智能三相異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目錄摘要 .1關(guān)鍵詞.11前言.21.1 研究背景及意義.21.2 研究來(lái)源及內(nèi)容.31.3 研究目的.42測(cè)試系統(tǒng)原理與方案.43硬件設(shè)計(jì).53.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì).53.1.1工作原理.53.1.2 電壓、電流互感器的設(shè)計(jì).63.1.3 a/d轉(zhuǎn)化器的選用.63.2單片機(jī)以及按鍵部分的設(shè)計(jì).83.3 led顯示部分的設(shè)計(jì).10 4軟件設(shè)計(jì).104.1 主程序.104.2 數(shù)據(jù)采集程序.124.3 計(jì)算子程序.134.4 顯示子程序、鍵盤(pán)輸入子程序.165 結(jié)束語(yǔ).176參考文獻(xiàn).17 致謝.18附錄.20智能三相異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：三相異步電機(jī)作為 一種重要的機(jī)電產(chǎn)品，廣泛的應(yīng)用

2、于從工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域。但是傳統(tǒng)手動(dòng)的操作的電機(jī)參數(shù)測(cè)試方法存在著測(cè)量時(shí)間不同步、人為因素影響大、工作效率低等缺點(diǎn)。智能三相異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)采用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)的采集和處理，以單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為核心，以鍵盤(pán)輸入以及數(shù)據(jù)顯示為輔助，實(shí)現(xiàn)測(cè)量三相異步電機(jī)繞組的電壓、電流。通過(guò)個(gè)電參量與電壓、電流的關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)等電參量的測(cè)量。介紹了系統(tǒng)的軟件以及硬件的實(shí)現(xiàn)，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的實(shí)用性、測(cè)量精度高、操作方便、系統(tǒng)可靠等諸多特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；異步電動(dòng)機(jī)；電參量測(cè)量；design of intelligent te

3、sting system ofthree-phase induction motorabstract: three-phase induction machines, one kind of important electromechanical product, are widely used in various fields, from industry, agriculture to household applications. but the traditional manual method of testing electrical machinery has a lot of

4、 shortcomings. for example, the measure time is often out of step, the human lilctor is of great impact, the efficiency is poor and so on. scm systems are adopted in data collection and processing of this system. it uses scm system as core and makes keyboard input and data display as assistance meas

5、ures the voltage and current of three-phase induction motor. by building mathematics model according to the relations between electric parameters and voltage and current, the measurement of electric parameters such as real power, reactive power, apparent power and power factor, etc. can be carried o

6、ut. this paper introduces the achievement of hard-ware and software of this system, and proves the practicality of it by experiment. key word: scm; induction motor;measuring of electric parameter;1 前言1.1 研究背景及意義智能三相異步電機(jī)是一種重要的機(jī)電產(chǎn)品。在機(jī)械、鋼鐵、礦山、冶金、化工、石油、紡織、造紙、水泥、船舶、鐵道等行業(yè)中，絕大部分生產(chǎn)機(jī)械都是采用電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。國(guó)內(nèi)的中小型智能三相異步

7、電機(jī)以每年2%的幅度增長(zhǎng)，人工進(jìn)行電機(jī)測(cè)試以不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。實(shí)現(xiàn)三相異步電機(jī)的自動(dòng)化不僅是提高工作效率保證產(chǎn)品質(zhì)量的需要，也是產(chǎn)品走向國(guó)際化市場(chǎng)的必要條件。近年來(lái)，智能三相異步電機(jī)的測(cè)試研究成為人們關(guān)注的課題之一。單片機(jī)的發(fā)展為三相異步電機(jī)的測(cè)試自動(dòng)化提供了有力的手段，因此，研制一套高準(zhǔn)確度、高自動(dòng)化程度的三相異步電機(jī)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于提高廠家的生產(chǎn)效率、減輕工作強(qiáng)度和提高產(chǎn)品質(zhì)量有著很大的現(xiàn)實(shí)意義。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)和處理技術(shù)也發(fā)生了巨大的變化，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度、實(shí)時(shí)性提出了更高的要求，充分開(kāi)發(fā)和利用計(jì)算機(jī)和單片機(jī)資源，將是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展方向之一

8、。雖然高性能的測(cè)試裝置在國(guó)內(nèi)外已有成型產(chǎn)品，但他們的價(jià)格是一般單位所無(wú)法接受的。因此，在計(jì)算機(jī)和單片機(jī)日益發(fā)展的今天，如何利用現(xiàn)有設(shè)備，使它與單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)用、價(jià)廉，并且快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，將具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：在制造商控制和改進(jìn)三相異步電機(jī)質(zhì)量的過(guò)程中，參數(shù)測(cè)試的重要性是不言而喻的，因而自三相異步電機(jī)發(fā)明以來(lái)，專家學(xué)者們一直沒(méi)有中斷過(guò)對(duì)提高三相異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化技術(shù)的研究和改進(jìn)。 電機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的生產(chǎn)與發(fā)展是與現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)的，特別是與計(jì)算機(jī)科學(xué)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展密不可分的。 上個(gè)世紀(jì)七十年代，隨著大規(guī)模集成電路和單片機(jī)技術(shù)

