【正文】 沒有海濤老師的指導(dǎo)本論文是無法完成的，在此我向他表示最誠摯的謝意！我還要感謝給予了我教育的其他所有老師，感謝他們教導(dǎo)我做學(xué)問和做人；感謝我的同學(xué)和朋友們，感謝他們無私的幫助；最要感謝我的父母，感謝他們一如既往的默默付出和傾情關(guān)懷！。本論文的完成過程中，海濤老師給予了我最重要的幫助，他每周都抽空給予我耐心的指導(dǎo)，他的淵博知識和諄諄教導(dǎo)總能讓我得到啟發(fā)。值此之際，我要向我的支持幫助者表示由衷的謝意。為使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，對常用抗干擾措施做了簡單介紹。對高壓電動機(jī)基本運(yùn)行原理及保護(hù)原理進(jìn)行較詳細(xì)的分析，進(jìn)而分析了電動機(jī)的常見故障及其判斷方法。總 結(jié)本設(shè)計(jì)在理解和研究國內(nèi)高壓電動機(jī)故障與保護(hù)原理的基礎(chǔ)上，簡單設(shè)計(jì)了一種基于ATmega16單片機(jī)的高壓電動機(jī)保護(hù)裝置。當(dāng)軟件攔截技術(shù)不能使失控的程序擺脫“死循環(huán)”的困境時(shí)，通常采用程序監(jiān)視技術(shù)WDT TIMER（WDT），又稱“看門狗”技術(shù)，使程序脫離“死循環(huán)”。除程序未用區(qū)域外，還可以在程序段之間（如子程序之間及一段處理程序完成后）及一頁的末尾處插入軟件陷阱，效果會更好。軟件陷阱軟件陷阱是在程序存儲器的未使用區(qū)域中，加上若干條空操作和無條件跳轉(zhuǎn)指令，無條件跳轉(zhuǎn)指令指向程序“跑飛”處理子程序的入口地址。備份數(shù)據(jù)的存放地址一般應(yīng)考慮備份數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)之間保持相當(dāng)?shù)木嚯x，使得不至于被同時(shí)破壞。通?？捎脭?shù)據(jù)冗余技術(shù)解決，即同樣的數(shù)據(jù)在幾個(gè)地方同時(shí)存放。RAM數(shù)據(jù)冗余技術(shù)用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)以實(shí)現(xiàn)RAM自救。（4）程序判斷濾波，根據(jù)現(xiàn)場的經(jīng)驗(yàn)確定一個(gè)采樣信號的最大偏差，每次采樣后都將其與前一個(gè)采樣值進(jìn)行比較，一旦這兩個(gè)值的差超出了，則表明采集的信號中包含有較大的干擾，應(yīng)該去掉，如果未超出，則將該數(shù)據(jù)作為對于本次采樣值。優(yōu)點(diǎn)：對于變化緩慢的被測參數(shù)有較好的濾波效果，可避免在臨界值附近控制器的反復(fù)開/關(guān)跳動或顯示器上數(shù)值抖動。這種方法對變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果。（2）中位值濾波法：連續(xù)采樣n次（n≥3，且為奇數(shù)），把n次采樣值按大小排列，取中間值為采樣值。優(yōu)點(diǎn)：能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾。本設(shè)計(jì)可采用以下幾種的數(shù)字濾波方法：（1）限幅濾波：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為A），每次檢測到新值時(shí)判斷：如果本次值與上次值之差≤A，則本次值有效。程序減少干擾信號在有用信號中的比重，因此它實(shí)際上是一個(gè)程序?yàn)V波。噪聲有兩大類：一類為周期性的，其典型代表為50Hz的工頻干擾，對于這類信號，采用積分時(shí)間等于20ms整倍數(shù)的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，可有效地消除其影響；另一類為非周期的不規(guī)則隨機(jī)信號，對于隨機(jī)干擾，可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除。為了克服隨機(jī)誤差，可以采用硬件抗干擾的方法，但由于受電容容量和體積的限制，只能濾除較高的高頻信號。開機(jī)自檢程序通常包括對RAM、ROM、I/O口狀態(tài)檢測。ATmega16單片機(jī)以其豐富的指令功能和較高的運(yùn)行速度，為軟件抗干擾提供了良好的條件。因此，還需要采取軟件抗干擾措施。