大功率电机运行状态计算机监测系统计算机课程设计.docx

《大功率电机运行状态计算机监测系统计算机课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大功率电机运行状态计算机监测系统计算机课程设计.docx（23页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、22目 录第1章 电机运行系统监控系统设计21.1 整体系统结构概括2第2章 系统硬件设计32.1单片机最小系统设计32.2电压传感器模块电路42.3电流传感器模块电路52.4温度传感器模块电路52.5旋转编码器模块72.6键盘模块电路82.7报警模块82.8显示模块9第3章 系统软件设计123.1程序流程123.2各模块程序设计133.2.1 3路AD模拟采样程序133.2.2 1路脉冲累加程序143.2.3 4个独立键盘程序143.2.4 矩阵键盘程序153.2.5 LCD12864显示程序163.2.6 系统整体设计总结20第4章 设计总结21参考文献2222摘 要根据任务书相关要求可知

2、，本次课设结束设计的系统结构包含:单片机（核心处理器）、电压传感器模块、电流传感器模块、温度传感器模块定子电压、速度检测模块、报警模块、键盘输入模块及液晶显示模块。定子电流、绕组温度、电机转速，设计如上状态的四种传感器，并将状态信号送入单片机中进行监测和识别，完成单片机最小工作系统设计及键盘输入给定设计，完成监测系统的报警设计及状态显示器设计。由上述要求可知，所涉及的程序结求，选取了飞思卡尔公司的XS128 16位单片机作为核心处理器，此处理器优点存储空间大、I/0口丰富、集成8路高速AD转换模块、功能完善。运行速度、计算速度等远远超过C51系列单片机，而且此款单片机的浮点数运算表现能力也十分

3、优越，开发平台完整，编程语言为C、C+语言，易于理解与编程。且此款单片机有功耗较小、寿命长等优点。关键词：XS128；单片机；C；C+第1章 电机运行系统监控系统设计1.1 整体系统结构概括根据任务书相关要求可知，本次课设结束设计的系统所能达到的要求如下：（1）电机运行状态：定子电压、定子电流、绕组温度、电机转速。（2）设计如上状态的四种传感器，并将状态信号送入单片机中进行监测和识别。（3）完成单片机最小工作系统设计及键盘输入给定设计。（4）完成监测系统的报警设计及状态显示器设计。由上述要求可知，所涉及的程序结构包含:单片机（核心处理器）、电压传感器模块、电流传感器模块、温度传感器模块、速度检

4、测模块、报警模块、键盘输入模块及液晶显示模块。由此可以设计如图1.0系统框图。图1.0系统框图第2章 系统硬件设计2.1单片机最小系统设计要求对定子电压进行检测，电机参数为：额定功率225KW、额定电压380V、额定电流400A、额定转速1479r/min。根据网上提供的资料电机材料的绝缘的温度等级分为 A级、 E级 、B级 、F级、 H级。对应的性能参考温度（） 80 、95 、100 、120 、145。所以需要设计电压检测、电流检测、温度检测及转速检测实时将相关数据反馈给单片机，经单片机控制后将数据实时显示在LCD液晶显示器上面并提供操作者进行参考监视电机的运行状态，当任何一个参数指标超

5、过额定值时警报模块开始运行，提醒操作者此时电机运行状态为非正常状态以关闭电机进行电机保护。根据课设要求，选取了飞思卡尔公司的XS128 16位单片机作为核心处理器，此处理器优点存储空间大、I/0口丰富、集成8路高速AD转换模块、功能完善。运行速度、计算速度等远远超过C51系列单片机，而且此款单片机的浮点数运算表现能力也十分优越，开发平台完整，编程语言为C、C+语言，易于理解与编程。且此款单片机有功耗较小、寿命长等优点。XS128CPU可运行在40MHz总线频率上，有ECC模块，1个SPI模块，8路16位计数器，1个CAN总线模块，4路外部事件触发中断输入端口，2个SCI串行通信模块支持LIN总

6、线，8路PWM，16路8位、10位、12位AD转换时间3us，112管脚LQFP贴片封装。图2.0为满足系统要求设计的XS128最小系统原理图。图2.0最小系统原理图 XS128最小系统版实物图如图2.1所示图2.1实物图2.2电压传感器模块电路根据课设要求，需要监测定子电压。所以可以设计简单模拟电压传感器，输出信号为05V模拟信号，电流为毫安级别。此传感器电路的模拟信号输出端可以直接与单片机的AD转换端相连，通过中央处理器CPU进行AD转换，将结果传递给CPU后进行数据计算，并输出响应的结果。电压传感器的电路如图2.2所示。图2.2电压传感器的电路根据电压传感器模块的原理图可以得到相应的计算