9、的發(fā)展，計(jì)算機(jī)開(kāi)始進(jìn)入微型化時(shí)代，出現(xiàn)了以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)和單片計(jì)算機(jī)，同時(shí)數(shù)字化自動(dòng)化儀器儀表已經(jīng)普遍應(yīng)用于測(cè)試領(lǐng)域，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的數(shù)字技術(shù)、自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)技術(shù)、編碼技術(shù)、接口技術(shù)、a/d變換技術(shù)得到了新的發(fā)展。也為電機(jī)的微機(jī)化自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的產(chǎn)生提供了條件。國(guó)外最先采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行電機(jī)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試和數(shù)據(jù)處理的如德國(guó)西門(mén)子公司為慕尼黑大學(xué)電機(jī)實(shí)驗(yàn)室制造的300型過(guò)程控制計(jì)算機(jī)，在電機(jī)實(shí)驗(yàn)中大大簡(jiǎn)化了各種參數(shù)的測(cè)量。日本國(guó)際檢測(cè)器公司mdp101、mdp102型電機(jī)性能綜合測(cè)試儀，可以自動(dòng)測(cè)試電壓、電流、轉(zhuǎn)速、功率、效率、功率因數(shù)等十多個(gè)項(xiàng)目，并有微機(jī)進(jìn)行快速數(shù)據(jù)處理。法國(guó)c

10、em公司也研制了自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，主要用于0.5kw-80kw三相異步電動(dòng)機(jī)的測(cè)試，在國(guó)內(nèi)也有一些單位研制電機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，例如早期上海電器科學(xué)研究所研制，湖南儀表總廠生產(chǎn)dzw-1型電機(jī)微機(jī)自動(dòng)化測(cè)試儀，可用于0.5kw-130kw三相異步電機(jī)的空載特性、短路特性、雜散損耗、溫升特性、工作特性等的測(cè)試，但由于微處理器一般采用280芯片，使用系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試工作量大，并且價(jià)格昂貴，不利于推廣應(yīng)用。 上個(gè)世紀(jì)八十、九十年代以來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，電機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)也得到了極大的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的許多科研單位開(kāi)始研制以pc機(jī)為核心的電機(jī)自動(dòng)測(cè)試裝置，如上海電機(jī)技術(shù)研究所

11、研制的amt-1型電機(jī)性能綜合測(cè)試儀，它采用雙機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，上位機(jī)采用pc/xt機(jī)，下位機(jī)采用std工控機(jī)。天津正大電機(jī)技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)的gc-1電機(jī)自動(dòng)測(cè)試機(jī)構(gòu)與之相似，但是下位機(jī)改造成為帶有標(biāo)準(zhǔn)接口的智能儀表。這些系統(tǒng)由于采用標(biāo)準(zhǔn)接口，方便了系統(tǒng)的組建和功能的擴(kuò)充，并利用pc機(jī)豐富的軟硬件資源，友好的人機(jī)對(duì)話界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，使系統(tǒng)在功能上、操作方便上都超過(guò)了國(guó)內(nèi)以往的同類測(cè)試裝備，但是它們也存在一些局限性和缺陷，諸如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、兼容性不好等問(wèn)題，尤其是測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理功能不夠完善。 測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)的計(jì)算機(jī)化是現(xiàn)在的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，智能儀器和計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)已得到普及，國(guó)內(nèi)的

12、一些大學(xué)和科研院所，如：西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)、上海電器科學(xué)研究所也開(kāi)展了這方面的研究，研制了與國(guó)外相似的智能化測(cè)試儀器與測(cè)試系統(tǒng)。相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展及制造商技術(shù)水平的提高，開(kāi)發(fā)周期短、人機(jī)交流能力強(qiáng)、具有自動(dòng)測(cè)試和自動(dòng)分析能力的電機(jī)綜合測(cè)試系統(tǒng)講成為電機(jī)測(cè)試技術(shù)的主流。1.2 本課題的研究來(lái)源及內(nèi)容本課題的名稱為智能三相異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電機(jī)參數(shù)的測(cè)試對(duì)于電機(jī)的設(shè)計(jì)、研究及運(yùn)行有著重要的指導(dǎo)意義。長(zhǎng)期以來(lái)，各種電機(jī)的測(cè)試設(shè)備一般為單件的專用儀器 ，作用方式也都是采用人工操作、人工讀數(shù)和處理測(cè)量數(shù)據(jù)。這種情況下測(cè)試人員很辛苦，要做的工作量很大，試驗(yàn)一臺(tái)電機(jī)往往

