基于单片机的电机保护系统的设计

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基于AVR单片机的智能电动机保护器

作。
电流、电压互感器输入单元显示单元
耗，带来很大的经济效益。功率因数由原来的０９提高到．２
０９，．８后每年可降低电能损耗一１３万ｋ，６Ｗｈ折合经济效益
一
８Ｏ万元。
（收稿日期：００— ４—１）２１０３
ＡＭＥＡ＿键盘参数设置ＴＧ１Ｌ｝— ６＿
电动机１电动机２电动机ｎ１电动机。
计算，损耗为６０ｋ补偿后节省的损耗８Ｗ，年降低０Ｗ，５ｋ每
电能损耗６８万ｋ，Ｗｈ折合经济效益一４万元。３（）减少电压降３由于电力系统的ｘ》Ｒ值，可较大幅度地减少电压降，从而改善用户的电压质量，这样电机等感性负载的损耗较小。电压稳定可提高照明设备的使用寿命。通过以上分析可以看出，电网中加装适当容量的无功在补偿装置，不仅提高了功率因数，而且降低了电网的电能损
（．１淮北矿业（团）司海孜煤电公司，集公安徽淮北２５４；．原理工大学，山西太原００２）３１６２太３０４
中图分类号：Ｄ１；Ｍ７１Ｔ６４Ｔ７文献标识码：Ｂ
（）电压与电流互感器输入单元１主要负责现场电动机的三相供电线路的电压、电流信号的采样，将几十安培甚至上百安培的大电流变换为单片机可
以处理的低电压小电流。在电压、电流变换的过程中需要加高次谐波抑制器，免采样受到干扰，避以免单片机受干扰工
作不稳定。采样信号经干扰滤波后，输入单片机的ＡＤ转／换引脚，模拟信号转换为数字信号。

基于单片机的步进电机控制系统的设计开题报告

基于单片机的步进电机控制系统的设计一、选题的背景和意义当今工业控制的主流系统，是以微处理器为核心的控制系统，这种系统已经取代了常规的模拟检测、调节、显示、记录等仪器设备的系统，并且具有高度复杂的计算方法和处理方法，被控制对象的各种动态过程都能按照规定的方式和要求来运行。

一般步进电机控制器都用硬件来实现，比如市场上的一些脉冲分配器专用集成电路，这些集成电路体积小，驱动效率高，系统控制也比较稳定，可广泛用于要求高精度、高稳定性的设备中，但是这些驱动模块也有一些缺点：控制机理比较难掌握；品种少，价格高；部分模块只能用于特定场所实习专用功能。

而基于单片机的步进电机控制系统就能很好地解决这些问题：采用单片机的软件和硬件结合进行控制，运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转速等控制，如果需改变控制要求，一般只需改变软件就能适应新的环境。

这样的系统能运用于许多设备中，小到打印机，纸带输送机构，卡片阅读机，大到军用仪器，通信和雷达设备，航空航天工业的系统中。

因而，对于单片机的步进电机控制系统的研究也就显得非常重要了。

二、研究目标与主要内容（含论文提纲）1、本课题的研究目的之一就是设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，交互性强，可靠性高的步进电机控制系统。

并且这套系统能够有机地把电子技术、单片机技术、电机的控制技术结合起来。

2、设计一套完整的步进电机H桥驱动电路，并通过理论、仿真的方法对所设计的驱动电路进行验证。

3、设计一套完整的包括键盘电路、显示电路在内的外围电路。

4、对整个控制系统的软件进行编制。

1引言1.1 国内外的研究情况1.2 步进电机控制系统设计的意义1.2.1 国内外常见的步进电机控制系统1.2.2 步进电机基本驱动类型1.3 本论文研究的主要工作和安排2 步进电机的概况2.1 步进电机的特点2.2 步进电机的类型2.3 反应式步进电机3 步进电机控制系统的概述3.1 步进电机控制系统简介3.2 本系统简介及特点3.3 本系统可实现功能4 系统硬件设计4.1 系统组成4.2 系统核心——AT89C20514.2.1 AT89C2051简介4.2.2 系统端口分配4.3 系统外围电路设计4.3.1 显示电路设计4.3.2 键盘电路设计4.3.3 步进电机脉冲输出电路4.4 驱动电路4.4.1 电路原理4.4.2 元件参数选择4.4.3驱动电路仿真5 系统软件设计5.1 系统软件主流程5.2 系统软件运行仿真6 实物制作6.1 硬件制作6.2 程序烧入运行7 总结与展望7.1 本项目取得的成果7.2 研究的不足之处致谢附录三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等本论文首先简单介绍了步进电机的应用和发展的历史，然后介绍了步进电机常见的控制系统方案和常见的驱动方案，在这个基础上提出了自己的设计目的，即设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，操作方便，适应性强，可靠性高，而且能人机交互的步进电机控制系统。

