基于PIC单片机电动机智能软起动控制器毕业设计

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1、SHANDONG毕业设计说明书基于PIC单片机电动机智能软起动控制器设计学 院：电气与电子工程学院 专 业： 自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2012 年 6 月摘要摘要本设计是一个电动机软启动控制系统，对电动机的启动进行控制，使大容量电动机的启动电压从某一值逐步升高，以减少电动机的启动电流，从而保护电机和周边的用电设备。在大型电动机的启动过程中，往往会存在很大的冲击电流，污染电网，损坏电机绕组。针对此，需要对大中型异步电机在启动时的冲击电流问题及各类降压启动的方式进行分析研究。引出启动装置软启动器的原理、功能和特点，以及针对软启动出现的问题提出改进意见和观点，对于完善软启动器在控制

2、功能和普及应用起到探讨作用。由于现代技术快速的发展，智能方式的软启动器得到人们广泛应用。智能的软起动器是一种用来控制异步电动机的新设备，它集成了电动的机软启动、软停车和轻载节能，还有多种保护功能为一起电动机控制装置，在国外把它称为Soft Starter。它不仅实现了在整个起动过程中无冲击而平滑的启动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的参数，如限流值、起动时间等。设计的电机软启动控制器是专为中高压三相交流电机降低启动电流而它在大功率电机启动过程中，通过控制电机的电流,避免直接启动中启动电流和冲击力对电机自身、电机负载、电网以及同电网其他设备造成的影响和损害，提高电网的工作效率，从

3、而达到启动和保护设备的作用。关键词：电动机，软启动，单片机IAbstractAbstractThe design is an electric motor soft start control systems, control the motor starting, the start of large-capacity motor voltage is gradually increased from a value, in order to reduce the starting current of the motor, thereby protecting the motor and

4、the surrounding electrical equipment.Large motor starting process, often there will be a great impact on current, the grid of pollution, damage to the motor windings. For this, the need for large and medium-sized induction motor during start-up the impact of current problems and various buck starts

5、were analyzed. Leads to the boot device soft-start principle, functions and features, as well as for the soft-start problems and suggest improvements and point of view, to explore the role play to improve the soft-start control functions and wider application of.Due to the rapid development of moder

6、n technology, the soft-start of the smart way people widely used. Intelligent soft starter is used to control asynchronous motors of the new equipment, which integrates the electric machine soft start, soft stop and light-load energy-saving, there are a variety of protection functions with the motor

7、 control device, it said in a foreign country the Soft the Starter. It is not only in the entire starting process no impact on the smooth start the motor, and can be adjusted according to the characteristics of motor loads during startup parameters, such as current limit and start-up time.Design of

8、motor soft-start controller is designed for medium and high voltage three-phase AC motor to reduce the starting current in the high-power motor to start the process by controlling the motor current, to avoid direct start to start the current and the impact on the motor itself, the motor load , power

9、 grids, and other devices of the same power grid caused by the impact and damage, to improve the work efficiency of the grid, so as to achieve the role of start-up and protection equipment.Keywords: motor, soft start, SCM目 录目 录摘要Abstract 目 录 第一章 绪论 11.1 课题研究的目的意义 11.2 软启动的发展现状 21.3设计内容和技术要求31.3.1系统的

10、硬件设计模块 31.3.2系统的软件设计模块 31.3.3主要设计的技术指标与参数 41.4 实现的功能 4第二章 课题的关键技术52.1 软启动器的工作原理52.2 软启动器启动方式52.3 PID控制 72.4 PWM输出9第三章 系统硬件的设计 103.1 PIC16f916芯片103.1.1 PIC16F916单片机简介 103.1.2 引脚功能123.2 电流检测电路设计133.3 缺相检测133.3.1光电耦合器 133.3.2 缺相检测电路 143.4 显示电路143.5 键盘电路163.6 继电器电路 183.6.1 旁路继电器183.6.2 远程继电器193.7 电源设计 1

11、93.8通讯电路设计203.8.1 RS485通讯协议 203.8.2 MAX485 22第四章 软件设计 234.1 资源分配 234.2 系统初始化 234.3 系统主流程图 244.4 子流程图 264.4.1 显示模块流程图264.4.2 串行通讯流程图264.4.3 初始化流程图274.4.4 键盘扫描流程图27第五章 误差分析 295.1 软启动器的常见故障 295.2 误差分析 29总结31致谢32参考文献33III第一章 绪论第一章 绪论1.1 课题研究的目的意义电动机在起动的时候电流高达额定电流的58倍，这样就对电网造成较大干扰，尤其在工业领域中的重载起动，有时可能对设备安全

