直流电动机多参数测量电路设计

1、 直流电动机多参数测量电路设计 直流电动机多参数测量电路设计摘 要当今,电机各参数测量在故障保护系统不可或缺。在实现灵活控制，可靠性高的基础上，对参数检测来实现过电流、欠电压和缺相的保护，用于故障检测和数字精密控制占有十分重要的地位，为电机提供一个空间。本文设计了一种自动测量直流电动机参数的电路，能够实现直流电机的电枢电压、电枢电流和转速的自动检测和显示功能。本系统采用带有A/D转换的STC12C560S2单片机作为核心部件，采用LEM电流传感器采集电机的电枢电流，LEM电流传感器的输出为0-5V模拟电压，可以直接与单片机接口；采用数字旋转编码器测量电机轴的实时转速，既可以满足电机转轴的高速测量精度，又可以满足电机转轴的低速测量精度。电路结构简单,安装调试方便,测量结果精确，具有很高的实用价值。关键词：直流电动机； STC12C560S2； LEM电流传感器DC motor multi-parameter measurement circuit designABSTRACTR Today, the electrical parameters measured at fault prot

2、ection system is indispensable. In the flexible control, high reliability, based on the detection parameters to achieve the over-current, under-voltage protection and phase for fault detection and precision digital control occupies a very important position, to provide a space for the motor. This paper presents a direct current motor parameters automatically measurement circuit can be achieved armature voltage DC motor armature current and speed of automatic detection and display functions. The

3、system uses with A / D conversion STC12C560S2 microcontroller as the core components, use LEM current sensors collect the motor armature current, output LEM current sensor is 0-5V analog voltage or directly interface with the microcontroller; digital rotary encoder measuring motor shaft speed in real time, both to meet the motor shaft speed measurement accuracy, but also to meet the low-speed measurement accuracy of the motor shaft. Circuit structure is simple, easy installation, accurate measur

4、ement results with high practical value.Keywords: DC motor; STC12C560S2; LEMcurrent sensors 目 录一、绪论11.1 研究背景及意义11.2国内外研究现状11.3项目研究内容2二、总体方案设计32.1 设计技术要求32.2 系统组成32.3 系统工作原理32.4 主要模块的方案选择32.4.1电流传感器的选择42.4.2旋转编码器的选择42.4.3单片机的选择62.4.4显示模块7三、硬件电路设计83.1单片机接口电路设计83.2电压和电流测量电路设计93.3旋转编码器接口电路103.5总图14四、系统的软件设计154.1程序设计154.1.1数据处理子程序154.2 报警子程序194.2.1报警子程序214.2.2显示子程序服务程序22结论24附录26致谢27一、绪论1.1 研究背景及意义电机的使用和我们日常生活息息相关，不仅被广泛的应用于工业部门、运输部门、航空部门、医疗部门。而且还在商务与办公设备和家用电器中发挥着重要的作用。电机不仅可以用于电能的生产，而且也是电能应用的主要形式，而电机的各

5、种参数更是让不同的电机别具一格，电机的多种参数的测量便可让我们直观了解。在现代化技术日益发展的今天，为了提高生产效率，发展生产，传统产业也加速了进行现代化改造的步伐。改造离不开一些现代化手段，我们可以利用先进的技术，科学有效的改变电机的转速，对其进行精确测量，在此基础上使用数码显示和超速报警装置，控制和测量生产生活中的一些旋转设备、仪器用品的速度，从而使生产生活更加便捷。电动机多参数的测量不仅可以更好的进行数字控制，还可以对电机正常运行时状态的监测，测量电压、电流和转速可以直观看出电机运行状态，对于故障检测和数据测量了具有很好的控制效果，利用单片机进行信号转换可以实现数字报警等功能，为实现安全运行做出重要贡献。电机工作电压，电流以及电网电压的监测是电机正常运行的保证，而多参数测量精准更是影响系统的控制，这关系实现报警功能的应用，科学有效的对电机状态的监测了解。通过研究电机参数测量，我们也更加全面的了解了参数测量电路是怎样进行连接的，以及其中用的到的诸如：TMS320X240单片机, 8X190SC单片机，AT8051单片机等芯片的功能及其各个引脚的功能，充分的体现了理论与实践结合，给我