毕业设计(论文)-基于AT89C51单片机的步进电机控制系统

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于AT89C51单片机的步进电机控制系统设计学生姓名：学号：专业：自动化班级：自动化06-3班指导教师：基于AT89C51单片机的步进电机控制系统摘要步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。

具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。

本文以单片机和环形脉冲分配器为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设计调试，实现步进电机能根据设定的参数进行自动加减速控制，使控制系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象；同时它能准确地控制步进电机的正反转，启动和停止。

硬件是以AT89C51单片机为核心的控制电路，主要包括：环形脉冲分配器、键盘显示电路、步进电机的驱动电路等。

软件部分采用C语言编程，主要包括键盘显示程序、步进电机的调速程序、停止判断程序等。

关键词：步进电机控制系统；调速；单片机Based on AT89C51 Single-chip ComputerStepping Motor Control SystemAbstractStepping motor is a kind of digital control system components. It can achieve quick start-up, positive inversion, stopping and speed control, according to the control pulse. It has high precision step angle, and can be self-locking when it keeps still. As these characteristics, stepping motor in automatic control system, especially in the open loop control system has been widely applied.This article mainly focuses on taking Single-chip Computer and cycle pulse distributor as the core, and designing the stepping motor control system. Through the design of the software and hardware debugging, it realizes controlling the step motor’s acceleration and deceleration automatically, according to parameter setting. Making the system arrive the end point with the shortest time, but not occur outing of step. Besides it can accurately achieve start-up, positive inversion and shutdown. Hardware takes AT89C51 as the core of control circuit, mainly including: cycle pulse distributor, keyboard and display circuit, stepping motor driving circuit, etc. Software part adopts the C language programming, mainly including keyboard and display program, stepping motor speed control program, stop judging program, etc.Key words: Stepping motor control system; speed control; Single-chip Computer目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 课题提出的背景和研究意义 (1)1.2 课题的主要研究内容 (2)1.3 本章小结 (2)第二章步进电机控制系统设计 (3)2.1 步进电机的原理 (3)2.1.1 三相单三拍通电方式 (3)2.1.2 三相双三拍通电方式 (5)2.1.3 三相六拍通电方式 (6)2.2 环形脉冲分配器 (8)2.3 续流电路 (12)2.3.1 二极管续流 (13)2.3.2 二极管—电阻续流 (14)2.4 步进电机驱动电路 (15)2.5 步进电机的变速控制 (17)2.5.1 变速控制的方法 (19)2.6 步进电机在自动生产线中的应用 (20)2.7 本章小结 (22)第三章控制系统硬件设计 (23)3.1 硬件系统设计原则 (23)3.2 控制系统组成 (23)3.3 主要元件的选择 (24)3.3.1 单片机的选择 (24)3.3.2 EPROM的选择 (25)3.3.3 可逆计数器的选择 (27)3.4 控制系统接口电路的设计 (27)3.4.1 环形脉冲分配器设计 (27)3.4.2 显示电路设计 (29)3.4.3 外部复位电路设计 (30)3.5 控制系统整体电路设计 (31)3.6 本章小结 (31)第四章控制系统软件设计 (32)4.1 软件系统设计原则 (32)4.2 步进电机控制系统功能设计 (32)4.3 主程序设计 (33)4.3.1 主程序工作过程 (33)4.3.2 主程序工作流程图 (34)4.3.3 定时器T0中断程序流程图 (34)4.4 Proteus仿真 (37)4.5 显示程序设计 (39)4.6 键盘程序设计 (39)4.7 调速程序设计 (41)4.7.1 20BY步进电机参数 (41)4.7.2 步进电机转速与频率的关系 (41)4.8 本章小结 (42)第五章结束语 (43)参考文献 (44)附录 (46)附录A 系统程序（C） (46)附录B 20BY步进电机转速与定时器定时常数关系表 (59)附录C 控制系统电路图 (62)致谢 (63)第一章引言1.1 课题提出的背景和研究意义由于步进电机不需要位置传感器或速度传感器就可以实现定位，即使在开环状态下它的控制效果也是令人非常满意的，这有利于装置或设备的小型化和低成本，因此步进电机在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域中都得到了广泛的应用。