13、需要較長(zhǎng)的時(shí)間，測(cè)試效率低下，電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)不能做到監(jiān)控，電氣運(yùn)行人員對(duì)電機(jī)參數(shù)變化以及特性得不到更快速、直觀的了解。為了解決這一問(wèn)題，決定在原有電機(jī)測(cè)試的裝置基礎(chǔ)上增加試驗(yàn)臺(tái)與pc機(jī)的鏈接功能，構(gòu)成一整套電機(jī)綜合測(cè)試系統(tǒng)，方便工作人員對(duì)電機(jī)參數(shù)及特性的了解片機(jī)系統(tǒng)部分、穩(wěn)壓電源部分。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括互感器部分、采樣保持部分、通道切換部分、信號(hào)放大部分、模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、邏輯控制部分、鎖相倍頻部分、信號(hào)周期測(cè)量部分等等。單片機(jī)系統(tǒng)主要包括控制部分、鍵盤(pán)顯示部分及監(jiān)控電路部分等等。軟件設(shè)計(jì)部分：本系統(tǒng)軟件系統(tǒng)由主程序、中斷程序、數(shù)據(jù)采集、顯示子程序、鍵盤(pán)輸入子程序以及一系列運(yùn)算子程序構(gòu)成。1.3 本

14、課題的研究目的 設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的三相異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，將各個(gè)控制部分集成在一個(gè)芯片上面，適應(yīng)微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)單片機(jī)控制有更深刻的認(rèn)識(shí)。通過(guò)該系統(tǒng)所測(cè)得的參數(shù)數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的三相異步電機(jī)參數(shù)測(cè)量方法所得的數(shù)據(jù)相比較，以體現(xiàn)出基于單片機(jī)的智能三相異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)具有測(cè)量精度高、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)該系統(tǒng)所使用的單片機(jī)價(jià)格較為低廉，因此節(jié)省了大量的人力勞作，同時(shí)也節(jié)省了時(shí)間和資源。2 測(cè)試系統(tǒng)原理與方案 測(cè)試系統(tǒng)的原理：設(shè)計(jì)一臺(tái)可以實(shí)時(shí)測(cè)量三相異步電動(dòng)機(jī)的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)等電參量的儀器。要求儀器體積能隨著電動(dòng)機(jī)的大小而配套設(shè)計(jì)；能建立各電參量測(cè)量

15、的數(shù)學(xué)模型；設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能按操作人員的要求顯示任一個(gè)電參量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有較好的抗干擾能力。 為了測(cè)量線路中的電壓、電流的有效值、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)等電參量，必須對(duì)模擬信號(hào)、，進(jìn)行量化處理，再根據(jù)數(shù)學(xué)模型求出各個(gè)電參量的相應(yīng)值。在交流電網(wǎng)中，設(shè)：, , 在正弦條件下，各電參量的定義如下：電壓有效值;電流有效值；有功功率；無(wú)功功率;實(shí)在功率; 功率因數(shù)。在上述式中，um、 im 分別表示電網(wǎng)中的電壓、電流的峰值：t0代表一個(gè)信號(hào)周期（或其整數(shù)倍）。 測(cè)試系統(tǒng)的方案：鑒于三相異步電動(dòng)機(jī)各參量與電機(jī)的電壓、電流均有相應(yīng)的計(jì)算關(guān)系，并可通過(guò)其相互關(guān)系建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，所以只

16、需對(duì)電機(jī)的電壓、電流進(jìn)行測(cè)量，其它參數(shù)的測(cè)量可由軟件實(shí)現(xiàn)。 測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)將三相異步電動(dòng)機(jī)的電壓、電流的數(shù)據(jù)采集下來(lái)，以便軟件計(jì)算線路中的電壓、電流的有效值、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)等電參量。為了利用微機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這一要求，必須對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并進(jìn)行量化處理成有限位數(shù)的數(shù)字代碼，再根據(jù)已知的數(shù)學(xué)模型求出各個(gè)電參量的相應(yīng)量值。 硬件設(shè)計(jì)部分主要包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分、單片機(jī)系統(tǒng)部分、穩(wěn)壓電源部分。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括互感器部分、采樣保持部分、通道切換部分、信號(hào)放大部分、模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、邏輯控制部分、鎖相倍頻部分、信號(hào)周期測(cè)量部分等。單片機(jī)系統(tǒng)主要包括控制部分、鍵盤(pán)顯示部分及