12、构成严重威胁。传统的降压起动方式，如星三角减压起动、自耦变压器减压器起动等，这些启动方式要么起动电流和机械冲击过大，要么体积庞大笨重、损耗大，要么起动力矩小等等，都不尽人意。软启动技术不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑地起动电动机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数如限流值、起停时间等，以达到最佳的起停状态。软起动器是一种用来控制异步电动机的新设备，它集成了电动的机软启动、软停车和轻载节能，还有多种保护功能为一起电动机控制装置，在国外把它称为Soft Starter。它的主要构成就是串行连接在电源和被控制的电动机之间的两个三相的反并联闸管和其对电动机控制的电子控制电路。它可以运

13、用不同的方法来，控制两个三相的反并联晶闸管的导通角来，使被控的电动机的输入电压按照不同的要求来变化，这样就可以来实现许多不同的功能。现在人们所使用的软启动器，一般都是用的单片机来作为控制中央的控制核心来完成各种测量和各种算法，用程序来自动的控制整个起动过程。它通过单片机和相应的PWM电路来控制两个反并联的晶闸管的触发角的大小，从而来改变了反并联晶闸管的导通时间，最终就可以改变加到电动机三相绕组的电压大小。由于电动机转矩近似与定子的电压的平方成正比，电流又和定子的电压成正比。这样，电动机的起动转矩和起动电流的限制就可以通过用定子的电压来控制实现，而定子的电压又是可以通过用可控硅的导通的相角来控制

14、的，因此不同的初始相角则可以实现不同的端电压，电动机的起动转矩与起动电流的最大值都是可也根据负载来设定的,可以实现不同负载的起动要求。电动机起再动过的程中，随着两个反并联晶闸管的导通角不断增大，晶闸管的输出电压则也不断增加，电动机是从零开始加速，直到两个反并联晶闸管全导通，从而实现电动机的无级平滑的起动，并使电动机工作在额定电压的机械特性上。1.2 软启动的发展现状 软起动器于上世纪80年代初在国外得到应用，90年代初引入国内。但由于其相对昂贵的价格和认知度较低等原因，一直未引起中国用户的重视。近四五年，随着人们对软起动器的逐渐了解和认同，才得到了广泛的应用，并保持快速增长的势头。并有专家指出

15、：如果电机的制造机理短期内不发生革命性的变革，只要有电机，就有软起动器的市场，软起动器未来的市场需求将稳定在1015亿从我国软启动器的国内外品牌竞争格局看，随着我国软启动器技术的不断成熟，生产企业数量的不断增多，目前我国国内品牌的市场占有率已达到40%的市场份额，而国外品牌份额近年来也有所下降，我国软启动器自有品牌在国内市场竞争中正逐步占据主导地位，尤其在低压软启动器市场，完全占据主导地位。发达国家的电动机软起动产品的竞争领域主要在固态软起动装置：晶闸管软起动和兼作软起动的变频器，尤其是中高压领域，低压软启动器产品较少。在生产工艺兼有调速要求时，当然采用变频装置，在没有调速要求的使用场合下，起

16、动负载较轻时（例如风机、水泵）采用晶闸管软起动，在重载或负载功率特别大的时候，使用变频软起动。晶闸管软起动装置是发达国家软起动的主流产品，各知名电气公司均有自己晶闸管软起动的品牌，有瑞士的ABB、法国的施耐德、德国的西门子、美国的罗克韦尔、丹麦的丹佛斯等，在其功能上又各具特色。能够生产中压（610KV）晶闸管软起动产品的厂家不多。晶闸管软起动装置的最高电压等级为12KV，最大容量为5000KW。而液态软起动由于其产品的种种缺点，液态软起动产品在降压软起动领域难有立锥之地。发达国家生产的液态软起动产品，一律用在中压绕线转子电动机软起动中。随着电力电子技术和微机控制技术的发展，国内外相继开发出以晶

17、闸管为主电路元件、单片机为控制核心的电子型起动设备，用于异步电动机的起动控制，以取代传统减压设备。它平滑了异步电动机加速过程，大大减缓了对电网的冲击，减轻对机械设备的振动；而且可根据电动机负载特性调节起动过程的各种参数，增加了对不同负载的适应；同时具有节能和对电动机的多种保护功能，进而增长电动机本身及被拖动设备的使用寿命。目前国外的知名公司有瑞士的ABB、法国的施耐德、德国的西门子、美国的罗克韦尔等。占我国国内市场60%的市场份额。我国国内的公司有上海雷诺尔、上海西普、上海和平、长沙奥托、西安西驰等。占国内市场40%的市场份额。在我国品牌的竞争格局中，目前软启动器市场集中度较高，和平、雷诺尔、

