基于單片機(jī)的交流電機(jī)保護(hù)器的設(shè)計(jì)

全文63頁 約20000字 設(shè)計(jì)新穎 論述翔實(shí)

摘 要
電動機(jī)因具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)各方面被廣泛采用。然而，由于供電狀態(tài)和機(jī)械負(fù)荷的多變性，使得電動機(jī)的故障率較高，不僅會損壞電動機(jī)本身，而且會影響整個(gè)生產(chǎn)，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，電動機(jī)的安全運(yùn)行對保證廠礦企業(yè)的正常生產(chǎn)是非常重要的。
本文首先分析了異步電動機(jī)的常見故障，以對稱分量法為依據(jù)，采用檢測過流幅值、負(fù)序電流、零序電流的方法，得出了電動機(jī)故障的準(zhǔn)確判據(jù)，確定了各種故障的保護(hù)措施，對電動機(jī)實(shí)現(xiàn)了短路、堵轉(zhuǎn)、過熱、負(fù)序電流、零序電流、低電壓、過電壓、啟動時(shí)間過長、頻繁啟動、漏電閉鎖等保護(hù)功能。
本文以8位單片機(jī)AT89C51做微處理器，AT89C51單片機(jī)內(nèi)置128字的RAM和4K字的ROM，可以進(jìn)行外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，具有性能較好的I/O、運(yùn)算等功能，有合適的指令系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)智能保護(hù)，電路簡單，功能齊全。
為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)分布檢測和控制的要求，控制系統(tǒng)具有便于集中管理和信息共享的特點(diǎn)。


關(guān)鍵詞：電動機(jī)，智能保護(hù)，單片機(jī)AT89C51

Abstract
Motor has many advantages，such as simple structure, being cheap，maintaining
and using conveniently and so on, so it is adopted extensively in the different fields of national economy. However, because of supply power state and mechanical load ge七ting changeable, it makes the malfunction rate of the motor very high.The malfunction will damage the motor, but also influence the whole production,cause the enormous economic losses. So, in order to guarantee the normalproduction of the industrial enterprise, the safe operation of the motor is very important.
This text has analyzed the common malfunction of the asynchronous motor at first. And then it, which is based on symmetrical weight theory, has drawn accurate criterion of the trouble of the motor, confirmed the protective measures of different troubles. Finally, it has realized kinds of protection functions, such as short-circuit protection, rotate-stop protection, over-hea rotection,negative current protection, zero current protection, low-voltage protection,over-voltage protection, overlong start-up time protection, frequent start-up protection, lock protection of electric leakage and so on.
This text has selected 8-bit computer AT89C51 as micro-controller. The single-chip computer has built-in RAM and ROM, and can need to expand the RAM and ROM. Having strong function and high-efficient ins ruction system, it has realized intelligence protection of the motor.Its circuit is simple and its function is comprehensive.
In order to realize the motor's demand for distributed measuring and controlling, control system based on network has such characteristics as convenient for centralized management and information sharing.

Keywords:Motor, Intelligence Protection, single-chip computer of AT89C51

目 錄

引言 …………………………………………………………………………………………6
第1章 緒論……………………………………………………………………………………7
1.1 智能儀器的特點(diǎn)……………………………………………………………………………7
1.2 智能儀器的組成 …………………………………………………………………………7
1.3 智能儀器的發(fā)展趨勢………………………………………………………………………8
1.4 電動機(jī)的故障特征及保護(hù)方法研究………………………………………………………9
第2章 保護(hù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………15
2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………15
2.2 AT89C51芯片介紹………………………………………………………………………15
2.3 電流電壓和溫度檢測電路 ………………………………………………………………18
2.4 A/D轉(zhuǎn)換和選通電路設(shè)計(jì) ………………………………………………………………24
2.5 人機(jī)接口界面設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………28
2.6 看門狗電路的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………31
2.7 繼電輸出電路 ……………………………………………………………………………32
第3章 智能電動機(jī)保護(hù)裝置的軟件設(shè)計(jì) …………………………………………………33
3.1 系統(tǒng)程序流程………………………………………………………………………………33
3.2 初始化部分…………………………………………………………………………………33
3.3 自檢部分……………………………………………………………………………………35
3.4 A/D信號采集部分 ………………………………………………………………………35
3.5 數(shù)據(jù)處理部分………………………………………………………………………………37
3.6 保護(hù)模塊……………………………………………………………………………………38
3.7 鍵盤顯示和報(bào)警子程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………39
3.8 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………40
3.9 T0中斷程序設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………41
3.10 看門狗程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………41
結(jié)論與展望…………………………………………………………………………43 致謝 …………………………………………………………………………………………………44
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………45
附錄A 基于交流電機(jī)保護(hù)器的電氣原理圖………………………………………………46
附錄 B 外文文獻(xiàn)及譯文………………………………………………………………………47
附錄C 主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要………………………………………………………52
附錄D 程序清單…………………………………………………………………………55