7、公式，Vout连接中央处理器CPU的AD端口，电压变化为05V,当Vout=5V时，根据串联电路分压定理可以得出此时输入Vin为400V，则当前情况下定子电压为400V，同样当Vout=3V时，Vin为240V。所以可以得出Vin=（Vout/1000）*80000，通过检测Vout就可以知道对应的定子电压值。2.3电流传感器模块电路根据课设要求，需要监测定子电流。所以可以设计简单模拟电流传感器，输出信号为05V模拟信号，电流为毫安级别。此传感器电路的模拟信号输出端可以直接与单片机的AD转换端相连，通过中央处理器CPU进行AD转换，将结果传递给CPU后进行数据计算，并输出响应的结果。电流传感器

8、的电路如图2.3所示。图2.3电流传感器的电路根据电流传感器模块的原理图可以得到相应的计算公式，Vout电压变化为05V。根据电路图可以得出Vout=Vin*R3/(R1+1)(R2+R3)*R4,通过检测Vout就可以知道对应的定子电流值。2.4温度传感器模块电路 根据资料，电机材料的绝缘的温度等级分为 A级、 E级 、B级 、F级、 H级。对应的性能参考温度（） 80 、95 、100 、120 、145。不同的材料电机的性能温度是不一样的，所以必须针对不同电机进行工作运行温度监测。这里采用的是热敏电阻设计成的温度传感器模块进行实时温度检测，并将检测结果以模拟信号的形式传送给XS128的A

9、D端口。图2.4为热敏电阻实物图。图2.4热敏电阻实物图图2.5为热敏电阻的温度特性曲线，由该图可以看出，热敏电阻的温度特性曲线近似于一次函数的曲线，所以温度与电阻比近似为线性关系，可以将热敏电阻设计的温度传感器模块的A0口连接至XS128的AD端口检测计算机端的开发平台AD端口的转换结果可以判断出此时的温度，多次测量后可以求出线性比例系数。图2.5热敏电阻的温度特性曲线本系统设计要求可以设计出温度传感器模块，原理图如图2.6所示。该模块可以同时输出模拟信号以及数字开关信号，调节电位计可以改变该模块感知温度的灵敏度。图2.6温度传感器原理图图2.7热敏电阻温度传感器模块实物图2.5旋转编码器模

10、块此检测系统的电机额定转速低于1500转，所以我们可以采用400线（即单位时间400脉冲）的旋转编码器进行实时速度的测量，用支架将编码器固定在电机传动轴附近，将旋转编码器的转子与被测对象的转子通过齿轮咬合，使旋转编码器与电机同时运动。则旋转编码器产生的脉冲信号通过导线连接到XS128独有的脉冲累加器端口PT7，则可以实时对脉冲信号进行累加计算，通过多次试验采样确定额定转速时单片机PT7口所采集的脉冲数的数值，则通过if语句条件限定可以最终达到超出额定值报警的功能。图2.8为旋转编码器的实物图。图2.8旋转编码器的实物图2.6键盘模块电路 为了完善系统的功能可以适应更多的场合应用次系统，所以设计

11、键盘输入电路，可以供使用者在使用前根据个人需求进行报警定子电压、报警定子电流、报警工作温度、报警转速等设置，为了方便操作，本系统采用的是4个独立功能按键与44矩阵数字按键组成。44矩阵数字键盘原理图如图2.9所示，4个独立键盘原理图如图2.10所示，实物图如图2.11所示。 图2.944矩阵数字键盘原理图图2.10 独立键盘原理图 图2.11实物图2.7报警模块 为了跟好的提醒使用者当前电机的运行状态，设计了如图2.12的蜂鸣器报警电路，电路结构十分简单通过XS128的I/0口控制蜂鸣器的工作状态。图2.12蜂鸣器报警电路2.8显示模块 根据第一章的系统设计，本系统采用的显示模块为LCD128

12、64ZW液晶显示模块（带字库版本）图2.13、表2.0为12864的外扩尺寸介绍。图2.13LCD12864ZW液晶显示模块表2.012864的外扩尺寸介绍12864的引脚说明：XS128的I/0引脚丰富所以连接LCD12864的时候可以采用并行连接。12864的时序说明：第3章 系统软件设计3.1 程序流程系统上电后首先应该对各个应用模块进行初始化，初始化完毕后对键盘输入模块进行扫描输入，使用者可以根据的实际需求进行定子电压、定子电流、工作温度、工作转速的报警值进行设置，在显示模块LCD12864ZW上显示对应的数据。键盘设定结束后系统开始工作，进行3路AD采样及1路脉冲累加计数处理，对应的