17、監(jiān)控電路部分等。總體結(jié)構(gòu)如下圖所示。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)顯示單片機(jī)系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換通道切換采樣保持電壓互感器鍵盤(pán)電流互感器 圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 fig1 systems overall structure3 硬件設(shè)計(jì)3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)3.1.1 工作原理 系統(tǒng)由互感器dvdi-001、a/d轉(zhuǎn)換器ad574、串口芯片8255a、數(shù)據(jù)顯示等部分組成。工作原理：系統(tǒng)采用電壓互感器和電流互感器，將三相異步電動(dòng)機(jī)的電壓、電流變換成測(cè)量系統(tǒng)所要求的電平信號(hào),由于交流異步電機(jī)有三相，所以采用三個(gè)電壓互感器和三個(gè)電流互感器進(jìn)行采樣，采樣截取三相異步電動(dòng)機(jī)同一時(shí)刻的電壓、電流瞬時(shí)值，將采樣得到的高低電平信

18、號(hào)送到ad574模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在ce置1，cs置0，a0置1的前提下啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器8位轉(zhuǎn)換功能，將轉(zhuǎn)換得到的8位數(shù)字信號(hào)接到單片機(jī)at89c51的ram區(qū)控制。單片機(jī)將接受到的信號(hào)送到led驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)led顯示，該系統(tǒng)中l(wèi)ed選用1602型號(hào)，led驅(qū)動(dòng)包括計(jì)數(shù)器74ls162和譯碼器74ls138。其中鍵盤(pán)輸入部分通過(guò)單片機(jī)at89c51控制串口芯片8255a連接到鍵盤(pán)輸入部分，通過(guò)指定的按鍵顯示電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)等三相異步電機(jī)的各電參量，所以led顯示部分就不需要額外的增加指示燈。 被測(cè)的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓互感器pt和分壓電阻后，接到鎖存器的輸入端，鎖存器的輸

19、出經(jīng)過(guò)兩分頻接到單片機(jī)at89c51的中斷信號(hào)申請(qǐng)中斷端，以便測(cè)量被測(cè)信號(hào)的周期，在中斷一段時(shí)間內(nèi)計(jì)得的數(shù)值即為被測(cè)信號(hào)的周期。3.1.2 電壓、電流互感器的選擇電壓互感器與電流互感器是實(shí)現(xiàn)電量精確測(cè)量的關(guān)鍵部分，該系統(tǒng)選用的是北京新創(chuàng)四方電子有限公司生產(chǎn)的dvdi-001型臥式穿芯小型精密交流電壓電流通用互感器，它可以看成是有2個(gè)相同副線圈的電流互感器,互感器二側(cè)接了一個(gè)運(yùn)算放大器，以減輕互感器的負(fù)載，這樣既能減小測(cè)量的相移，又能提高測(cè)量的精度。電壓互感器兩側(cè)的額定電流,起限流作用，它實(shí)質(zhì)上是在一次側(cè)接了限流電阻的電流互感器，所以，它和電壓互感器一樣要求二次側(cè)不能開(kāi)路，在電流互感器中，互感器

20、的二次繞組可以改成串聯(lián)接線以提高一次電流的測(cè)量范圍。由于互感器的輸出電壓都是雙極性的，而單片機(jī)at89c51的a/d轉(zhuǎn)換器要求只能輸入正電壓，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)這種雙極性模擬量的模數(shù)轉(zhuǎn)換，在測(cè)控終端中互感器的二次側(cè)不應(yīng)直接接地，而是接在一個(gè)恒定的正電壓上，將該偏移電流量同交流的輸入量相加變成單極性模擬量后，電壓互感器接到單片機(jī)的20vin管腳，電流互感器接到10vin管腳。圖2 電壓互感器接線圖 圖3 電流互感器接線圖 fig2.voltage transformer fig3. current transformer3.1.3 a/d轉(zhuǎn)換器的選用a/d轉(zhuǎn)換器的類型很多，目前應(yīng)用廣泛的有三種類型：逐次

21、逼近型、雙積分型和v/f型。a/d轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口方式有串口和并口兩種。逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器由d/a轉(zhuǎn)換器、比較器、輸出鎖存器、移位寄存器和邏輯控制器組成。其工作原理是：首先，將輸出鎖存器的最高位置1，然后將d/a轉(zhuǎn)換器的輸出屯壓信號(hào)u和輸入電壓信號(hào)k。進(jìn)行比較。若uk，則輸出鎖存器的最高位保持1；反之，則鎖存器的最高位設(shè)置為0，確定并保持最高位狀態(tài)。其次，把次高位置1，依上面的方法確定其狀態(tài)。從高位到低位逐次vin位比較(n為a/d位數(shù))，使ui逼近輸入信號(hào)vin，直到輸出鎖存器的最后一位。這時(shí)，d/a轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)據(jù)即為模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，控制器控制輸出寄存器將其輸出。雙積分型a/d

