畢業(yè)設計--基于單片機的智能低壓電動機綜合保護器的研究——硬件設計

1、<p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　題目： 基于單片機的智能低壓電動機綜合保護器的研究——硬件設計 </p><p>　　專業(yè)班級：電氣及其自動化 05-22 學院： 科信學院 </p><p>　　設計起止日期： 2009.3.16~2009.

2、5.25 </p><p>　　題目性質(zhì)： √ 聯(lián)系實際的題目 假想的題目</p><p>　　技術要求及原始數(shù)據(jù)： 要求低壓鼠籠式異步電動機功保護器具有過載、過電流、斷 </p><p>　　相、漏電、短路等保護。過載保護時間滯后時間為60~180s，斷相保

3、護動作滯后時間小 </p><p>　　于1s，短路保護滯后時間小于0.2s?？娠@示故障時間和類型。 動作值的修改。 </p><p>　　主要任務： 1 綜合保護器總體方案的確定 </p><p>　　2系統(tǒng)的軟件設計 （流程圖）

4、 </p><p>　　3軟件編程和調(diào)試 </p><p>　　4手工繪制一張1#圖紙，用計算機繪制1~2 </p><p>　　5撰寫并打印設計說明書一份張1#圖紙

5、 </p><p>　　學 生 （簽 字）： 系主任（簽字）： </p><p>　　指導教師（簽字）： 院 長 （簽字）： </p><p><b>　　摘 要

6、</b></p><p>　　電動機因具有結構簡單、價格低廉、使用維護方便等優(yōu)點，在國民經(jīng)濟各方面被廣泛采用。然而，由于供電狀態(tài)和機械負荷的多變性，使得電動機的故障率較高，不僅會損壞電動機本身，而且會影響整個生產(chǎn)，造成較大的經(jīng)濟損失。因此，電動機的安全運行對保證廠礦企業(yè)的正常生產(chǎn)是非常重要的。</p><p>　　本文首先分析了異步電動機的常見故障，以交流采樣的方法進行數(shù)據(jù)采集

7、為依據(jù)，采用檢測三相電壓、三相電流、零序電流的方法，得出了電動機故障的準確判據(jù)，確定了各種故障的保護措施，對電動機實現(xiàn)了短路、欠壓、斷相、漏電、過載等保護功能。</p><p>　　本文以8位單片機AT89C52做微處理器，AT89C52單片機內(nèi)置256字的RAM和8K字的ROM，可以進行外部擴展數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，具有性能較好的I/O、運算等功能，有合適的指令系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電機智能保護，電路簡單，功能齊全。

8、為了實現(xiàn)電機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。</p><p>　　關鍵詞：電動機；智能保護；單片機AT89C52；故障保護</p><p>　　Abstract </p><p>　　Because the electric motor has the structure simply, the price inexpensive,

9、 merits and so on use maintenance convenience, is widely used in the national economy various aspects.However, as a result of the power supply condition and the machinery load polytropy, causes electric motor the failure

10、 rate to be high, not only can damage electric motor itself, moreover can affect the entire production, creates the big economic loss.Therefore, the electric motor safe operation to guaranteed the factory </p><

11、;p>　　This article has first analyzed the asynchronous motor common breakdown, take exchanges the sampling method to carry on the data acquisition as the basis, uses the examination three-phase voltage, the three-phase

12、 current, the zero foreword electric current method, has obtained the electric motor breakdown accurate criterion, had determined each kind of breakdown protective measures, realized the short circuit to the electric mot

13、or, have owed press, break, protection functions and so on the leaka</p><p>　　This article makes the microprocessor by 8 monolithic integrated circuit AT89C52, in at89C52 monolithic integrated circuit sets a

14、t 256 character RAM and 8K character ROM, may carry on exterior expansion data-carrier storage and the program memory, has functions and so on performance good I/O, operation, has the appropriate command system, can real

15、ize the electrical machinery intelligence protection, the electric circuit is simple, the function is complete. In order to realize the request which t</p><p>　　Keywords: Electric motor; intelligent protecti

16、on; monolithic integrated circuit AT89C52; fail safe</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論</b

17、></p><p><b>　　1.1研究目的1</b></p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1 </p><p>　　1.3本文主要研究內(nèi)容2</p><p>　　2 總體方案設計3 </p><p><b>　　2.1基本原理3</b></p&g

18、t;<p><b>　　2.2原理框圖3</b></p><p>　　3 AT89C52單片機介紹4</p><p><b>　　3.1芯片簡介4</b></p><p><b>　　3.2引腳介紹4</b></p><p>　　3.3存儲區(qū)結構6&l

19、t;/p><p>　　4 模塊電路設計7</p><p>　　4.1數(shù)據(jù)采集模塊7</p><p>　　4.1.1數(shù)據(jù)采集所用器件7</p><p>　　4.1.2信號采樣保持電路7</p><p>　　4.1.3采樣模塊原理8</p><p>　　4.2多路轉(zhuǎn)換模塊8</p>

20、;<p>　　4.2.1AD7501芯片介紹8</p><p>　　4.2.2轉(zhuǎn)換模塊工作原理8</p><p>　　4.3A/D轉(zhuǎn)換模塊8</p><p>　　4.3.1A/D574芯片介紹8</p><p>　　4.3.2A/D574工作原理9</p><p>　　4.4存儲器擴展模塊626

