電機(jī)過(guò)熱保護(hù)器設(shè)計(jì)范文
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第1章緒論
1.1課題來(lái)源
沈陽(yáng)某電機(jī)廠研制節(jié)能電機(jī)，為了用事實(shí)證明其電機(jī)節(jié)能，承諾客戶試用該電機(jī)一段時(shí)間(比如三個(gè)月)，客戶可將這段時(shí)間節(jié)省的電費(fèi)作為購(gòu)買電機(jī)的費(fèi)用。試用期到期后，電機(jī)的所有權(quán)歸客戶。但為了防止某些信用度較差的客戶在試用電機(jī)節(jié)電后，不給電機(jī)公司任何報(bào)酬且不歸還電機(jī)，所以有必要實(shí)現(xiàn)時(shí)間鎖定和密碼保護(hù)功能。試用時(shí)間到期后，電機(jī)將跳閘，并且顯示跳閘的原因（例如定義顯示數(shù)字1為超過(guò)設(shè)定時(shí)間），同時(shí)提供聲光報(bào)警。如果該客戶要繼續(xù)使用該電機(jī)，則必須向電機(jī)生產(chǎn)廠家索取密碼，此時(shí)廠家就可以按合同規(guī)定索要自己應(yīng)得的報(bào)酬。如果客戶履行合同，那么電機(jī)生產(chǎn)廠家可以重新設(shè)定到期時(shí)間。手動(dòng)按鍵復(fù)位后，電機(jī)可以繼續(xù)正常使用。
電機(jī)制造業(yè)的發(fā)展歷史己有近百年，隨著電機(jī)制造工業(yè)的發(fā)展，電機(jī)的單機(jī)容量不斷增大，技術(shù)指標(biāo)要求普遍提高。電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的單位體積損耗的增長(zhǎng)，引起電機(jī)各部分的溫度升高，進(jìn)而直接影響到電機(jī)的壽命和運(yùn)行可靠性。電機(jī)各部分的溫度成為電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中重要的性能指標(biāo)之一。為了檢查電機(jī)性能是否合格，保證電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須準(zhǔn)確測(cè)定電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)各部分的溫度。在新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，詳細(xì)規(guī)定了不同絕緣等級(jí)的電機(jī)繞組對(duì)應(yīng)的不同的繞組溫度。超過(guò)此規(guī)定溫度，電機(jī)壽命將會(huì)受到影響，甚至造成電機(jī)燒毀。電機(jī)設(shè)計(jì)中，既要提高電機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)，又要降低電機(jī)的原材料費(fèi)用、成本，提高加工工藝以減少成本支出，電機(jī)溫升是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)就成為主要矛盾之一。因此，準(zhǔn)確的估算并檢測(cè)電機(jī)的溫升，不僅可以保證電機(jī)的安全運(yùn)行，而且對(duì)提高電機(jī)的使用壽命、節(jié)約原材料和電能，以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)都有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。所以，該電機(jī)生產(chǎn)廠家同時(shí)提出了電機(jī)溫度保護(hù)的功能，如果電機(jī)溫度過(guò)高，則實(shí)現(xiàn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，以保護(hù)電機(jī)，將損失降到最小。
根據(jù)用戶的要求，我們進(jìn)行了大量的相關(guān)資料的查閱，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了溫度采集的功能，但是對(duì)于傳感器的安放以及設(shè)計(jì)是否合理，沒(méi)有理論的根據(jù)。由此開(kāi)展了一系列的工作。進(jìn)行了相關(guān)的資料搜索，發(fā)現(xiàn)相關(guān)課題有很多學(xué)者在研究，也為該課題進(jìn)一步的研究打下理論基礎(chǔ)。
1.2國(guó)內(nèi)外的研究歷史與現(xiàn)狀
通常電機(jī)的容量越大，其工作效率越高，但相應(yīng)的電機(jī)發(fā)熱量也迅速增加[2]。電機(jī)的溫升在一定程度上決定了電機(jī)的容量。
對(duì)于電機(jī)發(fā)熱和冷卻問(wèn)題,可從兩方面加以解決:
一、選用耐溫較高的絕緣材料；
二、合理使用冷卻方式，提高電機(jī)的冷卻效果，使電機(jī)不超過(guò)規(guī)定的溫升極限。當(dāng)前，Y型異步電機(jī)已使用F級(jí)絕緣材料，而絕緣等級(jí)更高的C級(jí)絕緣材料也在研制當(dāng)中。電機(jī)冷卻技術(shù)業(yè)已取得了極大的發(fā)展，對(duì)中小型電機(jī)而言，還是以風(fēng)扇強(qiáng)迫空氣流動(dòng)以冷卻電機(jī)；對(duì)大型電機(jī)，其冷卻方式隨電機(jī)的容量、轉(zhuǎn)速、電壓等級(jí)等技術(shù)條件的不同而不同，它基本上都是由生產(chǎn)實(shí)踐逐步積累形成的[2]。
近年來(lái)，由于新材料、新工藝的使用和電機(jī)冷卻技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了大型發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的單機(jī)容量逐漸增大，但同時(shí)使電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的單位體積損耗增加，引起電機(jī)各部分溫度升高，這直接影響到電機(jī)的安全。因此，準(zhǔn)確的溫升計(jì)算不僅是制造廠家多年來(lái)尋求的目標(biāo)，也是電機(jī)運(yùn)行部門關(guān)注的主要問(wèn)題之一。
1.2.1電機(jī)的主要熱計(jì)算方法
（1）簡(jiǎn)化公式法
簡(jiǎn)化公式法是電機(jī)制造廠設(shè)計(jì)時(shí)常用的一種方法。首先，計(jì)算出各部分的熱負(fù)載，再通過(guò)牛頓散熱公式:(為散熱系數(shù))得到相應(yīng)的溫升。此法計(jì)算簡(jiǎn)單方便，因此易于被工廠接受，但計(jì)算精度較差，只能計(jì)算出電機(jī)的平均溫升，不能滿足日益提高的設(shè)計(jì)工作的需要。
（2）等效熱路法
等效熱路法是根據(jù)傳熱學(xué)和電路理論來(lái)形成等效熱路，熱路圖中的熱源為繞組的銅損耗(槽部、端部)，鐵損耗(齒部、軛部)，這些損耗所在部件在計(jì)算時(shí)認(rèn)為是均質(zhì)的。損耗熱量通過(guò)各種相應(yīng)的熱阻，由熱源向冷卻介質(zhì)傳遞，形成一個(gè)復(fù)雜的熱網(wǎng)絡(luò)。采用電路網(wǎng)絡(luò)中基爾霍夫定律來(lái)列出全部熱平衡方程，然后用求解線性電路的方法，計(jì)算電機(jī)各有效部分的平均溫升。此方法計(jì)算精度比簡(jiǎn)化公式法高，能夠得到電機(jī)總體溫升和平均溫升。如果要提高計(jì)算精度，必須增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和熱阻數(shù)，但這使工作量大大增加，失去其計(jì)算工作量小等優(yōu)點(diǎn)。
等效熱路法有一些基本假設(shè)，通過(guò)這些假設(shè)可以把成熟的電路理論用在等效熱路中。這些假設(shè)是:所分布的真實(shí)熱源和熱阻被少量的集中熱源和等值熱阻所代替，并假定后兩者不取決于熱流的大小。這樣，就能將等效熱路法用于線性熱回路，并采用普通的代替法進(jìn)行求解。
目前國(guó)內(nèi)外很多文獻(xiàn)仍采用熱網(wǎng)絡(luò)計(jì)算大型電機(jī)溫升。早在1955年，美國(guó)AIEE即發(fā)表Rosenberry采用熱路法的一篇有關(guān)“鑄鋁籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)起動(dòng)溫升”論文。1986年和1987年，電力科學(xué)院李德基等人采用該方法分別計(jì)算了汽輪發(fā)電機(jī)繞組間接冷卻轉(zhuǎn)子和定子槽部三維溫度場(chǎng)[3][4]。1987年日本學(xué)者H.Ohishi等人利用具有700個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)模型分析了具有單匝線圈的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中定子線圈股線中的溫度分布[5]。1988年李德基等人研究了絕緣老化對(duì)定子溫升的影響[5]。1989年湖南大學(xué)方日杰等人也利用上述方法計(jì)算了兩臺(tái)大型水輪發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的定子三維溫度場(chǎng)[7]。1995年北京計(jì)算中心的曹國(guó)宣分析了采用氣隙取氣斜流冷卻方式的氫內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)局部風(fēng)路堵塞時(shí)的轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)[8]。1998年華中理工大學(xué)武衛(wèi)東等人采用等效熱路法計(jì)算了一臺(tái)大型水輪發(fā)電機(jī)，并利用曲線擬合技術(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了可視化處理[9]。
熱路法的運(yùn)用不只是消極地核算所設(shè)計(jì)的電機(jī)的溫升、溫度分布，更重要的是設(shè)計(jì)時(shí)能夠利用這一方法，從溫升的角度來(lái)尋求最佳的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)，同時(shí)通過(guò)改變個(gè)別熱阻，還可以尋找電機(jī)局部溫升和總的平均溫升的規(guī)律。
（3）溫度場(chǎng)法
由于電機(jī)單機(jī)容量的不斷增大以及電磁負(fù)荷的不斷提高，要求對(duì)電機(jī)各部分的溫升進(jìn)行較精確的計(jì)算，尤其需要準(zhǔn)確的指出各部分的最高溫升及其出現(xiàn)的位置。而電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，為人們從場(chǎng)的角度研究計(jì)算電機(jī)的溫升提供了工具。溫度場(chǎng)法就是用現(xiàn)代數(shù)值方法來(lái)求解熱傳導(dǎo)方程，也就是將求解區(qū)域離散成許多小單元，在每個(gè)單元中建立方程，再對(duì)總體方程組進(jìn)行求解。由此可見(jiàn)，溫度場(chǎng)法將研究對(duì)象從宏觀轉(zhuǎn)向微觀，從總體轉(zhuǎn)到局部單元上來(lái)，求得每一點(diǎn)的溫度和溫升，于是在整個(gè)計(jì)算區(qū)域中的每個(gè)局部單元都能獲得可靠的計(jì)算數(shù)據(jù)，從而，更加準(zhǔn)確、合理地指導(dǎo)電機(jī)的設(shè)計(jì)工作。這種方法是由E.阿羅爾德率先提出來(lái)的，后又經(jīng)P.李克杰爾和O.波姆進(jìn)一步研究過(guò)。1974年，A.И.鮑里先科等人合作出版了《電機(jī)中的空氣動(dòng)力學(xué)和熱傳遞》一書(shū)，給出了用電子計(jì)算機(jī)求解溫度場(chǎng)的一些方法和實(shí)例。求解溫度場(chǎng)的常用方法有:有限差分法和有限元法。
①有限差分法
有限差分法就是用差分來(lái)近似代替微分，把求解域內(nèi)的偏微分方程和有關(guān)的邊界條件，化成適用于區(qū)域內(nèi)部和邊界上各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的差分方程組，然后用古典方法或計(jì)算機(jī)來(lái)求解聯(lián)立的差分方程組。
1989年電力科學(xué)研究院的李德基等人采用有限差分法對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在過(guò)電流和突加額定轉(zhuǎn)子電流下的暫態(tài)三維溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算[10]；1990年哈爾濱大電機(jī)研究所范永達(dá)等用有限差分法計(jì)算了氫冷情況下大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組溫度場(chǎng)[11]；1991年上海交大的向隆萬(wàn)等人計(jì)算了汽輪發(fā)電機(jī)氫內(nèi)冷副槽轉(zhuǎn)子三維溫度場(chǎng)，并研究了通風(fēng)孔道阻塞、換熱系數(shù)、表面損耗等對(duì)溫度場(chǎng)的影響[12]。1993年北京計(jì)算中心曹國(guó)宣用有限差分法計(jì)算了水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)[13]。
但該方法不足之處是，由于采用的是直交網(wǎng)格，因此它較難適應(yīng)區(qū)域形狀的任意性，而且區(qū)分不出場(chǎng)函數(shù)在區(qū)域中輕重緩急之差異，對(duì)于復(fù)雜的二類邊界條件及內(nèi)部介質(zhì)界面的處理比較困難，宜于求解邊界比較規(guī)則的電機(jī)溫度場(chǎng)問(wèn)題。
②有限元法
有限元法是一種常用的數(shù)值計(jì)算方法，R.Courant于1943年首先提出，上世紀(jì)50年代由航空結(jié)構(gòu)工程師們所發(fā)展，隨后逐漸波及到土木結(jié)構(gòu)工程，到了上世紀(jì)60年代，在一切連續(xù)領(lǐng)域，都愈來(lái)愈廣泛的得到應(yīng)用。我國(guó)馮康教授和西方科學(xué)家各自獨(dú)立奠定了有限元方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。它是把求解域剖分成許多個(gè)單元，組成離散化模型，再用各個(gè)單元節(jié)點(diǎn)上的數(shù)值解去逼近連續(xù)場(chǎng)的真實(shí)解，它是一種離散化模型的數(shù)值解。它與差分法相比，具有剖分靈活(可以用任意形狀的網(wǎng)格分割區(qū)域，還可以根據(jù)場(chǎng)函數(shù)的需要疏密有致地、自如地布置節(jié)點(diǎn))，對(duì)于復(fù)雜的幾何形狀，邊界條件、不均勻的材料特性、場(chǎng)梯度變化較大的場(chǎng)合，都能靈活地加以考慮，通用性強(qiáng)。故用有限元求解溫度場(chǎng)，可以求出場(chǎng)域內(nèi)各點(diǎn)的溫度值，從而更準(zhǔn)確地描述整個(gè)求解域內(nèi)溫度的分布。
