《检测技术》课设报告

目录0前言 立项背景项目分析一、 总体方案设计 1.1方案论证 1.2系统总体结构 1.3电机工作原理及驱动…二、 硬件电路设计 2.1温度检测控制电路设计1、 温度信号采集转换电路・2、 放大电路 3、 A\D转换电路 4、 单片机计算温度 5、 温度显示电路 2.2转速检测控制电路设计1、 转速信号采集电路……2、 单片机定时计数 3、 转速显示电路 三、 软件设计 C语言源程序四、 总结及心得 参考文献 前言随着国民经济的飞速发展，科学技术的日新月异，智能控制系统得到了广泛的应用.如:智能大厦、无人值守泵站、无人值守供热站、各种遥控调度系统、生产作业自动化等等.这正是国家实现科学技术现代化的重要标志，也是每一个技术人员肩负的重要责任.智能控制技术的应用，给我们提出了很多要求.如电网的波动性,执行机构的智能配套等，都要求越来越严格.作为重要驱动执行机构的电动机来说，它的控制方式受到广大技术人员的高度重视.既要为智能控制打下良好基础，又要降低电动机起动时对电网的冲击.所以,不得不在电动机的起动设备上做工作.目前，电机作为一种拖动动力设备，在机床加工、运输、电力等领域有着广泛的应用。为了保证电机系统的正常运行，需要通过检测控制装置对它进行监控。重点监控的参数是电机A、B、C三相线圈的温度、电机轴的径向振动振幅、电机轴的转速。本课题主要研究对转速和三相线圈温度的测量和控制。立项背景：传统的电机检测方式是有三种方法：1、给电机加一个恒负载；2、利用电机的惯性负载；3、电机和其他更容易测得的参数之间建模来参考两者的关系。每一种方法都有其优缺点。1.给电机加外负载，不管是机械的还是电子的，都要把电机和负载进行耦合，这是十分耗时的。而且由于外加负载的限制，测试速度和扭矩都不可能太大。但是测试扭矩又不可以很小，因为有一个很大的外加负载误差存在，例如连轴承误差，负载本身惯性误差等。从而决定了此方法不能用于微小和大型电机测试，更难实现大批电机的测量和产线全检。2.利用电机惯性负载，这是近几年在欧美非常流行的测试方法，不仅测设快速，而且测试非常精准。但是前提条件必须精确测试出点击的转动惯量和电机加速阶段的角加速度。3.电机和其他更容易测得的参数之间建模来参考两者的关系。建模是一种间接的方法，不能测试电机的输出量，因此容易出现错误。而且误差较大。项目分析：1、 三相线圈的温度监控在电机三相线圈上加三只铂电阻（或热敏电阻或热电偶），检测线圈温度，如果负荷过大或缺相，电机某项线圈过热，造成热电阻阻值的变化，检测电路立即使继电器的常闭触点断开，保护电机。设定温度为70°C。2、 电机轴的转速监控在电机轴上安装转速传感器（光电、磁电、霍尔等）测量轴的转速，当转速超过限定值（800转/分）时，声光报警并关断电机电源。本项目采用第二种方法，分模块对电机的转速指标和电机内三相线温度指标进行检测，并控制其各项指标在规定范围以内。一、总体方案设计1.1方案论证本课题采用铂电阻温度传感器和光电码盘传感器分别采集电机的温度信号和转速信号，再将信号经过放大处理转化后，用单片机来对数据进行计算输出显示等，还可以根据设定的温度值、速度值对电机进行实时控制。温度信号温度传感器DS18B20传到单片机中，且DS18B20的精度满足实验要求；速度传感器采用光电码盘式，使用方便，且精度也能达到要求；A\D和D\A转换芯片采用8位，转换精度为0.004（1/255），也能达到不超过整个系统精度的要求。所以，从理论上讲，此方案完全可以用51系列单片机开发板及外部扩展电路来实现，且满足仿真要求。1.2系统总体结构以下是系统总体结构框图图1系统总体结构框图如上图所示，三个铂电阻温度传感器接在电机的三相绕组上，测出的模拟量数值通过多路转换开关分别进行A\D转换后送入单片机进行处理，可以取三个数值中的最大值，并转化成相应的温度值送数码管显示，如果超过设定的温度值，则说明电机温度过高，单片机汇控制继电器断开，从而切断电机电源，防止电机因温度过高而烧坏。光电码盘传感器用来检测电机的转速，转速会以脉冲的形式传给单片机的计数器，再计算出转速值并驱动数码管显示转速值，当速度超过限定值时，会驱动声光报警器（二极管和蜂鸣器）报警，同时单片机内部通过软件调节减小电机两端的电压值，使转速下降到额定范围以内。1.3电机工作原理本课题采用三相鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机结构简单、制造容易、成本低、运行维护方便，它被广泛地应用在工农业生产中，作为电力拖动的原动机。