基于单片机的交流电机保护器的设计.doc
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基于单片机的交流电机保护器的设计,全文63页 约20000字 设计新颖论述翔实摘要电动机因具有结构简单、价格低廉、使用维护方便等优点，在国民经济各方面被广泛采用。然而，由于供电状态和机械负荷的多变性，使得电动机的故障率较高，不仅会损坏电动机本身，而且会影响整个生产，造成较大的经济损失。因此，电动机的安全运行对保证厂矿企业...
内容介绍
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基于单片机的交流电机保护器的设计
全文63页 约20000字 设计新颖 论述翔实
摘 要
电动机因具有结构简单、价格低廉、使用维护方便等优点，在国民经济各方面被广泛采用。然而，由于供电状态和机械负荷的多变性，使得电动机的故障率较高，不仅会损坏电动机本身，而且会影响整个生产，造成较大的经济损失。因此，电动机的安全运行对保证厂矿企业的正常生产是非常重要的。
本文首先分析了异步电动机的常见故障，以对称分量法为依据，采用检测过流幅值、负序电流、零序电流的方法，得出了电动机故障的准确判据，确定了各种故障的保护措施，对电动机实现了短路、堵转、过热、负序电流、零序电流、低电压、过电压、启动时间过长、频繁启动、漏电闭锁等保护功能。
本文以8位单片机AT89C51做微处理器，AT89C51单片机内置128字的RAM和4K字的ROM，可以进行外部扩展数据存储器和程序存储器，具有性能较好的I/O、运算等功能，有合适的指令系统，能够实现电机智能保护，电路简单，功能齐全。
为了实现电机分布检测和控制的要求，控制系统具有便于集中管理和信息共享的特点。
关键词：电动机，智能保护，单片机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 录
引言 …………………………………………………………………………………………6
第1章 绪论……………………………………………………………………………………7
1.1 智能仪器的特点……………………………………………………………………………7
1.2 智能仪器的组成 …………………………………………………………………………7
1.3 智能仪器的发展趋势………………………………………………………………………8
1.4 电动机的故障特征及保护方法研究………………………………………………………9
第2章 保护系统的硬件设计…………………………………………………………………15
2.1 系统的硬件设计 …………………………………………………………………………15
2.2 AT89C51芯片介绍………………………………………………………………………15
2.3 电流电压和温度检测电路 ………………………………………………………………18
2.4 A/D转换和选通电路设计 ………………………………………………………………24
2.5 人机接口界面设计 ………………………………………………………………………28
2.6 看门狗电路的设计 ………………………………………………………………………31
2.7 继电输出电路 ……………………………………………………………………………32
第3章 智能电动机保护装置的软件设计 …………………………………………………33
3.1 系统程序流程………………………………………………………………………………33
3.2 初始化部分…………………………………………………………………………………33
3.3 自检部分……………………………………………………………………………………35
3.4 A/D信号采集部分 ………………………………………………………………………35
3.5 数据处理部分………………………………………………………………………………37
3.6 保护模块……………………………………………………………………………………38
3.7 键盘显示和报警子程序设计………………………………………………………………39
3.8 A/D转换子程序设计 ……………………………………………………………………40
3.9 T0中断程序设计 …………………………………………………………………………41
3.10 看门狗程序设计…………………………………………………………………………41
结论与展望…………………………………………………………………………43 致谢 …………………………………………………………………………………………………44
参考文献………………………………………………………………………………………45
附录A 基于交流电机保护器的电气原理图………………………………………………46
附录 B 外文文献及译文………………………………………………………………………47