18、奥托市场份额已经超过50%，在国内全部品牌竞争中占有率超过30%。从目前的市场情况看，国外品牌由于具备技术以及质量等部分优势，短期内难以大幅改变市场的竞争格局，随着软启动器技术的不断发展，我国国内品牌的市场占有率快速提高，而国外品牌在我国市场的份额下降幅度有减小的趋势。1.3设计内容和技术要求1.3.1系统的硬件设计模块缺相检测，电流测量电路的设计；PIC单片机键盘和LCD显示电路的设计；或HS12832-4LCD显示电路的设计；PIC单片机与PWM控制电路的设计；开关电源电路的设计，开关量输出电路设计；旁路继电器电路的设计；RS485串行通讯接口电路的设计。1.3.2系统的软件设计模块系统初

19、始化及主程序的模块设计；电流测量数据采集及滤波程序的模块设计；中断处理、定时器处理程序的模块设计；LCD显示程序和自诊断程序的模块设计；PWM控制程序；RS485串行通讯程序；等1.3.3主要设计的技术指标与参数两行液晶显示，显示运行电流、电压、软起、软停时间等；CPU芯片 PIC16f916，实现键盘设计灵活，两行LCD汉字显示直观。电流测量精度 0.5级系统电源 5Vdc，max500mA综合精度 0.5级掉电存储 存储设置的信息；1.4 实现的功能电动机软起动时,是通过软起动器来控制器控制两个三相反并联闸管的导通角，从而来实现调压。本文主要实现电压斜坡升压启动，恒定电流启动，和转矩突跳启

20、动。用芯片HS12864-4来实现启动时的各项显示。并在正常运行时用旁路继电器来代替晶闸管正常运行。在停止时还可以用晶闸管来实现软停车。还可以通过缺相检测来实现电压的缺相保护。还设计了串行通讯，实现多台电动机之间的信息通讯。图1-1主框图- 35 -第二章 课题的关键技术第二章 课题的关键技术2.1 软启动器的工作原理软启动器就是一种用来控制三相交流电动机的专用产品，它实现了交流电动机的软启动、软停车、轻载节能和多种保护，其功能完善，性能优越，可以实现工业电动机控制的需要，从而替换了传统的Y/启动与自耦变压器启动方式的控制。软启动器就是用两个三相反并联的晶闸管来调节电动机的启动电压，把它接在电

21、源和电动机之间，和三相全控整流电路相似。软启动器在启动电动机的时候，两个三相反并联晶闸管的输出电压就不断增加，从而电动机的转速也就逐步加速，直至两个反并联晶闸管完全导通，使电动机完全工作于额定电压机械特性上，从而达到了平滑的启动，大大减小了启动的电流，避免了启动时过流跳闸，再等待电动机达到了额定的转速以后，整个启动的过程就结束了。在正常运行的过程中软启动器是可以自动的链接上旁路接触器来代替运行的两反并联晶闸管，来提供电动机正常运行时所需要的电压，以减小两反并联晶闸管的热损耗，做到了使软启动器的寿命更加的长并提高它的工作效率。软启动器还提供了软停止的功能，软停止与启动过程正好是相反的，电压逐步降

22、低，电动机的转速逐渐下降至零，避免了自由停车时引起的转矩冲击。2.2 软启动器启动方式(1) 斜坡升压软启动 输出电压由小到大斜坡线性上升，将传统的有级降压起动变为无级降压起动，主要用于重载起动。它的缺点是起动转矩小，转矩特性呈抛物线形上升，对起动不利； 起动时间长，对电机不利。改进的方法是采用双斜坡起动:输出电压先迅速升至U，为电机起动所需的最小转矩所对应的电压值。然后按设定的速率逐渐升压，直至达到额定电压。初始电压及电压上升率可根据负载特性调整。这种起动方式的特点是起动电流相对较大，起动时间相对较短。图2-1 斜坡升压启动方式(2) 斜坡恒流软启动 这种启动方式是在电动启动的前阶段电流逐渐

23、增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定，直到启动完毕。启动过程中，电流上升变化速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则启动转矩大，启动时间短。这种启动方式的优点是起动电流小，且可以按需要调整起动电流的限定值，缺点是由于在起动时难以知道起动压降，不能充分利用降压空间，会损失起动力矩。该启动方式是应用最多的启动方式，尤其适用于风机、泵类负载的启动。图2-2 恒流启动方式(3) 带突跳启动方式带突跳的启动方式主要是用于有带重载的电动机，例如磨粉机、搅拌机、带皮带的传送机等，因为它们的静阻力矩很大，所以在启动时就得加载一个短时大启动力矩，来克服这些电机的较大的静摩擦。接着启动转矩再迅速的