21、410</p><p>　　4.5LED顯示驅(qū)動模塊11 </p><p>　　5 綜合保護器軟件設計11</p><p>　　5.1軟件編程思想11</p><p>　　5.2軟件總體設計11</p><p>　　5.3各模塊軟件具體流程圖12</p><p>　　5.3.1主程序

22、部分12</p><p>　　5.3.2數(shù)據(jù)采集部分15</p><p>　　5.3.3電壓、電流顯示部分17 </p><p>　　5.3.4故障類型、時間顯示部分17</p><p><b>　　結論20 </b></p><p><b>　　致謝21</b>

23、</p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p><b>　　附錄123</b></p><p><b>　　附錄244</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b&g

24、t;　　1.1 研究目的</b></p><p>　　電動機保護器（電機保護器）是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件。是跨行業(yè)、量大面廣、節(jié)能效果顯著的節(jié)能機電產(chǎn)品。幾乎滲透到所有用電領域；是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設及人民生活正常生產(chǎn)和安全工作的重要保證，在國民經(jīng)濟和節(jié)能事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。</p><p>　　電氣、機械、冶金、建筑、煤炭、石油、化工、汽車、飛機以及造

25、船工業(yè)等都離不開電機。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國使用的中型電機大約有2000萬臺，每年燒毀的電機約占16%，約320萬臺，平均每臺的維修費用1000元，總費用為32億元左右。另外，由于電機的故障、損壞所造成的其它事故以及導致工廠停產(chǎn)所造成的間接經(jīng)濟損失則更為巨大。</p><p>　　造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，除了管理措施不完善等因素外，關鍵的問題是在目前各種電機保護裝置中，普遍存在著要么智能化程度高而價格過高、體積

26、較大不便在有限制的控制裝置中安裝，推廣難度大；要么價格低而智能化程度低，對故障的判斷由于缺少智能分析而影響使用效果，目前廣泛使用不帶CPU 的集成電路制作的電機故障檢測儀，雖然可判斷電流超限、缺相等故障，但無智能判斷，只能簡單地以電流超限為判據(jù)，而實際使電機發(fā)生故障是電流的時間和環(huán)境溫度的函數(shù)，同時也不能對故障情況存儲記錄和數(shù)據(jù)顯示，另外，儀器沒有適時運行參數(shù)顯示功能，設定的參數(shù)與實際運行的參數(shù)無法對照，不能根據(jù)實際負荷情況設定電流，因

27、此使用時既不準確可靠、又不直觀方便，很不利于故障的排除，導致現(xiàn)場經(jīng)常放棄使用這類保護。</p><p>　　為避免影響生產(chǎn)，開發(fā)一種性能穩(wěn)定、保護種類齊全、動作速度快、靈敏度高、可靠性好的智能監(jiān)測電機保護儀顯然十分必要。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　世界上第一臺電子式電機保護器誕生在韓國的三和公司，EOCR-SS的電子式電動機保護

28、器對我國的保護器行業(yè)發(fā)展起到了巨大的推動作用。已由晶體管發(fā)展到集成電路至今已發(fā)展到微處理芯片厚模電路，從功能上一般分為斷相保護、綜合保護（多功能保護）、溫度保護和智能保護。此類保護器具有節(jié)能、動作靈敏、精確度高、耐沖擊振動，重復性好、保護功能齊全、功耗小等優(yōu)點。 </p><p>　　隨著我國用戶對保護器的了解逐步加深，目前我們國內(nèi)也有很多廠家生產(chǎn)出了與世界先進水平接近的產(chǎn)品，我們這些廠家還需要在產(chǎn)品的性能穩(wěn)定、

29、抗干擾等方面盡快縮短與世界先進水平的距離，我們有信心相信在中國的市場上會涌現(xiàn)出越來越多的性能優(yōu)異的電機保護器產(chǎn)品。</p><p>　　1.3 本文主要研究內(nèi)容</p><p>　　本論文針對低壓電動機容易出現(xiàn)的故障，以交流采樣的方法進行數(shù)據(jù)采集為依據(jù)，采用檢測三相電壓、三相電流、零序電流的方法，得出了電動機故障的準確判據(jù)，確定了各種故障的保護措施，對電動機實現(xiàn)了短路、欠壓、斷相、漏電、過

30、載等保護功能。</p><p>　　本文以8位單片機AT89C52做微處理器，AT89C52單片機內(nèi)置256字的RAM和8K字的ROM，可以進行外部擴展數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，具有性能較好的I/O、運算等功能，有合適的指令系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電機智能保護，電路簡單，功能齊全。</p><p>　　在實現(xiàn)自動化的過程中，最關鍵的環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)采集。交流采樣是將二次測得的電壓、電流經(jīng)高精度的CT、PT變

31、成計算機可測量的交流小信號，然后再送入計算機進行處理。由于這種方法能夠?qū)Ρ粶y量的瞬時值進行采樣，因而實時性好，相位失真小。它用軟件代替硬件的功能又使硬件的投資大大減小。</p><p><b>　　2 總體方案設計</b></p><p><b>　　2.1 基本原理</b></p><p>　　通過電流互感器，電壓互感器