附录C 主要参考文献的题录及摘要………………………………………………………52
附录D 程序清单…………………………………………………………………………55
插图清单
图 1-1 智能仪器的基本组成…………………………………………………………………7
图 1-2 电动机温升特性曲线…………………………………………………………………10
图 2-1 系统结构框图…………………………………………………………………………14
图 2-2 AT89C51引脚图………………………………………………………………………15
图 2-3本设计时钟电路………………………………………………………………………16
图 2-4 电流变流器的硬件原理图……………………………………………………………17
图 2-5 零序电流检测的硬件原理图…………………………………………………………17
图 2-6 电流互感器的硬件原理图……………………………………………………………18
图 2-7 电压偏置原理图………………………………………………………………………18
图 2-8 DS18B20引脚图………………………………………………………………………19
图 2-9 写“0”和写“1”时隙………………………………………………………………22
图 2-10 读“0”和读“1”时隙 ……………………………………………………………22
图 2-11 DS18B20与单片机的接口电路………………………………………………………23
图 2-12 TLC549引脚排列 ……………………………………………………………………24
图 2-13 TLC549方式1的时序图 ……………………………………………………………24
图 2-14 TLC549与单片机AT89C51的连接图………………………………………………25
图 2-15 CD4051原理图 ………………………………………………………………………26
图 2-16 CD4051芯片引脚图 …………………………………………………………………26
图 2-17 CD4051在本设计中的接法 …………………………………………………………27
图 2-18 键盘接口电路 ………………………………………………………………………28
图 2-19 74LS164引脚图………………………………………………………………………29
图 2-20 显示电路的连接 ……………………………………………………………………29
图 2-21 报警电路 ……………………………………………………………………………30
图 2-22 X5045管脚图…………………………………………………………………………30
图 2-23 看门狗电路的连接 …………………………………………………………………31
图 3-1 系统主程序流程图……………………………………………………………………32
图 3-2 初始化部分流程图……………………………………………………………………33
图 3-3 自检部分流程图………………………………………………………………………34
图 3-4 T1中断子程序流程图…………………………………………………………………36
图 3-5 数据处理部分流程图…………………………………………………………………37
图 3-6 保护部分流程图………………………………………………………………………38
图 3-7 键盘扫描流程图………………………………………………………………………39
图 3-8 LED动态扫描程序流程图……………………………………………………………39
图 3-9 报警子程序流程图……………………………………………………………………40
图 3-10 A/D转换子程序流程图………………………………………………………………40
图 3-11 T0中断程序流程图…………………………………………………………………41
图3-12 X5045读写程序的流程图……………………………………………………………42
部分参考文献及摘要
[4]林凌,李刚,丁茹,李小霞.新型单片机接口器件与技术.西安：西安电子科技大学出版社，2005
摘要 本书介绍了最新的单片机接口芯片与技术。全书共7章，分别为传感器与模拟信号处理器件，模/数转换器与数/模转换器，I/O接口、键盘与LED显示驱动器件，LCD驱动与显示模块及其他显示器件，新型存储器器件，通信器件与模块及技术，电源管理与监控器件。
[5] 周航慈.单片机应用程序设计技术.北京：北京航空航天大学出版社，2002
摘要 本书是“单片机应用技术丛书”中专门介绍单片机应用系统软件设计的一本著作。书中总结了作者多年来在80C51系列单片机应用系统软件设计中的实践经验，归纳出一整套应用程序设计的方法和技巧。在内容上不仅有实现功能要求的应用程序设计步骤、子程序、监控程序及常用功能模块设计方法，还以较大篇幅介绍了提高系统可靠性的抗干扰设计和容错设计技术以及程序测试的正确思想方法.