24、逐渐上升，以减短启动的时间。带突跳的启动方式对电网会发出尖脉冲，会干扰到其它的运用负荷，所以对其使用要特别的注意。图2-3带突跳的启动方式2.3 PID控制按偏差的比例，积分和微分进行控制（称为PID控制）是在系统控制中用的最多的控制技术。在实际的运行经验与理论分析看，这种控制在许多的过程控制中，都得到了满意的结果。但是，想要计算机来进行PID控制，也不是那么容易的。它不是简单的让模拟PID数字化，也是和计算机进一步的结合，实现逻辑功能的判断，使得他在控制中更加的灵活，满足所有生产过程中的参数。PID调节按其调节规律可分为比例调节、积分调节和微分调节等。下面分别介绍他们的作用。 比例调节比例调

25、节环节的作用的大小，除了和偏差e(t)有关外，主要取决与比例系数Kp。Kp越大，调节的作用就越是强大，动态性能也越好；反之，Kp越小，调节的作用就越是弱小。但是由于大多数饿惯性环节，Kp太大，因此就会出现自激振荡。比例调节环节有着静差缺点的存在，属于有差调节。扰动比较大，而惯性也比较大的系统，如果是采用单纯的比例调节，那么就难以兼顾动态还有静态的特性，因此需要采用比较复杂的调节规律。 比例-积分调节在PI调节器中，只要偏差e(t)的存在，积分调节就会开始运行，对给入的偏差量进行积分运算，使的积分调节器输出开始逐渐的变化，直至给出的新的值不再出现偏差，因此PI调节器就可以实现比例调节快速性和积分

26、调节除去偏差相结合起来的作用，以改善系统特性。 比例-微分调节运用积分调节器可以除去偏差，从而使系统的静态特性得到了改善。然而，有时遇到的受控对象有着很大的惯性环节，这样用PI调节器是不可能实现满意的调节。当有微分调节作用添加在里面时，就算有偏差的存在，只要偏差值不是很大，就可以根据偏差的变化规律，给出微分调节来将偏差消除，这是微分调节器的作用，由于微分调节及时，可以大大减小系统的动态偏差及调节时间，从而改善过程的动态品质。 比例积分微分调节（PID）为了进一步改善调节品质，往往把比例、积分，微分三种作用结合起来，形成PID作用调节器。PID调节器无论从静态，还是从动态的角度看，调节品质均得到

27、了改善。数字PID控制算法实际上，位置式与增量式控制对整个闭环系统并无本质区别，只是将原来全部由计算机承担的算式，分出一部分由其它部件去完成。但增量式具有如下的优点：由于计算机每次只输出控制增量，故机器故障时影响范围就小；手动-自动在变换时的冲击是很小的；算式是不必叠加的，而连续几次采样的到的值是确定控制增量的所需值，运用加权处理时可以得到比较好的控制效果的。 控制输出对于不同的控制算法，可以设置不同的控制系数，来实现PID调节。通过调节参数来实现不同的PID调节，在编程实现中，可以提前把试验好的参数写入ROM，做成数据表。2.4 PWM输出PWM脉宽调制系统，是“Pulse Width Mo

28、dulation”的英语缩写，简称脉宽调制，它就是运用单片机输出的数字信号来控制模拟的电路。脉宽-调制就是用来实现模拟信号的控制，它是通过控制和调节晶闸管的导通角度，来改变晶体管的导通时间，这样就可以让电源输出的电压保持在恒定的工作条件下。随着现代科技技术的不断发展进步，出现了许种PWM控制技术，其中有：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等。而本文是用的脉宽PWM法， PWM脉宽调制可以把模拟信号编码成数字信号。它运用具有比较高分辨率的计算器，来编码模拟信号。PWM脉宽调制的信号是数字的并且在每个时刻，要么是满幅值的直流供电，要么就是没有幅值。电源给出的是

29、通或断的重复脉冲信号，用于加载到模拟的负载上去的。开通就是当直流电源加载到负载上去的时候，断开就是直流电源被断开的时候。PWM脉冲调制可也编码任意一个具有足够的带宽的模拟信号。PWM脉宽调制有个重要的结论：加载到有惯性环节的窄脉冲信号时，只要窄脉冲的冲量信号相等就算是形状不同，它得到的接果也差不多是相同的.PWM脉宽调制技术以这个结论作为理论的基础，来控制半导体的导通于关断,从而就得到了脉冲的幅值相同但脉冲的宽度不相同的脉冲信号使，这样就可以用所得的这些脉冲信号的替换正弦波信号或其他的波形信号。还可以通过PWM脉宽调制调解脉冲的宽度，来得到一个电压和频率都可以改变的输出信第三章 系统硬件的设计

