基于stc单片机的电机脉冲测速及堵转保护器毕业设计(编辑修改稿)

基于stc单片机的电机脉冲测速及堵转保护器毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

行测量，并通过单片机定时来检测电机是否堵转，堵转后控制电磁继电器动作及延时。 本设计主要用单片机 STC12C520xx作为控制核心，由电磁式转速传感器 .光耦电路 .电磁继电器 .接触器等构成。 本 文重点是测量转速及单片机定时系统。 在软件系统的设计上，根据 STC12C5202单片机的编程结构特点，充分利用单片机的片上资源，采用模块化编程思想，将系统功能分解成较小的功能模块，然后用子函数和中断处理函数等实现了电动机保护功能 .其优点硬件是电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。 [关键词 ]单片机； 电磁式转速传感器 ；转速测量；数据处理；电磁继电器 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 页 共 41 页 1 前言 研究目的和意义 电机是当前应用最广泛的动力设备，供电系统 70%的电能是通过电动机消耗的。 由于交流电机具有结构简单、制造方便、运行可靠以及价格低廉等优点，因而被广泛应用于工农业、交通运输、国防等领域。 电动机所带的负载种类繁多，且往往是整个设备中的关键部分，因而电动机的安全、稳定运行具有十分重要的意义。 电动机的故障或不正常运行轻则影响设备功能重则造成设备损坏和其他安全事故，引起重大的经济损失，电动机保护器的研究就显得十分重要。 据有关方面统计，每年电动机损毁数量在 300 万台以上，仅电动机的 维修费就在百亿元以上，因电动机不正常工作所造成的耗电量高达数十亿 KWh，间接经济损失更是数目惊人，而且这一数字还在不断增长。 另外，由于现代电动机设计、生产技术的提高，电动机的体积越来越小，导致电机内部电流密度显著增加；再加上现代化的生产工艺往往要求电动机经常在频繁的启动、制动、正反装以及变负荷等多种状态下切换运行，电动机出现的概率更加难以确定，故障后导致的后果也更加严重。 因此，无论从安全的角度还是从经济的角度来看，电动机保护器的研究有着深远的意义。 国内外研究的概况和发展趋势 [1]以熔断器、 热继电器为主的机械式保护方式 热继电器是建国以后从前苏联引进技术开发的金属片机械式电动机过载保护器，是长期以来我国电动机保护器所采取的的主要技术方法。 这种电动机保护器由熔断器、断路器及热继电器组成，控制方式主要分为四种：（ 1）熔断器 — 交流接触器 — 热继电器；（ 2）断路器 — 交流接触器 — 热继电器；（ 3）熔断器 — 断路器；（ 4）熔断器 —断路器 — 交流接触器 — 热继电器。 热继电器是用于保护电动机因过载引起过电流的装置。 热继电器在电子技术尚不发达的时代曾是电机过载保护的首选产品，利用的是双金属片热效应原理：双金属片是由两片不 同膨胀系数的金属铆合而成，通过的电流使它们产生热量，并向膨胀系数小的一边弯曲，弯曲的程度和电流的大小成正比，当电基于ＳＴＣ单片机的电机脉冲测速及堵转保护器 第 2 页 共 41 页 流超过热继电器整定电流的一定时间就会启动其中的脱扣装置，从而起到切断主回路 达到保护的目的。 热继电器具有反时限特性和结构简单、安装方便等优点；同时，它也有一定的缺陷，由于材料的热滞后效应导致热继电器有保护时滞和轻微堵转、过载保护欠佳的缺点。 由于上述缺点导致电动机容易长期运行于轻微过载状态，使电动机绕组产生热积累，绕组温升超过额定值，绕组绝缘老化，影响电动机使用寿命。 另外，受制造工艺限制，热继电器 的性能有一定的分散性，动作曲线与电动机实际保护曲线不协调，使电动机有效功率下降，严重时还会导致误动作。 正因为如此，这种传统的电动机保护方法正在被逐步淘汰，新设备上已基本看不到它的身影。 [2]普通电子式电动机保护器 从上个世纪七八时年代开始，随着半导体技术、电子技术的发展及广泛应用，一批新的基于分立电子元件和中小规模集成电路的新型电动机保护产品应运而生。 此类保护器从保护取样方式上大致扥为电压取样型和电流取样型。 电压取样型电动机保护器主要针对电动机的工作电压进行相应的检测来对电动机进行保护；电流取样型 电动机保护器通过对电动机的线电流的变化检测来对电动机进行保护。 