1976年，Armor等人采用標(biāo)量位的有限元法計(jì)算了大型汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯的三維溫度場(chǎng)，對(duì)電機(jī)內(nèi)溫度場(chǎng)的計(jì)算做出了開(kāi)創(chuàng)性的工作，但他忽略了定子鐵心與繞組間的熱傳遞。1984年，河北工學(xué)院的顏威利和孟慶龍分別用有限元法對(duì)起重電磁鐵的溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算[15]；1986年，李德基等人對(duì)大型發(fā)電機(jī)定子繞組槽部溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算。1988年，蘇聯(lián)的A.B.帕什科夫斯基用綜合有限元法研究了電機(jī)的溫度場(chǎng)[16]。河北工學(xué)院的王贊明等人用四面體單元有限元法對(duì)起重電磁鐵中的三維溫度場(chǎng)和電磁場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算；1990年，蘇聯(lián)的B.N.雅科夫斯基等人研究了水輪發(fā)電機(jī)定子端部的損耗和發(fā)熱，但只是總體的論述，沒(méi)有進(jìn)行具體計(jì)算[17]；上海交通大學(xué)楊美倫、張景鑄采用四面體單元有限元法對(duì)300MW汽輪發(fā)電機(jī)副槽通風(fēng)氫內(nèi)冷轉(zhuǎn)子槽部溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算[18]；華中理工大學(xué)辜承林等人采用有限元法求解了SFS7-20000/110電力變壓器鐵芯溫度場(chǎng)，并對(duì)磁密、油流速度、特征尺寸、油溫等影響鐵芯溫升的因素進(jìn)行了數(shù)值模擬研究[19]。1991年，北京重型電機(jī)廠的裴遠(yuǎn)航用三維有限元法計(jì)算了汽輪發(fā)電機(jī)定子線圈的溫升分布，推導(dǎo)了損耗、通風(fēng)和表面散熱系數(shù)[20]；Rkobacb等人采用有限元法計(jì)算了羅古斯克水電站水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼條和磁極壓板瞬態(tài)溫度場(chǎng)[21]。1992年寧波大學(xué)的岑理章在Armor所進(jìn)行的計(jì)算的基礎(chǔ)上，考慮了定子鐵心與繞組間的熱交換，用正三棱柱單元有限元法分析計(jì)算了QFS-300-2型雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心三維溫度場(chǎng)[22]。湯蘊(yùn)珍、張大為用有限元法對(duì)水輪發(fā)電機(jī)定子最熱段的三維溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算[23]；日本的學(xué)者S.Doi等人用流體可視化結(jié)果對(duì)大型汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心端部進(jìn)行了三維熱分析，用實(shí)驗(yàn)方式確定了其通風(fēng)狀況與表面散熱系數(shù)[24]。采用有限元法對(duì)提高電機(jī)設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)性能具有重要意義。1998年?yáng)|南大學(xué)黃學(xué)良等人提出了一種新的基于拱形體單元的計(jì)算電機(jī)溫度場(chǎng)的有限元模型，并利用該模型計(jì)算了SF125-96/1560型發(fā)電機(jī)的鐵芯溫度場(chǎng)，該方法適合于具有圓柱體結(jié)構(gòu)區(qū)域的溫度場(chǎng)問(wèn)題[25]。1997-2000年哈爾濱理工大學(xué)的孔祥春、李偉力等人采用直三棱柱單元有限元法對(duì)水輪發(fā)電機(jī)定子最熱段三維溫度場(chǎng)進(jìn)行了深入的研究，同時(shí)采用平面三角元結(jié)合流體相似理論對(duì)一臺(tái)俄羅斯電力問(wèn)題研究所生產(chǎn)的200MW、2極汽輪發(fā)電機(jī)徑切兩向空冷系統(tǒng)轉(zhuǎn)子二維溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算。2000年，哈爾濱電機(jī)廠的李廣德等人采用六面體等參元計(jì)算了水輪發(fā)電機(jī)半齒、半槽、半軸向長(zhǎng)度的定子三維溫度場(chǎng)[26]；哈爾濱大電機(jī)研究所的魯長(zhǎng)彬等人利用三維CAD與有限元分析軟件相結(jié)合的方法，計(jì)算了大型水輪發(fā)電機(jī)水內(nèi)冷定子繞組及鐵心的三維溫度分布[27]；哈爾濱理工大學(xué)的溫嘉斌等人采用六面體等參元對(duì)大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子三維溫度場(chǎng)及其通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合計(jì)算研究。近些年來(lái)，隨著數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展，一些新的分析方法也被引入到電機(jī)溫度場(chǎng)的計(jì)算領(lǐng)域，例如邊界元法[26]、小波—伽遼金有限元法[29]等。但這些方法或者由于算法程序不易實(shí)現(xiàn)，或者因?yàn)橛?jì)算精度的高低尚缺乏實(shí)證，應(yīng)用還不普遍。目前在電機(jī)溫度場(chǎng)計(jì)算領(lǐng)域應(yīng)用最廣的還是有限元法。
通過(guò)上述發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在對(duì)電機(jī)的發(fā)熱計(jì)算已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)比較完善的程度，但是這些計(jì)算都涉及到很多的專業(yè)知識(shí)，所以我們研究的目的是為一些對(duì)電機(jī)知識(shí)不多的用戶，開(kāi)發(fā)出一種更為簡(jiǎn)單的電機(jī)測(cè)溫方法，實(shí)現(xiàn)智能保護(hù)的功能，針對(duì)此進(jìn)行了一系列的工作。
1.3本文所做的工作的內(nèi)容
第一章概述課題的來(lái)源及實(shí)際意義，以及電機(jī)溫度國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展方向，提出研究一種易于實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)易可靠的溫度保護(hù)器,對(duì)電機(jī)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
第二章對(duì)電機(jī)溫升、溫升限度等概念進(jìn)行了闡述，對(duì)電機(jī)的測(cè)溫方法進(jìn)行分析與比較。
第三章進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，采用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸,定時(shí)芯片DS1302進(jìn)行顯示時(shí)間與定時(shí)控制，顯示芯片HD7279顯示時(shí)間及跳閘原因，選用串行通信總線接口RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)雙向通信的功能，通過(guò)上位機(jī)發(fā)送定時(shí)時(shí)間和報(bào)警時(shí)間。
第四章進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)，分別用C語(yǔ)言編程及VB編程，經(jīng)過(guò)調(diào)試后，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，可以對(duì)電機(jī)使用時(shí)間進(jìn)行限制，能采集電機(jī)表面溫度，初步達(dá)到預(yù)期的目的。
第五章利用所做的硬件進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行分析，對(duì)該保護(hù)器存在的前景進(jìn)行展望。
第2章電動(dòng)機(jī)的硬件設(shè)計(jì)原理
2.1電機(jī)的基本概念
（1）溫升某一點(diǎn)的溫度與參考（或基準(zhǔn)）溫度之差稱溫升。也可以稱某一點(diǎn)溫度與參考溫度之差。
（2）電機(jī)溫升電機(jī)某部件與周圍介質(zhì)溫度之差，稱電機(jī)該部件的溫升。
（3）電機(jī)的溫升限度電機(jī)在額定負(fù)載下長(zhǎng)期運(yùn)行達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電機(jī)各部件溫升的允許極限，稱溫升限度。電機(jī)溫升限度，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB755-87中作了明確規(guī)定。
在電機(jī)中一般都采用溫升作為衡量電機(jī)發(fā)熱標(biāo)志，因?yàn)殡姍C(jī)的功率是與一定溫升相對(duì)應(yīng)的。因此，只有確定了溫升限度才能使電機(jī)的額定功率獲得確切的意義。
2.2電機(jī)溫度的測(cè)量[30]
電機(jī)的各部分溫度，如機(jī)殼溫度，鐵心溫度，軸承溫度，繞組溫度不僅表示電機(jī)的發(fā)熱狀態(tài)，而且與電機(jī)的壽命相關(guān)。一般認(rèn)為，繞組溫度每增加8~10ºC，繞組壽命會(huì)縮短一半，所以制造廠和用戶都很重視電機(jī)溫度的測(cè)量。
電機(jī)的溫升測(cè)量方法根據(jù)GB755-87的規(guī)定有四種：溫度計(jì)法、電阻法、埋置檢溫計(jì)法和疊加法（雙橋?qū)﹄姕y(cè)溫法）。此外，目前國(guó)內(nèi)正在研制的有無(wú)線電測(cè)溫，紅外線測(cè)溫和溫度指示器等等。
(1)溫度計(jì)法
溫度計(jì)包括膨脹式溫度計(jì)（如水銀溫度計(jì)，酒精溫度計(jì)等）、半導(dǎo)體溫度計(jì)以及非埋置的熱電偶或電阻溫度計(jì)。
溫度計(jì)法測(cè)量溫度是將溫度計(jì)貼附于電機(jī)上可觸及的表面，所測(cè)量的是被測(cè)點(diǎn)的表面溫度，即其貼附點(diǎn)溫度。在電機(jī)中，任何部位的表面與其內(nèi)部溫度是不同的。因此溫度計(jì)法僅在無(wú)法用其它方法測(cè)量電機(jī)內(nèi)部溫度或平均溫度時(shí)才采用。測(cè)量時(shí)，溫度計(jì)的球部或測(cè)溫部分應(yīng)緊貼被測(cè)點(diǎn)表面。保證二者有良好的熱傳導(dǎo)。為了減少熱量逸散，溫度計(jì)球部中凡不與被測(cè)點(diǎn)接觸的部分可用棉絮或者油灰等絕緣材料覆蓋，但覆蓋面不能過(guò)大，以免影響正常的通風(fēng)或繞組散熱。用半導(dǎo)體溫度計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意保護(hù)測(cè)試筆筆尖處的微型電阻，測(cè)量時(shí)應(yīng)輕輕接觸被測(cè)物體，以免損壞感溫元件。每只溫度計(jì)都配有專用測(cè)試筆，不能互換。在有交流磁場(chǎng)的部件，不能采用水銀溫度計(jì)，因?yàn)樵谒y中可感應(yīng)渦流，使水銀發(fā)熱，從而使溫度計(jì)讀數(shù)偏高。
一般溫度計(jì)大都按1ºC來(lái)刻度，在大多數(shù)情況下，對(duì)于測(cè)量電機(jī)表面溫度精度已完全足夠，但在要求特別準(zhǔn)確時(shí)，可采用刻度為0.1~0.2ºC的溫度計(jì)。
對(duì)于電機(jī)定子鐵心，機(jī)殼和軸承座等部位，不能采用電阻法測(cè)量，可采用溫度計(jì)法進(jìn)行測(cè)量。
對(duì)于低電阻的換向極繞組和補(bǔ)償繞組，以及一般屬于低電阻范圍。如旋轉(zhuǎn)或靜止的單層繞組，特別是接觸電阻在整個(gè)電阻中占很大比例的繞組，用電阻法測(cè)量有困難或不能準(zhǔn)確測(cè)量，且埋置溫度計(jì)也無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量時(shí),應(yīng)采用溫度計(jì)法。
此外，諸如電機(jī)的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的冷卻空氣或冷卻液體如水及潤(rùn)滑油等，還有其它摩擦零件如換向器，集電環(huán)等，也必須用溫度計(jì)法測(cè)量。
對(duì)電機(jī)各部位的溫度測(cè)量除換向器，集電環(huán)應(yīng)在電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后立即用溫度計(jì)測(cè)量其表面溫度處，其他如定子鐵心，軸承等應(yīng)在溫升實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用溫度計(jì)或埋置檢溫計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
(2)電阻法
這個(gè)方法是根據(jù)繞組的電阻隨其溫度變化而變的關(guān)系來(lái)確定繞組的溫度。若在冷態(tài)的溫度（）時(shí)的電阻為,而溫度達(dá)到時(shí)電阻為，則由下式計(jì)算:
（2-1）
經(jīng)過(guò)推導(dǎo)得：
（2-2）
式中為電阻的溫度系數(shù)，即溫度每增加1ºC時(shí)單位電阻的增加值。它在一個(gè)較大的范圍內(nèi)可認(rèn)為是常數(shù)。由式(2-2)可知電阻的增加與溫度的增加成線性關(guān)系，并可畫(huà)成如圖2.1所示的關(guān)系曲線。
圖2.1電阻與溫度的關(guān)系曲線
在該圖中，延長(zhǎng)直線與并與橫軸交于K點(diǎn)，則由三角形的比例關(guān)系可得:
（2-3）
對(duì)于不同的金屬材料,其電阻溫度系數(shù)值也不同,這也就改變了圖中直線的斜率和值。
對(duì)于銅：取235,在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中,取234.5。
對(duì)于鋁：取225。
這樣對(duì)于銅繞組，則式（2-3）可改寫(xiě)成：
（2-4）
由此可得:
（2-5）
在此式中,、兩個(gè)相除的數(shù)值較為接近，為了提高計(jì)算的準(zhǔn)確度，則可將式（2-5）轉(zhuǎn)化成下式：
（2-6）
這樣，銅繞組的溫升將為：
（2-7）
——試驗(yàn)結(jié)束時(shí)冷卻介質(zhì)的溫度（ºC）
電阻法的特點(diǎn)是它給出繞組的平均溫度，電阻法是考核電機(jī)繞組溫升的一種主要方法。但是應(yīng)指出，電阻法無(wú)法將繞組中最高或最低溫度值測(cè)出來(lái)。對(duì)于由直流饋電的靜止繞組，如直流電機(jī)的電樞繞組,通常在實(shí)驗(yàn)結(jié)束停機(jī)后才能測(cè)量繞組的電阻。由于停機(jī)需有一過(guò)程,在這段時(shí)間內(nèi),將引起繞組溫度的變化,在多數(shù)情況下,溫度將下降。GB755-87規(guī)定:當(dāng)電機(jī)斷電后,測(cè)得第一點(diǎn)電阻的時(shí)間超過(guò)規(guī)定期限,需用外推法將測(cè)得的繞組溫度加以修正。
如果采用疊加法(又稱雙橋帶電測(cè)量法),則測(cè)得的溫度即為繞組在運(yùn)行時(shí)的實(shí)際溫度,因此不須做任何修正。應(yīng)當(dāng)指出，用電阻法測(cè)定繞組溫度時(shí)，必須用同一儀表，同一量程在繞組的同一相上測(cè)量冷態(tài)和熱態(tài)電阻。用電壓表、電流表測(cè)量電阻時(shí)還應(yīng)當(dāng)使測(cè)量電流基本相同，以保證較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。
（3）埋置溫度計(jì)法
埋置溫度計(jì)法是將熱電偶或電阻溫度計(jì)在電機(jī)制造過(guò)程中安置于制成后達(dá)到或預(yù)計(jì)溫度為最高的部位。此法主要用于測(cè)量交流定子繞組，鐵心及結(jié)構(gòu)件的溫度。
采用這種方法要求在電機(jī)的繞組層間至少埋置六個(gè)檢溫計(jì)，且沿著圓周均勻地分布。檢溫元件應(yīng)盡可能做的尺寸小，在保證安全的前提下（如熱電偶元件要有可靠的絕緣）應(yīng)盡量放在繞組中最熱部位。有些檢溫計(jì)用于運(yùn)行時(shí)測(cè)量溫度，有些用于試驗(yàn)時(shí)測(cè)量溫度。如果僅用于試驗(yàn)時(shí)測(cè)量溫度，那么試驗(yàn)后，可將這些檢溫元件的引出線切去且進(jìn)行可靠絕緣。