30、第三章 系统硬件的设计3.1 PIC16f916芯片3.1.1 PIC16F916单片机简介单片机的选择是需要考虑很多因素的，对于本设计来言，有多种的微处理器芯片可提供选择，例如PIC单片机、51单片机、MSP430单片机等。本设计选用PIC16F916单片机。该单片机的特点：高精度内部振荡器：出厂设定的精度校准值为 1% （典型值）；频率使用范围为 125 kHz到8MHz ；可以用软件调节；双速启动模式；适用于关键应用的晶振故障检测；在节能模式下工作时可进行时钟模式切换；宽工作电压范围 （2.0V 到5.5V）；上电复位 （Power-on Reset，POR）；上电延时定时器 （Powe

31、r-up Timer，PWRT）和振荡器起振定时器 （Oscillator Start-up Timer，OST）；带软件控制选择的欠压复位 （Brown-out Reset，BOR）；带片上振荡器 （可由软件选择预分频比，当预分频比最大时其标称值为 268秒）并且可软件使能的增强型低电流看门狗定时器；与上拉 /输入引脚复用的主复位；CPU的特性：PIC16F91X/946 系列器件包含的许多特性旨在最大限度地提高系统的可靠性，通过减少外部元件将成本降至最低，并且还提供了低功耗和代码保护功能。 这些功能包括：复位：上电复位 （POR）；上电延时定时器 （PWRT）；振荡器起振定时器 （OST）

32、；欠压复位 （BOR）；看门狗定时器 （WDT）；振荡器选择；在线串行编程；PIC16F91X/946系列器件有两个用于提供必要的上电延时定时器。 其中的一个是振荡器起着振定时器（OST），它可以保证芯片的晶振器在达到稳定前是一直处在复位状态下的。 而另一个就是上电延时定时器（PWRT），它只是在单片机上电时提供64ms（标称值）的时间延时，这样就保证了单片机在对其供电电压达到稳值前是处在复位的状态下的。当单片机是欠压的状态时，同样有可使器件复位的电路，该电路使的单片机电压的上电延时定时器提供了至少 64ms的时间延时复位。具有这三种片上功能，大多数应用将不需要外部复位电路。休眠模式是为提供一

33、种电流消耗很低的掉电工作模式而设计的。 用户可通过以下方法将器件从休眠模式唤醒：外部复位；看门狗定时器唤醒；中断；还有几种振荡器可供选择，以使器件适应各种应用。 选择 INTOSC 可节约系统的成本，而选择 LP 晶振可以节能。3.1.2 引脚功能外部结构引脚图如图3-1所示，引脚功能简介如表3-1所示，表中没有按引脚号进行介绍，而是通过引脚的名称进行介绍，有些是同一个引脚复用功能也根据名称进行了介绍。图3-1 单片机的管脚图表3-1 引脚功能简介名称功能简介RA0RA7 RB0RB7 RC0RC7 通用的I/O口SEG0SEG15LCD的模拟输出VLCD1VLCD3LCD模拟输入T0CKI，

34、T1CKITimer的时钟输入RX，TX异步串行发送与接收INT外部中断带有内部上拉功能的主复位引脚AN0AN7模拟输入通道单片机电源单片机接地参考3.2 电流检测电路设计图3-2 电流检测电路3.3 缺相检测 3.3.1光电耦合器光电耦合器的工作原理：耦合器是以光为媒介传输电信号的电路，如图3-3所示。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光电耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就

35、完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向导通的特性，这样就拥有了比较好的隔绝电的能力。然而光耦合隔离器的输入信号属于低阻元件型，因此有比较强的共模抗干扰能力。光耦合隔离器在长距离传输信息过程中能够较大提高讯噪比。并可以在微机数字通信和实时控制中当作信号隔离的接口器件，这样就增加了微机在工作时的可靠性。图3-3 光电耦合电路3.3.2 缺相检测电路如果处于正常工作状态时，当给电路通正向交流电时，电路一边给电容充电，一边与p5的零线构成回路，当给电路通负向电流时，电容放电，再次构成回路；当电路处于缺相状态时，电容无法充电，电路无法形成回

36、路，即说明电路缺相。图3-4 缺相检测电路图3.4 显示电路HS12864-4 系列中文图形液晶模块的特性主要由其控制器ST7920 决定。ST7920可以同时当作控制器和驱动器，它可提供33路com 输出和64路seg输出。在驱动器ST7921的配合下，最多可以驱动25632点阵液晶。HS12864-4硬件特性如下： 提供8位，4位并行接口及串行接口可选； 并行接口适配M6800时序； 自动电源启动复位功能； 内部自建振荡源； 6416位字符显示RAM（DDRAM 最多16字符4行，LCD 显示范围162 行）； 2M位中文字型ROM（CGROM），总共提供8192 个中文字型（1616 点

