三相异步电动机软启动器的毕业设计(8)

XX大学XX学院毕业设计（论文） 键盘操作电流电压检测LED显示控制器同步电路控制系统状态输出晶闸管驱动

图4-1软启动系统原理图

本软起动器的设计主要包括主回路、控制回路和驱动保护回路。主回路主要由三组反并联晶闸管和接触器组成，通过控制反并联晶闸管组的导通改变加载在电机两端的电压；而接触器的主要作用是在软起动过程完成以后，把反并联晶闸管组从三相电源中旁路。在需要软停车时，再把软起动器装置接入到电机回路中，完成软停车的功能。在控制回路和驱动保护回路中，电路包括了电压检测，电流检测，晶闸管触发电路，接触器驱动电路，人机界面，供电电源电路等。

软起动器各部分电路的协调工作需要软件的配合，因此软件设计的好坏直接影响到系统能否正常运行、能否满足系统的设计功能要求。

4.1 单片机控制系统设计

软启动器的控制系统有两部分组成，一个是单片机及其外围电路组成的微机电路系统，另一个是信号处理电路。信号处理电路负责主电路的电压和电流信号的处理，并将

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XX大学XX学院毕业设计（论文） 处理后的电流送单片机进行A/D转换，同时该电路监视三相电流的不平衡情况，实现三相不平衡保护和短相保护，通过对三相电源电压的监视，实现对过电压和欠电压的保护；通过安装在散热器的热敏开关，也能实现晶闸管的过热保护，各种保护信号经过逻辑与后， 送到单片机的外部中断请求输入脚，作为外部故障信号处理；单片机控制系统主要负责参数设置与修改、电动机起订过程的控制和触发角的计算、运行状态的监视、故障的保护与处理等功能[10]。

单片机控制系统采用AVR系列单片机的AT90S835为主控制芯片，其封装形式有40脚PDI部分P、PLCC和TQFP封装。该芯片有8KB FLASH程序存储器、512BSRAM、8通道A/D转换器、内部发生器等组成。

由于AT90S8535芯片的片内资源丰富，由它组成的控制系统硬件结果非常简单，软启动的CPU部分如图4-2所示。根据软启动器设计的要求，控制系统的资源分配如下：控制键的键盘输入信号，通过键盘操作，完成启动参数的设置、电动机起停控制、默认参数的保存、外部故障的查询和处理等，LED显示由PB口和PC口组成，其中PB0~PB6作为LED的段码输出信号，PC0~PC5作为LED位码选择信号，显示部分由4位LED数码管和二级管组成，作为启动参数设定、运行监控及故障处理等显示，并按动态方式按时刷新各个显示位；PA1作为A/D采样入口，由于采样主电路电流信号，供限流控制、过电流保护、过载保护等使用；由信号处理电路送来的故障检测信号输入到INT0引脚，当故障发生时，由向CPU提出中断请求，CPU响应中断，在中段服务程序中根据电路的运行状态封锁晶闸管的触发脉冲、或断开主路，并实现闭锁。同时信号处理电路送来的故障检测信号也送到PA1输入脚，作为故障输入的检测。在故障发生并封锁了触发脉冲后，程序将不断检测PA1位的状态，当该状态位显示故障已经解除时，闭锁解除，撤销封锁信号，是系统复位。PD5初始化为PWM输出工作方式，作为晶闸管触发脉冲的控制命令输出，单片机通过内部运算输出一定比例的PWM波，此PWM波经过滤波后获得0~5V直流电压送触发脉冲模块，作为触发脉冲的控制命令，

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XX大学XX学院毕业设计（论文） +5VC1C2+5V3217045+5VR2R1C331U11310XTAL1VCCPC729主电路开关控制命令位主电路开关控制命令位LED段码信号输出X212XTAL29PB78PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB0PC5PC4PC3PC2PC1PC0PA7PA6PA5PA4PA3PA2GNDPD5765432127262524232233343536373819RESETAGNDAREFAVCCPA0PA1PD2PD4TXD/PD1RXD/PD0C43230LED位选信号输出电流采样外部中断输入403916键盘输入引脚故障封锁信号181514驱动信号输出AT90S8535