我国电子式保护器是由晶体管型发展至集成电路型，装置功能基本满足电动机保护的要求。 但是设计思路的限制导致这些电动机保护器仍有一些难以克服的缺陷，这主要便现在： （ 4） 精度不高。 由于整个保护器是由众多分立元件集合而成，任何一个元件的性能都会对整个系统产生很大影响。 各个元器件之间连线繁杂，在复杂电磁环境中极易受到干扰，对温度的敏感性也很高，这常常导致保护器不能正常工作。 （ 5） 无法实现参数存储、通信等功能。 受期间功能影响，在由分立元件构成的电动机保护器上无法实现像 参数记录，实时通信这样的高端性能，这也限制这类保护器的应用范围。 （ 6） 另外，整个保护装置中的元件、节点众多，大大增加了系统的故障点，导致保护器调试困难。 [3]智能型电动机保护器 微电子技术的深入发展，大规模乃至超大规模集成电路成果的日新月异。 以微控制器、数字信号处理器、可编程逻辑控制器等为代表的智能型控制器不断进步，在国民经济的各个领域都取得了重大成果。 基于智能型控制器的电动机保护器与前两种保护方式相比具有先天的优势。 这种智能化电动机保护装置具有处理速度快、智能化程度前言 第 3 页 共 41 页 高等优点，可以实施各种非常复杂的算法 和各种保护功能；由于能够方便地实现自检 测试功能从而减少了装置的维修工作量，避免了因装置缺陷引起的保护不正确动作，提高了保护的可靠性。 它可以同时对电动机进行断相、过载、短路、欠压、三相不平衡、堵转、漏电等进行保护。 它还拥有显示、通信、故障记录等功能。 智能型电动机保护器正以其优异的性能取得各大原始设备生产商的青睐，它将是电动机保护器的主要发展方向 [1]。 本文研究的主要内容 系统采用单片机最小应用系统即可满足要求，采用 STC12C5202 单片机作为主控制器，使用电磁式转速传感器测量电机的转速。 测速硬 件组成如图 所示： 图 测速硬件组成电路图 传感器将电机的转速信号转变为电脉冲信号，经过处理后进行脉冲测速。 晶体振荡电路主要是给单片机提供时钟，信号经单片机 STC12C5202 定数器 T0 进行脉冲测量，来然后进行相关的处理。 转速传感器检测电机旋转并产生方波脉冲信号，假设检测到的方波间隔大于 5S，则电机堵转。 5S 的定时由单片机定时器 T0 控制，电机堵转后单片机 输出信号控制继电器动作并延时。 电机 传感器 脉冲信号采 集和转换STC12 C 5202晶振基于ＳＴＣ单片机的电机脉冲测速及堵转保护器 第 4 页 共 41 页 2 系统组成及工作原理 转速电测量的测量原理及其种类 测频计数式的电测法很 多，其共同特点是在指定时间内对转速传感器发出的脉冲进行计数。 若每转 1 周传感器发出脉冲数为 m（ m 的数值最好是 60 的整数倍） , 每分钟转动圈数为 n，则传感器脉冲的频率为 * / 60f m n （式 21），因此可求得转速60* /n f m (式 22) [2]。 磁电式 图 (a)为开磁路磁阻式转速传感器，传感器由永久磁铁 软铁 感应线圈 3组成，齿数为 m 的齿轮 4 安装在被测转轴上。 当齿轮随转轴旋转时，齿的凹凸引起磁阻变化，致使线 圈中磁通发生变化，感应出幅值交变的电势，感应电势的频率 .f由 (式 21)决定 [3]。 图 磁电式转速传感器 开磁路磁阻式转速传感器结构比较简单，但输出信号较小，另外当被测轴振动较大时，传感器输出波形失真较大。 在振动强的场合往往采用闭磁路转速传感器，如图 (b)所示。 它是由装在转轴 1 上的内齿轮 外齿轮 线圈 4 及磁铁 5 构成，内外齿轮的齿数相同均为 m，转轴 1 连接到被测转轴上与被测轴一起转动，使内外齿轮相对运动，使磁路气隙周期变化，在线圈中产生感应电势，电势频率同 (式 21)。 由于感应 电势的幅值取决于切割磁力线的速度，因而也与转速成一定比例。 当转速太低时，输出电势很小，以致无法测量。 所以磁电式转速传感器有一个下限工作频系统组成及工作原理 第 5 页 共 41 页 率为 50Hz(闭磁路式的下限频率可降到 30Hz)。 其上限工作频率可达 100kHz。 磁阻式转速传感器采用转速一脉冲变换电路如图 所示。 传感器感应电压由二极管 VD 削去负半周，送到 V1 进行放大，再由射极跟随器 V2 送入 V3 和 V4 组成的射极藕合触发器进行整形，这样就得到方波输出。