37、阵）； 16K 位半宽字型ROM(HCGROM)，总共提供126 个西文字型（168 点阵）； 6416位字符产生RAM（CGRAM）；HS12864-4软件特性如下： 文字与图形混合显示功能； 画面清除功能； 光标归位功能； 显示开/关功能； 光标显示/隐藏功能； 显示字体闪烁功能； 光标移位功能功能； 显示移位功能； 垂直画面旋转功能； 反白显示功能； 休眠模式； 图3-5 HS12864芯片管脚配置HS12864-4芯片的引脚功能如下表3-2所示。表3-2 HS12832-4引脚引脚引脚名称备注1KLED背光接地2ALED背光电源3RST复位信号4PSB平行、串行模式选择5-12DB0-

38、DB7数据线13E启动信号，允许信号14R/W读写信号15RS片选16V0对比度调节17VCC逻辑电源18GND电源地HS12864-4是一个12864（显示8个中文字库4行）点阵式LCD显示器，其工作电压为5V。单片机与HS12864-4芯片的连接以及其复位电路如图3-6所示。3.5键盘电路人们在运用微机时，是通过运用键盘来实现人与微机之间的通讯。使用时运用键盘向微机写入各种操作信息和数据信息。所以系统的可靠性与稳定性直接由设计者设计的键盘的功能模块密切相关。识别键盘按键可以分为两个步骤进行：第一步，识别是否有按键按下；第二步，如果有按键键按下，就识别出这个按键。具体说明如下：识别键盘是否有

39、按键按下的方法；让所有列线均置为0 电平，检查各个行线是否有变化，如果有变化，则说明有键被按下，如果没有什么变化时，就可以说明没有按键被按下。要识别出具体的按键的方法有：每一列按键逐步的设为零电平，而其它的各列都置为高电平，再开始检测各个行线上的电平变化，如果有某一行上的电平从高电平变为低电平时，就可业确定该行该列交叉点的按键是被按下了。图3-6 显示驱动电路图3-7 键盘电路图3.6 继电器电路继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护

40、、转换电路等作用。继电器在本设计中的作用是当检测电路检测出有缺相、过流现象等其他故障时，继电器断开，停止向电机供电，并进行故障显示。为了避免自动控制系统受到强电回路的干扰，可应用光电耦合器将自动控制系统的控制信号与强电回路进行隔离。3.6.1 旁路继电器大多数软起动器在晶闸管两侧有旁路接触器触头，其优点是：（1）控制柜具有了两种起动方式（直接起动、软起动）。（2）软起动结束，旁路接触器闭合，使软起动器退出运行，直至停车时，再次投入，这样即延长了软起动器的寿命，又使电网避免了谐波污染，还可减少软起动器中的晶闸管发热损耗。其电路图如图3-8 所示。当软起动结束后，单片机由RA3发出一个脉冲信号，继

41、电器闭合。当需要软停止时，单片机由RA4发出一个脉冲信号，继电器断开，转入晶闸管工作状态。图3-8 旁路继电保护控制电路3.6.2 远程继电器对于远程的信号传送，可以通过以下电路，第一个继电器进行故障信号的传送，当出现故障时，继电器吸合，故障显示灯亮。第二个继电器进行运行信号的传送，正常运行时继电器吸合，运行显示灯亮。图3-9 远程继电保护控制电路3.7 电源设计本电路是为整个电路供电，电网提供的交流电一般为220V（或380V），而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同。因此，常常需要将电网电压先经过电源变压器，然后将变换以后的副边电压再去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。

42、电源电路各个组成部分及各部分的功能： 三相桥式整流电路。整流电路的任务是利用二极管的单相导电性，把正、负交变的50Hz电网电压变成单方向脉动的直流电压。本设计采用桥式全波整流，每个二极管轮流导通半个周期，因此其输出波形正半轴不变，负半轴上翻。 滤波电路。整流电路只是将交流电变换为单方向的脉动电压和电流，由于后者含有较大的交流成分，通常还需在整流电路的输入端接入滤波电路，以滤除交流分量，从而得到平滑的直流电压。在构成方面，主要是利用电容两端的电压不能突变的特点。本设计选用大容量电解电容100uF/25V作为低频滤波，选用普通0.1uF电容作高频滤波。 稳压电路。整流滤波后的电压是不稳定的，在电网

43、电压或负载变化时，该电压都会产生变化，而且纹波电压又大。所以，整流滤波后，还须经过稳压电路才能使输出电压在一定的范围内稳定不变。这里选用7805和7812稳压器，输出+5V和+12V稳压，分别给单片机和其它芯片提供电源。图3-10 电源电路图3.8通讯电路设计本设计的系统为主从是的半双工串行通讯系统，采用RS485通讯协议。3.8.1 RS485通讯协议RS485通讯协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。此协议决定了每个控制器须

