基于STC12C5A60的異步電動機信號采集系統設計

王洪濤 (寧德師范學院物理與電氣工程系,福建寧德 352100)

基于STC12C5A60的異步電動機信號采集系統設計

王洪濤 (寧德師范學院物理與電氣工程系,福建寧德 352100)

為了對異步電動機的運行狀態進行適時監測,以STC12C5A60單片機為主芯片,設計了一種異步電動機信號采集系統。介紹了系統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轉換模塊、互感器模塊、串口通信模塊、聲光報警模塊、12864液晶顯示模塊以及STC12C5A60單片機等部分組成),對STC12C5A60單片機主控電路、串口通信模塊電路以及完成定時器、串口通信和A/D轉換程序進行了設計。實際應用表明,該系統能夠對異步電動機的電壓、電流和溫度等運行狀態參數進行適時測量和存儲,從而為異步電動機電機故障的診斷和排除奠定了基礎。

異步電動機;信號采集系統;STC12C5A60單片機;主控電路;串口通信模塊電路

異步電動機是工農業生產中的應用廣泛的動力設備,具有結構簡單、運行可靠、堅固耐用和價格低廉等優點[1]。然而,當異步電動機在粉塵、潮濕等惡劣環境下工作時容易產生故障,這給安全生產帶來了隱患。為了實現惡劣條件下異步電動機運行狀態的適時監測,筆者基于STC12C5A60單片機設計了一種異步電動機信號采集系統,以便為及時排除異步電動機故障提供重要依據。

1 系統主要元件

1.1 STC12C5A60單片機

STC12C5A60單片機的指令系統和硬件結構與標準8051單片機兼容,具有2個USART接口、1 個SPI接口和8通道10位A/D接口,配置4個16位定時計數器,A/D轉換速率高達250k Hz,抗干擾能力強,支持在線編程功能(ISP),因而應用廣泛[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,其輸出電流與絕對溫度成比例。在4～30V電源電壓范圍內,AD590溫度傳感器可充當高阻抗、恒流調節器,調節系數為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量直流和交流電流參數,其工作參數如表1所示。

表1 HV03-10電流型電壓傳感器工作參數表

2 系統總體框架

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

3 系統主要電路

3.1 STC12C5A60單片機主控電路

圖1 系統總體框架圖

單片機的時鐘信號通常有2種產生方式[3]:①內部時鐘方式,即利用單片機內部的振蕩電路產生時鐘信號;②外部時鐘方式,即將外部已有的時鐘信號引入到單片機內。該系統采用內部時鐘方式。STC12C5A60單片機工作從復位開始,單片機RESET引入高電平并保持2個周期,然后執行復位操作。復位操作包括2種基本方式,一種是上電復位,另一種是上電與按鍵均有效的復位。筆者采用上電與按鍵均有效的復位操作方式(當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單片機主控電路圖如圖2所示。

圖2 STC12C5A60單片機主控電路圖

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,其功能是產生+12V和-12V電源,以提供給RS-232串口電平的需要。②數據轉換通道,其中13腳(R1IN)、12腳(R1OUT)、11腳(T1IN)、14腳(T1OUT)為第1數據通道;8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第2數據通道。TTL/CMOS數據從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數據,并從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭,DB9插頭的RS-232數據從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數據后從R1OUT、R2OUT輸出。

4 主要系統軟件設計

4.1 定時器程序設計

采樣頻率應大于采集源頻率[4]。由于系統采集的是頻率為50 Hz的工頻電壓電流值,因而定時器以400Hz的采樣頻率工作,每2.5ms采樣一次。定時器程序設計如下:

圖3 串口通信模塊電路圖

4.2 串口通信程序設計

單片機的串口通信方式由SCON專用寄存器設置,具體包括單片機串口通信的方式選擇、接受、發送和狀態標志等,其中串口發送程序設計如下:

5 結語

基于STC12C5A60單片機設計了異步電動機信號采集系統。該系統在生產現場使用后,能夠滿足異步電動機溫度、電壓和電流信號的適時采集要求,且表現出工作性能可靠、抗干擾能力強的特點,因而具有較好的市場應用前景。

[1]陳金剛,王強,鞏方彬.籠型三相異步電機主要故障簡析[J].電機控制與應用,2012,39(6):62-64.

[2]李艷妮.旋轉機械故障機理與故障特征提取技術研究[D].北京:北京化工大學,2007.

[3]王曉明.電動機的單片機控制[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.

[4]黎明,姜學東,胡長春.基于PIC單片機的交流電源掉電檢測系統[J].電子產品世界,2006,14(2):74-75.

[編輯]李啟棟

TM307

A

1673-1409(2014)19-0043-03

2014-02-24

福建省科技計劃重點項目(2011H0018);福建省服務海西項目(2012H214;2011H102)。

王洪濤(1978-),男,碩士,講師,現主要從事自動控制理論和數字信號處理方面的教學與研究工作。