檢溫計(jì)的埋置部位要根據(jù)每槽的有效元件（線圈）邊數(shù)來(lái)確定。如每槽有兩個(gè)線圈邊，檢溫計(jì)應(yīng)埋置于槽內(nèi)兩個(gè)線圈邊之間。如每槽只有一個(gè)線圈邊，檢溫計(jì)應(yīng)埋置于槽楔和繞組絕緣外層預(yù)計(jì)為最熱處之間，在這種情況下，一般不以埋置檢溫計(jì)法的測(cè)量數(shù)據(jù)作為考核溫升的依據(jù)。如將檢溫計(jì)埋置于槽底，則其讀數(shù)便是鐵心溫度。
用埋置檢溫計(jì)來(lái)測(cè)量電機(jī)旋轉(zhuǎn)部件如直流電機(jī)電樞的溫度，共有兩種方法。一種是將檢溫計(jì)引線固定于旋轉(zhuǎn)部件的接線板上，待停機(jī)后把它迅速接至相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表。采用這種方法時(shí)，需外推修正至電源切斷瞬間。另一種方法是將檢溫計(jì)通過(guò)集電環(huán)上的電刷移至測(cè)量?jī)x表。這種測(cè)量方法的最大困難是要確保集電環(huán)與電刷可靠接觸，電刷應(yīng)有穩(wěn)定的很小電阻。
每個(gè)檢溫計(jì)在埋入時(shí)應(yīng)注意與被測(cè)點(diǎn)的表面緊密接觸，并應(yīng)有良好的保護(hù)措施，以免受到冷卻空氣的影響，否則不能真實(shí)地反映被測(cè)點(diǎn)的溫度，測(cè)量埋入式電阻溫度計(jì)的電阻時(shí)，應(yīng)控制測(cè)量電流的大小及通電流的時(shí)間，使電阻值不因其本身的發(fā)熱而有明顯的影響。測(cè)量埋入式熱電偶時(shí)，熱電偶的熱電勢(shì)應(yīng)用電位差計(jì)來(lái)測(cè)量。
（4）疊加法（雙橋帶電測(cè)量法）
本方法是利用雙臂電橋原理，在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，帶電測(cè)量交流定子繞組熱態(tài)電阻；也可以在電機(jī)靜止時(shí)不帶電測(cè)量繞組的冷態(tài)電阻。按電阻法即可獲得被測(cè)繞組在切離電源瞬間的溫升，因此不需要外推法進(jìn)行溫度修正。這種方法分為低壓和高壓電機(jī)兩種測(cè)量方法。
①低壓電機(jī)帶電測(cè)溫法
此法適用于頻率50Hz，電壓400以下的0.6~100KW三相異步電動(dòng)機(jī)和三相同步電機(jī)；特殊電機(jī)如交流換向器電機(jī)除外。被測(cè)電機(jī)的繞組必須具有六個(gè)出線端或者具有中性點(diǎn)向外引出的星形接法繞組。
②高壓電機(jī)帶電測(cè)溫法
此法適用于測(cè)量星形接法或雙星形接法電機(jī)的定子繞組。試驗(yàn)時(shí)，繞組的中心點(diǎn)應(yīng)引出機(jī)外。測(cè)量在運(yùn)行時(shí)的三相繞組的并聯(lián)電阻值，將它與實(shí)際冷態(tài)下的三相并聯(lián)電阻相比較，以此確定三相繞組的平均溫升。
（5）無(wú)線電測(cè)量轉(zhuǎn)子溫度國(guó)內(nèi)外對(duì)利用無(wú)線電測(cè)量法來(lái)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度已進(jìn)行了不少研究。有的已在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)上取得了效果。此法優(yōu)點(diǎn)可以用非接觸方法連續(xù)測(cè)定電機(jī)轉(zhuǎn)子某個(gè)部件的溫度變化。
無(wú)線電測(cè)量的工作原理是利用預(yù)埋在轉(zhuǎn)子中電阻測(cè)溫元件（一般有鉑熱電阻元件、金屬膜熱敏電阻、半導(dǎo)體熱敏電阻等）的阻值隨著溫度變化的關(guān)系得到電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電壓頻率轉(zhuǎn)換，使其轉(zhuǎn)換為頻率，并通過(guò)高頻載波后由無(wú)線電發(fā)射器將高頻波發(fā)射出電機(jī)外部。以上這些部件都必須安裝在轉(zhuǎn)子上與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。在電機(jī)外部裝有無(wú)線電接收器及數(shù)字顯示裝置，它將接收到的高頻載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)諧、高頻放大，檢波變?yōu)榈皖l信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大、整形，然后輸給計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)字顯示。
由于無(wú)線電測(cè)量裝置必須安裝在轉(zhuǎn)子上，且體積較大，故一般僅在大型電機(jī)上為研究轉(zhuǎn)子有關(guān)部位時(shí)的溫度使用。
（6）紅外測(cè)溫
紅外測(cè)溫是利用物體表面輻射能對(duì)物體的溫度進(jìn)行測(cè)量。它也是一種非接觸式測(cè)溫裝置。
對(duì)測(cè)量300ºC以下的轉(zhuǎn)子表面溫度，適宜采用部分輻射溫度計(jì)。它通過(guò)濾光片及傳感元件僅對(duì)物體輻射出來(lái)的某一波段范圍發(fā)出的輻射能量進(jìn)行測(cè)量。這樣對(duì)外來(lái)光的干擾也限于這一被測(cè)波段，所以受干擾的影響比較小。
（7）溫度指示器
溫度指示器不直接測(cè)定電機(jī)溫度，只能以一定的形式反映出電機(jī)某部位表面溫度已經(jīng)達(dá)到了某一數(shù)值。電機(jī)試驗(yàn)所采用的溫度指示器有熱敏顏料和易熔材料兩種。
熱敏材料是一種在不同溫度下能顯示不同顏色的材料。它又可以分為兩種：一種是可逆的，在高溫下它顯示出一定顏色，而冷卻后恢復(fù)到原來(lái)的顏色，另一種是不可逆的。電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)再冷卻后，顏料仍停留在溫升實(shí)驗(yàn)時(shí)的顏色。電機(jī)試驗(yàn)多采用后者。熱敏顏料一般做成粉筆形狀，涂在轉(zhuǎn)子表面，用來(lái)觀察表面溫度在溫升試驗(yàn)中是否達(dá)到一定值。這種顏料的特點(diǎn)是可靠性差，因?yàn)轭伾母淖儾粌H取決于溫度，而且取決于受熱的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)溫度超過(guò)一定限值時(shí)，熱敏筆開(kāi)始變色，但有時(shí)溫度還沒(méi)達(dá)到預(yù)定溫度，而由于持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，熱敏筆同樣也將緩慢地改變顏色，以致造成較大測(cè)量誤差。
易熔材料較熱敏顏料的可靠性為高，一般做成鈕扣狀，使用時(shí)將它粘附在被測(cè)物的表面，當(dāng)達(dá)到預(yù)定溫度后，它就熔化脫落。用它測(cè)量轉(zhuǎn)子溫度時(shí)，應(yīng)選用合適的尺寸以保證在被熔化前不會(huì)被轉(zhuǎn)子表面的離心力拋出。易熔材料的熔化溫度隨原材料的配合比例和材料純度而異。
總的說(shuō)來(lái)，以上兩種溫度指示器很少應(yīng)用于電機(jī)的溫度測(cè)量上，只是為了粗略估計(jì)轉(zhuǎn)子的表面溫度時(shí)才考慮它們的應(yīng)用。
2.3本章小節(jié)
本章對(duì)電機(jī)的常用的概念進(jìn)行了闡述，對(duì)目前的各種測(cè)溫方法進(jìn)行了比較，為下一步做進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)原理進(jìn)行分析，其中限于當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)條件與電機(jī)生產(chǎn)廠家的要求，我們采用的是電機(jī)表面測(cè)溫法。
第3章硬件設(shè)計(jì)
硬件部分是整個(gè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞對(duì)于系統(tǒng)的功能是否可以實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。除了工作性能以外，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也是工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮到的一個(gè)重要因素，尤其是在我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的情況下，能夠長(zhǎng)期占據(jù)市場(chǎng)的將是那些高性價(jià)比的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)主要是對(duì)時(shí)間、溫度進(jìn)行檢測(cè)，以此為核心展開(kāi)工作。單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作穩(wěn)定,加上采用成熟的集成電路，使系統(tǒng)幾乎免維護(hù),符合作為檢測(cè)的工程要求,充分體現(xiàn)了其小型化、智能化的優(yōu)點(diǎn)。考慮以上優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.1硬件設(shè)計(jì)的原則[32]
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：
系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。
系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。
系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置應(yīng)遵循以下原則：
（1）盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。
（2）系統(tǒng)擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
（3）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)產(chǎn)生相互影響，考慮原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時(shí)間比硬件實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)，且占用CPU時(shí)間。
（4）系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。如選用CMOS芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。
（5）可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)必不可少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。
（6）單片機(jī)外圍電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠，可通過(guò)增設(shè)線驅(qū)動(dòng)器增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力或減少芯片功耗來(lái)降低總線負(fù)載。
（7）盡量朝“單片”方向設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)器件越多，器件之間相互干擾也越強(qiáng)，功耗也增大，也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著單片機(jī)片內(nèi)集成的功能越來(lái)越強(qiáng)，真正的片上系統(tǒng)SoC已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。
3.2單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2.1單片機(jī)部分
將CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出(I/0)接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件集成在一塊的集成電路芯片為單片微型計(jì)算機(jī)(SingleChipMicrocomputer)，直譯為單片微機(jī)或單片機(jī)。但現(xiàn)在國(guó)際上通用的,更準(zhǔn)確地反映單片機(jī)本質(zhì)的叫法應(yīng)該是微控制器（Microcontrol-MCU)。
關(guān)于如何選擇單片機(jī)，從以下幾個(gè)方面綜合來(lái)考慮[31]：
1.單片機(jī)的基本參數(shù)，例如速度，程序存儲(chǔ)器容量，I/O引腳數(shù)量。
2.單片機(jī)的增強(qiáng)功能，例如看門狗，雙指針，雙串口，RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘），EEPROM，擴(kuò)展RAM，CAN接口，I2C接口，SPI接口，USB接口。
3.Flash和OTP（一次性可編程）相比較，最好是Flash。
4.封裝DIP（雙列直插），PLCC（PLCC有對(duì)應(yīng)插座）還是貼片。DIP封裝在做實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)更方便一些。
5.工作溫度范圍，工業(yè)級(jí)還是商業(yè)級(jí)。如果設(shè)計(jì)戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級(jí)。
6.功耗，比如設(shè)計(jì)并口加密狗，信號(hào)線取電只能提供幾個(gè)mA,用PIC就是因?yàn)榈凸摹?/p>
7.工作電壓范圍。例如設(shè)計(jì)電視機(jī)遙控器，2節(jié)干電池供電，至少應(yīng)該能在1.8~3.6V電壓范圍內(nèi)工作。
8.供貨渠道暢通，價(jià)格低。
9.燒錄器價(jià)格低，如果是ICP（把單片機(jī)放在燒錄器上編程）能否利用現(xiàn)有的燒錄器，如果是表貼封裝，買一個(gè)轉(zhuǎn)接座也很貴，至少得一二百元。能否ISP（在系統(tǒng)編程，即把芯片先焊到板子上再通過(guò)預(yù)留的ISP接口編程），一般ISP編程器比較便宜。
10.仿真器價(jià)格。對(duì)于FLASH型單片機(jī)，仿真器不是必備的。但是對(duì)于OTP（一次性可編程）型單片機(jī)，必須使用仿真器。
11.單片機(jī)編程環(huán)境方便好用，如keil。
12.網(wǎng)站速度快，資料豐富。包括芯片手冊(cè)，應(yīng)用指南，設(shè)計(jì)方案，范例程序。最好有中文，Atmel就非常好。
13.保密性能好。
14.抗干擾性能好。
15.和其他外設(shè)芯片放在一起工作的綜合考慮。
將以上的十幾條進(jìn)行綜合考慮，選定了現(xiàn)在比較流行的AT89S52。AT89S52是美國(guó)Atmel公司出品的一款低功耗、高性能的8位CMOS單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，不再依靠專用的編程工具，改寫(xiě)單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序再也不需要把芯片從電路板上拆下。從引腳上可以看出它的P1.5、P1.6、P1.7比標(biāo)準(zhǔn)的8051多出一樣復(fù)用功能，這三個(gè)引腳就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程(ISP)的SPI接口。Atmel公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位的AT89S52單片機(jī)可以提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。