[6] 胡汉才.单片机原理及其接口技术（第2版）.北京：清华大学出版社，2003
摘要 本书是《单片机原理及其接口技术》的第2版，它系统地论述了MCS-51单片机的组成原理、指令系统和汇编语言程序设计、中断系统和接口技术等问题，并在此基础上讨论了单片机应用系统的设计。[6]. 杨宁. 单片机与控制技术. 本书从实用角度出发，在全面系统地阐述了MCS-51系列单片机的CPU及外设的工作原理、指令系统之后，重点对国内外流行的MCS-51兼容单片机进行了系统、全面的归纳总结，并就几种典型产品的功能进行了深入剖析。全书共6章。第1章介绍了MCS-51系列标准单片机的CPU及外设工作原理，第2章阐述了指令系统与汇编/连接器的使用，第3~6章分别对Atmel、Philips、Dallas、WinBond公司开发的MCS-51兼容单片
全文63页 约20000字 设计新颖 论述翔实
摘 要
电动机因具有结构简单、价格低廉、使用维护方便等优点，在国民经济各方面被广泛采用。然而，由于供电状态和机械负荷的多变性，使得电动机的故障率较高，不仅会损坏电动机本身，而且会影响整个生产，造成较大的经济损失。因此，电动机的安全运行对保证厂矿企业的正常生产是非常重要的。
本文首先分析了异步电动机的常见故障，以对称分量法为依据，采用检测过流幅值、负序电流、零序电流的方法，得出了电动机故障的准确判据，确定了各种故障的保护措施，对电动机实现了短路、堵转、过热、负序电流、零序电流、低电压、过电压、启动时间过长、频繁启动、漏电闭锁等保护功能。
本文以8位单片机AT89C51做微处理器，AT89C51单片机内置128字的RAM和4K字的ROM，可以进行外部扩展数据存储器和程序存储器，具有性能较好的I/O、运算等功能，有合适的指令系统，能够实现电机智能保护，电路简单，功能齐全。
为了实现电机分布检测和控制的要求，控制系统具有便于集中管理和信息共享的特点。
关键词：电动机，智能保护，单片机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 录
引言 …………………………………………………………………………………………6
第1章 绪论……………………………………………………………………………………7
1.1 智能仪器的特点……………………………………………………………………………7
1.2 智能仪器的组成 …………………………………………………………………………7
1.3 智能仪器的发展趋势………………………………………………………………………8
1.4 电动机的故障特征及保护方法研究………………………………………………………9
第2章 保护系统的硬件设计…………………………………………………………………15
2.1 系统的硬件设计 …………………………………………………………………………15
2.2 AT89C51芯片介绍………………………………………………………………………15
2.3 电流电压和温度检测电路 ………………………………………………………………18
2.4 A/D转换和选通电路设计 ………………………………………………………………24
2.5 人机接口界面设计 ………………………………………………………………………28
2.6 看门狗电路的设计 ………………………………………………………………………31
2.7 继电输出电路 ……………………………………………………………………………32
第3章 智能电动机保护装置的软件设计 …………………………………………………33
3.1 系统程序流程………………………………………………………………………………33
3.2 初始化部分…………………………………………………………………………………33
3.3 自检部分……………………………………………………………………………………35
3.4 A/D信号采集部分 ………………………………………………………………………35
3.5 数据处理部分………………………………………………………………………………37
3.6 保护模块……………………………………………………………………………………38
3.7 键盘显示和报警子程序设计………………………………………………………………39
3.8 A/D转换子程序设计 ……………………………………………………………………40
3.9 T0中断程序设计 …………………………………………………………………………41
3.10 看门狗程序设计…………………………………………………………………………41
结论与展望…………………………………………………………………………43 致谢 …………………………………………………………………………………………………44
参考文献………………………………………………………………………………………45
附录A 基于交流电机保护器的电气原理图………………………………………………46
附录 B 外文文献及译文………………………………………………………………………47
附录C 主要参考文献的题录及摘要………………………………………………………52
附录D 程序清单…………………………………………………………………………55
插图清单
图 1-1 智能仪器的基本组成…………………………………………………………………7
图 1-2 电动机温升特性曲线…………………………………………………………………10