22、轉(zhuǎn)換器由電子開(kāi)關(guān)、積分器、比較器、邏輯控制器和計(jì)算器等部件構(gòu)成。所謂雙積分，是指進(jìn)行一次a/d轉(zhuǎn)換需要進(jìn)行兩次積分。雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器的工作原理是：模擬電壓信號(hào)vi加到積分器進(jìn)行固定時(shí)間的積分，接著切換電子開(kāi)關(guān)，將與vi。極性相反的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)vr加到積分器上，積分電路從剛才積分的終值開(kāi)始反向積分，由于vr恒定，所以積分輸出將以恒定的速度下降，直到積分器輸出為零，此時(shí)發(fā)出“數(shù)據(jù)有效”狀態(tài)，將數(shù)據(jù)輸出。反向積分時(shí)間ti與vi。時(shí)間定值積分的終值成比例關(guān)系，a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)測(cè)量反向積分的時(shí)間乃計(jì)算出輸入電壓值。雙積分轉(zhuǎn)換過(guò)程通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的不斷積分能對(duì)噪聲或變化的輸入信號(hào)進(jìn)行平滑，因此雙

23、積分型a/d轉(zhuǎn)換器具有精度高，抗干擾性強(qiáng)，價(jià)格便宜等特點(diǎn)，只是轉(zhuǎn)換速度較慢，是一種中速的a/d轉(zhuǎn)換器。典型的器件mc14433和icl7135，v/f型a/d轉(zhuǎn)換器把輸入模擬信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)送入單片機(jī)，可以簡(jiǎn)單地將其理解為一個(gè)壓控振蕩器。使用v/f型轉(zhuǎn)換器進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換具有良好的精度、線性和積分輸入特性，常能實(shí)現(xiàn)其他類型轉(zhuǎn)換器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。該系統(tǒng)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換ad574，模擬信號(hào)由傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，送入a/d 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由數(shù)字電路進(jìn)行處理，再由 da轉(zhuǎn)換器還原為模擬量，去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。為了保證數(shù)據(jù)處理結(jié)果的準(zhǔn)確性，a/d轉(zhuǎn)換器和da轉(zhuǎn)換器必須有足夠的轉(zhuǎn)換精度。同時(shí)為了適應(yīng)快速

24、過(guò)程的控制和檢測(cè)的需要，a/d轉(zhuǎn)換器和 da轉(zhuǎn)換器還必須有足夠快的轉(zhuǎn)換速度。因此，轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度乃是衡量 a/d轉(zhuǎn)換器和 da轉(zhuǎn)換器性能優(yōu)劣的主要標(biāo)志。本系統(tǒng)采用的a/d轉(zhuǎn)換器件是ad574，它具有極短的轉(zhuǎn)換周期，10bits精度時(shí)為1.8s，8bits精度時(shí)僅為1.5s。其eoc轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位為信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)束后引發(fā)中斷提供了時(shí)鐘脈沖,ad574具體引腳如下所示。 r/c d0 a d1 cs d2 20vin d3 10vin d4 bin d5 bout ad574 d6 vee d7 vcc d8 v1 d9 gnd d10 d11 12/8 ce bipoff sts 圖4 ad57

25、4引腳圖 fig4.pin figure of ad5743.2 單片機(jī)以及外圍電路設(shè)計(jì)單片機(jī)是一種面向大規(guī)模的集成電路芯片，是微型計(jì)算機(jī)中的一個(gè)重要的分支，該系統(tǒng)是由cpu、輸入輸出電路（i/o口）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口、顯示驅(qū)動(dòng)電路（led驅(qū)動(dòng)電路）、多路開(kāi)關(guān)以及a/d轉(zhuǎn)換器等電路集成到一個(gè)單塊芯片上的，構(gòu)成了一個(gè)最小但是完善的計(jì)算機(jī)任務(wù)，單片機(jī)要使用特定的組譯和編譯軟件編譯程序，故系統(tǒng)采用at89c51單片機(jī)控制。at89c51是一種帶4k字節(jié)flash存儲(chǔ)器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性

26、能cmos 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。該單片機(jī)的主要性能特點(diǎn)有數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年，全靜態(tài)工作頻率為0-24mhz，三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖存，32可編程i/o線，兩個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器，可編程串行通道，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。at89c51單片機(jī)在該系統(tǒng)

27、中外接8255、8155以及6244各一片，并配合74hc373、7406、7407等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和鍵盤(pán)顯示等功能，符合該設(shè)計(jì)的要求，其具體引腳圖如下所示。鍵盤(pán)是一種常見(jiàn)的輸入設(shè)備，用戶可以向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)或命令。根據(jù)按鍵的識(shí)別方法分類，有編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)兩種。通過(guò)硬件識(shí)別的鍵盤(pán)稱為編碼鍵盤(pán)，通過(guò)軟件識(shí)別的鍵盤(pán)稱為非編碼鍵盤(pán)。非編碼鍵盤(pán)有兩種接口方法，一種是獨(dú)立按鍵接口，另一種是矩陣式按鍵接口。在單片機(jī)中，如果所需的按鍵較少，可采用獨(dú)立式按鍵。每只按鍵接單片機(jī)的一條i/o線，通過(guò)對(duì)線的查詢，即可識(shí)別各按鍵的狀態(tài)。在單片機(jī)中，如若需要的按鍵較多時(shí)，采用矩陣式按鍵，這樣可以很大程度的節(jié)約硬件資