44、要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息按本协议发出。控制器通信使用主从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则从设备不作任何回应。协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误(无相应的功能码)，

45、或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。在对等网络上，控制器使用对等技术通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通信过程中，控制器既可作为主设备也可作为从设备。在消息位，本协议仍提供了主从原则，尽管网络通信方法是“对等”。如果一控制器发送一消息，它只是作为主设备，并期望从设备得到回应。同样，当控制器接收到一消息，它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。查询回应周期 查询查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。 回应如果从设备产生一

46、正常的回应，在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。数据段包括了从设备收集的数据。如果有错误发生，功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的，同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。 传输方式控制器能设置传输模式为RS485串行传输，通信参数为9600，n，8,1。在配置每个控制器的时候，在一个网络上的所有设备都必须选择相同的串口参数。每个字节的位1个起始位；8个数据位，最小的有效位先发送； 1个停止位；3.8.2 MAX485MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS485芯片。 采用单一电源+5 V工作，额定电流为300UA，采用半

47、双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；和DE端分别为接收和发送的使能端，当为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常简单。只需要一个信号控制MAX485

48、的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100的电阻。可以串行口取电，可以驱动MAX232与MAX485实现通信。没加负载时电压有5.16V，加负载后降制3V左右。图3-11 通讯部分电路图第四章 软件设计第四章 软件设计4.1 资源分配Timer0：定时100ms；PORTA：RA0、RA1、为开关量输入，RA2为电流输入，RA3、RA4、RA5、RA6、RA7为开关量输出；PORTB：RA4、RA5、RA6 为电压输入；PORTC：为控制LCD显示、键盘和MAX485通讯输出；4.2 系统初始化Void start() TRISA5=1； TRISC0=0； /串行DAC输

49、出 TRISC1=0； TRISC2=0； TRISC3=0； /LCD显示电路控制 TRISC4=0； TRISC5=0；/键盘扫描 TRISB0=0； TRISB1=0； TRISB2=0； TRISB3=0； TRISB4=1； /列输入 TRISB5=1；/在线调试和程序固化 TRISB6=1； TRISB7=1；/定时器及中断的初始化Void sciinitial() /串行通信初始化 TRISA4=0； /串行通信发送接收使能端 TXSTA=0x04； RCSTA=0x80； TRISC= TRISC|0x80； TRISC= TRISC&0Xbf； SPBRG=19； TRISC

50、6=0； TRISC7=1；4.3 系统主流程图系统每次上电时都要进行初始化，读取程序储存器里的参数，读取的内容包括系统的启动方式，启动时间，启动电压等等。初始化程序包括单片机的初始化和并行液晶驱动芯片HS12864-4控制字，然后打开中断，开始扫描键盘，处理键盘各个键的命令。在开始选择是否要启动，还是已启动了。如果选择启动，那再开始选择启动的方式；如果是已启动了则要判断是否要接着正常运行。再到显示屏显示当前的状态，启动或停止；启动的方式；启动的时间；启动的电压。然后再判断是否到了一个周期，到了就跳到扫描键盘，开始下一次循环。如果没有到一个周期，那就接着刷新显示。图4-1主流程图4.4 子流程

51、图4.4.1 显示模块流程图该模块为控制LCD显示的部分。通过读写操作来完成当前状态，启动方式，启动时间，启动电压的显示。同样的原理可以实现DAC串行数据输出的转换。图4-2 显示模块流程图4.4.2 串行通讯流程图图4-3 串行通行流程图串行接口（Serial Interfac）是指数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。 一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但送速度慢。串行通讯

52、的距离可以从几米到几千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。4.4.3 初始化流程图对于不同的单片机都要进行初始化，来达到对各种资源定义和使用的目的，明确资源所处于的状态，初始化部分流程图如下：图4-4 初始化子程序流程图4.4.4 键盘扫描流程图按键设置在行、列的交点上 ,行列线分别连接到按键开关的两端 ,行线或列线通过上拉电阻接到 + 5V上。平时无按键动作时 ,处于高电平状态 ,而当有键按下时 ,电平状态将发生改变。这一点是按键识别的关键所在。由于矩阵键盘中行线和列线为多键共用 ,各按键均影响该键所在的行和列的电平 ,即各键相互间有影响 ,必须协调处理。