基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计

基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计第一章:前言1.1前言：直流电机的定义：将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。

近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。

采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。

而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。

并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。

随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。

1.2本设计任务:任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数:功能主要包括：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的转速在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；第二章：总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。

示数码管显PWM单片机按键控制电机驱动基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。

基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现【开题报告】

开题报告电气工程及其自动化基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现一、课题研究意义及现状步进电机是一种将数字脉冲信号转换成机械位移或者线位移的数模转换元件。

它只有在专用的脉冲电源供电下进行，其转子的角位移量，与输入脉冲数成正比。

尽管每走一步的步距角存在一定的误差，然而，连续旋转一周后，其累计误差为零。

另外，步进电机动态响应快，控制性能好，使它和驱动控制器组成的开环数控系统，既有较高的控制精度，良好的控制，又能稳定可靠的工作，使之成为各种电机中的首选。

随着世界经济全球化的发展，国际上发达国家的一些大公司，将一些量大面广的劳动密集型的产品向劳动力比较低低廉的中国转移使得我国在该类电动机的研究及生产上，形成了一定的规模，在国际市场上已有很强的竞争力。

本课题就是采用单片机和步进电机相结合的方式，设计一个硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，交互性强，可靠性高的控制系统。

该系统运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转速等控制，如果需改变控制要求，只需改变软件就能适应新的环境，并且在本设计中利用动态扫描技术，把显示电路和键盘电路有机的结合起来，节约了单片机的端口，能做到一定的人机交换，而且为了抗干扰，提高可靠性，加入看门狗电路，在软件设计上加入去抖动，使系统更加的完善化，但是其中也存在不足，需要进一步研究。

通过对课题的研究，可使我进一步理解单片机强大的运算功能和可编程的特点，同时学会利用单片机进行设计电路，并且用改变软件方法来控制步进电机实现不同的运行状态，将使我在大学期间所学到的知识不但得到充分的利用，而且还扩充了步进电机这方面的知识，为以后在工作岗位上，从事相关工作打下良好基础。

二、课题研究的主要内容和预期目标设计一套低成本、硬件系统较简单，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，可靠性高的步进电机控制系统。

具体要求如下：1.能使电机运行于三相双三拍和三相单双六拍的方式；2.运行模式有单步、连续和预置步数三种；3.可以预置转向或者在运行时改变转向；4.预置步数运行模式时，步数设置范围为0～999步；5.连续运行模式时速度256档可调（0～255）；6.步进控制脉冲输出频率范围：20HZ～2KHZ或更宽；7.用三位数码管显示速度档位或者步数，用两个LED分别指示电机转向和运行方式；8.各种操作用按键来输入，操作方便；可靠性高。

基于STM32的直流电机PID调速系统设计

基于STM32的直流电机PID调速系统设计一、引言直流电机调速系统是现代工业自动化系统中最常用的电机调速方式之一、它具有调速范围广、响应快、控制精度高等优点，被广泛应用于电力、机械、石化、轻工等领域。

本文将介绍基于STM32单片机的直流电机PID调速系统的设计。

二、系统设计直流电机PID调速系统主要由STM32单片机、直流电机、编码器、输入和输出接口电路等组成。

系统的设计流程如下：1.采集反馈信号设计中应通过编码器等方式采集到反馈信号，反应电机的转速。

采集到的脉冲信号经过处理后输入给STM32单片机。

2.设计PID算法PID调节器是一种经典的控制算法，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成，可以根据实际情况调整各个参数的大小。