AT89S52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，看門狗（WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作，直到下一個(gè)硬件復(fù)位。
AT89S52集成51的內(nèi)核，編寫(xiě)程序、開(kāi)發(fā)周期較快，市場(chǎng)價(jià)格約為6.5元,便宜且能滿足我們功能要求。其原理圖如下：
圖3.1AT89S52原理圖
3.2.2顯示部分
在現(xiàn)代的一些電子產(chǎn)品和一些開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中,為了進(jìn)行人機(jī)交流,一般都有一個(gè)顯示信息的系統(tǒng)。本系統(tǒng)中，需要顯示當(dāng)前時(shí)間、溫度、故障原因（例如定義“1”為時(shí)間到期、“2”為溫度越限等）。本系統(tǒng)顯示的信息量很小，所以采用發(fā)光二極管（LED，lightemittingdiode）做成的數(shù)碼管做顯示器。它的使用方法簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。
3.2.2.1數(shù)碼管的分類
對(duì)于數(shù)碼管來(lái)說(shuō)一般分為兩種，共陰極與共陽(yáng)極，但是兩者的使用方法基本是相同的。根據(jù)不同的方面，可將數(shù)碼管進(jìn)行分類[32]：
（1）根據(jù)LED的顯示譯碼方式,可以分為硬件譯碼和軟件譯碼兩種；(即我們系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)一般都是BCD碼或者是十六進(jìn)制數(shù),要顯示的話必須變成數(shù)碼管自身的段碼,這種變換可以用軟件的方法來(lái)直接實(shí)現(xiàn),常用就是列一個(gè)段碼的表,作為一個(gè)數(shù)組,用尋址等方法將數(shù)據(jù)變成段碼,直接送給數(shù)碼管。還可以用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)碼的轉(zhuǎn)換,一般都是將BCD碼變成段碼。)
（2）根據(jù)LED顯示驅(qū)動(dòng)連接方式,可以分為靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)兩種。(靜態(tài)顯示就是每一個(gè)數(shù)碼管都由一組數(shù)據(jù)線控制,所有的數(shù)碼管都同時(shí)亮,而動(dòng)態(tài)顯示就是所有要顯示的數(shù)碼管依次循環(huán)逐個(gè)顯示,只要頻率足夠高,肉眼就看不出閃爍,好像所有的同時(shí)顯示一樣。)
（3）根據(jù)數(shù)據(jù)輸入接口方式,可以分為并行輸入和串行輸入兩種。(數(shù)碼管要顯示必須要并行數(shù)據(jù)(一般為8位),控制系統(tǒng)可以直接輸出8位并行的數(shù)據(jù),也可以利用串行輸出,再利用外部移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)串行變并行,最終將8位的數(shù)據(jù)輸出給數(shù)碼管。)
3.2.2.2芯片的選擇
為了合理地選擇芯片，我們將常用的芯片的異同點(diǎn)進(jìn)行比較[33]，如表3.1所示
表3.1常用芯片異同點(diǎn)的比較
芯片名稱功能描述數(shù)據(jù)輸入方式可帶數(shù)碼管個(gè)數(shù)能否串接鎖存功能驅(qū)動(dòng)功能備注
CD4558BBCD-7段并行4位1個(gè)否無(wú)無(wú)
MC14558BCD-7段并行4位1個(gè)否無(wú)無(wú)
MC14495二進(jìn)制-7段并行4位1個(gè)否有有能輸出A-F
CD4495二進(jìn)制-7段并行4位1個(gè)否有有能輸出A-F
MC14499BCD-7段并行4位有有
74LS48BCD-7段并行4位1個(gè)否有無(wú)
CD4511BCD-7段并行4位1個(gè)否有有
CD4513BCD-7段并行4位1個(gè)否有有增加消隱功能
CD4547BCD-7段并行4位1個(gè)否無(wú)有
CD4543BCD-7段并行4位1個(gè)否有無(wú)
CD4544BCD-7段并行4位1個(gè)否有無(wú)
74LS164無(wú)譯碼功能串行1個(gè)能有有
CD4094無(wú)譯碼功能串行1個(gè)能有有
MC14489無(wú)譯碼功能串行5個(gè)否有有
8279無(wú)譯碼功能并行8位16/32個(gè)否是有帶鍵盤(pán),可編程
7279無(wú)譯碼功能串行16/32個(gè)否是有帶鍵盤(pán),可編程
7219無(wú)譯碼功能串行8個(gè)否是有可編程
ZLG7289無(wú)譯碼功能串行8個(gè)否是有帶鍵盤(pán),可編程
經(jīng)過(guò)比較，選擇HD7279A芯片。該芯片具有串行接口,可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極數(shù)碼管和連接64鍵的鍵盤(pán)矩陣,單片機(jī)可以完成數(shù)碼顯示和鍵盤(pán)接口的全部功能,而且該芯片自帶RC電路,無(wú)需外接時(shí)鐘,與單片機(jī)的接口電路簡(jiǎn)單,只需四條I/O線。圖3.1為HD7279的引腳圖,各個(gè)引腳的說(shuō)明見(jiàn)下表3.2
表3.2HD7279引腳說(shuō)明
引腳名說(shuō)明
CS片選輸入端
CLK同步時(shí)鐘輸入端，上升沿有效
DATA串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端
KEY按鍵有效輸出端，電平有效
SG~SA段g~段a驅(qū)動(dòng)輸出
Dp小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出
DIG0~7數(shù)碼管0~7驅(qū)動(dòng)輸出
CLKO振蕩輸出
RCRC振蕩器連接端
圖3.2HD7279引腳圖
本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用HD7279顯示功能，選擇8位數(shù)碼管，其中4位顯示故障的類型，另4位顯示時(shí)鐘芯片當(dāng)前的時(shí)間或者是當(dāng)前的溫度，這需要根據(jù)是否有按鍵按下來(lái)進(jìn)行顯示。即上電的時(shí)候顯示當(dāng)前的溫度，如果按下小鍵盤(pán)，則進(jìn)行切換，顯示當(dāng)前的時(shí)間，再按下小鍵盤(pán)則顯示當(dāng)前溫度。其原理圖如下：
圖3.3HD7279的原理圖
3.2.3時(shí)間部分
該電機(jī)公司要求對(duì)電機(jī)的使用進(jìn)行定時(shí),到試用時(shí)間后自動(dòng)跳閘,并顯示跳閘的原因。可以根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，從接口方式、功耗、精度和功能幾方面入手選擇時(shí)鐘芯片。
接口方式
串行接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片一般尺寸較小、成本較低，但通信速率也較低，實(shí)時(shí)性要求不是很高的情況下可以選用此類芯片。本設(shè)計(jì)對(duì)時(shí)間的顯示實(shí)時(shí)性要求不高，所以選用串行接口方式。這類芯片通常包括1-Wire（1線）接口、2線、3線、4線、I2C或SPI接口。
并行接口可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的快速訪問(wèn)并有較大的存儲(chǔ)容量，這類時(shí)鐘芯片適合于那些對(duì)成本和尺寸要求不是很苛刻的系統(tǒng)。
（2）功耗要求
電子產(chǎn)品對(duì)功耗的要求非常苛刻，尤其是電池供電的設(shè)備。為有效延長(zhǎng)電池的使用壽命，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片追求更低的功耗，工作電流的典型值大都低于0.5μA，最低至0.15μA，最低計(jì)時(shí)工作電壓普遍在1.4V以下。
（3）芯片尺寸
除了SOP、TSSOP等封裝形式，一些芯片采用更小的封裝，以節(jié)省電路板空間。
（4）時(shí)鐘精度
為RTC電路提供時(shí)鐘基準(zhǔn)的一般是低成本的石英晶體。由于石英晶體具有機(jī)電敏感性和熱敏感性，其輸出頻率并不穩(wěn)定，在極端條件下會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)時(shí)鐘每年走快或走慢長(zhǎng)達(dá)100分鐘。在許多對(duì)精度要求苛刻的應(yīng)用中，通常需要優(yōu)于±10分鐘/年（或者±20ppm）的精度。為此，很多實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片都內(nèi)置有時(shí)鐘調(diào)整功能，可以在很寬的范圍內(nèi)矯正石英的頻率偏差。
（5）豐富的集成功能
可以參考系統(tǒng)所需的集成功能，例如閏年自動(dòng)運(yùn)算功能、萬(wàn)年歷功能、內(nèi)置時(shí)鐘調(diào)整功能和穩(wěn)壓電路等對(duì)芯片進(jìn)行選擇。如果RTC芯片集成了豐富的功能，將有效簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，降低成本。
（6）軟件
雖然硬件電路不是很復(fù)雜，但不同的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片在軟件方面各不相同，選擇時(shí)應(yīng)該給予足夠的重視。
定時(shí)模塊在本次設(shè)計(jì)中很重要，從芯片的選擇，到定時(shí)電路的設(shè)計(jì)，查閱了很多資料，以求達(dá)到定時(shí)準(zhǔn)確，芯片低功耗，上位機(jī)控制方便。
DS1302定時(shí)芯片是美國(guó)Dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片；是一個(gè)綜合性能較好且價(jià)格便宜的串行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它包含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM，它和單片機(jī)通信經(jīng)由一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷提供秒、分、時(shí)、日、周、月、年信息，月末日期自動(dòng)調(diào)整，包括閏年的修正。時(shí)鐘可工作在24小時(shí)格式或12小時(shí)（AM/PM）格式，單片機(jī)與DS1302接口使用同步串行通信，僅需三根線連接。（1）復(fù)位，（2）I/O串行通訊，（3）SCLK串行時(shí)鐘。數(shù)據(jù)傳送從單片機(jī)到實(shí)時(shí)時(shí)鐘/RAM或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘/RAM到單片機(jī)，可以每次1字節(jié)或每次31字節(jié)，它可以工作在很低的耗電狀態(tài)以保存時(shí)鐘信息和數(shù)據(jù)，功耗小于1微瓦。
3.2.3.1DS1302的特征
DS1302的特征如下：
（1）31字節(jié)帶后備電池的RAM用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
（2）串行I/O口，引腳數(shù)量少；
（3）寬范圍工作電壓：2.0~5.5V；
（4）工作電壓2.0V時(shí)，電流小于300nA；
（5）讀/寫(xiě)時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)時(shí)有兩種傳送方式：?jiǎn)巫止?jié)傳送和突發(fā)模式傳送；
（6）8腳DIP封裝或其它可選封裝；
（7）簡(jiǎn)單的3線接口；
（8）與TTL兼容（VCC=5V）；
（9）可選工業(yè)級(jí)溫度范圍：-40ºC~+85ºC。
DS1302具有一個(gè)可編程的涓流充電器，主電源和備用電源的雙電源引腳，7個(gè)附加字節(jié)的暫存寄存器，包括移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和RAM。原理圖如下：
圖3.4DS1302原理圖
3.2.4測(cè)溫部分
一般溫度傳感器有熱敏電阻、RTD(電阻溫度檢測(cè)器)、熱電偶等。熱敏電阻長(zhǎng)期受歡迎是因?yàn)樗哂蟹浅Ｐ〉男螤钜驍?shù)、低成本和高靈敏度。其不足之處是有限的溫度范圍以及缺乏業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，使得置換困難。熱敏電阻也需要補(bǔ)償電路來(lái)克服非線性度。RTD通常用于精度和穩(wěn)定度要求高的場(chǎng)合，但成本是決定因素。熱電偶用于監(jiān)控極值溫度是理想的，但精度和穩(wěn)定度較差，而且必須非常精確地在控制條件下測(cè)試[34]。
由于IC技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)人員可用數(shù)字溫度傳感器替代分立溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器具有價(jià)格低、高精度、適用微型封裝、能工作在寬溫度范圍內(nèi)等優(yōu)點(diǎn)。在很多應(yīng)用中，數(shù)字溫度傳感器正開(kāi)始替代前面所述的傳感器。幾種溫度傳感器的性能比較見(jiàn)表
3.5所示。
表3.5幾種主要溫度傳感器的比較
名稱
特性RTD熱敏電阻熱電偶IC傳感器
常用材料鉑金屬氧化物陶瓷兩種不同的金屬硅
變化參量電阻電阻電壓電壓
成本（相對(duì)）中等-低中等-低低低
系統(tǒng)成本（相對(duì)）中等-低中等-低高低
附加電路引線補(bǔ)償線性化參考端無(wú)
溫度范圍-200ºC~850ºC-100ºC~500ºC-270ºC~1800ºC-55ºC~150ºC
交換能力0.06%~0.1%
0.3ºC~0.2ºC10%，2ºC
（典型值）0.5%，2ºC1%，3ºC
穩(wěn)定度良好中等差中等
靈敏度0.39%/ºC-4%/ºC40V/ºC10mV/ºC
相對(duì)靈敏度中最高低中等
線性度良好對(duì)數(shù)性/差中等中等
斜率正負(fù)正正
噪聲靈敏度低低高低
相對(duì)于模擬傳感器，數(shù)字溫度檢測(cè)器完全是自己獨(dú)立完成工作，不需要另外的電路用于信號(hào)調(diào)理或線性化。數(shù)字溫度檢測(cè)器可以直接連接到微控制器，節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間、PCB面積和成本。它們可以靈活地降低電流消耗，這對(duì)于電池供電的應(yīng)用特別有用。用戶也可以編程溫度限制值(THIGH和TLOW)，以供報(bào)警需求。若超過(guò)編程限值，可產(chǎn)生中斷，使微控制器進(jìn)行操作。很多IC設(shè)計(jì)系統(tǒng)為了節(jié)省板大小和降低成本，把ADC和DAC集成在單芯片中。
3.2.4.1DS18B20簡(jiǎn)介