53、以下四键盘扫描流程图：图4-5 键盘扫描流程图第五章 误差分析第五章 误差分析5.1 软启动器的常见故障软启动器的故障大体分如下几种。 电动机起不来电动机起不来的原因大致分两种情况：一是六只晶闸管的其中一只触发不可靠或是不导通，此时一相电路通过的是半波直流，电动机的两相绕组通过的直流对电动机起到了制动作用，不仅电机起不来，严重的还会烧毁电机和晶闸管。二是启动参数或起动曲线不合适造成电机起不来，这是常见故障。 晶闸管烧毁晶闸管击穿或爆炸，此类故障不分国内外品牌，因厂家而易，但都比接触器的故障率低，而且主要问题出现在饼式倡闸管的安装工艺上。 控制器烧损相对于软启动器来讲，控制器烧毁故障是最严重的。

54、主要是控制器的电源和触发电路以及输入电路三部分容易烧毁。 软起动器误动作电动机在运行的装态下因软起动器受干扰而停机，在停止状态下因软起动器受干扰而起动是时有发生，前者较普遍，后者只有两个品牌发生过。究其原因，一是产品质量问题，二是和线路布局有关。 软起动器内部插接件接触不良软起动器内部插接件选用本来不是问题，这是国内厂家容易忽略的问题，经常出现故障。5.2 误差分析这里主要是控制误差和技术误差的分析：影响电动机软起动精度的主要有电压、电流控制和硬件设备的性能等因素。可以考虑采用PID控制调节取样的电流信号，完善PWM信号的输出。因为双向晶闸管不能长时间工作，在软起动过程完成以后，要切换到继电器

55、工作。保证晶闸管的使用寿命，也保证控制精度。总 结总 结本次设计历时十几周，设计按照任务书中的要求进行，查阅了大量的相关资料，学习了设计中要用到的解决问题的方法和思路，最终完成了任务书中规定的工作内容和研究目标。智能控制器是嵌入式系统控制晶闸管的触发角，从而控制电动机的启动电压，这是其他传统启动方法无法相比的。它既能保证在负载要求的启动特性下平滑启动，降低对电网的冲击，又能保证电动机的可靠启动，具有过流、缺相、相序判断等保护，还可节能。该产品性能稳定，可靠性高，节电率可达33以上，功率因数提高2倍以上，软启动平稳，提高了电网供电质量。该项成果属于实用新型产品，集电机软启动、节电运行、多种保护于

56、一体。采用单片机控制的三相异步电动机软启动器具有功能完善、运行可靠、使用方便、成本低廉等特点，满足了企业对设备的可靠性、生产效率和资源优化等方面的要求，具有一定的应用价值。本设计在对软起动原理分析的基础上，采用单片机设计的软起动器,有效地减小了起动电流,从而减小了对电机及设备的损害，减小了电机起动时对电网的冲击，降低了企业生产成本，提高了劳动生产率，效果非常显著，并且有效地降低了软起动器的成本，提供了多种起动方式，比传统的软起动器更加智能，能适应复杂的工业控制环境。致 谢致 谢四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。这次毕业设计，是我们所

57、学课程的综合设计。设计过程中我们回顾学习了Protel99SE和C语言编程，还复习了有关单片机的知识，让我对这些课程有了更深的了解；在设计过程中，我还明白了做事应该认真负责，对人应该真诚，为我以后踏入社会打下了夯实的基础。本课题是在导师姜吉顺的悉心指导下完成的，在从事课题研究期间，导师不仅在理论上指导我，而且教授予我丰富的工程经验，使我受益匪浅。一直以来，导师在工作、学习和论文的完成过程中都给予我极大的关心、支持和帮助。从课题的研究到论文的撰写与审定，他都花费了大量的心血，在此深表感激。尤其是老师渊博的学识和严谨的治学态度，给我留下了深刻的印象，并使我终身受益。谨在此向我敬爱的导师致以崇高的敬

58、意和衷心的感谢!感谢同组的各位同学给予我的鼓励和帮助。在这个团体中我体会到了合作的重要性，我们相互学习、交流，并且学到了很多东西。同时衷心感谢我的父母多年来对我的抚养和教育，正是大家的关心和支持，我才得以完成本文。祝愿各位在以后的工作、学习和生活中一帆风顺，万事如意。最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师！谢谢！参考文献参考文献1 赵学军，党选举，等. 电机节能控制器的设计J . 单片机与嵌入式系统应用 ,2002 ,(9) :70 - 72.2 杨伟，吴茂刚，等. 农机化研究J . 电机软启动器的原理与应用，2005，（3）:50-603 黄俊，王兆安. 电力电子变流技术第三版M. 机械工业出版社，2001.4 姜志海. 单片机原理与应用.电子工业出版社.，2005.75 于海生. 微型计算机控制技术.清华大学出版社，1999.36 董传岱，于云华，等. 数字电子技术.中国石油大学出版社，2001.87 沈红卫.单片机应用系统设计实例与