6、们毕业后走向社会，做了进一步的准备。1.2国内外研究现状20世纪80年代后期，随着人工智能和计算机技术的飞速发展，直流电机参数测量走进自动控制时代，无疑问正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及高安全性等高科技的方向迅速发展。我国加入WTO后，电机行业面临着巨大竞争压力和挑战，高效利用电机和使用电机并熟悉电机的参数是非常必要的，开发我国高校电机是非常必要的，这也是我国赶上国际水平和推进行业技术的进步的需要。随着科技的发展故障智能检测发展也成为信息处理的一大关键，我国也在1997年成立中国自动化学会技术故障诊断协会。说明对电机参数检测越来越精细和深入。自动控制和人工智能发展无疑不能离开电机多参数精确测量，为此研究电动机多参数测量和电路设计具有重要的意义。1.3项目研究内容 系统自动检测直流电动机的转速、工作电压、工作电流及三个参数，并显示各个参数的检测结果。并具有超限报警功能。二、总体方案设计2.1 设计技术要求1.转速测量范围： 01000r/min , 报警限值：750850r/min2.工作电压测量范围：0250V, 报警限值：200240V3.工作电流测量范围：0200A,

7、报警限值：90110A2.2 系统组成直流电动机多参数测量系统主要由电压的测量、电流的测量、转速的测量三个测量部分，以及STC12C5A60S2单片机和显示、报警六个模块组成。系统的组成框图如图2.1所示。 图2.1 系统的组成框图 2.3 系统工作原理直流电动机的电枢电压采用电阻分压电路获取电压测量模拟信号，电动机电流测量采用电流传感器，转速检测采用旋转编码器，旋转编码器输送数字信号与单片机直接相连，显示电路可以实时显示直流电动机的电枢电压、电枢电流以及转速值，当量程高与上限或低于下限时，单片机会输出报警信号，起动报警电路工作。2.4 主要模块的方案选择 2.4.1 电流传感器的选择直流电动机的电枢电流测量选择LEM电流传感器。当今，环境保护是世界范围内最重要的问题之一。低成本、高性能、体积小、5V供电是环境保护对电力行业的基本要求。LEM是电流测量控制、监控、保护领域的领导者，其在驱动、不间断电源、开关电源、功率变化电源等领域有着丰富的应用经验。 LEM电流传感器，具体型号有LTS6-NP、LT4000-L和LA200-P电流传感器等等，本文选择型号为LTS6-NP电流传感器，因为

8、供电电压为0-5V，所以为了满足量程需要和性能需求选择LTS6-NP满足需求。霍尔闭环电流传感器 输出2.50.625V 供电电压5V 精度0.2% 频率范围0-200KHZ 温度范围-40-+85 响应时间100nS PCB 安装 图2.2电流传感器2.4.2 旋转编码器的选择图2.3旋转编码器光电式旋转编码器是一种测量转速和转角的装置。当这种装置与电动机相互连接时，电动机的转动会带动码盘来实现旋转，然后发出转速还有其转角的信号；旋转编码器一般分为绝对式和增量式两种形式。一一个光栅数为N的码盘，其转速分辨率就是1N，经常使用光栅数为1024、2048、4096等的旋转编码器。在此基础上增加光栅的数量会加大旋转编码器的成本和制造难度。而使用倍频电路则可以避免增加旋转编码器的光栅数量，同时还可以提高分辨率，但如果倍频电路的倍频过大实现起来比较困难，所以我们一般使用四倍频电路。通常使用旋转编码器来实现数字测速方法可以分为三种：M法、T法、和MT法M法测速：在时间T内对旋转编码器输出的脉冲个数M进行测量，并由此算出这段时间内地额平均转速，这种计算方法称为M法测速，如图2.4所示。 图2.4 M法测速T法测速：在编码器连续的两个输出脉冲的时间间隔以内，使用计算器来记录频率为f的高频时钟脉冲的数量，并用这个方法来计算转速，这种测速方法就叫做T法测速。本文使用的是T法测速，如图2.5所示 图2.5 T法测速旋转编码器是被用来测量转速的。其功能可以简单划分成单路输出、双路输出的形式。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），还有电压等等。单路形式的输出是指旋转编码器的是以一组脉冲的形式进行响应，然而双路形式的旋转编码器则可以响应两组相位差90度的脉冲信号，由于这两组脉冲即可以用来测量转速，又可以被用来检测旋转的方向。本为采用的是PALDISS系列旋转编码器如图2.6所示 图2.6 PALD6615-256-C05E旋转编码器外观2.4.3单片机的选择首先介绍单片机STC12C5A60S2。1. 增强型8051CPU,1T(1024G),单时钟/机器周期2.3. 1280字节RAM

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