DS18B20是DALLAS半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器，體積很小，而且電壓適用范圍在3~5.5V，封裝形式除有SO/uSO的8PIN貼片式，還有更方便的三極管形式的TO－92封裝。測(cè)量溫度范圍為-55°C~+125°C，其A/D轉(zhuǎn)換的分辨率可用程序控制分別為9位、10位、11位和12位，最高分別率可以高達(dá)0.0625°C，但在-10~+85°C范圍內(nèi)其精度為±0.5°C。每個(gè)DS18B20出廠時(shí)都有一個(gè)唯一的序列編號(hào)，就是說(shuō)在同一個(gè)單總線系統(tǒng)中可以控制多個(gè)DS18B20。
3.2.4.2DS18B20硬件組成
(1)64位激光ROM。64位激光ROM從高位到低位依次由8位CRC、48位列號(hào)和8位家族代碼(28H)組成。
(2)溫度靈敏元件。
(3)非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH與TL。可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警上下限值。
(4)配置寄存器。配置寄存器為中間結(jié)果暫存器中的字節(jié)4。配置寄存器可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。可以設(shè)置成精度為9位、10位、11位、12位。上電缺省的分辨率為12位精度。用戶可根據(jù)需要改寫(xiě)配置寄存器以獲得合適的分辨率。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)中間結(jié)果暫存器和一個(gè)非易失性的電可擦除EEPROM，后者存放高溫度報(bào)警TH、低溫度報(bào)警TL和配置寄存器的值。暫存器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的數(shù)字溫度數(shù)值，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL，第五個(gè)字節(jié)是配置寄存器，這三個(gè)字節(jié)的值可以保存在電可擦除的只讀存取器(EEPROM)中，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，上電復(fù)位時(shí)數(shù)據(jù)從EEPROM載入中間結(jié)果暫存器。第
六、
七、八個(gè)字節(jié)內(nèi)部保留。第九個(gè)字節(jié)是循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC字節(jié)。
3.2.4.2DS18B20的供電方式
DS18B20的電源供電方式有兩種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時(shí)，VDD和GND均接地，它在需要遠(yuǎn)程溫度探測(cè)和空間受限的場(chǎng)合特別有用，原理是當(dāng)1-Wire總線的信號(hào)線DQ為高電平時(shí)，竊取信號(hào)能量給DS18B20供電，同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電，當(dāng)DQ為低電平時(shí)釋放能量為DS18B20供電。但寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路，軟件控制變得復(fù)雜(特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到EEPROM)，同時(shí)芯片的性能也有所降低。因此，在條件允許的場(chǎng)合，盡量采用外供電方式。DS18B20與單片機(jī)連接的原理圖：
圖3.5DS18B20與單片機(jī)連接的原理圖
3.2.5通訊部分
3.2.5.1電平轉(zhuǎn)換
為保證數(shù)據(jù)可靠傳送，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD和接收數(shù)據(jù)線RXD均采用EIA電平，即傳送數(shù)字“0”時(shí)，傳輸線上的電平在-3~-15V之間；傳送數(shù)字“1”時(shí)，傳輸線上的電平在+3~+15V之間。但單片機(jī)串行口采用正邏輯的TTL電平，這樣就存在TTL電平與EIA電平之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，例如當(dāng)單片機(jī)與PC機(jī)進(jìn)行串行通信時(shí)，PC機(jī)COM1或COM2口發(fā)送引腳TXD信號(hào)是EIA電平，不能直接與單片機(jī)串行口接收端RXD引腳相連；同樣單片機(jī)串行口發(fā)送端TXD引腳輸出信號(hào)采用正邏輯的TTL電平，也不能直接與PC機(jī)串行口COM1或COM2的RXD端相連。
RS-232C與TTL之間電平轉(zhuǎn)換芯片主要有傳輸線發(fā)送器MC1488(把TTL電平轉(zhuǎn)成EIA電平)、傳輸線接收器MC1489(把EIA電平轉(zhuǎn)成TTL電平)以及MAX232系列RS232電平轉(zhuǎn)換專用芯片。
其中傳輸線發(fā)送器MC1488含有4個(gè)門電路發(fā)送器，TTL電平輸入，EIA電平輸出；而傳輸線接收器MC1489也含有4個(gè)接收器，EIA電平輸入，TTL電平輸出，但由MC1488和MC1489構(gòu)成的EIA與TTL電平轉(zhuǎn)換器需要±12V雙電源，而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中一般只有+5V電源，如果僅為了實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換增加±12V電源，體積大、成本高。而MAX232系列芯片集成度高，單+5V電源(內(nèi)置了電壓倍增電路及負(fù)電源電路)工作，只需外接5個(gè)容量為0.1~1μF的小電容即可完成兩路RS-232與TTL電平之間轉(zhuǎn)換，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片。
系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)、定時(shí)芯片的控制，MAX232通訊模塊實(shí)現(xiàn)了這一功能。上位機(jī)通過(guò)VB界面以及VB中CommControl6.0控件組成上位機(jī)控制界面，與單片機(jī)系統(tǒng)中MAX232模塊一起完成總體通訊、控制功能。
3.2.5.2MAX232芯片介紹
MAX232產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2個(gè)驅(qū)動(dòng)器、2個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。
該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5VTTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。圖3.6MAX232引腳圖
RS-232C串行接口標(biāo)準(zhǔn)主信道重要信號(hào)含義：
TXD：串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，輸出。
RXD：串行數(shù)據(jù)接收引腳，輸入。
DSR：數(shù)據(jù)設(shè)備(DCE)準(zhǔn)備就緒信號(hào)，輸入，主要用于接收聯(lián)絡(luò)。當(dāng)DSR信號(hào)有效時(shí)，表明本地的數(shù)據(jù)設(shè)備(DCE)處于就緒狀態(tài)。
DTR：數(shù)據(jù)終端(DTE)就緒信號(hào)，輸出。用于DTE向DCE發(fā)送聯(lián)絡(luò)，當(dāng)DTR有效時(shí)，表示DTE可以接收來(lái)自DCE的數(shù)據(jù)。
RTS:發(fā)送請(qǐng)求，輸出。當(dāng)DTE需要向DCE發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，向接收方(DCE)輸出RTS信號(hào)。
CTS：發(fā)送允許或清除發(fā)送，輸入。作為“清除發(fā)送”信號(hào)使用時(shí)，由DCE輸出，當(dāng)CTS有效時(shí)，DTE將終止發(fā)送(如DCE忙或有重要數(shù)據(jù)要回送DTE)；而作為“允許發(fā)送”信號(hào)使用時(shí)，情況剛好相反：當(dāng)接收方接收到RTS信號(hào)后進(jìn)入接收狀態(tài)，就緒后向請(qǐng)求發(fā)送方回送CTS信號(hào)，發(fā)送方檢測(cè)到CTS有效后，啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程。
圖3.7通訊原理圖
3.2.6報(bào)警部分
執(zhí)行機(jī)構(gòu)為繼電器，繼電器帶固態(tài)繼電器，設(shè)計(jì)時(shí)考慮單片機(jī)使用的5V電源,所以，繼電器我們也用5V控制比較方便，固態(tài)繼電器的控制線圈100mA便可以驅(qū)動(dòng)，在設(shè)計(jì)時(shí)選擇5v、100mA的繼電器。固態(tài)繼電器選擇380VAC、150A電流輸出。這樣就可以有效的切斷主回路的電流。同時(shí)，我們可以提供采用蜂鳴器和二極管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，如果該系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。原理圖如下：
圖3.8報(bào)警原理圖
3.2.7電源部分[35]
目前市場(chǎng)上各式各樣的模塊電源、開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品很多，可根據(jù)以下原則對(duì)電源模塊進(jìn)行選擇。
1.掌握所需電源的一般性參數(shù)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，電壓、電流以及必要的一些輔助功能。電壓、電流是最基本的兩個(gè)參數(shù)，例如電源是給主板CPU供電，需要5伏電壓，電流需要根據(jù)系統(tǒng)功耗計(jì)算得知，如5A，那么我們?cè)趯?shí)際購(gòu)買中是不是就選擇5V/5A的電源呢？我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)有一定的降額設(shè)計(jì)，一般我們選擇略微比實(shí)際使用功率高20%，這樣電源工作效果比較好,可靠穩(wěn)定,系統(tǒng)輕微的過(guò)載也無(wú)關(guān)緊要。即：在選擇功率時(shí)一般要比實(shí)際使用功率大于20%即可。
2.外形尺寸，根據(jù)設(shè)備的空間來(lái)選擇合適的電源，一般我們要求越小越好，但是體積小、價(jià)格高，而且發(fā)熱大，所以不要盲目追求小體積。
3.溫度，確定電源使用的環(huán)境溫度，選擇適合的電源模塊。模塊電源廠家一般給出的溫度是電源模塊的殼溫，如-25ºC~+85ºC，那么85ºC表示電源外殼溫度最高可以達(dá)到85ºC，如果超過(guò)85ºC，電源就可能進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)或損壞。在選擇電源時(shí)一定要考慮自身的環(huán)境溫度和電源的工作效率，效率高溫升就低，反之效率低溫升就高。
4.安裝方式，模塊電源有兩種封裝形式，一種是引針式，一種是端子式。引針式可以直接焊在PCB印制線路板上，選擇這種電源時(shí)應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（即各廠家的引針?lè)绞蕉家粯樱阌诟鼡Q廠家），這種形式電源如需散熱，可配裝散熱器（一般廠家有配套產(chǎn)品）。端子式是用接線端子連接電源輸出和用電設(shè)備，電源可直接固定于設(shè)備的外殼上，并借助外殼散熱。
5.電壓精度，也就是電壓的穩(wěn)定度。一般廠家所給出的電壓精度為1%上下，是表示單路輸出的情況，如果有兩路或三路輸出，只表示主路的電壓精度，副路電壓精度要低，我公司生產(chǎn)的多路產(chǎn)品副路的電壓精度一般為3%范圍。如果多路輸出電壓中，每路電壓精度都要求比較高，那不能選擇這樣的電源，而需要選擇每路獨(dú)立穩(wěn)壓的電源，各路電壓精度都比較高（相當(dāng)于把多個(gè)電源做在一塊板子上）。
6.可靠性，可靠性的指標(biāo)用平均無(wú)故障時(shí)間MTBF來(lái)表示。
7.輸入電壓的范圍。
綜合以上，我選擇了捷力達(dá)電源模塊JME%-A2S05，可以將220V交流電轉(zhuǎn)換為5V直流電，但體積較大。市場(chǎng)價(jià)格在四十元左右，代替了傳統(tǒng)的變壓器，可以裝到PCB板上。220V交流電可以由三相電中的任一相與地線相連來(lái)提供。本實(shí)驗(yàn)中所使用的電源模塊的原理圖：
圖3.9電源原理圖
3.2.8ISP下載線
AT89S52單片機(jī)增加了在線編程功能，其硬件實(shí)現(xiàn)也非常簡(jiǎn)單。DB25針接頭，一片74HC373。6個(gè)插針?lè)謩e接ISP電源、單片機(jī)P1.5、P1.6、P1.7、ISPRST、ISP地線。在單片機(jī)系統(tǒng)中留出上述6個(gè)插頭，制作好下載線可以隨時(shí)修改程序，當(dāng)然也可以在線編輯程序，在沒(méi)有仿真器的情況下，大大提高了我們的工作效率，為我們編寫(xiě)調(diào)試程序提供了很大的方便。ISP下載線的原理圖如下：
圖3.10ISP下載線的原理圖
3.3本章小節(jié)
本章中，通過(guò)對(duì)資料的詳細(xì)了解，根據(jù)相關(guān)的原則對(duì)硬件進(jìn)行了選擇。本系統(tǒng)的完整硬件如下：以AT89S52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸，結(jié)合定時(shí)芯片DS1302進(jìn)行定時(shí)控制，顯示芯片HD7279顯示當(dāng)前時(shí)間，當(dāng)前溫度及跳閘原因等,選用串行通信總線接口RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)雙向通信的功能，通過(guò)上位機(jī)發(fā)送定時(shí)時(shí)間和報(bào)警時(shí)間。
第4章軟件設(shè)計(jì)
4.1軟件設(shè)計(jì)的原則
通常軟件設(shè)計(jì)先畫(huà)程序流程圖，然后根據(jù)流程圖編寫(xiě)程序。常用的設(shè)計(jì)技術(shù)有三種：
一、模塊法(BlockProgramming)：把一個(gè)長(zhǎng)的程序分成若干較小程序模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，然后再把各個(gè)模塊連接起來(lái)。此方法便于編程、糾錯(cuò)、調(diào)試。
二、自頂向下法（Top-downProgramming）：概括的說(shuō)，就是從整體到局部，最后到細(xì)節(jié)。
三、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)（StructuredProgramming）:各程序模塊可分別設(shè)計(jì)，一個(gè)模塊只有一個(gè)入口，一個(gè)出口，然后用最小接口組合起來(lái)。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的程序其執(zhí)行速度較慢，占用存儲(chǔ)器較多。
4.2主程序流程
本系統(tǒng)中主程序中，電機(jī)測(cè)溫是完成其功能的核心。首先進(jìn)行初始化，完成自檢后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集過(guò)程，進(jìn)行溫度采集與設(shè)定值相比較，若達(dá)到設(shè)定值則單片機(jī)輸出結(jié)果并跳閘顯示，否則進(jìn)入下一輪采樣。顯示功能應(yīng)該實(shí)時(shí)進(jìn)行，利用掃描的方式寫(xiě)。而那些出現(xiàn)頻率不高的程序，如上位機(jī)通訊，應(yīng)該利用中斷方式編寫(xiě)。另外系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等應(yīng)該運(yùn)行一次,不能寫(xiě)入循環(huán)程序。具體的流程如圖4.1所示：