28、源，在該系統(tǒng)中采用矩陣式按鍵方式，其具體接口圖如下圖所示。可由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)采集方式是八路信號(hào)同時(shí)采樣、分時(shí)轉(zhuǎn)換，ad574對(duì)每路信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間是1.5s，ad574啟動(dòng)后經(jīng)過(guò)200ns后出現(xiàn)下降沿轉(zhuǎn)換開(kāi)始。因此應(yīng)提供ad574周期2s的脈沖，其中高電平持續(xù)200ns，低電平持續(xù)1.8s。，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mv。鎖存器74hc373為三態(tài)輸出的八d透明鎖存器,當(dāng)三態(tài)允許控制端 oe 為低電平時(shí)，o0到o7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) oe 為高電平時(shí)，o0到o7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖

29、存允許端 le 為高電平時(shí),o隨數(shù)據(jù)d而變。當(dāng)le為低電平時(shí)，o被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。其具體引腳圖如下所示。 圖5 at89c51引腳圖 fig5. pin figure of at89c51 圖6 矩陣式按鍵接口圖 fig6. matrix keyboard interface diagram3.3 led顯示部分設(shè)計(jì) 此處省略nnnnnnnnnnnn字。如需要完整說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖紙等.請(qǐng)聯(lián)系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過(guò)答辯4.3 計(jì)算子程序 根據(jù)建立的電壓、電流的有效值、有功功率、無(wú)功功率、實(shí)在功率、功率因數(shù)的數(shù)學(xué)模型，采用軟件實(shí)現(xiàn)了各電參量的測(cè)量

30、。各計(jì)算子程序如下圖所示。 開(kāi)始 開(kāi)始取u、i的值取電壓電流采樣值調(diào)乘法子程序調(diào)乘法子程序結(jié)果送至60h調(diào)加法子程序 返回加完192點(diǎn)n 圖13 計(jì)算s的子程序 y fig.13 calculate the 調(diào)除法子程序 subroutine s 調(diào)開(kāi)方子程序結(jié)果送至40h(50h) 返回圖12 計(jì)算urms (irms)的子程序fig.12 calculate the subroutine urms (irms) 開(kāi)始 開(kāi)始取電壓、電流采樣值取p、s的值調(diào)乘法子程序調(diào)除法子程序調(diào)求和子程序結(jié)果送至60h加完192點(diǎn)n 返回y調(diào)除法子程序 圖15 計(jì)算cos 的子程序結(jié)果送至30hfig.15

31、 calculate subroutinethe cos 返回 圖14 就算p的子程序fig.14 calculation the subroutine p 開(kāi)始有鍵閉合否yn調(diào)用dis延遲6ms二次調(diào)用dis延遲12msn有鍵閉合否判斷閉合鍵號(hào) 堆棧n閉合鍵釋否y輸入鍵號(hào) a 返回 圖16 鍵盤(pán)輸入子程序fig.16 keyboard input subroutine4.4 顯示子程序、鍵盤(pán)輸入子程序 顯示子程序一共使用了六位共陰極七段led顯示器，由8155的a口作為掃描口，經(jīng)過(guò)反向驅(qū)動(dòng)器1206接顯示器的各個(gè)段。程序采用動(dòng)態(tài)顯示的方法，其功能是將顯示緩沖器79h-7eh中的數(shù)據(jù)依次在顯示

32、器上面顯示一遍。如若循環(huán)調(diào)用該子程序，則顯示緩沖器中的數(shù)據(jù)穩(wěn)定的在顯示器上面顯示一遍。鍵盤(pán)輸入子程序采用循環(huán)查詢的方式判斷鍵盤(pán)上是否有鍵閉合，若判斷到有鍵閉合，再用延遲的方法去除鍵的機(jī)械抖動(dòng)，采用識(shí)別的方法識(shí)別閉合鍵n所在的行號(hào)x和列號(hào)y，并根據(jù)以下公式計(jì)算出閉合鍵的鍵號(hào)：n=x行首鍵號(hào)+列號(hào)y。5 結(jié)束語(yǔ)三相異步電機(jī)電壓、電流及其參數(shù)的測(cè)試對(duì)電機(jī)的設(shè)計(jì)、研究及運(yùn)行有著重要的指導(dǎo)作用。長(zhǎng)期以來(lái)各種電機(jī)的測(cè)試設(shè)備一般都為單件的專用儀器，其工作方式也都是用手工操作、人工讀數(shù)和處理測(cè)量數(shù)據(jù)，這種情況下測(cè)試人員很辛苦，需要做的工作量很大，試驗(yàn)一臺(tái)電機(jī)往往需要較多的時(shí)間，測(cè)試效率低下。因?yàn)闇y(cè)試時(shí)讀數(shù)的時(shí)

