基于单片机的交流电机保护器设计与实现

* * * *毕业设计问题：基于单片机的交流电动机保护程序设计和实施医院部门：信息控制大学专业产业：测量控制技术和工具班级编号：10 * * *学生姓名：* *讲师：* *实现成果：年月日II列表1方案设计11.1设计工作要求11.2硬件方案设计11.3软件设计21.4主要设计实施原则22硬件设计32.1单片机简介32.2 STC12C5A60S2微控制器简介32.2.1主要特性32.2.2针脚功能32.2.3中断系统简介42.2.4计时/计数功能简介52.3显示电路简介52.4关键部分设计简介72.5电流检测限制简介82.6零序负序电流检测电路图92.7温度检测电路图93软件部分设计113.1主要编程流程图流程113.2密钥编程133.3电流检测函数流程图153.4电压检测函数流程图153.5温度提取子程序163.6判断执行流程图18参考文献19附录a系统结构图20附录b计划代码21附录c实际照片31* * * * *毕业设计1方案设计1.1设计工作要求此设计的硬件系统以STCl2C5A60S2微控制器为中心，并包含周围的电路。考虑了电动机智能保护装置的应用环境和可靠性要求，在特定电路设计和芯片选择中充分考虑了保护装置的实际要求和抗干扰性能1。1.2硬件解决方案设计硬件设计是根本，不仅在整个系统的硬件上直接影响系统本身硬件特性的质量，而且对软件系统的设计和实现也有很大的影响，因此，设计时不仅要考虑硬件电路设备系统的功能要求，还要考虑使系统更简单的软件的实现设计。对于电动机保护设计，必须：短路保护。这项功能证明，如果单片机检测到三相线上有什么长度或三向电流过大，一向信号就短路了。切断保护，电动机切断时，电路的三相线的总电压除以电动机线圈的内部电阻，三相线的电流都很大。过热保护，马达旋转时摩擦或内部电导率下降，马达可能过热，需要对马达机身进行温度检测。负序电流、不对称电源电压、相位关闭、逆等缺陷都会产生负序电流，在绕组上产生大量的热量，导致电机严重加热，出现不对称错误。零序电流保护，三相电的三相电流不平衡时发生零序电流，应检测和保护此信号。因为过电压、低压保护、电动机是电磁力装置，电压过高会增加速度，损坏电动机，过低会降低速度，提高电动机发热，因此需要检测输入电动机的电压。根据设计要求分析，此次设计使用STC12C5A60S2作为此次设计的托管芯片，使用LCD5110作为实际模块。键使用行扫描键。温度传感器型号为DS18B20。警报器是蜂鸣器。电流检测需要3套检测传感器设备。1.3软件程序设计对于编译软件，请使用Keil C51软件。Keil C51软件为当前使用相当广泛的51系列微控制器开发软件，是基于32位Windows环境的应用程序，支持c语言和汇编语言编程。Keil是当前领先的51微控制器开发应用程序软件2。1.4主要设计实施原则短路，三相线电流检测，可分别用于判断阻塞检测。零负序列检测，需要专用传感器进行检测。可用于电压检测、低压和过电压保护。检测电动机过热是否受到保护的温度检测。系统设计方块图如图1.1所示。图1.1硬件部分方框图2硬件设计2.1单片机简介单一电脑系统整合在单一晶片中，是简单精密的微运算系统，将中央处理器CPU、随机记忆体RAM、唯读记忆体ROM、各种I/O连接埠和中断系统、计时器等功能整合在单一晶片中。微控制器是电子设计中应用最广泛的组件，其优点包括小、低压、低功耗、高可靠性、强大的处理能力、强大的控制能力、强大的环境适应性、方便的使用等，主要应用于仪表、家电和玩具、智能测量设备、航空航天等领域3。2.2 STC12C5A60S2微控制器简介此设计的硬件系统以STCl2C5A60S2微控制器为中心，并包含周围的电路。国内STC公司的1T系列增强型单芯片微计算机与MC51系列微控制器中现有的8051指令、针脚完全兼容，大容量程序内存是闪存过程，因此具有很强的竞争力。2.2.1主要特性40个针脚、内部60K字节的闪存帧内程序内存、E2R的4K字节、可存储1024字节随机访问数据存储(RAM)的数据、32个外部双向输入/输出(I/O)端口、5个中断优先级2.2.2针脚功能每个针脚功能的简要介绍如下：VCC:电源电压。GND:接地。P0端口：P0端口是8位泄漏等级开放双向I/O端口，每个针脚吸收8TTL门电流。P1端口：P1端口是内部下拉提供的8位双向I/O端口，P1端口输出缓冲区接收4TTL门电流。P2端口：P2端口是内部下拉菜单上的8位双向I/O端口。P3端口：P3端口是8针内部拉阻的双向I/O端口，用于接收输出电流4 TTL门电流。P3端口也有特殊功能。P3.0 RXD(串行输入)。P3.1串行输出(TXD)。P3.2 INT0(外部中断0)。P3.3 INT1(外部中断1)。P3.4 T0(计时器0外部输入)。P3.5 T1(计时器1外部输入)。P3.6 WR(外部数据内存写入门控)。P3.7 RD(外部数据存储读取门控)。同时，P3端口接收一些控制信号，用于闪烁编程和编程确认。RST:重置输入。振荡器重置设备时，保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:访问外部存储时，地址锁定允许的输出级别是地址锁定的低字节。PSEN:外部程序内存中选定的通信号。EA/VPP:EA保持较低级别时访问外部ROM加密方法为1时，EA重置内部锁定。