32、和零序電流互感器得到得到每相電路的的電流電壓信號，再通過電壓變換器和電流變換器將所得信號轉(zhuǎn)換成5V的電壓信號。經(jīng)過二階RC濾波電路后，模擬信號通過采樣保持器，多路轉(zhuǎn)換開關，A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號被單片機所接收。單片機通過參數(shù)判斷，若有故障則發(fā)出信號使繼電器動作，斷開電路保護電機，同時顯示故障的類型和發(fā)生時間；若沒有故障電機繼續(xù)工作。</p><p><b>　　2.2 原理框圖</b>&

33、lt;/p><p>　　圖2-1 硬件原理框圖</p><p>　　3 AT89C52單片機介紹</p><p><b>　　3.1 芯片簡介</b></p><p>　　AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲

34、器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。</p><p>　　AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進

35、行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p><b>　　3.2 引腳介紹</b></p><p>　　89C52引腳圖如下：</p><p><b>　　⑴P0口：</b></p><p>　　P0

36、口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對斷口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端使用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組端口線分時轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。</p><p><b>　　⑵P1口：</b></p><p>　　P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的

37、8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。</p><p><b>　?、荘2口：</b></p><p>　　P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。對端

38、口寫“1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。</p><p><b>　?、萈3口：</b></p><p>　　P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉

39、低的P3口將用上拉電阻輸出電流。此外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。</p><p><b>　?、蒖ST：</b></p><p>　　復位輸入，當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。</p><p>　　⑹ALE/PROG：</p><p>　　當訪問

40、外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸入脈沖或用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行

41、外部程序時，應設置ALE禁止位無效</p><p><b>　　⑺PSEN：</b></p><p>　　程序存儲允許PSEN輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。</p><p><b&g

42、t;　?、蘀A/VPP：</b></p><p>　　外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。</p><p><b>　　⑼XTAL1:</b></p

43、><p>　　振蕩器反相放大器的內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p><b>　　⑽XTAL2:</b></p><p>　　振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p><b>　　3.3 存儲區(qū)結構</b></p><p><b>　?、懦绦虼鎯ζ?lt;/b&g

44、t;</p><p>　　一個微機系統(tǒng)之所以能夠按照—定的次序進行工作，主要在于內(nèi)部存在著程序，程序?qū)嶋H上是由用戶程序形成的一串二進制碼，該二進制碼存放在程序存儲器之中，8952有8K內(nèi)部ROM用來存放程序</p><p><b>　　⑵內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器</b></p><p>　　8952內(nèi)部有256個字節(jié)的隨機存取存儲器RAM，作為用戶的數(shù)據(jù)

45、寄存器，它能滿足大多數(shù)控制型應用場合的需要，用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖器。</p><p>　?、翘厥夤δ芗拇嫫?SFR——Special Function Register)</p><p>　　特殊功能寄存器反映了8952的狀態(tài)，實際上是8952的狀態(tài)字及控制字寄存器。SFR綜合的、實際的反映了整個單片機基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式。</p><p><b

46、>　?、任坏刂房臻g</b></p><p>　　8952的一個很大優(yōu)點在于它具有一個功能很強的位處理機。在8952（兼容MCS—51）的指令系統(tǒng)中，有一個位處理指令的子集，使用這些指令，所處理的數(shù)據(jù)僅為一位二進制數(shù)(0或1)。在8952單片機內(nèi)共有211個可尋址位，它們存在于內(nèi)部RAM(128個)和特殊功能寄存器區(qū)(83個)中。</p><p><b>　　⑸外

47、部數(shù)據(jù)寄存器</b></p><p>　　8952應用系統(tǒng)往往是一個擴展系統(tǒng)。當片內(nèi)RAM不夠用時，可在片外部擴充數(shù)據(jù)存儲器。8952給用戶提供了可尋址2*64K字節(jié)的外部擴充RAM的能力，至于擴多少RAM，則根據(jù)實際需要來定。</p><p><b>　?、手袛嗉拇嫫?lt;/b></p><p>　　AT89C52有6個中斷源，2個中

48、斷優(yōu)先級，IE寄存器控制各中斷位，IP寄存器中6個中斷源的每一個可定為2個優(yōu)先級。</p><p><b>　　4 模塊電路設計</b></p><p>　　4.1 數(shù)據(jù)采集模塊</p><p>　　4.1.1 數(shù)據(jù)采集所用器件</p><p><b>　?、烹妷夯ジ衅?lt;/b></p>

49、<p>　　本設計選用JDG1-0.5 380/100電壓互感器。額定輸入電壓為500V，可輸入380V電壓輸出100V。</p><p>　?、齐娏骰ジ衅鱈MZJ1-0.5 1500/5電流互感器</p><p>　　本設計選用LMZJ1-0.5電流互感器。工作額定電壓為500V，額定電流比為20Ａ/5Ａ。電流互感器二次側(cè)是不允許開路的</p><p>

50、;<b>　?、橇阈螂娏骰ジ衅?lt;/b></p><p>　　零序電流互感器型號為CT(Z)-FL-150</p><p>　　本設計選用一次側(cè)電流為10MA~100A，二次</p><p>　　TH44交流電壓信號隔離變換器/變送器 </p><p>　　TH44 交流電壓信號隔離變換器/變送器，用來測量工頻交流電壓量，