33、間不能夠完全統(tǒng)一，還有讀數(shù)記錄，計(jì)算中不可避免的存在人為誤差的存在，使測(cè)試的數(shù)據(jù)分散性較大，測(cè)試結(jié)果的精度較低。本系統(tǒng)針對(duì)以上情況，設(shè)計(jì)出了具有自動(dòng)測(cè)試功能的系統(tǒng)，提高了效率，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電機(jī)測(cè)試方法的不足。本文提出了一種由單片機(jī)控制的廉價(jià)設(shè)計(jì)方案。此方法以at89c51單片機(jī)為核心，成本低廉、精度極高、采樣速度。系統(tǒng)的核心控制部分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)中提出了一種新的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比較，具有采集數(shù)據(jù)快，采集精度高，實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，采用16位單片機(jī)，高速采樣保持器lf398，以及轉(zhuǎn)換器ad574，不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最為關(guān)鍵的功能，而且在性

34、能上有了明顯的提高。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立且通用的數(shù)據(jù)采集處理、分析系統(tǒng)，可廣泛用于實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，由于本人的能力和學(xué)習(xí)時(shí)間方面的限制，本論文肯定存在一些不合實(shí)際的觀點(diǎn)或漏洞，歡迎老師給予指導(dǎo)和批評(píng)，系統(tǒng)的部分設(shè)計(jì)還有待進(jìn)一步的完善和調(diào)整，例如：外部環(huán)境對(duì)于該測(cè)量系統(tǒng)影響并沒(méi)有在文中反映出來(lái)；在編程方面，可以選擇可移植性更好、功能更強(qiáng)大的visual c+來(lái)完成。6 參考文獻(xiàn)1 嚴(yán)潔.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2010，65-1052 范紅剛.51單片機(jī)自學(xué)筆記.北京航空航天大學(xué)出版社.20093 高云.基于msp430的溫室多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).農(nóng)機(jī)化研究.2009，no.84

35、常鐵原，王欣，陳文軍. 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì).電子技術(shù)應(yīng)用.2008，no.115 葉紅海，李麗敏.基于單片機(jī)的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).2008，no.46 彭偉.單片機(jī)c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例.電子工業(yè)出版社.2009，46-48，104-1107 楊居義，楊曉琴，王益斌等.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).清華大學(xué)出版社.2009，135-1418 劉剛，秦永左，朱杰斌.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京大學(xué)出版社.2006，76-98，134-1559 林祝亮，武林，楊金華.基于雙單片機(jī)的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì).儀器儀表學(xué)報(bào).2006，no.610 元增民，張文希.單片機(jī)原理與應(yīng)用基礎(chǔ).國(guó)防科技大學(xué)出版社

36、.2006，205-26611 王琳，商周，王學(xué)偉.數(shù)據(jù)采集的發(fā)展及應(yīng)用.電測(cè)與儀表.2004，no.46412 林毓梁.51單片機(jī)，機(jī)械工業(yè)出版社.200313 王熠東.傳感器及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社.200414 李發(fā)海，王巖.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ).北京；清華大學(xué)出版社.199715楊金巖，鄭應(yīng)強(qiáng).8051單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸接口擴(kuò)展技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例.北京；人民郵電出版社.200516 方叔同.異步機(jī)測(cè)試技術(shù)與可靠性研究.河北工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士文.2000 17 李仁定.電機(jī)的微機(jī)控制.北京；機(jī)械工業(yè)出版社.1999 18 周治良，李宏順，歲哲.基于單片機(jī)和cpld實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì).電子設(shè)計(jì)工程.2

37、009 19 周凱，郭黎利.基于max485實(shí)現(xiàn)pc機(jī)與單片機(jī)通信的程序設(shè)計(jì).信息技術(shù).2005 20 張毅剛.mcs-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，哈爾濱工業(yè)出版社.1990 21 王雪文，張志勇.傳感器原理及應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社.2004 22 孫桂榮，班瑩，劉鳴.電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)室科學(xué).2005 23 馬全權(quán)，李慶輝，強(qiáng)盛.一種高精度實(shí)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)測(cè)量新方法.齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào).2002 24 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社.2003 致 謝 本課題的設(shè)計(jì)和研究是在指導(dǎo)老師蔡培中副教授的精心指導(dǎo)下完成的，在此向指導(dǎo)老師表示由衷的感謝和深深的敬意。指導(dǎo)老師