13、处理结果和操作者设置的值做比较如果小于设置报警值，则系统不作出行为，继续采样；若大于设定报警值，则系统会跳到报警步骤，报警后若使用者不消除报警（即关闭电机或者手动降低电机相关工作参数）则系统会持续的报警直至使用者消除报警为止。设计的系统流程图如图3.0所示。图3.0系统流程图XS128对应的编程文件如下：/*头文件*/#include #include derivative.h /*总线时钟倍频设置此次设置为48MHZ*/void SetBusCLK_48M(void) CLKSEL=0x00; PLLCTL_PLLON=1; SYNR=0XC0 | 0X05; REFDV=0X80 | 0X

14、01; POSTDIV=0X00; _asm(nop); _asm(nop); while(0=CRGFLG_LOCK);/锁相环锁定 CLKSEL_PLLSEL=1;/选定外部时钟3.2 各模块程序设计3.2.1 3路AD模拟采样程序/* AD模块初始化程序*/void ADC_Init(void) ATD0CTL0=0x07; ATD0CTL1=0xc0; ATD0CTL2=0x40; ATD0CTL3=0xB0; ATD0CTL4=0xa8; ATD0CTL5=0x30; ATD0DIEN=0x00; /* AD模块采样程序*/void lightAverage(void) ulong

15、V_Realsum=0,I_Realsum=0,Tem_Realsum =0;int i; for(i=1;i=50;i+) /算数平均值滤波法 while(!ATD0STAT0_SCF); /等待转换完成 /累加求和/ V_Realsum += ATD0DR0; I_Realsum += ATD0DR1; Tem_Realsum += ATD0DR2; V_Real = V_Realsum/50;I_Real= I_Realsumsum/50;Tem_Real=Tem_Realsum/50; 3.2.2 1路脉冲累加程序/*PIT模块初始化*/void PIT_Init(void) PITC

16、FLMT_PITE=0; PITCE_PCE0=1; PITMTLD0=199; PITLD0=159; PITINTE_PINTE0=1; PITCFLMT_PITE=1; /*中断脉冲计数*/#pragma CODE_SEG _NEAR_SEG NON_BANKED void interrupt 8 Timer0_Onput(void) s+; TFLG1 |= 0x02; #pragma CODE_SEG DEFAULT3.2.3 4个独立键盘程序/*独立键盘程序*/void KeyProcess() if(K1=0) Delay_ms(10);/延时去抖 if(K1=0) while(

17、!K1); if(K2=0) Delay_ms(10);/延时去抖 if(K2=0) while(!K2); if(K3=0) Delay_ms(10); /延时去抖 if(K3=0) while(!K3);/等待K3键释放 if(K4=0)/K4键是确认键Delay_ms(10);/延时去抖if(K4=0)while(!K4);/等待K4键释放3.2.4 矩阵键盘程序/*矩阵键盘程序*/void keyscan() /需提前定义XS123PB4PB7口作为绝阵键盘的接受I/0口/ / scan1为PB口定义变量/if(scan1&0xf0)!=0xf0) /判键是否按下 delayms(30

18、); /延时30ms if(scan1&0xf0)!=0xf0) /二次判键是否按下 POPTB=0x0f; scan2= POPTB; keycode=scan1|scan2; /组合成键编 for(j=0;j=15;j+) if(keycode= key_codej) key=j; return(key); else POPTB =0xff;return (16);Void keydown(void) POPTB =0xf0; if(POPTB &0xf0)!=0xf0) keyscan(); 3.2.5 LCD12864显示程序/*显示程序*/定义显示数组/uchar const IC_

19、DAT=电机运行状态监测; uchar const IC_DAT1=V： V I： A; uchar const IC_DAT2=工作温度： ; uchar const IC_DAT3=工作转速： R; /* LCD12864初始化程序*/void initina2(void) delay(40); /大于40MS的延时程序 PSB=1; /设置为8BIT并口工作模式 delay(1); /延时 RES=0; /复位 delay(1); /延时 RES=1; /复位置高 delay(10); TransferData(0x36,0); delay(100); /大于100uS的延时程序 Tra

20、nsferData(0x36,0); delay(37); /大于37uS的延时程序 TransferData(0x3E,0); delay(100); /大于100uS的延时程序 TransferData(0x01,0); /CLEAR SCREEN delay(100); /大于100uS的延时程序 void initinal(void) /LCD字库初始化程序 delay(40); /大于40MS的延时程序 PSB=1; /设置为8BIT并口工作模式 delay(1); /延时 RES=0; /复位 delay(1); /延时 RES=1; /复位置高 delay(10); Transf