51、輸出隔離的標準模擬量信號。最小測量范圍工頻0~20mV，最大測量范圍為側(cè)電流為0.025~30MA</p><p>　?、入妷鹤儞Q器工頻0~450V。</p><p>　　本設計選用輸入電壓為0~270V，輸出為0~5V</p><p><b>　　⑸電流變換器</b></p><p>　　本設計選用武漢格藍若光電互感器

52、有限公司的電流變換器。</p><p><b>　?、蔙C二階濾波電路</b></p><p>　?、瞬蓸颖３制鱈F398</p><p>　　4.1.2 信號采樣保持電路</p><p>　　采用保持器LF398對電壓信號進行采樣/保持。在單片機P2.5口的控制下，高電平，采樣；低電平，保持。</p>&

53、lt;p><b>　　芯片特點：</b></p><p>　　LF398是一種高性能單片采樣/保持器。它具有很高的直流精度、很快的采樣時間和低的下降速度。器件的動態(tài)性能和保持性能可通過合適的外接保持電容達到最佳。例如選擇1000PF的保持電容，具有6us的采樣時間，可達到12bit的精度。LF398的價格低廉。電源電壓可從±5～±18V任意選擇，其性能幾乎無影響。

54、采樣/保持的邏輯控制可與TTL或CMOS電平接口。它可廣泛地應用于高速A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和要求同步采樣的領域。該器件外形采用8腳DIP封裝結構。</p><p>　　4.1.3 采樣模塊原理</p><p>　　通過電壓互感器，電流互感器，變換器，濾波電路得到的電壓信號由采樣保持器LF398的引腳3輸入。引腳8是邏輯輸入端，它與單片機的P1.3腳連接。由單片機輸出高低電平控制采

55、樣保持器采樣或保持（高電平采樣，低電平保持）。通過調(diào)節(jié)保持電容CH來改變采樣頻率，CH減小可以提高采樣頻率，相反，適當增大也可以降低采樣頻率。</p><p>　　4.2 多路轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　在切換速度要求高、路數(shù)多的情況下,宜選用多路模擬開關?？紤]到其后級A／D轉(zhuǎn)換的速度，又由于本設計共有7個采樣信號，所以選用8路的轉(zhuǎn)換器AD7501.,它的速度略大于AD轉(zhuǎn)換器的速度。

56、</p><p>　　4.2.1 AD7501原理介紹</p><p>　　AD7501型多路模擬開關集成芯片，這是具有8路輸入通道、1路公共輸出的多路開關CMOS集成芯片。由三個地址線（A0、A1、A2）的狀態(tài)及EN端來選擇8個通道之中的一路，片上所有的邏輯輸入端與TTL/DTL及CMOS電路兼容。</p><p>　　4.2.2 轉(zhuǎn)換模塊工作原理</p&g

57、t;<p>　　由7路采樣保持器LF398的引腳5輸出的采樣值分別與多路轉(zhuǎn)換開關AD7501的S1~S7引腳相接。AD7501的EN腳與單片機的P1.4相接，當EN被置1時，多路轉(zhuǎn)換開關開始工作。它的A0，A1，A2引腳分別與單片機的P1.0，P1.1，P1.2引腳相接，有單片機發(fā)出信號指示多路轉(zhuǎn)換開關選通哪個通道。</p><p>　　4.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊</p><p>

58、;　　采樣得到的信號都是模擬信號，不能被單片機識別，所以采用AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。考慮到分辨率和轉(zhuǎn)換精度此次設計采用12位的轉(zhuǎn)換器AD574.</p><p>　　4.3.1 A/D574芯片介紹</p><p>　　AD574是一個完整的12位逐次逼近式帶三態(tài)緩沖器的A/D轉(zhuǎn)換器，它可以直接與8位或16位微型機總線進行接口。AD574有6個等級，其中AD574AJ、AD57

59、4AK和AD574AL適合在0~+70℃溫度范圍內(nèi)工作,AD574AS、AD574AT和AD574AV適合在-55～+125℃溫度范圍內(nèi)工作。 </p><p>　　AD574各主要管腳的功能如下： </p><p>　　DB0～DB11——12位數(shù)據(jù)輸出，分三組，均帶三態(tài)輸出緩沖器。 </p><p>　　ULOGIC——邏輯電源+5V（+4.5~+5.5

60、V）。 </p><p>　　UCC——正電源+15V（+13.5～+16.5V）。 </p><p>　　UEE——負電源-15V（-13.5～-16.5V）。 </p><p>　　AGND、DGND——模擬和數(shù)字地。</p><p>　　STS——轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號。轉(zhuǎn)換開始STS＝1,轉(zhuǎn)換結束STS＝0。 </p>&l

61、t;p>　　10VIN——模擬信號輸入。單極性0～10V，雙極性±5V。 </p><p>　　20VIN——模擬信號輸入。單極性0～20V，雙極性±10V。 </p><p>　　REFIN——參考電壓輸入。 </p><p>　　REFOUT——參考電壓輸出。 </p><p>　　BIPOFF——雙極性

