基于STC12C5A60的异步电动机信号采集系统设计

王洪涛 (宁德师范学院物理与电气工程系,福建宁德 352100)

基于STC12C5A60的异步电动机信号采集系统设计

王洪涛 (宁德师范学院物理与电气工程系,福建宁德 352100)

为了对异步电动机的运行状态进行适时监测,以STC12C5A60单片机为主芯片,设计了一种异步电动机信号采集系统。介绍了系统的主要元件和总体框架(主要由直流电源模块、AD590温度传感器、A/D转换模块、互感器模块、串口通信模块、声光报警模块、12864液晶显示模块以及STC12C5A60单片机等部分组成),对STC12C5A60单片机主控电路、串口通信模块电路以及完成定时器、串口通信和A/D转换程序进行了设计。实际应用表明,该系统能够对异步电动机的电压、电流和温度等运行状态参数进行适时测量和存储,从而为异步电动机电机故障的诊断和排除奠定了基础。

异步电动机;信号采集系统;STC12C5A60单片机;主控电路;串口通信模块电路

异步电动机是工农业生产中的应用广泛的动力设备,具有结构简单、运行可靠、坚固耐用和价格低廉等优点[1]。然而,当异步电动机在粉尘、潮湿等恶劣环境下工作时容易产生故障,这给安全生产带来了隐患。为了实现恶劣条件下异步电动机运行状态的适时监测,笔者基于STC12C5A60单片机设计了一种异步电动机信号采集系统,以便为及时排除异步电动机故障提供重要依据。

1 系统主要元件

1.1 STC12C5A60单片机

STC12C5A60单片机的指令系统和硬件结构与标准8051单片机兼容,具有2个USART接口、1 个SPI接口和8通道10位A/D接口,配置4个16位定时计数器,A/D转换速率高达250k Hz,抗干扰能力强,支持在线编程功能(ISP),因而应用广泛[2]。

1.2 AD590温度传感器

AD590温度传感器是一种线性电流型温度传感器,其输出电流与绝对温度成比例。在4～30V电源电压范围内,AD590温度传感器可充当高阻抗、恒流调节器,调节系数为1μA/K。

1.3 HV03-10电流型电压传感器

HV03-10电流型电压传感器可用于测量直流和交流电流参数,其工作参数如表1所示。

表1 HV03-10电流型电压传感器工作参数表

2 系统总体框架

该系统主要由直流电源模块、AD590温度传感器、A/D转换模块、互感器模块、串口通信模块、声光报警模块、12864液晶显示模块以及STC12C5A60单片机等部分组成。系统总体框架图如图1所示。

3 系统主要电路

3.1 STC12C5A60单片机主控电路

图1 系统总体框架图

单片机的时钟信号通常有2种产生方式[3]:①内部时钟方式,即利用单片机内部的振荡电路产生时钟信号;②外部时钟方式,即将外部已有的时钟信号引入到单片机内。该系统采用内部时钟方式。STC12C5A60单片机工作从复位开始,单片机RESET引入高电平并保持2个周期,然后执行复位操作。复位操作包括2种基本方式,一种是上电复位,另一种是上电与按键均有效的复位。笔者采用上电与按键均有效的复位操作方式(当RESET获得高电平,随着电容C5的充电,RESET引脚的高电平将逐渐下降)。STC12C5A60单片机主控电路图如图2所示。

图2 STC12C5A60单片机主控电路图

3.2 串口通信模块电路

图3所示为串口通信模块电路,该电路主要包括如下部分:①电荷泵电路,其功能是产生+12V和-12V电源,以提供给RS-232串口电平的需要。②数据转换通道,其中13脚(R1IN)、12脚(R1OUT)、11脚(T1IN)、14脚(T1OUT)为第1数据通道;8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)为第2数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据,并从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头,DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。

4 主要系统软件设计

4.1 定时器程序设计

采样频率应大于采集源频率[4]。由于系统采集的是频率为50 Hz的工频电压电流值,因而定时器以400Hz的采样频率工作,每2.5ms采样一次。定时器程序设计如下:

图3 串口通信模块电路图

4.2 串口通信程序设计

单片机的串口通信方式由SCON专用寄存器设置,具体包括单片机串口通信的方式选择、接受、发送和状态标志等,其中串口发送程序设计如下:

5 结语

基于STC12C5A60单片机设计了异步电动机信号采集系统。该系统在生产现场使用后,能够满足异步电动机温度、电压和电流信号的适时采集要求,且表现出工作性能可靠、抗干扰能力强的特点,因而具有较好的市场应用前景。

[1]陈金刚,王强,巩方彬.笼型三相异步电机主要故障简析[J].电机控制与应用,2012,39(6):62-64.

[2]李艳妮.旋转机械故障机理与故障特征提取技术研究[D].北京:北京化工大学,2007.

[3]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[4]黎明,姜学东,胡长春.基于PIC单片机的交流电源掉电检测系统[J].电子产品世界,2006,14(2):74-75.

[编辑]李启栋

TM307

A

1673-1409(2014)19-0043-03

2014-02-24

福建省科技计划重点项目(2011H0018);福建省服务海西项目(2012H214;2011H102)。

王洪涛(1978-),男,硕士,讲师,现主要从事自动控制理论和数字信号处理方面的教学与研究工作。