直流电动机多参数测量电路设计Word格式文档下载.docx

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STC12C560S2；

LEM电流传感器

DCmotormulti-parametermeasurementcircuitdesign

ABSTRACTR

Today,theelectricalparametersmeasuredatfaultprotectionsystemisindispensable.Intheflexiblecontrol,highreliability,basedonthedetectionparameterstoachievetheover-current,under-voltageprotectionandphaseforfaultdetectionandprecisiondigitalcontroloccupiesaveryimportantposition,toprovideaspaceforthemotor.

ThispaperpresentsadirectcurrentmotorparametersautomaticallymeasurementcircuitcanbeachievedarmaturevoltageDCmotorarmaturecurrentandspeedofautomaticdetectionanddisplayfunctions.ThesystemuseswithA/DconversionSTC12C560S2microcontrollerasthecorecomponents,useLEMcurrentsensorscollectthemotorarmaturecurrent,outputLEMcurrentsensoris0-5Vanalogvoltageordirectlyinterfacewiththemicrocontroller;

digitalrotaryencodermeasuringmotorshaftspeedinrealtime,bothtomeetthemotorshaftspeedmeasurementaccuracy,butalsotomeetthelow-speedmeasurementaccuracyofthemotorshaft.Circuitstructureissimple,easyinstallation,accuratemeasurementresultswithhighpracticalvalue.

Keywords:

DCmotor;

STC12C560S2;

LEMcurrentsensors

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：

0—1000r/min,报警限值：

750—850r/min

2.工作电压测量范围：

0—250V,报警限值：

200—240V

3.工作电流测量范围：

0—200A,报警限值：

90—110A

2.2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2.5±

0.625V•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2.4M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2.5T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2.6PALD6615-256-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.工作电压5.5-3.5V

3.1280字节RAM

4.通用I/O口，复位后为：

准双向口/弱上拉可设置成四种模式：

准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA

5.有EEPROM功能

6.看门狗

7.内部集成MAX810专用复位电路

8.外部掉电检测电路

9.时钟源：

外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器常温下内部R/C振荡器频率为：

5.0V单片机为：

11~17MHZ3.3V单片机为：

8~12MHZ

10.4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1

11.3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟

12.A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S

因为该系列单片机内部具有8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合，转换速度能达到250K/S的特点，所以本文选择STC12C5A60S2单片机。

2.4.4显示模块

LCD具有显示质量高，没有电磁辐射，可视面积大，应用范围广，画面效果好，并且具有数字式接口的特点本系统采用的LCD为RT-1602C，其主要引脚的功能如下：

RS：

是一种命令和数据选择端，当用高电平的时候用来选择作为数据寄存器，低电平时用来选择作为指令寄存器，

RW：

被称为读取输写选择性输入端，用高电平来读取操作指令，然而低电平时可用来进行写操作，当RS和RW同时作为低电平的时候，用来输入指令或者用来显