它的缺点是调速性能差，启动力矩较小，因此在一些要求平滑调速和启动力矩很大的场合常用其他类型电动机来完成。在三相鼠笼式电动机的定子槽中嵌有空间互差120度的三相绕组。当三相绕组接上对称的三相电源时，在电动机内会产生一个旋转磁场。在旋转磁场作用下，转子鼠笼条中就会产生感应电动势和感应电流（因为鼠笼条两端由短路环连接，形成了闭合电路）。这时鼠笼条在磁场中会受到力的作用，通过分析可知，电动机转子在这些力的作用下，便转动起来。现在先分析三相定子绕组通上对称三相交流电后，产生旋转磁场的原理。设电动机三相绕组接成星形接线，接上对称三相交流电源后，电流为正值时，电流从绕组的头端进去尾端出来；电流为负值时，电流从绕组的尾端进去头端出来。

现在假定通入三相绕组的对称三相交流电的波形如图1所示，则电动机三相绕组电流通入情况如图2所示。t=0t=T/6t=T/3t=T/2图1三相交流电波形图t=0t=T/6t=T/3t=T/2图1三相交流电波形图图2三相绕组电流通入情况从图2(a)可看到：在t=0瞬间，iu=0,绕组U1—U2中无电流流过；而这时iv为负值，绕组V1—V2中电流由V2进VI出；这瞬时iw为正值，绕组W1—W2中电流由W1进W2出。用右手定则可判断，此时电动机中会产生如图2(a)所示磁场，其合成磁场方向向上。从图2(b)可看到：在t=T/6瞬间，iw=0,绕组W1—W2中无电流流过；这瞬间iv为负值，绕组V1—V2中电流从V2进V1出；这瞬时iu为正值，绕组U1—U2中电流由U1进U2出。此时电动机内磁场分布如图2(b)所示，其合成磁场方向较t=0时刻顺时针方向旋转了一定角度。从图2(c)可看到：在t=T/3瞬间，此时iv=0，绕组Vl—V2中无电流通过；这瞬时iu为正值，绕组U1—U2中的电流从U1进U2出；这瞬时iw为负值，绕组Wl—W2中电流从W2进W1出。这时电动机内磁场情况如图2(C)所示，其合成磁场方向又较t=T/6时刻顺时针转过了一定角度。从图2(d)可看到：t=T/2瞬间iu又等于零，此时U1—U2绕组中无电流通过，而此时iv为正值，绕组V1—V2中电流从V1进V2出；iw为负值，绕组W1—W2中电流从W2进W1出。此时电动机内磁场分布情况如图2(d)所示，其合成磁场方向又较t=T/3瞬间顺时针转过了一定角度。分析显示，三相定子绕组通过对称三相交流电后，在电动机内会产生一个顺时针方向旋转的磁场。假如通过的三相交流电相序不变，而将定子绕组的三个头U1、V1、W1与交流电源连接时，调换一个头，则可通过同样分析得知，电动机内产生的旋转磁场方向将改变，变为逆时针方向旋转。三、软件设计源程序如下：#include<reg52.h>#include<absacc.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineweiXBYTE[0x0FF20]//将8255PA口映射为数码管的位选，与硬件连接相对应#defineduanXBYTE[0x0FF21]//将8255PB口映射为数码管的段选，与硬件连接相对应#definecontrolXBYTE[0xFF23]sbitdawr=P3”6;sbitcsda=P3”2;sbitP10=P「0;sbitDQ=P3"5;//数据通信线uchardis□={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//要显示的0-9段码uintfrequency,speed;//定义计数的频率变量和转速uchartplsb,tpmsb;//温度值低位，高位字节voidtime_init()//定时器初始化函数(TMOD=0x15;//定时器1为16位定时器，定时器0为16为计数器TH1=0X4C;TL1=0X00;TL0=0;TH0=0;//计数初值0；TR0=1;TR1=1;//启动定时器0和1EA=1;//打开总中断ET0=1;ET1=1;//打开定时器0和1中断}voiddisplay。