王洪濤 (寧德師范學(xué)院物理與電氣工程系,福建寧德 352100)

基于STC12C5A60的異步電動(dòng)機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王洪濤 (寧德師范學(xué)院物理與電氣工程系,福建寧德 352100)

為了對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測(cè),以STC12C5A60單片機(jī)為主芯片,設(shè)計(jì)了一種異步電動(dòng)機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的主要元件和總體框架(主要由直流電源模塊、AD590溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、互感器模塊、串口通信模塊、聲光報(bào)警模塊、12864液晶顯示模塊以及STC12C5A60單片機(jī)等部分組成),對(duì)STC12C5A60單片機(jī)主控電路、串口通信模塊電路以及完成定時(shí)器、串口通信和A/D轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用表明,該系統(tǒng)能夠?qū)Ξ惒诫妱?dòng)機(jī)的電壓、電流和溫度等運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行適時(shí)測(cè)量和存儲(chǔ),從而為異步電動(dòng)機(jī)電機(jī)故障的診斷和排除奠定了基礎(chǔ)。

異步電動(dòng)機(jī);信號(hào)采集系統(tǒng);STC12C5A60單片機(jī);主控電路;串口通信模塊電路

異步電動(dòng)機(jī)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用廣泛的動(dòng)力設(shè)備,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)[1]。然而,當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)在粉塵、潮濕等惡劣環(huán)境下工作時(shí)容易產(chǎn)生故障,這給安全生產(chǎn)帶來(lái)了隱患。為了實(shí)現(xiàn)惡劣條件下異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的適時(shí)監(jiān)測(cè),筆者基于STC12C5A60單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種異步電動(dòng)機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng),以便為及時(shí)排除異步電動(dòng)機(jī)故障提供重要依據(jù)。

1 系統(tǒng)主要元件

1.1 STC12C5A60單片機(jī)

STC12C5A60單片機(jī)的指令系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)兼容,具有2個(gè)USART接口、1 個(gè)SPI接口和8通道10位A/D接口,配置4個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器,A/D轉(zhuǎn)換速率高達(dá)250k Hz,抗干擾能力強(qiáng),支持在線編程功能(ISP),因而應(yīng)用廣泛[2]。

1.2 AD590溫度傳感器

AD590溫度傳感器是一種線性電流型溫度傳感器,其輸出電流與絕對(duì)溫度成比例。在4～30V電源電壓范圍內(nèi),AD590溫度傳感器可充當(dāng)高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)系數(shù)為1μA/K。

1.3 HV03-10電流型電壓傳感器

HV03-10電流型電壓傳感器可用于測(cè)量直流和交流電流參數(shù),其工作參數(shù)如表1所示。

表1 HV03-10電流型電壓傳感器工作參數(shù)表

2 系統(tǒng)總體框架

該系統(tǒng)主要由直流電源模塊、AD590溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、互感器模塊、串口通信模塊、聲光報(bào)警模塊、12864液晶顯示模塊以及STC12C5A60單片機(jī)等部分組成。系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)主要電路

3.1 STC12C5A60單片機(jī)主控電路

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有2種產(chǎn)生方式[3]:①內(nèi)部時(shí)鐘方式,即利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào);②外部時(shí)鐘方式,即將外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。該系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。STC12C5A60單片機(jī)工作從復(fù)位開始,單片機(jī)RESET引入高電平并保持2個(gè)周期,然后執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作包括2種基本方式,一種是上電復(fù)位,另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。筆者采用上電與按鍵均有效的復(fù)位操作方式(當(dāng)RESET獲得高電平,隨著電容C5的充電,RESET引腳的高電平將逐漸下降)。STC12C5A60單片機(jī)主控電路圖如圖2所示。

圖2 STC12C5A60單片機(jī)主控電路圖

3.2 串口通信模塊電路

圖3所示為串口通信模塊電路,該電路主要包括如下部分:①電荷泵電路,其功能是產(chǎn)生+12V和-12V電源,以提供給RS-232串口電平的需要。②數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道,其中13腳(R1IN)、12腳(R1OUT)、11腳(T1IN)、14腳(T1OUT)為第1數(shù)據(jù)通道;8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第2數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù),并從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭,DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。

4 主要系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 定時(shí)器程序設(shè)計(jì)

采樣頻率應(yīng)大于采集源頻率[4]。由于系統(tǒng)采集的是頻率為50 Hz的工頻電壓電流值,因而定時(shí)器以400Hz的采樣頻率工作,每2.5ms采樣一次。定時(shí)器程序設(shè)計(jì)如下:

圖3 串口通信模塊電路圖

4.2 串口通信程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)的串口通信方式由SCON專用寄存器設(shè)置,具體包括單片機(jī)串口通信的方式選擇、接受、發(fā)送和狀態(tài)標(biāo)志等,其中串口發(fā)送程序設(shè)計(jì)如下:

5 結(jié)語(yǔ)

基于STC12C5A60單片機(jī)設(shè)計(jì)了異步電動(dòng)機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用后,能夠滿足異步電動(dòng)機(jī)溫度、電壓和電流信號(hào)的適時(shí)采集要求,且表現(xiàn)出工作性能可靠、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn),因而具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

[1]陳金剛,王強(qiáng),鞏方彬.籠型三相異步電機(jī)主要故障簡(jiǎn)析[J].電機(jī)控制與應(yīng)用,2012,39(6):62-64.

[2]李艷妮.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障機(jī)理與故障特征提取技術(shù)研究[D].北京:北京化工大學(xué),2007.

[3]王曉明.電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.

[4]黎明,姜學(xué)東,胡長(zhǎng)春.基于PIC單片機(jī)的交流電源掉電檢測(cè)系統(tǒng)[J].電子產(chǎn)品世界,2006,14(2):74-75.

[編輯]李啟棟

TM307

A

1673-1409(2014)19-0043-03

2014-02-24

福建省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2011H0018);福建省服務(wù)海西項(xiàng)目(2012H214;2011H102)。

王洪濤(1978-),男,碩士,講師,現(xiàn)主要從事自動(dòng)控制理論和數(shù)字信號(hào)處理方面的教學(xué)與研究工作。