PID算法的目标是根据反馈信号使电机达到期望的转速。

3.控制电机速度根据PID算法计算出的偏差值，通过调节电机的占空比，实现对电机速度的控制。

当偏差较大时，增大占空比以加速电机；当偏差较小时，减小占空比以减速电机。

4.界面设计与控制设计一个人机交互界面，通过该界面可以设置电机的期望转速以及其他参数。

通过输入接口电路将相应的信号输入给STM32单片机，实现对电机的远程控制。

5.系统保护在电机工作过程中，需要保护电机，防止出现过流、超速等问题。

设计一个保护系统，能够监测电机的工作状态，在出现异常情况时及时停止电机工作，避免损坏。

6.调试与优化对系统进行调试，通过实验和测试优化PID参数，以获得更好的控制效果。

三、系统实现系统实现时，首先需要进行硬件设计，包括STM32单片机的选型与外围电路设计，以及输入输出接口电路的设计。

根据实际情况选择合适的编码器和直流电机。

接着，编写相应的软件代码。

根据系统设计流程中所述，编写STM32单片机的控制程序，包括采集反馈信号、PID算法实现、控制电机速度等。

最后，进行系统调试与优化。

根据系统的实际情况，调试PID参数，通过实验和测试验证系统的性能，并进行优化，以实现较好的控制效果。

基于单片机的pid电机调速控制系统的硬件电路设计

下面是一个基于单片机的PID电机调速控制系统的硬件电路设计示例：
电路中使用了一个STM32F103C8T6微控制器，该MCU内置了PWM输出、ADC输入、定时器计数等功能，非常适合用于电机调速控制。

电机驱动采用了L298N模块，可以
控制两个直流电机的转速和方向。

另外，根据需要，可以加入光电编码器或霍尔传感
器等来获取电机的转速反馈信号。

电路中还使用了一个LCD1602液晶屏来显示电机转速、目标速度、PWM输出等信息，方便用户进行调试和监控。

此外，还可以使用按键开关来控制电机的启停和目标速度
的调节。

在硬件电路设计完成后，需要编写单片机程序来实现PID控制算法、PWM输出、
ADC采样等功能。

通常可以使用Keil、IAR等集成开发环境来编写和调试程序，也可
以使用Arduino IDE等编程环境进行开发。

这只是一个简单的PID电机调速控制系统的硬件电路设计示例，具体的实现方式和细
节可能会因应用场景和需求的不同而有所不同。

单片机控制伺服电机设计(带单片机程序及电路)

程设计说明书题目：基于单片机的步进电机控制系统设计课程：机电一体化系统设计姓名：马福德学号：0804705030指导教师：段广云、俞学兰专业年级：机械设计制造及其自动化（机械电子工程方向）2008级所在院系：机械工程学院完成日期： 2011年7月 10 日答辩日期： 2011年7月 11 日摘要随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。

研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。

步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。

采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。

软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。

本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片AT6560AHQ驱动步进电机；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。

系统由硬件设计和软件设计两部分组成。

其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动模块、数码显示模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。