//动态扫描函数(ucharbai,shi,ge;uintcount;speed二frequency*60/50;bai=speed/100;//取显示转速的百位shi=speed%100/10;//取显示转速的十位ge=speed%100%10;//取显示转速的个位duan=0xff;//关闭数码管显示，防止显示跳变干扰duan=dis[ge];//要显示的转速个位送8255PB口wei=0xFE;//8255PA0=0,数码管0显示for(count=0;count<200;count++);//延时，大约200us是数码管保持足够的亮度同时亮灭时不被人眼分辨完成动态扫描duan=0xff;duan=dis[shi];//要显示的转速十位送8255PB口wei=0xFD;//8255PA1=0,数码管1显示for(count=0;count<200;count++);duan=0xff;duan=dis[bai];//要显示的转速百位送8255PB口wei=0xFB;//8255PA2=0,数码管2显示for(count=0;count<200;count++);//延时，大约200us}voidspeed()//转速自动调节程序(ucharspeed;dawr=0;//选中D/A转换芯片0832；csda=0;speed=frequency*60/50;//每秒的脉冲数乘以60=一分钟内的脉冲数，再除以一周的齿轮数即为每分钟的转数P0=speed;//速度值送P0口，进行A/D转换csda=1;//关D/A转换芯片，是输出模拟量一定if(speed==100);//设定速度值最大为100elsespeed=speed-5;//如果速度值超过一百，每一秒钟调节一次P10=1;//且P10连接的二极管发光报警voiddelay(uintt)(uinti;while(t--)(for(i=0;i<125;i++)(}}}voidtxreset(void) /*产生复位脉冲初始化DS18B20*/(uinti;DQ=0;i=100;//拉低约900uswhile(i>0)i--;DQ=1;//产生上升沿i=4;while(i>0)i--;}voidrxwait(void)/*等待应答脉冲*/(uinti;while(DQ);while(〜DQ);//检测到应答脉冲i=4;while(i>0)i--;}bitrdbit(void)/*读取数据的一位，满足读时隙要求*/(uinti;bitb;DQ=0;i++;//保持至少1usDQ=1;i++；i++;//延时15us以上，读时隙下降沿后15us,DS18B20输出数据才有效b=DQ;i=8;while(i>0)i--;//读时隙不低于60usreturn(b);}ucharrdbyte(void)/*读取数据的一个字节*/(uchari,j,b;b=0;for(i=1;i<=8;i++)(j=rdbit();b=(j<<7)|(b>>1);}return(b);}voidwrbyte(ucharb)/*写数据的一个字节，满足写1和写0的时隙要求*/(uinti;ucharj;bitbtmp;for(j=1;j<=8;j++)(btmp=b&0x01;//取下一位(由低位向高位)b=b>>1;if(btmp)(/*写1*/DQ=0;i++；i++；//延时，使得15us以内拉高DQ=1;i=8；while(i>0)i--;//整个写1时隙不低于60us}else(/*写0*/DQ=0;i=8；while(i>0)i--;//保持低电平在60us至到120us之间DQ=1;i++;i++;}}}voidconvert(void)/*启动温度转换*/(txreset();//产生复位脉冲，初始化DS18B20rxwait();//等待DS18B20给出应答脉冲delay(1);//延时wrbyte(0xcc);//skiprom命令wrbyte(0x44);//convertT命令}voidrdtemp(void)/*读取温度值*/(txreset();//产生复位脉冲，初始化DS18B20rxwait();//等待DS18B20给出应答脉冲delay(1);wrbyte(0xcc);wrbyte(0xbe);//readscratchpad命令tplsb二rdbyte();//温度值低字节(其中低4位为二进制的“小数”部分)tpmsb二rdbyte（）;//高位值高位字节（其中高5位为符号位）}/*tplsb其中低4位为二进制的“小数”部分；tpmsb其中高五位为符号位。要通过数码管显示时，需要进行到十进制有符号（包括小数部分）的转换*/main()(control=0x81;//8255A口和B口为输出time_init();while(1)(delay(1);convert();//启动温度转换，需要750usdelay(1000);//延时1srdtemp();//读取温度display();//一直显示脉冲的频率speed();}}voidTI