退出时，EA是较高的级别，访问内部ROM。闪存编程时，还可以使用此针脚请求12V编程电源(VPP)。XTAL1:输入反向振荡放大器和输入内部时钟操作电路。XTAL2:逆振荡器的输出。2.2.3中断系统简介中断意味着当计算机正常运行程序时，系统发生紧急事件，当前程序暂时中断，紧急事件被处理，处理结束后，CPU自动返回到原来运行的程序。允许中断控制中断允许寄存器IE控制中断系统中所有中断和中断源的CPU的开放和掩蔽。具体来说： EX0:允许外部0INT中断位。 ET0:定时/计数器T0允许中断位。 EX1:外部1INT中断允许位。 ET1:定时/计数器T1允许中断位。 ES:串行中断允许位。 ea: CPU中断允许位。中断优先级控制STC89C52微控制器有两个中断优先级，每个中断源的中断优先级由中断优先级寄存器IP中的相应状态规定。具体来说： PX0:外部中断0INT优先级设置位。 PT0:定时/计数器T0中断优先级设置位。 PX1:外部中断1INT中断优先级设置位。 PT1:计时/计数器。 T1:中断优先级设置位。 PS:串行中断优先级设置位。2.2.4计时/计数功能简介在单片机内部有两个16位可编程计时器/计数器，称为T0和T1，它们都可以用作计时器和计数器。计时器/计数器由16位加法计数器、操作模式寄存器TMOD和控制寄存器TCON组成4。操作模式寄存器TMOD工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式。设定为M1M2的4种方式可以使用计时/计数器5。控制寄存器TCON TF1:定时/计数器T1溢出中断请求标志位。 TR1:定时/计数器T1操作控制位。 TF0:定时/计数器T0溢出中断请求标志位。 TR0:定时/计数器T0操作控制位。2.3显示电路简介显示部分对于选择设备尤其重要，因为始终需要显示警告的信息，所以将N5110显示器用作光栅显示、背光显示汉字和文字的液晶显示部分，使用户可以方便地观察实时显示警告状态，并便于对不安全事件的预防和警报处理6。诺基亚公司制造的LPH7366，手机液晶屏模块与其他类型的产品相比具有以下特点：84x48点阵液晶屏，显示4行中文。使用用于与主机处理器通信的串行接口大大减少了接口信号线的数量，只有9条电缆，包括信号线在内的电源和地面。支持多种串行通信协议，传输速度高达4Mbps，显示数据以最高速度显示，没有等待。液晶屏控制器/驱动器芯片绑定在液晶屏芯片上，非常小。低压电源、200A正常运行电流以下的显示器和断电模式。LPH7366这些功能非常适合电池供电的机舱通信设备和测试设备。诺基亚5110可能是经典型的，因为经典的缘故，有很多旧式机器，很多电子工程师去掉了旧式机器的画面，用驱动自己的诺基亚5110代替LCD1602的设备显示器开发。N5110显示器接口包括RST、CE、DC、DIN、CLK、VCC、BL和GND。其中，通信针脚可以直接连接到与3.3-5V之间的电压兼容的单片机，具有使用宽电压的优点，每个针脚的功能如下：GND:用于背光和液晶屏以及控制芯片的共享电源和信号场所。BL:屏幕后面板电压，控制晶体管传导和关机，可以使用单片机访问3.35V之间的直流电压。VCC:电源的阳极，可以从整个模块的电源访问3.3至5V之间的直流电压。CLK:用作速度通信时钟的时钟针。DIN:数据针，沿时钟角输入适当的数据。DC:数据和命令切换针，向1发送数据，向0发送命令，简化了程序员编程的复杂性。CE:控制板端点，低级有效，只有微控制器输出为低级时，液晶屏模块才能工作。RST:发生100毫秒以下跌落时控制显示屏复位的针脚7。N5110显示器接口原理图。如图2.1所示。图2.1显示接口电路图2.4键部分设计简介常用键盘分为两类：决定因素小键盘和独立小键盘。决定因素键盘接口决定因素键盘用于由行和列交叉的行和列组成的键数较多的情况下，33行和列结构可以配置有9个键的键盘，如图2.2所示。同样，可以配置44行，16个键键盘7。如果键数较多，矩阵键盘比独立键盘节省的I/O端口线8要多。如图2.2所示。图2.2 24键盘决定因素键盘工作原理“设置键”在行、列线交叉点处将行和列分别连接到键开关的两端。线路通过上拉电阻连接到5V。如果未按下键，行线处于较高级别状态；如果已按下键，行级别状态由连接到此行线的列线的级别决定。列行层较低时，行行层较低。如果行线的级别高，则行级别也高。在下图中，按3键说明如何将此键识别为扫描。如果按3次，则第3个键和第2个行导线级别由连接到此键的行导线级别确定，没有键的行导线级别处于较高级别状态。如果所有列行都是低级别，则显然键所在的行级别是低级别，根据此行级别的变化，您可以确定键是否应被按下。目前还不确定是否按了键3，因为如果不按键3就按同一行的键2、1或0中的一个，就可以产生相同的效果。因此，行处于低水平的结论是按下了键。按判定是哪一行的键，就可以用扫描方式识别。也就是说，在同一时间仅允许第一行行行作为较低级别，而允许所有其他列行作为较高级别。第一列较低时，其他列较高，按键3，因此第一列仍处于较高水平。第二列为低级别时；其他是高层次。第一列仍然是较高的标高。第一行的级别从高转换为第四列的低级别，直到第四列较低而其他列较高，这样您就可以看到第一行4列交叉点处的键，即第三个键被按下。2.5电流检测限制简介电流器的输出经过电阻转换为电压信号后，