62、偏置。  </p><p>　　CS：片選信號，低電平有效。</p><p>　　CE：芯片允許信號，高電平有效。只有CS和CE同時有效，AD574A才能工 作。</p><p>　　R／C：讀出或轉(zhuǎn)換控制信號，用于控制ADC574A是轉(zhuǎn)換還是讀出。當為低電 平時，啟動A／D轉(zhuǎn)換；當為高電平時，將轉(zhuǎn)換結果讀出。</p><p>　　1

63、2／8：數(shù)據(jù)輸出方式控制信號。當為高電平時，輸出數(shù)據(jù)為12位；當為 低電平時，數(shù)據(jù)是作為兩個8位字輸出。</p><p>　　A0：轉(zhuǎn)換位數(shù)控制信號。當為高電平是，進行8位轉(zhuǎn)換，為低電平進行12位轉(zhuǎn)換。 </p><p>　　4.3.2 A/D574工作原理</p><p>　　邏輯控制信號由 A1、A7和A0和單片機的數(shù)據(jù)口P0發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器74LS373鎖

64、存到輸出端Q0、Q1和Q7上，用于控制AD574A的工作過程。AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過P0數(shù)據(jù)總線連至89C52，由于我們只使用8位數(shù)據(jù)口，但是AD574A輸出12位數(shù)據(jù)，故單片機應分兩次讀取轉(zhuǎn)換結果數(shù)據(jù)，先讀高8位數(shù)據(jù)，再讀低4位數(shù)據(jù)。由A=0或A=1分別控制高，低位數(shù)據(jù)的讀取。8，12位數(shù)據(jù)分兩次讀進89C52，所以12/8非接地。單片機可以采用中斷或查詢方式來讀取AD574A的轉(zhuǎn)換結果數(shù)據(jù)。采用查詢方式時，應將轉(zhuǎn)換結束狀態(tài)線ST

65、S與單片機的某一I/O口線相連。本設計中STS與單片機的P1.6口相連。當單片機89C52執(zhí)行對外部數(shù)據(jù)存儲器的寫指令時，使CE=1，CS=1，R/C非=0，A0=0，從而啟動裝換。然后89C52通過P1.6口線 不斷查詢STS的狀態(tài)。當STS等于0時，表示A/D轉(zhuǎn)換結束，89C52執(zhí)行兩次讀取外部存儲器的操作，讀取12位轉(zhuǎn)換結果。當CE=1，CS=1，R/C非=1，A0=0時讀取轉(zhuǎn)換結果的高8位;當CE=1，CS=1，R/C非=1，A

66、0=1時，讀取轉(zhuǎn)換結果的低4位。</p><p>　　這里不管AD574A是處在啟動、轉(zhuǎn)換和輸出結果，使能端CE都必須為1，因此將8051的寫控制線 和讀控制線 通過與非門74LS00與AD574A的使能端CE相連。</p><p>　　4.4 存儲器擴展模塊6264</p><p>　　⑴Intel sram6264是8K ×8位的靜態(tài)隨機存儲器芯片,采

67、用CMOS工藝制造,單一+5V供電,額定功耗200mW,典型存取時間200ns,28線雙列直插式封裝. 所有的輸入端和輸出端都與， TTL電路兼容。</p><p>　?、?264引腳介紹：</p><p>　　A12～A0（address inputs）：地址線，可尋址8KB的存儲空間。 </p><p>　　D7～D0（data bus）：數(shù)據(jù)線，雙向，三態(tài)。

68、</p><p>　　OE（output enable）：讀出允許信號，輸入，低電平有效。 </p><p>　　WE（write enable）：寫允許信號，輸入，低電平有效。</p><p>　　CE1（chip enable）：片選信號1，輸入，在讀/寫方式時為低電平。 </p><p>　　CE2（chip enable）：片選信號2

69、，輸入，在讀/寫方式時為高電平。 </p><p>　　VCC：+5V工作電壓。</p><p><b>　　GND：信號地。 </b></p><p>　?、?264的操作方式：　</p><p>　?、?寫入：當和為低電平，且和CE2為高電平時，數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7～D0寫入被選中的存儲單元。 <

70、;/p><p>　　② 讀出：當和為低電平，且和CE2為高電平時，數(shù)據(jù)輸出緩沖器選通，被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線D7～D0上。 </p><p>　?、?保持：當為高電平，CE2為任意時，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。 </p><p>　　4.5 LED顯示驅(qū)動模塊</p><p>　　74ls164是一個串入并出的8位移位寄

71、存器，它常用于單片機系統(tǒng)中是移位寄存器,也就是從AB入數(shù)據(jù)一步一步的向Q7移動,當?shù)诙€字節(jié)移入后,原第一個已經(jīng)從Q7端移出.兩位數(shù)據(jù)是不會交錯的。</p><p>　　5 綜合保護器軟件設計</p><p>　　5.1 軟件編程思想</p><p>　　程序在編制的時候，在完成系統(tǒng)基本功能的前提下，還要考慮以下幾點：</p><p>　?、?/p>