圖4.1主程序流程
4.3下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用模塊化進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。主要有鍵盤(pán)顯示模塊、報(bào)警模塊、溫度模塊、通信模塊，采用模塊法編寫(xiě)的程序易讀易懂，結(jié)構(gòu)清晰，模塊法能更有利于程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試。下位機(jī)程序主要完成以下幾個(gè)任務(wù):鍵盤(pán)顯示、越限報(bào)警、溫度顯示、上位機(jī)通信等，采用C語(yǔ)言編程。
KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。
KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。
使用KeilC51編輯以及調(diào)試程序非常簡(jiǎn)便，與WINDOWS下的應(yīng)用軟件一樣。KeilC51可直接生成.HEX文件，可直接通過(guò)ISP下載線燒寫(xiě)到單片機(jī)內(nèi)。
4.3.1鍵盤(pán)程序
鍵盤(pán)子程序主要完成當(dāng)前時(shí)間、溫度及故障類型的顯示。系統(tǒng)正常工作時(shí)，LED循環(huán)顯示當(dāng)前的時(shí)間和當(dāng)前的溫度。按任意鍵可以實(shí)現(xiàn)溫度與時(shí)間的切換。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，LED顯示出故障類型。
本系統(tǒng)的鍵盤(pán)顯示部分摒棄了傳統(tǒng)的串行移位寄存器驅(qū)動(dòng)方式，采用專用的集成芯片HD7279a，它是一片具有串行接口的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(或64只獨(dú)立LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片,該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤(pán)矩陣,單片即可完成LED顯示鍵盤(pán)接口的全部功能。
（1）時(shí)序圖分析
HD7279芯片輸入輸出方式為串行，編程時(shí)數(shù)據(jù)的寫(xiě)入讀出按照其時(shí)序圖編寫(xiě)，在片選使能后，在CLK管腳的下降沿寫(xiě)入讀出數(shù)據(jù)，具體的時(shí)序圖如圖4.2所示：
圖4.2HD7279純指令時(shí)序圖
HD7279芯片有兩種寫(xiě)入指令，即純指令、帶數(shù)據(jù)的指令。純指令占一個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)也是占一個(gè)字節(jié)，帶數(shù)據(jù)指令可以分開(kāi)兩次寫(xiě)入，先寫(xiě)指令，再寫(xiě)數(shù)據(jù)，這樣只要寫(xiě)好一個(gè)字節(jié)的發(fā)送時(shí)序，多個(gè)字節(jié)的發(fā)送只要調(diào)用單字節(jié)發(fā)送字函數(shù)就可以了。如圖4.3所示：
圖4.3HD7279帶指令時(shí)序圖
讀鍵盤(pán)時(shí)序如圖4.4所示：
圖4.4讀鍵盤(pán)指令時(shí)序圖
（2）鍵盤(pán)顯示子程序流程
由于HD7279芯片內(nèi)部有自動(dòng)掃描功能，因此不需要單片機(jī)提供掃描，只是在要改寫(xiě)顯示的時(shí)候才重寫(xiě)入一次；HD7279內(nèi)部自帶鍵盤(pán)去抖程序，也不需要軟件去抖，當(dāng)有穩(wěn)定的按鍵按下后，在KEY管腳處出現(xiàn)低電平，硬件上將KEY管腳接在了外部中斷上，因此利用中斷方式處理鍵盤(pán)就可以了。流程圖如圖4.5所示：
圖4.5鍵盤(pán)顯示流程
4.3.2時(shí)鐘程序
時(shí)鐘芯片選用的是DS1302，該芯片配合外部專用晶振就可以運(yùn)行，該芯片有兩個(gè)電源管腳，工作電源和備用電源，該芯片為低功耗芯片，根據(jù)客戶的需要,只使用紐扣電池供電，只要可以提供三個(gè)月的使用即可。紐扣電池的一般容量為140~150mAH,而DS1302在電壓為2.0V時(shí),電流僅為300nA,所以足夠滿足用戶的需要。電動(dòng)機(jī)保護(hù)器斷電時(shí)可以進(jìn)行掉電保護(hù)。由于內(nèi)部寄存器具有掉電保護(hù)功能，因此編寫(xiě)程序時(shí),利用7個(gè)字節(jié)來(lái)保存設(shè)定的到期時(shí)間的數(shù)據(jù)，再利用另外的RAM保存溫度的門限值和密碼。這樣當(dāng)保護(hù)器掉電時(shí)DS1302芯片由紐扣電池供電，保存數(shù)據(jù),當(dāng)電機(jī)和電機(jī)保護(hù)器斷電時(shí),設(shè)定的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，保證了本系統(tǒng)的安全性。本設(shè)計(jì)中時(shí)間寄存器和內(nèi)部寄存器的修改用串行通訊,利用VB界面來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(1)時(shí)鐘芯片的時(shí)序分析
DS1302芯片接口方式為同步串行，讀寫(xiě)時(shí)應(yīng)該把片選管腳拉高，在時(shí)鐘CLK管腳的下降延讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。該芯片的數(shù)據(jù)傳輸方式有時(shí)鐘單字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸方式、時(shí)鐘多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸方式、寄存器單字節(jié)傳輸方式、寄存器多字節(jié)傳輸方式。而這些傳輸方式都可以分解為單字節(jié)傳送方式，因此只要底層的單字節(jié)輸入輸出子函數(shù)按照?qǐng)D4.5的時(shí)序圖寫(xiě)好后，其它的函數(shù)調(diào)用此函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)。
圖4.6DS1302數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖
(2)時(shí)鐘芯片控制指令
讀出或?qū)懭隓S1302芯片數(shù)據(jù)時(shí)，首先要向數(shù)據(jù)口發(fā)送1個(gè)字節(jié)的命令字，該命令字的格式如表4.1所示，最高位為引導(dǎo)位，應(yīng)該寫(xiě)入1，第6位為選擇時(shí)鐘寄存器還是內(nèi)部寄存器的選擇位，1是內(nèi)部寄存器，0是時(shí)鐘寄存器，A5-A0是寄存器的地址位，第0位控制操作為讀或?qū)憽?/p>
表4.1DS1302命令字格式
76543210
1RAMA4A3A2A1A0RD
(3)時(shí)鐘芯片子程序流程
時(shí)鐘寄存器為多字節(jié)寄存器，各個(gè)寄存器地址按照順序排列，因此應(yīng)該采用循環(huán)的方式編寫(xiě)。每寫(xiě)入或讀出一位寄存器時(shí)，首先寫(xiě)入地址，然后寫(xiě)入或讀出該地址的數(shù)據(jù)，每接收或發(fā)送一個(gè)字節(jié)調(diào)用一次接收或發(fā)送子程序。這樣多個(gè)連續(xù)地址的寄存器便可以被連續(xù)的操作。該流程圖如圖4.7所示：
圖4.7時(shí)鐘多字節(jié)操作流程
4.3.2測(cè)溫程序
4.3.2.1DS18B20的操作順序
為了保證數(shù)據(jù)可靠地傳輸，任一時(shí)刻1-Wire總線上只能有一個(gè)控制信號(hào)或數(shù)據(jù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)應(yīng)符合1-Wire總線協(xié)議，訪問(wèn)DS18B20的操作順序遵循以下三步:
第一步：初始化
第二步：ROM命令
第三步：DS18B20功能命令
(1)初始化
基于1-Wire總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開(kāi)始的，主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖，從機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。
(2)ROM命令
在主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出ROM命令。這些命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一64位ROM代碼相關(guān)，允許主機(jī)在1-Wire總線上連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，指定操作某個(gè)從機(jī)設(shè)備。這些命令還允許主機(jī)能夠檢測(cè)到總線上有多少個(gè)從機(jī)設(shè)備以及其設(shè)備類型，或者有沒(méi)有設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。共有5種ROM命令，它們分別是：讀ROM、搜索ROM、匹配ROM、跳過(guò)ROM、報(bào)警搜索。對(duì)于只有一個(gè)溫度傳感器的單點(diǎn)系統(tǒng)，跳過(guò)ROM(SKIPROM)命令特別有用，AT89S52不必發(fā)送64比特序列號(hào)，從而節(jié)約了大量時(shí)間。對(duì)于1-Wire總線的多點(diǎn)系統(tǒng)，通常先把每一個(gè)溫度傳感器DS18B20的64比特序列號(hào)測(cè)出，要訪問(wèn)某一個(gè)從屬節(jié)點(diǎn)時(shí)，發(fā)送匹配ROM命令(MATCHROM)，然后發(fā)送64比特序列號(hào)，這時(shí)可以對(duì)指定的從屬節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作。
(3)DS18B20功能命令
在主機(jī)發(fā)出ROM命令，以訪問(wèn)某個(gè)指定的DS18B20后，接著就可以發(fā)出DS18B20支持的某個(gè)功能命令。這些命令允許主機(jī)寫(xiě)入或讀出DS18B20暫存器、啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換以及判斷從機(jī)的供電方式。DS18B20的功能命令有：溫度轉(zhuǎn)換、寫(xiě)暫存器(WRITESCRACHPAD)、讀暫存器(READSCRACHPAD)、拷貝暫存器(COPYSCRACHPAD)、恢復(fù)EEPROM(RECALLE2)、讀取電源供電方式(READPOWERSUPPLY)。AT89S52發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，DS18B20采集溫度并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，結(jié)果保存在暫存器的字節(jié)0和字節(jié)1。寫(xiě)暫存器(WRITESCRACHPAD)命令，AT89S52把三個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)按照從LSB到MSB的順序?qū)懭氲綍捍嫫鞯腡H、TL和配置寄存器中。拷貝暫存器(COPYSCRACHPAD)命令將暫存器中TH、TL和配置寄存器的值保存到E2PROM中。讀暫存器(READSCRACHPAD)命令將讀取暫存器中9個(gè)字節(jié)的數(shù)值，其中最后一個(gè)字節(jié)是循環(huán)冗余圖4.8初始化時(shí)序圖
校驗(yàn)CRC，用于檢驗(yàn)讀取數(shù)據(jù)的有效性。
4.3.2.21-Wire總線信號(hào)時(shí)序
所有的1-Wire總線器件要求采用嚴(yán)格的信號(hào)時(shí)序，以保證數(shù)據(jù)的完整性。DS18B20共有6種信號(hào)類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫(xiě)0、寫(xiě)1、讀0和讀1。所有這些信號(hào)，除了應(yīng)答脈沖以外，都由主機(jī)發(fā)出同步信號(hào)。并且發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。
(1)復(fù)位脈沖和應(yīng)答脈沖
1-Wire總線上的所有通信都是以初始化序列開(kāi)始。AT89S52輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480s，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著，AT89S52釋放總線，4.7K上拉電阻將1-Wire總線拉高，延時(shí)15~60s，并進(jìn)入接收模式(Rx)。接著DS18B20拉低總線60~240s，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí)480s。
(2)寫(xiě)時(shí)隙
寫(xiě)時(shí)隙包括寫(xiě)0時(shí)隙和寫(xiě)1時(shí)隙。所有寫(xiě)時(shí)隙至少需要60s，且在兩次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)隙之間至少需要1s的恢復(fù)時(shí)間，兩種寫(xiě)時(shí)隙均起始于AT89S52拉低總線。寫(xiě)1時(shí)隙：AT89S52輸出低電平，延時(shí)2s，然后釋放總線，延時(shí)60s。寫(xiě)0時(shí)隙：AT89S52輸出低電平，延時(shí)60s，然后圖4.9寫(xiě)時(shí)序
釋放總線，延時(shí)2s。
(5)讀時(shí)隙
1-Wire總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙時(shí)，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)隙，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)隙至少需要60s，且在兩次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間至少需要1s的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)隙都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1s。主機(jī)在讀圖4.10讀時(shí)序
時(shí)隙期間必須釋放總線，并且在時(shí)隙起始后的15s
之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。典型的讀時(shí)隙過(guò)程為：AT89S52輸出低電平延時(shí)2s，然后AT89S52轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12s，然后讀取1-Wire總線當(dāng)前的電平，然后延時(shí)50s。
智能保護(hù)器的測(cè)溫流程如圖4.11所示：
圖4.11測(cè)溫流程圖
4.3.3串行通訊程序