软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。

软件采用在Keil软件环境下编辑的C语言。

本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。

关键词：步进电机 ,单片机 ,电脉冲信号, 角位移, 转速控制,方向控制ABSTRACTWith the development of microelectronics and computer technology, increasing demand for stepper motor, which is widely used in printers, electronic toys and consumer products such as CNC machine tools, industrial robots, medical equipment and electrical products, and its various national fields are applied. Of stepper motor control system to improve the control accuracy and response speed, energy conservation and so important.Stepper motor is an electric pulse signals can convert the angular displacementor linear displacement of the mechanical and electrical components, stepper motor control system consists of stepper controller, stepper motor power amplifier and so on. Use MCU control, the stepper controller instead of using software to make simple circuit, low cost, reliability greatly increased. Software programming flexibility to produce different types of stepping motor excitation sequence to control the operation of the various stepper motor modeThis design is used AT89C51 of Stepping motor control, through the IO port as a square wave output of the timing of step motor control signal, the signal through the ULN2003 driver chip stepper motor; the same time, with four buttons to the status of the motor control, and dynamic display with digital control motor speed.System consists of hardware and software design of two parts. Among them, the hardware design, including minimum system AT89C51 microcontroller, power supply module, keyboard control module, stepper motor drive (integrated Darlington ULN2003) module, digital display (SM420361K digital control) module, speed modules (including the Hall probe UGN3020) six function modules, and each module in the circuit board to achieve the organic combination. Software design, including keyboard control, stepping motor pulse, the digital dynamic display and speed signal acquisition module, control procedures, and ultimately to the stepper motor rotation direction and rotation speed control of stepper motor rotation speed and dynamic display in the LED digital tube, real-time monitoring of the speed display. Software used in the software environment to edit Keil C language. This system has the intelligence, practicality and reliability features.Key Words： Stepping motor , MCU Pulse Signal , Angular displacement ,Speed control ,Direction control目录1 绪论 (1)1.1背景 (1)1.2设计任务及要求 (1)2 总体方案设计 (2)2.1方案设计 (2)2.2芯片选择 (2)2.2.1 CPU的芯片选择 (2)2.2.2 驱动电路的芯片选择 (3)2.2.3 测试电路的芯片选择 (6)3 系统硬件设计 (7)3.1电机驱动电路 (7)3.2测试及显示电路 (8)3.2.1 CS3020霍尔传感器测试电路 (8)3.2.2 LED数码显示管 (8)3.3电源 (9)3.4两相步进电机 (9)3.5键盘控制系统 (10)4 控制系统软件分析与设计 (11)4.1主程序流程图 (11)4.2读键盘子程序流程图 (11)4.3键盘处理子程序流程图 (12)4.4电机控制中断程序流程图 (12)4.5程序设计平台 (13)4.6源程序清单 (14)5 PCB板设计 (19)5.1设计原则 (19)5.1.1布局操作的基本原则 (19)5.1.2布线原则 (19)5.2PCB板设计方案： (20)5.3PCB板各电器元件的布局 (21)6 设计体会 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录 (25)A元件清单 (25)B电路PCB图 (26)C电路原理图 (26)1 绪论1.1 背景当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。

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　2009年3月JournalofLuoheVocationalTechnologyCollegeMar1
2009

收稿日期
:2008-12-10

作者简介:万　琰(1971-),男,河南信阳人,漯河职业技术学院实验师,主要从事应用电子技术的教学和研究。

基于单片机的电机保护系统的设计
万　琰
(漯河职业技术学院,河南漯河462002)

摘要:分析电机运行过程中的常见故障,提出电机保护措施,利用微机快速诊断处理的能力设计出
智能化的电机保护系统。该系统除具有控制与保护作用外,还具有参数、故障代码显示等扩展功能。
关键词:电机;系统保护
;LPC2132

中图分类号:TP307;TP368.1 文献标识码:A 文章编号
:1671-7864(2009)02-0047-02

电动机广泛应用于工农业生产中,电动机运行时会出

现短路、断相、过压、欠压、过载等故障。为保证电动机正常
工作,需要对电动机运行系统进行电气保护,目前传统的
8/

16单片机已广泛应用于电气保护中,
但是它们仅仅具有基
本的测量控制功能,在人机对话、数据查询、实时监控、故障
显示等方面能力有限,缺少必要的网络通讯功能。采用以
LPC2132微处理器为运算核心,
系统外接通讯接口及必要的
功能模块,可构建智能化电动机保护系统。

1
　系统硬件设计
该电动机保护系统的整体结构如图1所示。主要由主
处理器LPC2132、数据采集模块、网络通讯模块、界面显示模
块、按键控制模块以及继电保护模块等部分组成。

图1　系统硬件整体结构框图
该保护系统采用高性价比的32位ARM7TDMI-S核的
LPC2132单片机组成CPU主系统。支持实时仿真与跟踪,
并带64KB的高速FLASH程序存储器、四个通讯接口、两个
32位定时器、一个10位8路ADC、47个GPIO以及9
个边沿
或电平触发的外部中断。利用外围芯片的功能模块就能完
成数据采集、人机对话、通讯协议和继电保护控制等一系列
具体任务。

1.1
　数据采集模块
数据采集模块有交流采样、低通滤波等环节组成。数据
采集采用同时采样方式,主要完成三相电流检测、电压检测、
漏电检测以及短路检测。即在每一个采样周期内,对所有需
要采样的各个通道的量在同一时刻一起采样,然后经多路电
子开关,将采样后的信号送至系统对应的各通道端口,然后
再依次对各个通道进行转换处理。
1.2
　界面液晶显示模块
图2为液晶显示控制电路。显示驱动芯片采用
HT1612,
所有被测参数、保护信息、故障代码信息通过
HT1612传输控制在显示器上实时显示。同时LED
指示灯
指示所处状态,如运行、故障、通讯等。而且通过按键可以进
行面板菜单操作,键盘采用触摸键盘以提高系统对环境的可
靠性。
1.3
　继电控制保护模块
继电控制保护模块设有光电隔离电路,当系统发生运行
故障,在达到动作值或动作时限时,由保护装置向动作响应
电路输出高电平,经过光电隔离去驱动中间继电器,最后作
用于断路器使之跳闸,从而切断故障支路电源。