21、erData(0x30,0); delay(100); /大于100uS的延时程序 TransferData(0x30,0); /Function Set delay(37); /大于37uS的延时程序 TransferData(0x08,0); /Display on Control delay(100); /大于100uS的延时程序 TransferData(0x10,0); delay(100); /大于100uS的延时程序 TransferData(0x0C,0); delay(100); /大于100uS的延时程序 TransferData(0x01,0); /Display Cle

22、ar delay(10); /大于10mS的延时程序 TransferData(0x06,0); delay(100); /大于100uS的延时程序 /*传送指令程序*/void TransferData(char data1,char DI) WRD=0; RS=DI; delay(1); P0=data1; E=1; delay(1); E=0; /*字符位置显示程序*/void lcd_mesg(unsigned char const *adder1)unsigned char i; TransferData(0x80,0); delay(100);for(i=0;i16;i+) /32

23、 TransferData(*adder1,1); adder1+;void lcd_mesg1(unsigned char const *adder1) unsigned char i; TransferData(0x90,0); delay(100);for(i=0;i16;i+) /32 TransferData(*adder1,1); adder1+; void lcd_mesg2(unsigned char const *adder1) unsigned char i; TransferData(0x88,0); delay(100);for(i=0;i16;i+) /32 Tran

24、sferData(*adder1,1); adder1+; void lcd_mesg3(unsigned char const *adder1) unsigned char i; TransferData(0x98,0); delay(100);for(i=0;i16;i+) TransferData(*adder1,1); adder1+;void DisplayGraphic(unsigned char const *adder) int i,j;/*显示上半屏内容设置*/ for(i=0;i32;i+) TransferData(0x80 + i),0); TransferData(0

25、x80,0); for(j=0;j16;j+) TransferData(*adder,1); adder+; /*显示下半屏内容设置*/for(i=0;i32;i+) TransferData(0x80 + i),0); TransferData(0x88,0); for(j=0;j16;j+) TransferData(*adder,1); adder+; 3.2.6 系统程序整体设计总结 系统整体设计比较复杂。但是系统按照功能可分成几个模块，针对各个模块进行硬件设计、软件编程就比较简单，将复杂的程序简单化，以上为几个模块的部分编程程序，XS128编程采用的是C语言或C+语言，以上部分程序

26、为C语言编程所成。第4章 设计总结本课设针对大功率电动机运行状态监控计算机系统设计，提出了用XS128单片机控制整个电机运行状态监控的方法。整个系统按照功能分为传感器模块、显示模块、键盘模块、报警模块及相关电路组成。本系统在设计时首先设计电压传感器、电流传感器、温度传感器、速度传感器采集物理参数转化为模拟信号，然后通过A/D转换器转换成XS128单片机可识别的数字信号，将其送入XS128单片机中进行处理，随后将数据传送至显示模块再进行与设定报警值进行比较，单片机会赋予执行结构相关行为。系统可以完成课程设计的设计要求。 此次设计涉及单片机、传感器、C语言、数字电路、模拟电路等相关知识。知识涉及量

27、广，我在此次课程设计中学到了很多知识，通过图书馆查阅资料和网上查阅资料学到了许多课本上并没有介绍的专业相关知识。参考文献1 章德龙单元机组集控运行北京：中国电力出版社,1993：2 刘吉臻协调控制与给水全程控制北京：中国电力出版社,1995：83-853 李遵基热工自动控制系统北京：中国电力出版社,1997：4 张玉铎王满稼热工自动控制系统北京：水利电力出版社,1985：5 赵润林单片机原理与应用教程北京：北京大学出版社,2005：14-166 刘刚单片机原理及应用北京：中国林业出版社,2006：5-237 吴勤勤控制仪表及装置北京：化学工业出版社,2002：40-1058 吴永生单片机与热工测量及仪表北京中国电力出版社,1995：242-2499 郑学坚微型计算机原理及应用北京：清华大学出版社,2004：137-15110 谢剑英微型计算机控制技术北京：国防工业出版社,2001：45-5511 陈章龙实用单片机大全哈尔滨：黑龙江科学技术出版社,1989：12 庞仕高.中国电子杂志 J1998.6 ：13 邓星钟.单片机PID控制M.华中科技大学出版社,2002.5：14 XS128中文系统手册 M.飞思卡尔公司,2002.6： 15 廖常初.单片机编程及应用 M.机械工业出版社,2002.4 ： 16 金以慧.单片机控制 M.清华大学出版社,1993.4：