插圖清單
圖 1-1 智能儀器的基本組成…………………………………………………………………7
圖 1-2 電動機(jī)溫升特性曲線…………………………………………………………………10
圖 2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖…………………………………………………………………………14
圖 2-2 AT89C51引腳圖………………………………………………………………………15
圖 2-3本設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路………………………………………………………………………16
圖 2-4 電流變流器的硬件原理圖……………………………………………………………17
圖 2-5 零序電流檢測的硬件原理圖…………………………………………………………17
圖 2-6 電流互感器的硬件原理圖……………………………………………………………18
圖 2-7 電壓偏置原理圖………………………………………………………………………18
圖 2-8 DS18B20引腳圖………………………………………………………………………19
圖 2-9 寫“0”和寫“1”時(shí)隙………………………………………………………………22
圖 2-10 讀“0”和讀“1”時(shí)隙 ……………………………………………………………22
圖 2-11 DS18B20與單片機(jī)的接口電路………………………………………………………23
圖 2-12 TLC549引腳排列 ……………………………………………………………………24
圖 2-13 TLC549方式1的時(shí)序圖 ……………………………………………………………24
圖 2-14 TLC549與單片機(jī)AT89C51的連接圖………………………………………………25
圖 2-15 CD4051原理圖 ………………………………………………………………………26
圖 2-16 CD4051芯片引腳圖 …………………………………………………………………26
圖 2-17 CD4051在本設(shè)計(jì)中的接法 …………………………………………………………27
圖 2-18 鍵盤接口電路 ………………………………………………………………………28
圖 2-19 74LS164引腳圖………………………………………………………………………29
圖 2-20 顯示電路的連接 ……………………………………………………………………29
圖 2-21 報(bào)警電路 ……………………………………………………………………………30
圖 2-22 X5045管腳圖…………………………………………………………………………30
圖 2-23 看門狗電路的連接 …………………………………………………………………31
圖 3-1 系統(tǒng)主程序流程圖……………………………………………………………………32
圖 3-2 初始化部分流程圖……………………………………………………………………33
圖 3-3 自檢部分流程圖………………………………………………………………………34
圖 3-4 T1中斷子程序流程圖…………………………………………………………………36
圖 3-5 數(shù)據(jù)處理部分流程圖…………………………………………………………………37
圖 3-6 保護(hù)部分流程圖………………………………………………………………………38
圖 3-7 鍵盤掃描流程圖………………………………………………………………………39
圖 3-8 LED動態(tài)掃描程序流程圖……………………………………………………………39
圖 3-9 報(bào)警子程序流程圖……………………………………………………………………40
圖 3-10 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖………………………………………………………………40
圖 3-11 T0中斷程序流程圖…………………………………………………………………41
圖3-12 X5045讀寫程序的流程圖……………………………………………………………42

部分參考文獻(xiàn)及摘要

[4]林凌,李剛,丁茹,李小霞.新型單片機(jī)接口器件與技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005
摘要 本書介紹了最新的單片機(jī)接口芯片與技術(shù)。全書共7章，分別為傳感器與模擬信號處理器件，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，I/O接口、鍵盤與LED顯示驅(qū)動器件，LCD驅(qū)動與顯示模塊及其他顯示器件，新型存儲器器件，通信器件與模塊及技術(shù)，電源管理與監(jiān)控器件。
[5] 周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002
摘要 本書是“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)叢書”中專門介紹單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的一本著作。書中總結(jié)了作者多年來在80C51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，歸納出一整套應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的方法和技巧。在內(nèi)容上不僅有實(shí)現(xiàn)功能要求的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)步驟、子程序、監(jiān)控程序及常用功能模塊設(shè)計(jì)方法，還以較大篇幅介紹了提高系統(tǒng)可靠性的抗干擾設(shè)計(jì)和容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)以及程序測試的正確思想方法.
[6] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第2版）.北京：清華大學(xué)出版社，2003
摘要 本書是《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》的第2版，它系統(tǒng)地論述了MCS-51單片機(jī)的組成原理、指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計(jì)、中斷系統(tǒng)和接口技術(shù)等問題，并在此基礎(chǔ)上討論了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。[6]. 楊寧. 單片機(jī)與控制技術(shù). 本書從實(shí)用角度出發(fā)，在全面系統(tǒng)地闡述了MCS-51系列單片機(jī)的CPU及外設(shè)的工作原理、指令系統(tǒng)之后，重點(diǎn)對國內(nèi)外流行的MCS-51兼容單片機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)、全面的歸納總結(jié)，并就幾種典型產(chǎn)品的功能進(jìn)行了深入剖析。全書共6章。第1章介紹了MCS-51系列標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)的CPU及外設(shè)工作原理，第2章闡述了指令系統(tǒng)與匯編/連接器的使用，第3~6章分別對Atmel、Philips、Dallas、WinBond公司開發(fā)的MCS-51兼容單片