硬件監(jiān)控電路在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行，增強(qiáng)抗干擾能力，需要配置硬件監(jiān)控電路，硬件監(jiān)控電路從功能上包括以下幾個(gè)方面：（1）上電復(fù)位：保證系統(tǒng)加電時(shí)能正確地啟動；（2）掉電復(fù)位：當(dāng)電源失效或電壓降到某一電壓值以下時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位信號對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位；（3）數(shù)據(jù)保護(hù)：當(dāng)電源或系統(tǒng)工作異常時(shí)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的保護(hù)，如寫保護(hù)、后備電池切換等；（4）電源監(jiān)測：供電電壓出現(xiàn)異常時(shí)，給出報(bào)警指示信號或中斷請求信號；（5）硬件看門狗：當(dāng)處理器遇到干擾或程序運(yùn)行混亂產(chǎn)生“死鎖”時(shí)，對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。除此之外，由于交流電源共用，各電子設(shè)備之間通過電源也會產(chǎn)生相互干擾，因此抑制電源干擾尤其重要。 硬件抗干擾技術(shù)選擇良好的元器件與單片機(jī)硬件抗干擾技術(shù)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)首選的抗干擾措施，它能有效抑制干擾源，阻斷干擾傳輸通道。提高系統(tǒng)的可靠性可以從兩個(gè)方面入手，一方面是從硬件設(shè)計(jì)角度提高系統(tǒng)的抗干擾能力，另一方面是從軟件角度提高系統(tǒng)的可靠性。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)應(yīng)針對不同的干擾源采取必要的抗干擾措施。典型的干擾傳播路徑是通過空間的輻射、導(dǎo)線的傳導(dǎo)和過程通道。一般情況下，要形成干擾，應(yīng)滿足如下三個(gè)要素：（1）干擾源指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號，如雷電、繼電器、晶閘管、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源。由此可見保持單片機(jī)系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定的工作是至關(guān)重要的。引起單片機(jī)工作失常。有時(shí)甚至造成器件的損壞。（3）CPU受擾發(fā)出了錯(cuò)誤的邏輯命令。干擾對單片機(jī)的主要危害有：（1）造成程序計(jì)數(shù)器PC受擾跳變，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一些無意義的、錯(cuò)誤的或是死循環(huán)的程序段使單片機(jī)發(fā)生程序跑飛或死機(jī)。共模干擾共模干擾又稱共態(tài)干擾或縱向干擾,是指放大器或ADC的兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓。實(shí)踐證明，傳輸線采用雙絞線時(shí)，兩線的干擾量近于相互抵消，因此可有效地抑制串模干擾。按干擾的作用形式分類，干擾可以分為兩種類型：串模干擾串模干擾又稱為常態(tài)干擾或差模干擾。PonyProg2000 燒寫AVR MCU的步驟：設(shè)置下載端口；選擇芯片類型，如ATmega16；將目標(biāo)文件裝載到緩沖區(qū)；向芯片中燒錄程序；配置熔絲位。AtmanAvr單片機(jī)支持在線編程，可以使用ISP軟件將編譯器生成的HEX文件下載到程序存儲器中。圖56是AtmanAvr的軟件界面，它可以完成工程建立、程序編寫、編譯、鏈接、調(diào)試、仿真以及hex文件的生成。CPU處理數(shù)據(jù)的工作流程框圖如圖55所示：圖55 數(shù)據(jù)處理子程序的工作流程框圖 軟件開發(fā)環(huán)境作為一種當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的單片機(jī)，有多種集成開發(fā)環(huán)境支持對AVR單片機(jī)的程序開發(fā)。