图4-2 软启动器单片机控制系统的CPU电路部分

该电压正比于PWM波的占空比。PB7和PC7作为主电路控制命令输出脚，在上电自检无故障后，使该位变1，让控制继电器动作，控制主电路开关闭合通电。RXD(PD0)引脚和TXD(PD1)引脚作为串行通信用。

4.2 控制软件设计

单片机控制系统的软件设计必须完成电动机软启动器应具有的参数设定、状态显示、起停控制、故障检测和保护等任务。根据上述要求，控制系统软件由主程序和4个中断程序组成，程序如图4-6所示。

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XX大学XX学院毕业设计（论文） 主程序如口2.5ms定时显示中断程序INT0中断子程序保护现场初始化保护现场输出封锁信号自检读入显示数据位从EOROM中读入数据送报警码至显示缓冲输出数据位闭合主电路开关修改数据位恢复现场读按键恢复现场返回键处理返回

a)b)c)

A/D转换中断程序10ms中断控制程序读入采样数据故障否？故障否？YNYY大于峰值吗N置过电流标志启动允许？N启动处理大于限流值吗N过载否？NY置过限流标志Y停止允许？NY置过过载标志停车处理运行状态？N调过载保护处理返回返回d）图4-3 控制程序流程图

a）主程序流程图 b)定时显示中断服务流程图 c)外中断服务流程图 d)A/D转换服务流程图

e)定时触发脉冲角计算和控制指令

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XX大学XX学院毕业设计（论文） 具体功能如下：

1、主程序完成系统自检、变量的初始化、键盘扫描、参数修改等任务。程序运行经过自检无故障后，将EEPROM中的所有数据都读入SRAM中暂存，用户可以通过键盘修改运行参数，若需要将参数修改后的数据作为默认值保存，则可以将数据重新写入EEPROM中；如果不修改运行参数，程序将按照EEPROM提供的默认数据工作。 2、INT0中断服务程序完成动态显示任务。让T0工作在定时器方式，并且每2.5ms益处并产生一次中断，在中断程序中，完成一个显示位的动态刷新。12ms将完成6个位的循环显示。

3、INT0中断服务程序实现对外部处任务，当外部故障发生时，由信号处理电路送来的故障信号产生负跳变，向CPU发出中断请求信号，CPU相应中断并执行INT0中断服务程序，封锁晶闸管触发脉冲，并根据故障的类别输出相应的故障报警代码。

4、A/D中断服务程序负责电动机电流信号的采样，并与系统设定的限流、过载、过电流等阈值比较，判断是否出现限流、过载、或过电流等现象，给出相应的状态标志。

5、T2中断服务程序实现电动机的启停控制、过载保护、故障闭锁的复位等任务。T2每10ms发生一次中断，在中断服务程序完成晶闸管触发脉冲角的计算与控制命令输出。

4.3 触发脉冲控制的软件设计

由单片机产生所需的晶闸管移向触发脉冲，必须包括同步电压检测环节、移相延迟角定时环节、触发脉冲时序分配环节等部分，它与模拟电路实现的方法是类似的。

同步检测信号在发生正跳变时，经反相以终端的形式向CPU的INT0提供同步指令。采用CPU内部T0定时器检测同步信号的周期，用T1定时器实现移相角的定时控制，P1端口的P1.2~P.7分别用于输出三相桥式整流电路的触发信号，而P1口的P1.0~P1.1除法指令进行采样。而由于MCS51单片机在CPU上电复位期间，所有输出为高电平，为避免复位期间所有晶闸管存在驱动信号，应采用低电平为有效触发信号。即当端口输出为低电平时，经外加反相器变为高电平后触发晶闸管导通，输出触发脉冲的宽度也通过定时器T1来控制。触发脉冲的控制软件框图如图4-3所示。

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