图2　液晶显示控制电路
2
　系统软件设计
在软件设计中充分采用模块化设计方法,使用嵌入式
C

漯河职业技术学院学报2009年

提供了很大方便,而且为今后功能的进一步扩展创造了有利
条件。程序框架以主程序为核心,子程序包括系统初始化、
自检、中断子程序、数据处理子程序、故障处理子程序等。同
时为了提高系统的可靠性和抗干扰能力,软件设计中采取了
相应的措施,如冗余设计、动态自检等。
2.1
　系统程序设计
系统主程序是整个系统软件的核心,它通过调用各子程
序便可实现系统功能,其流程如图3所示。

图3　系统程序流程图
2.2
　采样中断程序设计
本系统的保护功能主要在此中断程序中完成。具体思
路如下:工频50Hz时,采样中断程序每1.667ms(12点/周
期)执行一次。在这个程序中启动A/D转换,读取A/D转
换结果存放于RAM中,三个周期的采样值循环存放。当所
有通道转换完成之后,将数据更新排队,接着读取外部开关
状态,然后程序进入故障检测启动程序,计算电流突变量,如
果电流突变量超过门限值则进入故障处理程序。电流的差
异是通过将电流瞬时采样值与12点和24点前的采样值进
行比较而得到的(即与第1和第2个周期前的采样值相比)。
为了提高抗干扰能力,保证故障检测的准确性,故障检测启
动子程序只有在检测到任一相电流连续三次超过门限值的
突变量时才启动故障处理程序。每个采样周期采样中断程
序只执行一次,因而所有的活动都由这个程序来控制。采样
中断的流程如图4所示。

图4　采样中断程序流程图
2.3
　故障检测启动程序
故障检测启动程序位于采样中断程序中,因此是每
1.667ms
执行一次。本程序能够可靠地反映低压电网的过流
现象,并启动进一步的故障处理子程序。
2.4
　故障处理子程序
故障处理子程序是采样中断程序中调用的子程序,需要
故障检测程序启动,因此并不是每次采样中断都要进行。故
障处理程序计算出相电流有效值、功率因数值及负序电流有
效值,从而完成相敏保护、负序保护和过负荷保护工作。

3
　结束语
该单片机综合保护系统除具有基本的人机对话、数据查
询、实时监控、故障显示等功能外,还增设了网络通讯功能
口,在数据采集方面,采用比相算法获得相位角信号法和相
敏保护法,大大提高提高了系统运行速度和精度。同时系统
以单片机控制为中心,构建了智能化电动机保护系统。

参考文献
:

[1]孔德星.高压异步电动机综合保护器的研究[J].
焦作工
学院学报(自然科学版
),2002,(9)
.

[2]白凤山.单片机在高压异步电机综合保护中的应用[J].
内蒙古大学学报
,2003,(9).

[3]李宁.异步电动机的综合保护[J].
天津轻工业学院学
报
,2002,(9).

[4]李华.微机型继电保护装置软硬件技术探讨[J].
电力建
设
,2001,(5).

TheProtectionSystemforMotorBasedonSingle2chipMicrocomputer
WANYan
(LuoheVocationalTechnologyCollege,Luohe462002,China)

Abstract:Throughtheanalysisofcommonfaultofelectricmotor,Findouttheprotectionmethodsforelectricmotor.
Thenmakeuseofthehigh2speeddatadisposalcapabilityofsimple2chipmicrocomputertodesignintegratedprotection
device.Thissystemcannotonlyprotect,butalsohasthefunctionofdatadisplayandfaultdisplay,Itintroducesthe
workprincipleandhardwaredesigns,alsoprotectionalgorithmandsoftwaredesignsindetailinthisarticle.
Keywords:Theelectricmotor,Systemprotection,LPC2132
[责任编辑　吴保奎]