MCS51單片機(jī)的串口是一個(gè)全雙工接收緩沖式的串行通訊接口，可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，它可以作UART(通用異步接收和發(fā)送器)用，也可以作同步移位寄存器用。串行口緩沖器SBUF是可直接尋址的特殊功能寄存器。在物理上，數(shù)據(jù)接收寄存器和數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器的地址都是99H，這兩個(gè)寄存器都用符號(hào)SBUF來(lái)表示。實(shí)現(xiàn)串行通訊首先要初始化串口波特率，設(shè)置串口的工作方式。
(1)工作時(shí)序分析
單片機(jī)的串口有四種工作方式，在本系統(tǒng)中利用發(fā)送和接收8位2進(jìn)制數(shù)據(jù)，選擇串行口的工作方式1，即8位異步通訊接口方式，一幀信息由10位組成。方式1的波特率可變，由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的溢出波特率以及SMOD決定，且發(fā)送波特率可以不同。該工作模式為異步傳輸，異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是數(shù)據(jù)在線路上的傳輸不連續(xù)。傳送時(shí)，數(shù)據(jù)是以一個(gè)字節(jié)為單位進(jìn)行傳送的。它用一個(gè)起始位表示字符的開(kāi)始，用停止位表示字符的結(jié)束。根據(jù)異步串口的特性，本系統(tǒng)采用中斷的方式編寫(xiě)串行通訊子程序。其工作的時(shí)序圖如圖4.12所示：
圖4.12串行通訊時(shí)序圖
(2)串行通訊控制命令
異步串行口的工作方式由SCON寄存器控制，配置SM0、SM1為10，則串口工作于方式1。本系統(tǒng)的通訊部分在主程序中是以中斷的方式編寫(xiě)的，因此使能IE中斷控制寄存器中的ES位。異步串口需要有一個(gè)時(shí)鐘作為串行通訊的時(shí)鐘，即波特率。在本設(shè)計(jì)中以定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器，配置TMOD控制寄存器，設(shè)置定時(shí)器1工作于方式2，即自動(dòng)重裝方式，而且定時(shí)器溢出不產(chǎn)生中斷，這樣再配合波特率倍增PCON寄存器，就可以連續(xù)的為串口提供穩(wěn)定的波特率。
表4.2串口程序相關(guān)的控制寄存器
SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI
PCONSMOD------GF1GF0PDIDL
TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0
TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IE1
IEEA--ET2ESETEX1ET0EX0
(3)串行通訊流程圖
在本系統(tǒng)中，主要利用和上位機(jī)的串行通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)門限溫度、時(shí)鐘參數(shù)的設(shè)置，上位機(jī)發(fā)的數(shù)據(jù)格式為8位的2進(jìn)制數(shù)，因此在編程時(shí)，每次傳輸都以一個(gè)字節(jié)為最小單位。接收到的第一個(gè)字節(jié)作為命令字，這時(shí)根據(jù)此命令字所定義的功能來(lái)判斷以下工作。如果命令是修改時(shí)間寄存器，則連續(xù)接收7個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，調(diào)用修改時(shí)間寄存器函數(shù)；如果命令是修改定時(shí)的內(nèi)部寄存器，也連續(xù)接收7個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，調(diào)用修改DS1302內(nèi)部寄存器的功能函數(shù)；如果是修改門限溫度，則接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，修改門限對(duì)應(yīng)的寄存器。在傳輸過(guò)程中上位機(jī)的數(shù)據(jù)格式要與下位機(jī)配合使用，這樣才能實(shí)現(xiàn)通訊。
串行接收流程傳送發(fā)送流程轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源:畢業(yè)論文需要其他論文可去論文范文查找。查看本站未公布的論文
圖4.13串行通訊流程圖
4.4上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
4.4.1VB界面的設(shè)計(jì)
上位機(jī)采用普通PC機(jī)為監(jiān)控主機(jī)，通信軟件在中文WindowXP環(huán)境下用專業(yè)版軟件VisualBasic6.0上開(kāi)發(fā)。Windows是大多數(shù)PC機(jī)用戶所選擇的圖形用戶界面(GUI)，而VisualBasic的“可視性”及“面向事件”的特征使得基于Windows環(huán)境的通信軟件的開(kāi)發(fā)更加簡(jiǎn)單。溫度上限與定時(shí)時(shí)間是通過(guò)VB界面設(shè)定。
VB軟件為可視化的面向?qū)ο缶幊蹋驹O(shè)計(jì)中只操作了串口控件，利用VisualBasic與單片機(jī)通訊時(shí)，本設(shè)計(jì)所使用的波特率是9600bps。不進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)是8位,停止位是1位。MSComm控件的Setting屬性的設(shè)置為“9600，n，8，1”。當(dāng)單片機(jī)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，接收時(shí)，VisualBasic可以將MSComm的InputMode屬性設(shè)置為ComInputMode為Binary方式（以二進(jìn)制接收數(shù)據(jù)）。當(dāng)利用VisualBasic向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，如果是一組十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)，可以將這組數(shù)據(jù)設(shè)置為Byte型數(shù)據(jù)。這樣在單片機(jī)一方接收的數(shù)據(jù)就是一組十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)，不然，單片機(jī)接收到的是一組ASCII碼，而且當(dāng)發(fā)送的數(shù)據(jù)大于128位時(shí)，單片機(jī)就會(huì)接收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中引用了MicrosoftCommControl6.0控件，該控件的屬性介紹如下：
4.4.2通訊控件屬性分析
(1)CommPort屬性
CommPort屬性用于設(shè)置或返回通信連接端口號(hào)碼。程序必須指定所要使用的串行端口的號(hào)碼，Windows系統(tǒng)會(huì)通過(guò)所設(shè)置的通信端口與外界通信
(2)Setting屬性
Setting屬性用于設(shè)置初始化參數(shù)。以字符串的形式設(shè)置或返回聯(lián)機(jī)速率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位等四個(gè)參數(shù)。其格式為：“BBBB,P,D,S”其中BBBB表示聯(lián)機(jī)速率，P表示奇偶校驗(yàn)位檢查方式，D表示數(shù)據(jù)位，S表示停止位。默認(rèn)值是“9600，N，8，1”，它表示所使用的通信端口是以每秒9600位的速率進(jìn)行傳輸，不進(jìn)行奇偶校驗(yàn)位的檢查，每個(gè)數(shù)據(jù)位是8個(gè)位，而停止位是1個(gè)位。而這四項(xiàng)必須是按照順序，不可前后對(duì)調(diào)；其中的字母可以是大寫(xiě)或小寫(xiě)。聯(lián)機(jī)的速率為110bps,300bps,600bps,1200bps,2400bsp,9600bps等。Setting設(shè)置完成以后，所傳輸及接收的字符串便以此設(shè)置為準(zhǔn)，通信雙方，Setting設(shè)置必須完全一樣，彼此才能順利的通信，否則雙方將無(wú)法正確的接收到彼此所傳輸?shù)男盘?hào)。
(3)PortOVIpen屬性
PortOpen屬性用于設(shè)置或返回連接端口的狀態(tài)。使用串行端口之前必須先將要使用的端口打開(kāi)，而在使用完畢之后，也必須執(zhí)行關(guān)閉操作。串行通信端口各項(xiàng)功能都是在PortOpen的True與False之間完成。
(4)Input屬性
Input屬性用于從輸入緩沖區(qū)返回并刪除字符。程序靠這個(gè)命令將對(duì)方傳到輸入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)讀進(jìn)程序中，并清除緩沖區(qū)中以被讀取的數(shù)據(jù)。
(5)Output屬性
Output屬性用于將要發(fā)送的數(shù)據(jù)輸入傳輸緩沖區(qū)。當(dāng)程序需要傳輸字符串到對(duì)方時(shí)，可以將字符串使用此命令輸入輸出緩沖區(qū)中，一般的數(shù)據(jù)均是在送達(dá)輸出緩沖區(qū)后隨即被送出，當(dāng)MSComm控件設(shè)置有發(fā)送閥值屬性時(shí)，則就會(huì)生成事件。
(6)InputLen屬性
InputLen屬性用于指定由串行端口讀入的字符串長(zhǎng)度或字節(jié)數(shù)。VisualBasic程序可使用Input命令將存放在輸入緩沖區(qū)的字符讀入，但要指定讀入的字符長(zhǎng)度則需要設(shè)置本屬性。若指定讀取的單位是字節(jié)，則是讀入字節(jié)的個(gè)數(shù)。
(7)HandShaking屬性
HandShaking屬性用于指定通信雙方的握手協(xié)議。所謂“握手協(xié)議”也就是就是流量管制。握手協(xié)議只有在緩沖區(qū)沒(méi)有超速的情況下，才能保證數(shù)據(jù)不被遺失。而緩沖區(qū)超速是指數(shù)據(jù)到達(dá)端口的速度太快，以至于通信裝置來(lái)不及將數(shù)據(jù)移到接收緩沖區(qū)。握手協(xié)議所要進(jìn)行的是數(shù)據(jù)傳輸速度的控制，因此也被稱為“流量控制”；簡(jiǎn)單的說(shuō)，當(dāng)雙方傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，如果一方送出的數(shù)據(jù)的速度快于另一方所能處理的速度時(shí)，接收的一方要求發(fā)送的一方暫停送出數(shù)據(jù)，待接收的一方處理完數(shù)據(jù)之后，再通知發(fā)送方繼續(xù)發(fā)送未傳完的數(shù)據(jù)。
(8)InBufferCount屬性
InBufferCount屬性用于返回在接收緩沖區(qū)的字符數(shù)。該屬性在設(shè)計(jì)階段無(wú)法使用InBufferCount是指已接收的，并在緩沖區(qū)中等待讀取的字符數(shù)。
(9)InputMode屬性
InputMode屬性用于設(shè)置或返回Input屬性取回的數(shù)據(jù)類型。
最后，VB運(yùn)行的界面如下:
圖4.14VB運(yùn)行界面
4.5程序燒寫(xiě)軟件
Easy51ProV2.0軟件可以方便的對(duì)單片機(jī)進(jìn)行操作，可以實(shí)現(xiàn)程序的燒寫(xiě)工作。
4.5.1V2.0的特性
支持.HEX文件；
用戶自己可以擴(kuò)充器件；
重載的文件對(duì)話框，方便查找文件；
熱鍵支持，調(diào)試程序效率高；
靈活的程序設(shè)計(jì)，可以讓整套軟件在其它編程器硬件上運(yùn)行；
支持多種下載線，有更多的選擇；
設(shè)計(jì)了串行通訊超時(shí)程序，減少掉線現(xiàn)象。
4.5.2V2.0的使用
點(diǎn)擊下載軟件Easy51Pro.EXE，進(jìn)入下載程序的界面，按順序檢測(cè)通信、檢測(cè)器件，如果無(wú)錯(cuò)誤提示，表示下載系統(tǒng)硬件連接正常。
圖4.15下載程序界面
下載系統(tǒng)硬件連接正常后，可以進(jìn)行程序下載。首先點(diǎn)擊“打開(kāi)文件”選項(xiàng)，打開(kāi)需要下載的文件；其次點(diǎn)擊“擦除器件”選項(xiàng)，將AT89S52芯片清空；然后點(diǎn)擊“寫(xiě)器件”，將程序?qū)懭階T89S52芯片；最后點(diǎn)擊“校驗(yàn)數(shù)據(jù)”選項(xiàng)，如果系統(tǒng)如圖4.16提示“0個(gè)單元不對(duì)”則表示下載正常，下載工作完成。
可以使用上面的過(guò)程完成程序下載工作，也可以使用“自動(dòng)完成”選項(xiàng)，“自動(dòng)完成”選項(xiàng)可以一次性對(duì)芯片進(jìn)行“擦除器件”、“寫(xiě)器件”“校驗(yàn)數(shù)據(jù)”。
圖4.16程序下載完成界面
4.6本章小結(jié)
在所做的硬件基礎(chǔ)上，進(jìn)行軟件編寫(xiě)調(diào)試，是一個(gè)比較麻煩的過(guò)程，通過(guò)keilc進(jìn)行編程，用VB作為上位機(jī)界面，用Easy51ProV2.0對(duì)程序進(jìn)行燒寫(xiě)，大大加快了進(jìn)程。
第5章實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析
電機(jī)的硬件與軟件協(xié)調(diào)成功后，現(xiàn)在已經(jīng)能正常讀取溫度數(shù)與顯示時(shí)間，而且在設(shè)定時(shí)間到時(shí)后，繼電器可以動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)時(shí)間保護(hù)功能。現(xiàn)在進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行測(cè)溫。
5.1電機(jī)表面溫度的測(cè)試
本實(shí)驗(yàn)所選取電機(jī)的規(guī)格為：
型號(hào)：JO3-029-4額定：連續(xù)
功率：1.1KW接法：Y
電壓：220/380V絕緣等級(jí)：E級(jí)
電流：0.28A溫升：75ºC
轉(zhuǎn)速：1370轉(zhuǎn)/分重量：17KG
周率：50Hz
溫度計(jì)的放置如下圖所示：
圖5.1電機(jī)溫度計(jì)放置示意圖
實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該注意的事項(xiàng)：
實(shí)際上電機(jī)只要在一個(gè)小時(shí)內(nèi)其溫升變化不超過(guò)1ºC時(shí)，即可以認(rèn)為是穩(wěn)定的溫升狀態(tài)。此時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄采集。連續(xù)定額的電機(jī)，試驗(yàn)如果從冷態(tài)開(kāi)始，升溫時(shí)間比較長(zhǎng)。小型、高速、防護(hù)式電機(jī)至少要1.5~3個(gè)小時(shí)，大型、低速或封閉式電機(jī)則更長(zhǎng)，甚至5小時(shí)以上。所以如果為了縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，開(kāi)始可讓電機(jī)1.05~1.15倍額定負(fù)載下過(guò)載運(yùn)行一段時(shí)間（約30分鐘），或有意減少冷卻空氣量，直到繞組溫升接近預(yù)計(jì)穩(wěn)定溫升75%止。