72、功能的可擴充性。系統(tǒng)具有的功能應隨著實際的需求而擴充，當實際應</p><p>　　用中提出新的要求時，系統(tǒng)應能夠方便地在原有基礎上增加新的功能。</p><p>　　⑵程序的可讀性。程序的可讀性對系統(tǒng)的后續(xù)維護、功能擴充有重要意義。</p><p>　　⑶系統(tǒng)的更新。當系統(tǒng)微控制器或某些器件被更高性能的器件替代時，系</p><p>　　統(tǒng)

73、的程序要易于更新。</p><p>　?、瘸绦蜻\行確實穩(wěn)定可靠、易于維護。</p><p>　　因此，在軟件的結構設計上采用模塊化的編程方法，即將整個系統(tǒng)軟件按照一定的規(guī)則和功能分解為一個個單獨的模塊，模塊之間相對獨立，負責完成各自的功能。模塊是系統(tǒng)設計和實現(xiàn)的基本單元，每個模塊實現(xiàn)一個完整單獨的功能模塊之間可以相互調(diào)用，共享數(shù)據(jù)。全部模塊構成整個系統(tǒng)。</p><p&

74、gt;　　模塊化編程有以下優(yōu)點:</p><p>　?、挪捎媚K化結構的最大的優(yōu)點是效率高。小塊程序更容易理解和調(diào)試，如</p><p>　　當知道模塊的輸入、輸出，就可直接調(diào)用該模塊。由于模塊之間共享數(shù)據(jù)，可</p><p>　　互相調(diào)用，因此可以非常靈活地組織每個模塊，達到非常高的整體效率。</p><p>　?、飘斚嗤δ艿男枨筝^多時，

75、可把程序放入庫中以備使用。如果需要某一</p><p>　　塊某一功能升級，只需要改寫相應的模塊，而不需要改動整個軟件結構。當</p><p>　　增加系統(tǒng)功能時，也只需要增加相應的軟件功能模塊即可。</p><p>　?、悄K化編程使得要解決的問題只與特定模塊有關，出現(xiàn)故障時，很容易</p><p>　　找到出錯的模塊，大大簡化了調(diào)試，同時

76、使系統(tǒng)更易維護。</p><p>　　5.2 軟件總體設計</p><p>　　軟件方面本系統(tǒng)也一共分為5個部分：</p><p><b>　?、胖鞒绦虿糠?lt;/b></p><p>　?、贫〞r中斷數(shù)據(jù)采集部分</p><p>　　⑶電壓、電流顯示部分</p><p>　　⑷

77、定時中斷時鐘顯示部分</p><p>　?、晒收项愋?、時間顯示部分 </p><p>　　5.3 各模塊軟件具體流程圖</p><p>　　下面分別介紹各個部分的具體編程：</p><p>　　5.3.1 主程序部分</p><p>　　主程序部分完成的工作主要有系統(tǒng)初始狀態(tài)的設計、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示以及各種開關狀態(tài)的判

78、斷等。其中系統(tǒng)初始狀態(tài)的設置內(nèi)容較多，這一部分也就是通常所說的初始化內(nèi)容。初始化內(nèi)容一般隨設計者的思想而定，并非完全一樣，對本系統(tǒng)而言大致包括定時器初始化，輸入、輸出口初始化。開始時，輸入數(shù)據(jù)，判斷電機是否起動，等待起動，起動后進行數(shù)據(jù)采集。再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有效值，進行各類參數(shù)的比較判斷。如無故障顯示電壓、電流值；若出現(xiàn)故障顯示故障類型及時間。主程序流程圖如圖5-1。</p><p>　　表5-1 電機保護參數(shù)表&

79、lt;/p><p><b>　　注釋：</b></p><p>　　當出現(xiàn)漏電故障，故障類型顯示數(shù)字1</p><p>　　當出現(xiàn)欠壓故障，故障類型顯示數(shù)字2</p><p>　　當出現(xiàn)過載故障，故障類型顯示數(shù)字3</p><p>　　當出現(xiàn)斷相故障，故障類型顯示數(shù)字4</p><

80、p>　　當出現(xiàn)短路故障，故障類型顯示數(shù)字5</p><p>　　5.3.2 數(shù)據(jù)采集部分</p><p>　　在實現(xiàn)自動化的過程中，最關鍵的環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)采集。交流采樣是將二次測得的電壓、電流經(jīng)高精度的CT、PT變成計算機可測量的交流小信號，然后再送入計算機進行處理。由于這種方法能夠?qū)Ρ粶y量的瞬時值進行采樣，因而實時性好，相位失真小。它用軟件代替硬件的功能又使硬件的投資大大減小。系統(tǒng)的數(shù)

81、據(jù)采集處理子程序的功能是在定時中斷服務程序中完成的。在定時中斷服務程序中主要進行三相交流電壓、電流和零序電流的采集。AT89C52內(nèi)部有256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲區(qū)ROM,本設計需要7個通道進行數(shù)據(jù)采集，定周期采樣點數(shù)為13，將采樣所得數(shù)據(jù)通過公式（1）進行有效值計算。通過LED顯示器顯示電壓、電流的實時值，在故障時進行聲光報警。實踐證明，采用交流采樣方法進行數(shù)據(jù)采集，通過算法運算后獲得的電壓、電流等電力參數(shù)有著較好的精確度和穩(wěn)