38、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、無(wú)私的指導(dǎo)，使我能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。從指導(dǎo)老師蔡培中副教授的身上，我不僅學(xué)到了怎樣把專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際課題中，同時(shí)也意識(shí)到學(xué)無(wú)止境的道理。 最后，忠心感謝在各個(gè)方面支持我的家人和朋友，是他們的鼓勵(lì)給了我前進(jìn)的動(dòng)力。對(duì)給予轉(zhuǎn)載和引用權(quán)的資料、圖書(shū)、文獻(xiàn)、研究思想和設(shè)想的所有者致以忠心的感謝，由于本人水平有限，本文還有許多不足之處，敬請(qǐng)老師給予意見(jiàn)和指正。附錄附錄1/=/=#include #include #include #include lcd1602.h #include 24c02.h bit flag=1; bit sp_bit; bit strt_st

39、op; bit ch_spe_bit; bit pi_bit=1; bit k_b_bit=1; sbit out_pwm=p37; sbit b_bit=p26; sbit k_bit=p27; sbit p10=p10; sbit p11=p11; sbit p12=p12; sbit p13=p13; unsigned char kp,ki; unsigned char uk; signed int ek0,ek1; unsigned char ek_num4; unsigned char sp_in,sp_out; unsigned char a,b; unsigned char m=

40、0,n=0; unsigned char time1; /-/=5毫秒延時(shí)=void delay5ms(void) unsigned char i,j; for(i=10;i0;i-) for(j=248;j0;j-); /=鍵盤(pán)處理= unsigned char geykey() unsigned char key; p10=1; p11=1; p12=1; p13=1; key=p1&0 x0f; if(key!=0 x0f) delay5ms( ); key=p1&0 x0f; if(key!=0 x0f) while(p1&0 x0f)=0 x0f); dodelay5ms( ); w

41、hile(p1&0 x0f)!=0 x0f); switch(key) case 0 x0e: key= s; break; case 0 x0d: key= +; break; case 0 x0b: key= -; break; case 0 x07: k_b_bit=k_b_bit; if(k_b_bit=1) b_bit=0;k_bit=1; else k_bit=0;b_bit=1; break; return (key); return 0; /=鍵值處理=void keycl() unsigned char key; key=geykey(); if(key!=0) switch

42、(key) case s: if(strt_stop=0) tr0=1; tr1=0; ea=1; strt_stop=1; else tr0=0; tr1=0; ea=0; strt_stop=0; if(ch_spe_bit=1) write_one_flash ( 0 x00,sp_in); ch_spe_bit=0; sp_out=0; break; case +: if(sp_in=0) uk=uk+v0; if(cy=1) uk=0 xfe; else if(uk(-v0) uk=uk+v0; else uk=1; if(uk=0) uk=1; /+void sp_in_num()

43、 ek_num0=sp_in/100+0 x30; ek_num1=(sp_in/10)%10+0 x30; ek_num2=sp_in%10+0 x30; ek_num3=0; /+void sp_out_num() ek_num0=sp_out/100+0 x30; ek_num1=(sp_out/10)%10+0 x30; ek_num2=sp_out%10+0 x30; ek_num3=0; /*void display( ) gotoxy(0, 0); show_char( speer in:); sp_in_num(); show_char(ek_num); show_char(

44、r/min); gotoxy(0, 1); show_char( speer out:); sp_out_num(); show_char(ek_num); show_char( r/min); /+main() kp=5; ki=1; sp_bit=0; m=0; n=0; th0=0 x06; tl0=0 x06; th1=0 x00; tl1=0 x00; lcd_initial1(); et0=1; et1=1; ex1=1; it1=1; tf0=0; tf1=0; tr1=0; tr0=0; sp_in=read_one_flash (0 x00); pi_bit=1; k_b_b

45、it=1; ea=0; while(1) display(); keycl(); pi_work2(); if(k_b_bit=1) b_bit=0;k_bit=1; else k_bit=0;b_bit=1; /-附錄2/*/* lcd驅(qū)動(dòng)程序 */ /*#ifndef _lcd1602_h_#define _lcd1602_h_/*#include #include #include delay.h/*#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/*口設(shè)置宏定義*/*sbit lcdrs=p20;/寄存器選擇信號(hào)sbit lcdrw=p21;/讀寫(xiě)信號(hào)sbit lcde=p22;/片選信號(hào)，當(dāng)輸入下降沿信號(hào)時(shí)，執(zhí)行指令或傳送數(shù)據(jù)。#define lcddbp p0 /lcd數(shù)據(jù)接口。/*1602液晶顯示部分子程序*/內(nèi)部等待函數(shù)*unsigned char lcd_wait(void) char data mykey;lcde=0;_nop_(); lcdrs=0;_nop_();lcdrw=1; _nop_();lcde=1; _nop_();