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，10位轉(zhuǎn)換結(jié)果被送入ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH及ADCL中，ADIF置位。在轉(zhuǎn)換過程中此位始終讀出為“1”，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，然后被硬件自動清零。LED顯示子程序流程圖如圖53所示：圖53 顯示子程序流程圖 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)從互感器、傳感器采集來的模擬量，要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量才能進(jìn)一步的由單片機(jī)進(jìn)行處理。為保證按鍵能被正確識別，還需軟硬件方式去抖動。主程序框圖如圖51所示：圖51 保護(hù)系統(tǒng)程序框圖 保護(hù)裝置軟件設(shè)計(jì)保護(hù)裝置軟件設(shè)計(jì)主要包括鍵盤控制、LED顯示、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理四個(gè)模塊。上電復(fù)位后，主程序先進(jìn)行初始化，為各個(gè)子程序的調(diào)用和系統(tǒng)各個(gè)模塊的使用做好準(zhǔn)備，然后查詢按鍵，判斷是否需要進(jìn)行各種控制參數(shù)的調(diào)整。由于C語言簡潔、使用方便、移植性好，使用C語言編程可使程序結(jié)構(gòu)清晰，開發(fā)周期也較短，所以保護(hù)系統(tǒng)的軟件采用C語言進(jìn)行設(shè)計(jì)。軟件是微機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵，是數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算、邏輯判斷的具體實(shí)現(xiàn)。及時(shí)、可靠地完成對各種故障的保護(hù)。為用戶提供簡潔、方便、清晰的人機(jī)對話界面。 軟件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)軟件的功能是以硬件為基礎(chǔ)完成各種保護(hù)算法及方案，并提供豐富靈活的手段對裝置進(jìn)行整定、監(jiān)視和維護(hù)，是整套裝置的靈魂。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)電動機(jī)保護(hù)器電壓、電流定時(shí)采樣的需要，軟件設(shè)計(jì)分為主程序、定時(shí)中斷處理程序和鍵盤中斷處理程序和顯示處理程序四部分。若使用單片機(jī)自帶的時(shí)鐘單元，一旦單片機(jī)掉電，將無法準(zhǔn)確記錄，因此可對系統(tǒng)加一個(gè)外部時(shí)鐘，保證事故時(shí)間的準(zhǔn)確記錄。采用MAXIM公司的MAX485芯片來實(shí)現(xiàn)RS485通信?？偩€上可連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，適合于多站互聯(lián)。（~177。接收器能檢測低達(dá)200mV的電壓，數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)1km之外。RS485的主要特點(diǎn)：收發(fā)器分別采用平衡發(fā)送和差分接收，具有較強(qiáng)的抑制共模干擾的能力。通過保護(hù)裝置和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)信息和控制信息，從而分析電動機(jī)工作情況，對電動機(jī)進(jìn)行保護(hù)。12V，24V給其它外設(shè)供電。該電源輸出為+5V、177。其原理圖如圖415所示：圖415 單片機(jī)與LED的連接電路 圖415中，LED4顯示狀態(tài)碼，其碼形如表45：表45 狀態(tài)碼形 系統(tǒng)外圍電路 電源電源為整個(gè)裝置提供工作電源，為保證裝置能正常可靠的工作，本文采用集成開關(guān)穩(wěn)壓電源，使用上海德創(chuàng)電器電子的開關(guān)電源。設(shè)計(jì)用5個(gè)共陰極的LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，其中最高位用來顯示數(shù)值的狀態(tài)，低四位顯示參數(shù)值。