82、定性。數(shù)據(jù)采集中斷服務程序流程圖。如圖5-2</p><p><b>　　交流采樣原理：</b></p><p><b>　　若將電壓有效值公式</b></p><p>　　離散化，以一個周期內(nèi)有限個采樣電壓數(shù)字量來代替一個周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓函數(shù)值，則</p><p>　　式中：ΔTm為相鄰兩次采

83、樣的時間間隔；um為第m-1個時間間隔的電壓采樣瞬時值；N為1個周期的采樣點數(shù)。</p><p>　　若相鄰兩采樣的時間間隔相等，則有式（1）就是根據(jù)一個周期各采樣瞬時值及每周期采樣點數(shù)計算電壓信號有效值的公式。</p><p>　　5.3.3 電壓、電流顯示部分</p><p>　　本文采用了74LS164 這個串入并出的移位寄存器,很好地解決了AT89C52 與

84、LED 的顯示接口電路。從AB入數(shù)據(jù)一步一步的向Q7移動,當?shù)诙€字節(jié)移入后,原第一個已經(jīng)從Q7端移出.兩位數(shù)據(jù)是不會交錯的.比如要向164寫入11011100(第一字節(jié))10011000(第二字節(jié)),當?shù)谝粋€8位輸入后164的內(nèi)容為11011100 ,第二字節(jié)的第一位輸入后164為01101110,第二位輸入后164為00110111,依次類推,當輸入完8個位后,164輸出端為10011000 正是第二個字節(jié)的內(nèi)容.</p&g

85、t;<p>　　電壓、電流顯示部分流程圖如圖5-</p><p>　　5.3.4 故障類型、時間顯示部分</p><p>　　主程序中進行數(shù)據(jù)比較判斷是否有故障，若有故障發(fā)生則發(fā)送相應的數(shù)據(jù)表示故障類型。時間顯示子程序每次顯示6個連續(xù)內(nèi)存單元的十進制BCD碼數(shù)據(jù)，首地址在調(diào)用顯示程序時先指定。定時器T1用于時間計時。定時溢出中斷周期設為50ms,中斷進入后先進行定時中斷處置校

86、正，當中斷累計20次時，對秒計數(shù)單元進行加1操作。內(nèi)存中F0—F6為顯示單元，時鐘計數(shù)單元地址分別在F0—F1（秒）、F7—F8（分）、F9--FA（時）中，最大計時值為23時59分59秒。在計數(shù)單元中，采用十進制BCD碼計數(shù)，滿十進位。故障顯示子程序流程圖如圖5-4，T1中斷程序流程圖如圖5-5。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　在

87、工業(yè)控制中,用電設備通常使用三相電源作為工作電源。但工作電源經(jīng)常會受到各種因素的干擾，從而產(chǎn)生電壓波動，造成過、欠電壓等狀況。如設備或電器長期工作在該環(huán)境中，會受到極大程度的損壞。因此，電器保護器要能對過壓、欠壓進行有效保護；此外，其還應具備相序鑒別保護功能，以確保用電設備能在各種條件下正常安全地運行。</p><p>　　本設計最關鍵的環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)采集。根據(jù)采集信號的不同，可分直流采樣和交流采樣兩種。直流采樣，顧

88、名思義，采樣對象為直流信號。它是把交流電壓、電流信號經(jīng)過各種變送器轉(zhuǎn)化為0～5V的直流電壓，再由各種裝置和儀表采集。此方法軟件設計簡單，對采樣值只需作一次比例變換即可得到被測量的數(shù)值。但直流采樣仍有很大的局限性：無法實現(xiàn)實時信號的采集；變送器的精度和穩(wěn)定性對測量精度有很大影響；設備復雜，維護難等。交流采樣是將二次測得的電壓、電流經(jīng)高精度的CT、PT變成計算機可測量的交流小信號，然后再送入計算機進行處理。由于這種方法能夠?qū)Ρ粶y量的瞬時值進

89、行采樣，因而實時性好，相位失真小。它用軟件代替硬件的功能又使硬件的投資大大減小。隨著微機技術的不斷發(fā)展，交流采樣必將以其優(yōu)異的性能價格比，逐步取代傳統(tǒng)的直流采樣方法。</p><p>　　通過本次課程設計，鞏固了我們學習過的專業(yè)知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上相結合了起來；考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡搜集、查閱相關文獻資料，和組織材料的綜合能力；也使我在口述和語言表達方面得到了鍛煉。從中可以自我測驗，認識到自己哪

90、方面有欠缺、不足，以便于在日后的學習中得以改進、提高；通過使用軟件Protel 99 se , 也讓我們了解到計算機輔助設計的智能化,有利于提高工作效率。次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我明白學習是一個系統(tǒng)工程，是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。</p>&l

91、t;p>　　經(jīng)過本次設計使我對大學四年期間所學習到的知識得以進一步的實踐，這將對我走出校園走上工作崗位奠定堅實的基礎。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是在**副教授的精心指導下完成的，在這幾個月畢業(yè)設計學習期間，我深深地感到從老師那里學到的不僅僅是知識和技術，更重要的是她嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，實事求是的工作作風和高風亮節(jié)的做人品