試驗(yàn)中有時(shí)要觀察電機(jī)通風(fēng)情況，用羽毛試探氣流方向，估計(jì)吹到各發(fā)熱部分的風(fēng)量是否合理。我在本次實(shí)驗(yàn)中，用長(zhǎng)的碎紙片來(lái)試探氣流方向，也能充分說(shuō)明問(wèn)題。
5.2數(shù)據(jù)分析——數(shù)據(jù)融合技術(shù)[37]
5.2.1數(shù)據(jù)融合技術(shù)簡(jiǎn)介
多傳感器信息融合技術(shù)是近年來(lái)形成和發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)化信息綜合處理技術(shù),它充分利用多源數(shù)據(jù)的互補(bǔ)性和計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算來(lái)提高結(jié)果信息的質(zhì)量[40]。經(jīng)過(guò)融合的多傳感器系統(tǒng)能完善、精確地反映檢測(cè)對(duì)象特性,消除信息的不確定性,提高傳感器的可靠性。為反映電機(jī)的真實(shí)溫度,電機(jī)表面各溫區(qū)的溫度進(jìn)行綜合考慮。由于是在線測(cè)量控制,溫度測(cè)量的影響因素較多、誤差較大。為了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較精確的采集，本文采用一種基于多傳感器參數(shù)估計(jì)數(shù)據(jù)融合的溫度測(cè)量方法,不需要關(guān)于數(shù)字化溫度采集系統(tǒng)中對(duì)溫度測(cè)量的統(tǒng)計(jì)資料,僅通過(guò)分布圖法在有限只溫度傳感器測(cè)量結(jié)果中消除疏失誤差,將可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合值計(jì)算,就可以獲得比有限個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值更有效的測(cè)量結(jié)果。
多傳感器數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵技術(shù)之一是多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問(wèn)題,它是多傳感器數(shù)據(jù)融合的核心部分。所謂數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),就是把來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器的觀測(cè)或點(diǎn)跡與已知或已經(jīng)確認(rèn)的事件歸并到一起,使它們分別屬于已知事件的集合。對(duì)電機(jī)表面溫度測(cè)量數(shù)據(jù)融合的目的是依據(jù)有限的傳感器資源,消除測(cè)量中的不確定性,獲得比有限個(gè)傳感器測(cè)量信息的算術(shù)平均值更準(zhǔn)確、更可靠的測(cè)量結(jié)果。由于采用數(shù)據(jù)融合處理,當(dāng)系統(tǒng)中的某些傳感器失效時(shí),系統(tǒng)可以依靠其他非失效傳感器提供的信息,通過(guò)數(shù)據(jù)融合獲得電機(jī)表面的較準(zhǔn)確溫度。
5.2.2分布圖法剔除疏失誤差
在對(duì)電機(jī)表面溫度的測(cè)試中由于各種環(huán)境等干擾因素的存在,常常會(huì)引起疏失誤差,疏失誤差又稱過(guò)失誤差,是指顯然與事實(shí)不符的誤差。它通常是由于操作者失誤、系統(tǒng)內(nèi)部器件受損或接線松動(dòng)、脫落、外界突發(fā)沖擊引起的。疏失誤差的存在嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果,必須剔除。在此采用分布圖法,它是一種新型數(shù)據(jù)處理算法。用分布圖法來(lái)獲得一致性測(cè)量數(shù)據(jù)的方法不受數(shù)據(jù)分布的限制,能夠增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理對(duì)不確定因素的適應(yīng)性,即具有魯棒性[38]。
分布圖法的算法如下:
電機(jī)表面溫度測(cè)量的分布圖中反映數(shù)據(jù)分布結(jié)構(gòu)的參數(shù),主要由中位數(shù)、上四分位數(shù)、下四分位數(shù)和四分位數(shù)離散度組成。假設(shè)電機(jī)表面的個(gè)溫度傳感器同時(shí)獨(dú)立地進(jìn)行溫度測(cè)量，得到個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)并將這些溫度值從小到大進(jìn)行排序：，，……。（其中為下極限，為上極限）
中位值為：
上四分位數(shù)為區(qū)間為[，]的中位數(shù)，下四分位數(shù)為區(qū)間[，]的中位數(shù)。四分位離度為：。認(rèn)定與中位數(shù)的距離大于的數(shù)據(jù)為離異數(shù)據(jù)，設(shè)為到中的任一數(shù)據(jù)，得無(wú)效數(shù)據(jù)的判斷區(qū)間為>。在此式中，為常數(shù)，其大小視系統(tǒng)的測(cè)量誤差要求而定,通常取1、2等值。
設(shè)判斷區(qū)間為[，]，，。利用區(qū)間[，]內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)是有效的一致性測(cè)量數(shù)據(jù)這一結(jié)論，可以排除離異值干擾。而且中位值和四分位離散度的選擇與極值點(diǎn)的大小無(wú)關(guān)，僅取決于數(shù)據(jù)的分布，有效區(qū)間的獲得與需要排除的可疑值關(guān)系不大。
5.2.3數(shù)據(jù)融合的方法
因?yàn)榈葴?zhǔn)確度傳感器的測(cè)量結(jié)果具有正態(tài)分布特性,所以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合采用算術(shù)平均值與分批估計(jì)相結(jié)合的算法。具體算法如下：先由電機(jī)表面的8路數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分布圖法剔除誤差后得出一致性測(cè)量數(shù)據(jù),再按傳感器空間位置不相鄰的準(zhǔn)則將其分成兩組,求出兩組測(cè)量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值,將兩組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值再采用分批估計(jì)算法,估計(jì)出接近溫度真實(shí)值的融合值，從而消除測(cè)量過(guò)程的不確定性，得到電機(jī)表面溫度的測(cè)量結(jié)果。設(shè)被測(cè)溫度的真值為，則溫度測(cè)量方程可表示為
（5-1）
第一組一致性測(cè)量數(shù)據(jù)序號(hào)為：，，……；（<5），第二組序號(hào)為：，，……；（<5）。這就是分得的兩組數(shù)據(jù)。其中，分別為第一，二組中的傳感器數(shù),兩組測(cè)量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值分別為
（5-2）
（5-3）
其中，分別為第
一、二組中的傳感器序號(hào)，相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為
（5-4）
（5-5）
據(jù)分批估計(jì)的理論，分批估計(jì)后得到的溫度融合值的標(biāo)準(zhǔn)誤差為(5-6)
式中,這是因?yàn)樵诖酥皼](méi)有溫度測(cè)量的統(tǒng)計(jì)資料,也就是說(shuō)在此之前測(cè)量結(jié)果的方差,故得；H為測(cè)量方程的系數(shù)矩陣，R為測(cè)量噪聲的協(xié)方差，且
；
；（5-7）
式中、分別為、的測(cè)量噪聲,即剩余誤差。同時(shí)考慮第
一、第二組的測(cè)量結(jié)果，
(5-8)
分批估計(jì)導(dǎo)出的溫度數(shù)據(jù)融合值為
(5-9)
將式(5-7)、（5-8）代入式（5-9）得到基于多傳感器與分批估計(jì)數(shù)據(jù)融合的溫度值為
（5-10）
理論分析與實(shí)踐檢驗(yàn)證明，分得的兩組數(shù)據(jù)之間誤差越大，式（5-10）的數(shù)據(jù)融合值對(duì)誤差的改善效果越顯著；兩組數(shù)據(jù)誤差越小，數(shù)據(jù)融合相對(duì)于算術(shù)平均值的優(yōu)越性也越小。
5.2.4溫度測(cè)量數(shù)據(jù)融合試驗(yàn)
用8個(gè)溫度傳感器在同一時(shí)間對(duì)電機(jī)表面單獨(dú)測(cè)量,測(cè)量結(jié)果如表5.1所示
表5.1溫度傳感器測(cè)量結(jié)果單位：ºC
傳感器
S1S2S3S4S5S6S7S8
40.744.748.145.88544.547.945.4
采用傳統(tǒng)的算術(shù)平均值濾波的方法計(jì)算結(jié)果為ºC。根據(jù)分布圖法判定40.7,44.7,48.1,45.8,44.5,47.9,45.4為剔除疏失誤差后的測(cè)量結(jié)果。此時(shí),算術(shù)平均值為：ºC。再將傳感器按空間不相鄰的原則分為兩組,第一組為:S1,S2,S3,S4；第二組為S6,S7,S8。
由式(5-2)和式(5-3)求得兩組的算術(shù)平均值為:ºC；ºC。
由式(4)和式(5)求得兩組的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：；。
由式（5-10）計(jì)算出這7個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的溫度融合值為ºC，得到溫度融合值為45.65ºC。其實(shí)5號(hào)傳感器的85ºC是由于傳感器已經(jīng)損壞所測(cè)出的數(shù)據(jù)。由此得出,數(shù)據(jù)融合得到的測(cè)量結(jié)果比算術(shù)平均值測(cè)量結(jié)果更接近被測(cè)量真值。
5.3本章小結(jié)
溫度測(cè)量數(shù)據(jù)融合試驗(yàn)的程序界面以及代碼可以使用VB和C編寫(xiě)的。在編程實(shí)現(xiàn)基于算術(shù)平均值與分批估計(jì)的數(shù)據(jù)融合算法時(shí),該算法不需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),同時(shí)還具有運(yùn)算量小,計(jì)算機(jī)編程容易等優(yōu)點(diǎn),不僅可以用于校準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)的后期處理,還可以將其應(yīng)用于測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和控制中。
結(jié)論
本文所闡述的數(shù)據(jù)融合技術(shù)算法是數(shù)據(jù)融合技術(shù)中最為簡(jiǎn)單的一種方法，實(shí)時(shí)性比較強(qiáng),適用于數(shù)字化溫度采集系統(tǒng)的特點(diǎn)，計(jì)算量小。如果系統(tǒng)中，測(cè)量的結(jié)果具有正態(tài)分布的特性,如果數(shù)據(jù)足夠多的情況下，算術(shù)平均值是測(cè)量結(jié)果的理想表示方法。但是本系統(tǒng)中，只安放八個(gè)傳感器，屬于有限次測(cè)量,算術(shù)平均值雖然能夠提高測(cè)量精度,但不是其最好的表示方法。所以,估計(jì)算法可以獲得更好的測(cè)量結(jié)果。但估計(jì)算法建立在比較可靠的測(cè)量初值基礎(chǔ)上,許多測(cè)量系統(tǒng)由于不能實(shí)時(shí)獲得測(cè)量初值,而不能有效地利用估計(jì)算法。利用分布圖法剔除疏失誤差,并根據(jù)算術(shù)平均值與分批估計(jì)相結(jié)合的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,在可用傳感器數(shù)量一定的情況下,可實(shí)時(shí)獲得可靠的測(cè)量初值,消除測(cè)量中的不確定性,提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性,獲得更可靠的實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果。
本實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是：該智能保護(hù)器能與比普通溫度計(jì)測(cè)量方法的效果有相同作用，但是實(shí)現(xiàn)了微機(jī)控制，提高了自動(dòng)化程序，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)電機(jī)智能保護(hù)器的其它功能打下基礎(chǔ)。
然而本試驗(yàn)存在很多的不足，有待于進(jìn)一步提高。電機(jī)表面溫度測(cè)量并不能完全反映內(nèi)部溫度情況，所以現(xiàn)在的電機(jī)很多不要求測(cè)表面溫度。只有少數(shù)電機(jī)對(duì)此有要求，如家用電器，用于棉紡的電機(jī)等。所以說(shuō)，目前本智能保護(hù)器仍處于試用階段。應(yīng)該對(duì)電機(jī)內(nèi)部溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，并得出內(nèi)部溫度場(chǎng)與電機(jī)表面溫度的關(guān)系。確定能否通過(guò)電機(jī)表面的溫度準(zhǔn)確及時(shí)地反映出電機(jī)的故障，能否準(zhǔn)確跳閘對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
電機(jī)內(nèi)熱交換是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它涉及電機(jī)的電磁理論、電機(jī)結(jié)構(gòu)學(xué)，還涉及到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、彈性力學(xué)等學(xué)科的理論。目前，國(guó)際上也出現(xiàn)了許多研究成果，科技人員正在努力將這些運(yùn)算方法應(yīng)用到計(jì)算機(jī)上，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真模擬，以達(dá)到簡(jiǎn)化和實(shí)現(xiàn)電機(jī)設(shè)計(jì)最優(yōu)化的目的。所以目前建議用該保護(hù)器對(duì)電機(jī)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，先在小型電機(jī)中做實(shí)驗(yàn)，獲得足夠的數(shù)據(jù)后，對(duì)電機(jī)的表面溫度進(jìn)行仿真研究，然后應(yīng)用于大型電機(jī)。使本次設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大。
本次設(shè)計(jì)是一個(gè)將測(cè)溫系統(tǒng)與單片機(jī)結(jié)合的試驗(yàn),我們希望能進(jìn)一步完善該系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)電機(jī)內(nèi)部的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，得出一個(gè)外部表面溫度與內(nèi)部發(fā)熱的一個(gè)聯(lián)系，使該智能保護(hù)器能夠做到準(zhǔn)確地對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
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