當(dāng)掃描頻率足夠大時(shí)，所有數(shù)碼管在視覺上是同時(shí)亮的。 顯示設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的顯示功能使用LED數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)有4個(gè)按鍵：確認(rèn)鍵、返回鍵、左方向選擇鍵（選擇鍵及定值減小鍵）、右方向選擇鍵（選擇鍵及定值增加鍵）。本部分主要有鍵盤和LED顯示兩部分，鍵盤用來實(shí)現(xiàn)控制功能的選擇和參數(shù)的設(shè)定，LED則用來顯示功能菜單和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。單片機(jī)輸出的信號在傳輸線上只能存在很短的時(shí)間，所以接口電路必須及時(shí)把信號鎖存。另外，為減少強(qiáng)電對弱電的干擾還應(yīng)該添加光電耦合電路將二者隔離開來。單片機(jī)和電氣開關(guān)二者在電平范圍和驅(qū)動能力的要求上存在很大的差異。為了保證輸出電壓不受后級電路輸入阻抗的影響，一般采用由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流—電壓變換電路，如圖411（b）所示。 輸入輸出通道輸入通道（1）模擬量輸入通道每路模擬信號輸入通道都配置圖411（a）所示的前置模擬低通濾波電路濾去輸入信號中對保護(hù)無用的較高頻率部分。ATmega16單片機(jī)內(nèi)部集成8路10位逐次逼近型ADC，ADC與一個(gè)8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對來自端口A的8路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。本裝置采用RC無源低通濾波電路，將信號中疊加的高頻分量統(tǒng)統(tǒng)濾掉。 濾波調(diào)理電路經(jīng)過ACDC轉(zhuǎn)換所得的直流電壓疊加了豐富的高次諧波分量，另外由于電網(wǎng)以及電動機(jī)自身的干擾，使所得的電壓電流信號質(zhì)量非常差。共享A/D多通道結(jié)構(gòu)框圖如圖410所示：圖410 共享A/D多通道結(jié)構(gòu)框圖AD582的信號捕捉時(shí)間最短達(dá)6μs，具有相互隔開的數(shù)字地、模擬地，從而提高了抗干擾能力。采樣保持器選用通用型集成AD582芯片。雖然在AVR單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器中有自帶的采樣保持電路，但是難以在同一時(shí)間內(nèi)同時(shí)進(jìn)行多路信號的采樣保持。要防止這種誤差的產(chǎn)生，必須在A/D轉(zhuǎn)換開始時(shí)將輸入信號的電平保持住，而在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能跟蹤輸入信號的變化。在這個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，模擬信號要基本保持不變。 6）外形圖、安裝尺寸和線圈圖： 圖48（a）外形圖、安裝尺寸 圖48（b）線圈圖7）典型應(yīng)用如圖49（a）和圖49（b），性能參數(shù)見表44； 圖49（a） 圖49（b）表44 TYCT21EM5A/應(yīng)用方法額定輸入電流額定輸出電流額定采樣電阻RL額定采樣電壓相移非線性度線性范圍耐壓電阻法5A300≤20′≤%≥2倍額定≥6kVIC法5A/≤1/2倍IC電源電壓≤5′≤%≥2倍額定≥6kV8）注意事項(xiàng)：① 電流變換器初級應(yīng)串聯(lián)于被測電流回路中，次級應(yīng)近似工作于短路狀態(tài)；② 電流變換器次級電路不允許開路，所以不能裝熔斷器。4）絕緣耐熱等級：B級（130）。 2）使用環(huán)境條件：① 環(huán)境溫度：55~+85；② 相對濕度：溫度為40時(shí)不大于90%。高壓電動機(jī)的沖擊電流一般比其額定值大10倍以上，其會使電流互感器的一次額定電流倍數(shù)增加，從而引起的電流誤差可大大超過10%，造成速斷誤操作，因此必須選擇大變比的電流互感器。3）型號及意義：圖47 型號含義本型電流互感器有 75/5A（1A）、100/5A（1A）、150/5A（1A）、200/5A（1A）、300/5A（1A）、400/5A（1A）