92、質(zhì)。在此，我向*老師致以最衷心的感謝！</p><p>　　在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并通過網(wǎng)絡和學習設計輔助軟件等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜

93、悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]孟憲章.自控系統(tǒng)電氣運行維護手冊[S].北京：機械工業(yè)出版社.1999, 88~93</p><p>　　[2]張友德等.單片微型機原理、應用與實驗[M].復旦大學出版

94、社.2001, 70~98</p><p>　　[3]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術[M].北京航天航空大學出版社.2002 ,80~110</p><p>　　[4]陳偉人.MCS-51系列單片機實用子程序集錦[M].清華大學出版社.1997,30~45</p><p>　　[5]何立民.單片機應用文集[M].北京航天航空大學出版社.2002,10~25

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98、</p><p>　　[15]袁建新.電氣工程問題綜述[J].電力電子技術，1996，17(2)：88~93</p><p>　　[16]P.Petrovic. Measuring of Slowly changing AC Signals Without Sample and Hold Circuit [Z].IEEE Trans.on Instrum. Meas，2000， 49(6)

99、，1245-1248 </p><p>　　[17]Pan Wen.A Fast and High Precision Measurement of Distorted Power Based Digital Filtering Techniques.IEEE Trans.on Instrum. Meas.1992，41(3)，403-406</p><p><b>　　附錄1程

100、序代碼</b></p><p><b>　　主程序初始化</b></p><p>　　BUZZER-PIN EQU P1.5</p><p>　　DATA_164 BIT P3.0 ；段控制口（接164數(shù)據(jù)位）</p><p>　　CLK_164 BIT P3.1

101、 ；段控制口（接164時鐘位）</p><p>　　MR_164 BIT P1.7 ；位控制口</p><p>　　ORG 0000H ；主程序入口</p><p><b>　　AJMP MAIN</b></p>

102、<p>　　ORG 000BH ；定時、計數(shù)器T0入口</p><p>　　LJMP INTT0 ；轉(zhuǎn)至采集中斷子程序</p><p>　　ORG 001BH ；定時、計數(shù)器T1入口</p><p>　　LJMP I

103、NTT1 ；轉(zhuǎn)至時鐘顯示中斷子程序</p><p><b>　　ORG 0003H</b></p><p>　　LJMP T0-INT ；程序跳轉(zhuǎn)到外部中斷0中斷服務程序入口</p><p>　　NOP ；

104、冗余指令</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　LJMP ERR ；陷阱</p><p><b>　　ORG 0013H</b></p><p>　　LJMP T1-INT ；程序跳轉(zhuǎn)到外部

105、中斷1中斷服務程序入口</p><p>　　NOP ；冗余指令</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　LJMP ERR ；陷阱</p><p><b>　　MAIN:</

106、b></p><p>　　MOV R0,#20H</p><p>　　MOV R1,#E0H</p><p>　　MOV @R1,#19H</p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　MOV @R1,#00H</p><p><b>

107、;　　INC R1</b></p><p>　　MOV @R1,#06H</p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　MOV @R1,#04H</p><p><b>　　INC R1</b></p><p><b>　　MOV

108、 @R1,#</b></p><p>　　CLR P1 ；控制口置0</p><p>　　MOV TMOD,#11H </p><p>　　MOV TL0,#0B0H</p><p>　　MOV TH0,#3CH</p><p>　　MOV TL1,#0B0H&

109、lt;/p><p>　　MOV TH1,#3CH</p><p>　　SETB EA ；CPU開中斷</p><p>　　SETB ET0 ；T0開中斷</p><p>　　SETB PT0 ；T0中斷設置為高優(yōu)先級&

110、lt;/p><p>　　SETB ET1 ；T1開中斷</p><p><b>　　SETB TR1</b></p><p>　　MOV R4,#14H ；一秒定時用計數(shù)值</p><p>　　LOOP: JB P1.5,LOOP

111、 ；判斷電機是否啟動</p><p>　　LCALL INTT0 ；調(diào)用中斷數(shù)據(jù)采集</p><p><b>　　有效值計算程序</b></p><p><b>　　YXZH:</b></p><p>　　MOV R5,#00H

112、 ；乘積的低位字節(jié)指針</p><p>　　MOV R7,#01H ； 乘積字節(jié)個數(shù)</p><p>　　MOV DPTR,#2000H</p><p><b>　　START:</b></p><p>　　MOV A,@R0 ； 取瞬時值到R2,R3</p>&

113、lt;p><b>　　MOV R3,A</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV A, @R0 </p><p><b>　　MOV R2,A</b></p><p>　　MOVX A,@DPTR

114、 ；取乘積低位字節(jié)</p><p>　　ADD A,R0 ；與被乘積低位字節(jié)相加</p><p>　　MOVX @DPTR,A ；暫存乘積的低位字節(jié)</p><p>　　INC DPTR ；指向乘積的次低位字節(jié)</p><p>　　INC R7 ；乘積

115、字節(jié)個數(shù)加一</p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p>　　ADDC A,R0 ；與被乘數(shù)高位字節(jié)相加</p><p>　　MOVX @DPTR,A ；暫存乘積的高位字節(jié)</p><p>　　INC DPTR ；指向乘積的次高位字節(jié)</p><