能很 好的完成這次的設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)的時(shí)候挫折是不可避免的，這個(gè)時(shí)候需耍的就是耐心，不厭其煩的去查錯(cuò)、改正。不斷發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)而解決問題，這是一個(gè)再學(xué)習(xí)的過程，不僅學(xué)到了知識(shí)，也鍛煉了自己的耐心。同時(shí)也培養(yǎng)了思考能力，動(dòng)手解決問題的能力。從而從知識(shí)與性格兩方面提高，完善了自己，使自己提高了一個(gè)新的臺(tái)階，為以后工作打下基礎(chǔ)。 在本次課題設(shè)計(jì)中，要特別感謝指導(dǎo)老以及其他老師和同學(xué)的熱心幫助、鼓勵(lì)， 才能使得我的課題設(shè)計(jì)能夠順利的完成。特別感謝趙老師不耐其煩的講解設(shè)計(jì)思路，電路原理圖，還有教我使用好多未曾使用的軟件如繪圖辦公 軟件 office visio、電路圖設(shè)計(jì)軟件 Altium Designer 等。參考文獻(xiàn) 第 26 頁(yè) 共 41 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1]魯冠華 .單片機(jī)基于控制的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器設(shè)計(jì) [A].20xx:1~2,11~15 [2]孫傳友，張一 .感測(cè)技術(shù)基礎(chǔ) [M].第三版 .北京：電子工業(yè)出版社， 20xx： 175~178 [3]何道清 .傳感器與傳感器技術(shù) [M].第 2 版 .北京 :科學(xué)出版社， 20xx:125~128 [4]方超，葉富陽(yáng)，鞠蓬鵬 .基于