【正文】 圖 參數(shù)調整子程序流程圖 開始 參數(shù)切換 顯示當前參數(shù)值 修改 確認 顯示當前參數(shù) 修改下一個？ 結束 Y N 2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 39 圖 故障處理子程序 開始 從預訂 RAM中取最近采樣的三個電流有效值 求電流最大值 maxI 短路整定值？?m axI 清短路故障標記 短路故障計時器清零 轉下一保護模塊 短路故障標 記為。 圖 開始 清除中斷標志 讀取轉換結果 軟件濾波處理 讀取開關量輸入信號 結束 2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 38 參數(shù)調整子程序設計 本電動機智能保護器的保護功能面向的是交流電機，對于不同型號的交流電機，各自的工作電壓、電流、額定功率、額定溫升都有不同，為使保護器能夠適用于各種不同的情況在程序設計時添加了參數(shù)調整子程序，在保護器投入使用之前根據(jù)不同的電動機型號及類型進行必要的參數(shù)設置，這樣就可以使保 護器的使用更加靈活，擴大了適用范圍。 開關量的數(shù)據(jù)采集直接從 FO口讀取邏輯電平值即可。在本裝置中定時器 0作為普通定時器，產生周期性定時中斷以啟動 AD轉換；定時器 1作為串行通信的波特率發(fā)生器使用。 因此，需要在主循環(huán)內不斷刷新顯示。因此，需要在主循環(huán)內不斷刷新顯示。 2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 34 主程序流程圖如圖 ： 主程序 系統(tǒng)初始化 參數(shù)調整？ 調用參數(shù)調整子程序 調用電壓、電流以及溫度保護 判斷子程序 輸出保護動作？ 調用保護動作子程序 掃描鍵盤、刷新顯示 N Y N Y 2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 35 圖 主流程圖 鍵盤子程序設計 鍵盤中斷服務程序由外部中斷輸入引腳 EXINT觸發(fā)，當有按鍵按下時，CPU響應 EXINT外部中斷，轉入鍵盤中斷服務程序。這種方式可以實現(xiàn)程序的模塊化設計。同時進行按鍵的掃描和顯示刷新。如果需要調整參數(shù)則進入?yún)?shù)調整子程序，進行各種參數(shù)的設置；最后程序進入主循環(huán)。上電復位后，單片機將復位向量裝載到程序地址寄存器，然后 CPU就從復位向量處開始執(zhí)行程序。 (5)系統(tǒng)抗干擾程序設計：包括數(shù)據(jù)濾波以及看門狗程序等。 (3)數(shù)據(jù)采集程序模塊：通過數(shù)據(jù)采集通道將外界的模擬量、開關量全部轉換成數(shù)字量送入單片機，然后利用軟件濾波程序對采集到的數(shù)據(jù)進行軟件濾波。液晶顯示模塊負責電量顯示、裝置信息顯示、整定值和控制值顯示；鍵盤檢測子程序主要檢測按鍵狀態(tài)與 鍵值處理子程序相配合完成系統(tǒng)運行參數(shù)的設置。系統(tǒng)程序根據(jù)中斷處理任務的重要性，給中斷處理程序賦予不同的優(yōu)先級，高優(yōu)2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 33 先級的中斷可以暫停低優(yōu)先級的中斷處理程序，使 CPU轉而執(zhí)行高優(yōu)先級的中斷處理程序 。在主循環(huán)執(zhí)行 過程中一旦出現(xiàn)中斷申請，系統(tǒng)在運行完臨界代碼后立即暫停執(zhí)行主循環(huán)程序，轉而執(zhí)行中斷服務程序。 保護器 軟件系統(tǒng)整體設計 軟件系統(tǒng)采用主循環(huán)加中斷處理程序的模式。 為達到設計要求并充分利用單片機的資源和性能， 課題的軟件設計采用 C語言與匯編語言混合編程。 匯編語言具有程序代碼短小精悍，程序效率高等優(yōu)點。采用高級語言 C語言編程可使編程人員有更多的時間考慮功能的實現(xiàn)、軟件結構的設計，而減少編程本身花費的時間。 使用 C語言進行軟件設計具有編程速度快、可靠性高、程序結構清晰、可讀性和可移植性好、調試與維護方便、開發(fā)周期短等優(yōu)點。電動機智能保護裝置與傳統(tǒng)的保護方式的主要區(qū)別是可通過軟件編程去控制硬件執(zhí)行來實現(xiàn)保2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 32 護功能。 程序設計語言選擇 電動機智能保護器的軟件是一種實時功能處理軟件。 (4)正 確處理慢速外設的數(shù)據(jù)傳輸問題。 (2)確保處理各個中斷處理程序的優(yōu)先級，確保實時性要求高的中斷能夠得到最快的處理；對臨界代碼段進行必要的保護，確保數(shù)據(jù)的 J下確性。 由于保護裝置擔負著保證電動機安全穩(wěn)定運行的重大使命，它時刻處于工作狀態(tài)，且必須能夠準確地完成保護動作，所以微機保護的軟件可靠性是對軟件開發(fā)的最主要的要求。 (3)提供簡便快速的整定值設定方法，時間校準方法。電動機智能保護裝置的軟件設計主要任務是： (1)提供準確、實時的保護算法。 論文首先從總體上介紹了保護裝置的硬件設計，然后從系統(tǒng)的六大模塊出發(fā)，首先介紹了系統(tǒng)的核 心 MCU芯片 STC90C58AD單片機，詳細描述了該處理器的的基本性能、編程結構，給出了該單片機系統(tǒng)的硬件原理圖以及單片機程序下載電路；然后介紹了人機接口模塊，其中重點詳細描述了液晶顯示模塊的結構、顯示方法以及顯示命令等；介紹了保護裝置的電源模塊、通信模塊的硬件設計；專門設計了與片上 AD模塊相配合的信號處理電路來采集外部模擬信號量，設計了系統(tǒng)的 報警和保護動作電路 。所以 RS232 適合本地設備之間的通信。接收器典型的工作電平在 +3~+12V 與 3~12V。典型的 RS232 信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅動器輸出正電平在 +5~+15V，負電平在 5~15V 電平。 圖 圖 通信模塊 目前 RS232 是 PC 機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。 當電動機發(fā)生故障時需要一個急停的保護動作， 圖 作執(zhí)行保護電路。 圖 報警和保護動作執(zhí)行模塊 本裝置為電動機故障提供蜂嗚器發(fā)聲報警，報警電路如圖 。 若取 fV =,當 eV 在區(qū)間 ～＋ 取值時，則 2OV 為 0～ 5V 的單極性電壓信號，滿足 STC90C58AD 單片機內置 A/D 轉換器對模擬輸入信號的要求。 VMF為 STC90C58AD內置 A／ D轉換器的模擬輸入?yún)⒖茧妷?，二級?D1和 D2主要起嵌位作用，可保證 2OV 在 2DV ～ (VMF+ 1DV )( 1DV 、 2DV 分別為 Dl、 D2的正向壓降 )之間波動。利用運放 1的高輸入阻抗，來抑制負載對采樣精度的2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 28 影響。圖 ，其余兩路相同。 本裝置都是通過三端集成穩(wěn)壓器獲得各路直流電源，如圖 ： 2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 27 圖 數(shù)據(jù)采集模塊 本系統(tǒng)故障檢測信號取自于電動機三相線電壓和線電流，共六路模擬輸入信號，其中三路用于線電流檢測，三路用于線電壓檢測。 2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 26 主要技術參數(shù)和顯示特性 : （ 1）電源： VDD ~+5V(內置升壓電路，無需負壓 )； （ 2）顯示內容： 128 列 64行 （ 3）顯示顏色：黃綠 （ 4）顯示角度： 6： 00 鐘直視 （ 5） LCD 類型： STN （ 6）與 MCU 接口： 8位或 4位并行 /3位串行 （ 7）配置 LED 背光 （ 8） 工作溫度 (Ta)： 0～ 60℃ (常溫 ) / 20～ 75℃（寬溫） （ 9）多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式。 綜合考慮顯示效果、顯示信息量以及價格等因素，并參考了其它設計案例，最終決定選用 LCD12864液晶顯示器。不帶背光源的 LCD顯示是靠背面的反射膜將射入的自然光從下面反射出來完成；帶背光源的 LCD顯示器內部集成光源，可以在較差的光線條件下實現(xiàn)顯示。 (6)無電磁輻射： CRT工作時，不僅會產生電磁輻射，還會產生有害的 X射線，影響環(huán)境，而 LCD不會有這類問題。 (5)顯示信息量大且易于彩色化： LCD和 CRT相比，由于 LCD沒有蔭罩限制，像素可以做的很小，這對于高清晰電視是一種理想的解決方案。人眼所感受的外部信息的 90％以上是外部物體對光的反射，而不是物體 本身發(fā)光，所以被動顯示更適合人的視覺習慣，更不容易引起疲勞。若注意器件防潮、防壓、防止劃傷、防止紫外線照射、防靜電等，同時注意使用溫度， LCD可以使用很長一段時間。這種結構具有使用方便，生產工藝簡單等優(yōu)點，特別是在生產上，適宜采用集成化生產工藝，通過自動生產流水線可以快速大批量生產。 液晶顯示器的特點 LCD作為電子信息產品的主要顯示器件，相對于其它類型的顯示部件來說，有其自身的特點： （ 1） 低電壓微功耗： LCD的工作電壓一般是 3～ 5V，每平方厘米的液晶顯示屏的工作電流為微安級，所以 液晶顯示器件是要求低功耗設備的首選顯示器件。當光線通過兩個偏振片和液晶盒后，能沿原路經反射極返回，此時液晶盒呈透明狀態(tài)；當液晶盒的電極上加一定的電壓后，電極連接部分的液晶就失去旋光性，導致不能通過兩個偏振片，從而顯示黑色。 