图 2-1 系统结构框图…………………………………………………………………………14
图 2-2 AT89C51引脚图………………………………………………………………………15
图 2-3本设计时钟电路………………………………………………………………………16
图 2-4 电流变流器的硬件原理图……………………………………………………………17
图 2-5 零序电流检测的硬件原理图…………………………………………………………17
图 2-6 电流互感器的硬件原理图……………………………………………………………18
图 2-7 电压偏置原理图………………………………………………………………………18
图 2-8 DS18B20引脚图………………………………………………………………………19
图 2-9 写“0”和写“1”时隙………………………………………………………………22
图 2-10 读“0”和读“1”时隙 ……………………………………………………………22
图 2-11 DS18B20与单片机的接口电路………………………………………………………23
图 2-12 TLC549引脚排列 ……………………………………………………………………24
图 2-13 TLC549方式1的时序图 ……………………………………………………………24
图 2-14 TLC549与单片机AT89C51的连接图………………………………………………25
图 2-15 CD4051原理图 ………………………………………………………………………26
图 2-16 CD4051芯片引脚图 …………………………………………………………………26
图 2-17 CD4051在本设计中的接法 …………………………………………………………27
图 2-18 键盘接口电路 ………………………………………………………………………28
图 2-19 74LS164引脚图………………………………………………………………………29
图 2-20 显示电路的连接 ……………………………………………………………………29
图 2-21 报警电路 ……………………………………………………………………………30
图 2-22 X5045管脚图…………………………………………………………………………30
图 2-23 看门狗电路的连接 …………………………………………………………………31
图 3-1 系统主程序流程图……………………………………………………………………32
图 3-2 初始化部分流程图……………………………………………………………………33
图 3-3 自检部分流程图………………………………………………………………………34
图 3-4 T1中断子程序流程图…………………………………………………………………36
图 3-5 数据处理部分流程图…………………………………………………………………37
图 3-6 保护部分流程图………………………………………………………………………38
图 3-7 键盘扫描流程图………………………………………………………………………39
图 3-8 LED动态扫描程序流程图……………………………………………………………39
图 3-9 报警子程序流程图……………………………………………………………………40
图 3-10 A/D转换子程序流程图………………………………………………………………40
图 3-11 T0中断程序流程图…………………………………………………………………41
图3-12 X5045读写程序的流程图……………………………………………………………42
部分参考文献及摘要
[4]林凌,李刚,丁茹,李小霞.新型单片机接口器件与技术.西安：西安电子科技大学出版社，2005
摘要 本书介绍了最新的单片机接口芯片与技术。全书共7章，分别为传感器与模拟信号处理器件，模/数转换器与数/模转换器，I/O接口、键盘与LED显示驱动器件，LCD驱动与显示模块及其他显示器件，新型存储器器件，通信器件与模块及技术，电源管理与监控器件。
[5] 周航慈.单片机应用程序设计技术.北京：北京航空航天大学出版社，2002
摘要 本书是“单片机应用技术丛书”中专门介绍单片机应用系统软件设计的一本著作。书中总结了作者多年来在80C51系列单片机应用系统软件设计中的实践经验，归纳出一整套应用程序设计的方法和技巧。在内容上不仅有实现功能要求的应用程序设计步骤、子程序、监控程序及常用功能模块设计方法，还以较大篇幅介绍了提高系统可靠性的抗干扰设计和容错设计技术以及程序测试的正确思想方法.
[6] 胡汉才.单片机原理及其接口技术（第2版）.北京：清华大学出版社，2003
摘要 本书是《单片机原理及其接口技术》的第2版，它系统地论述了MCS-51单片机的组成原理、指令系统和汇编语言程序设计、中断系统和接口技术等问题，并在此基础上讨论了单片机应用系统的设计。[6]. 杨宁. 单片机与控制技术. 本书从实用角度出发，在全面系统地阐述了MCS-51系列单片机的CPU及外设的工作原理、指令系统之后，重点对国内外流行的MCS-51兼容单片机进行了系统、全面的归纳总结，并就几种典型产品的功能进行了深入剖析。全书共6章。第1章介绍了MCS-51系列标准单片机的CPU及外设工作原理，第2章阐述了指令系统与汇编/连接器的使用，第3~6章分别对Atmel、Philips、Dallas、WinBond公司开发的MCS-51兼容单片