鍵盤的設計電路如圖 ： 2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 24 圖 鍵盤設計電路 顯示設計 本裝置中人機接口的顯示采用點陣式液晶顯示模塊， 帶中文字庫圖形液晶模塊 12864 控制器 7920，帶中文字庫的圖形點陣液晶模塊 克服了以往裝置采用數(shù)碼管顯示器存在的顯示功能少，不美觀和功耗高等缺點。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行 檢測各列線的電平狀態(tài)。 判斷閉合鍵所在的位置：在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的 過程。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 3根行線相交叉的 3個按鍵之中。 確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下運用“ 行掃描法”。 本裝置鍵盤采用 2 x 3矩陣式非編碼鍵盤，共 6鍵，分別為： （ 1） 1～ 2為左 鍵 （ 在定制輸入確認鍵按下后作為數(shù)字的減小鍵 )和 右鍵 (在定制輸入確認鍵按下后作為數(shù)字的增大鍵 )； （ 2） 3～ 4為上下 選擇鍵，用于 選擇菜單以及在輸入設定數(shù)據(jù)時用于選擇數(shù)據(jù)位的位置； （ 3） 5為功能選擇（返回） 鍵， 6為確認鍵。 鍵盤設計 鍵盤是典型的輸入設備，其功能是為了輸入數(shù)據(jù)、命令以及查詢系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)簡單的人機通信。 STC90C58AD單片機的主要特點 （ 1）增強型 8051內核，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； （ 2）工作電壓范圍： (5V單片機 )/(3V單片機 )； （ 3）工作頻率范圍： 040MHz，相當于普通 8051 的 0～ 80MHz，實際工作頻率可達 48MHz； 2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 22 （ 4） 片上集成 256+4096 字節(jié) RAM； （ 5）通用 I/O(35/39 個 )，復位后為： P1/P2/P3/P4 是準雙向口 /弱上拉； P0 口是開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O口用時，需加上拉電阻； （ 6） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP(在應用可編程 )，無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（ RXD/， TXD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成； （ 7）內部集成 MAX810 專用復位電路，增強系統(tǒng)抗干擾性能； （ 8）共 3 個 16位定時器 /計數(shù)器 . （ 9） 8路 10 位 A/D 轉換； （ 10）工作溫度范圍： 40～ +85C? (工業(yè)級 )/0～ 75C? （商業(yè)級） ； 處理模塊電路設計 根據(jù)前面的分析，控制器 處理 模塊電路圖設計如圖 所示 。 STC90C58AD單片機是宏晶科技生產 的 高速／低功耗／超強抗干擾的新一代 8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051單片機 ，但速度快 8～ 12倍，內部集成 MAX810專用復位電路。將電動機及電動機保護器的狀態(tài)信息送到 PC機上，便于技術人員實時監(jiān)控和進行歷史數(shù)據(jù)分析。電動機智能保護器 故障報警和 保護動作的執(zhí)行通道，可以將微處理器的保護決策送至繼電器、斷路器等電氣設備完成低電壓控制高電壓的工作。將電動機的運行參數(shù)經過信號處理和電平變換之右逡入處理器的 AD轉換模塊。給微處理器提供標準 5V電源，給其它模塊提供合適電平的電源。顯示器則用來顯示電動機的運行狀態(tài)和報警信息。 (2)鍵盤、顯示模塊。 電動機智能保護器的硬件系統(tǒng)以 STC90C58單片機 為核心 控制器，采用模塊化設計方法，根據(jù)這一思想本裝置主要分成六大模塊：處理器模塊，通信模塊，電源模塊，鍵盤、顯示模塊，數(shù)據(jù)采集模塊和開關量輸出模塊，系統(tǒng)硬件模塊結構圖如圖 3． 1所示： 圖 系統(tǒng)框圖 處理模塊 數(shù)據(jù)采集模塊 電源 報警和保護動作執(zhí)行模塊 通信模塊 鍵盤顯示模塊 2021 屆 測控技術與儀器專業(yè) 畢業(yè)設計（論文） 21 各模塊 研究 (1)處理器模塊。 保護裝置硬件設計綜述 電動機保護的功能最終是通過硬件來實現(xiàn)的，硬件系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響到保護器的性能指