三相異步電動機用的參數(shù)采集電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三相異步電動機用的參數(shù)采集電路，包括：C8051F020單片機；為C8051F020單片機提供電能的電源模塊，該電源模塊包括將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的AC?DC芯片；該AC?DC芯片包括5V直流輸出端子、?15V直流輸出端子、15V直流輸出端子、第一接地端子和第二接地端子；用于采集三相異步電動機輸入端電流信號的第一電流互感器、第二電流互感器、以及第三電流互感器；三個電流互感器的信號輸出端子分別通過放大電路與C8051F020單片機的I/O端子電連接；所述C8051F020單片機通過RS?232電平轉(zhuǎn)換芯片與TFT真彩顯示終端連接。
【專利說明】
三相異步電動機用的參數(shù)采集電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電動機參數(shù)檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種三相異步電動機用的參數(shù)采集電路。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，近年來，隨著社會的快速發(fā)展，人類對電力的需求量急劇增加，電能緊缺問題日趨嚴重，電力緊張問題已經(jīng)極大地制約著社會經(jīng)濟的發(fā)展，為了節(jié)約電能并合理高效地利用電能，這就需要對電量參數(shù)進行準(zhǔn)確實時地檢測;通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn):由三相異步電動機所消耗的電能占工業(yè)企業(yè)用電總耗能的60%以上，電動機系統(tǒng)效率的提高對節(jié)約電能意義也十分重大，如何提高電動機系統(tǒng)的效率，則需要對電動機的各種參數(shù)進行實時、準(zhǔn)確地檢測和分析，目前，人們針對電動機參數(shù)的分析已經(jīng)有很多模型理論，但是在電動機參數(shù)的檢測方面，則一般采取的技術(shù)方案是:通過各種高精度電流互感器或者是電壓互感器將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)進行儲存，隨后定期將儲存數(shù)據(jù)導(dǎo)出，最后在實驗室進行顯示和處理;顯而易見，上述數(shù)據(jù)的采集到顯示終端存在一定的滯后性，因此，設(shè)計開發(fā)一種能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地檢測電動機參數(shù)的設(shè)備，對電力系統(tǒng)將有極其重要的意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:提供一種三相異步電動機用的參數(shù)采集電路；該三相異步電動機用的參數(shù)采集電路能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地檢測電動機輸入端的電壓參數(shù)。
[0004]本實用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0005]—種三相異步電動機用的參數(shù)采集電路，至少包括:
[0006]C8051F020單片機;該C8051F020單片機設(shè)置有JTAG接口和UARTO增強型串行口 ；
[0007]為所述C8051F020單片機提供電能的電源模塊，該電源模塊包括將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的AC-DC芯片；該AC-DC芯片包括5V直流輸出端子、-15V直流輸出端子、15V直流輸出端子、第一接地端子和第二接地端子;其中:5V直流輸出端子和第一接地端子之間分別電連接有第一極性電容、第一陶瓷電容、以及第一電阻;-15V直流輸出端子和第二接地端子之間分別電連接有第二極性電容、第二陶瓷電容、以及第二電阻；15V直流輸出端子和第二接地端子之間分別電連接有第三極性電容、第三陶瓷電容、以及第三電阻；
[0008]用于采集三相異步電動機輸入端電流信號的第一電流互感器、第二電流互感器、以及第三電流互感器;三個電流互感器的信號輸出端子分別通過一個外圍電路與放大電路的輸入端電連接，該放大電路的輸出端與C8051F020單片機的I /0端子電連接;所述外圍電路包括第二運算放大器，三個電流互感器的輸出側(cè)與第二運算放大器的正電壓引腳和負電壓引腳連接，第二運算放大器的正電壓引腳接地，第二運算放大器的負電壓引腳通過第八電阻與第二運算放大器的輸出引腳電連接;第二運算放大器的負電壓引腳依次通過第三陶瓷電容、可變電阻與第二運算放大器的輸出引腳電連接；
[0009]所述C8051F020單片機通過RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片與TFT真彩顯示終端連接。
[0010]進一步:所述放大電路包括第一運算放大器;該第一運算放大器的正電壓引腳通過第四電阻接直流2.5V的電源端子;該第一運算放大器的正電壓引腳通過第五電阻接地；該第一運算放大器的負電壓引腳通過第六電阻與第二運算放大器的輸出引腳連接;該第一運算放大器的負電壓引腳通過第七電阻與該第一運算放大器的輸出引腳電連接。
[0011]更進一步:所述第一電流互感器、第二電流互感器、以及第三電流互感器為鉗位互感器。
[0012]本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0013]通過采用上述技術(shù)方案，本實用新型利用C8051F020單片機的高速信號處理性能和穩(wěn)定性，同時結(jié)合上述電源模塊、三個電流互感器、進而實現(xiàn)對電動機三相輸入電流信號的實時檢測，保證信號的實時采集與顯示；由于采用了鉗位互感器和放大電路，因此保證信號的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性;上述獲取到的電壓信息最終通過TFT真彩顯示終端進行顯示；由于本實用新型中的電源模塊和放大電路均是根據(jù)C8051F020單片機的接口需要而設(shè)計開發(fā)的，因此能夠很好地保證信號傳輸過程中的穩(wěn)定性和傳輸效率。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型優(yōu)選實施例的電路框圖；
[0015]圖2是本實用新型優(yōu)選實施例中電源模塊的電路圖；
[0016]圖3是本實用新型優(yōu)選實施例中放大電路的電路圖；
[0017]圖4是本實用新型優(yōu)選實施例中電流互感器的外圍連接電路圖；
[0018]圖5是本實用新型優(yōu)選實施例中RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片的外圍連接電路圖。
【具體實施方式】
[0019]為能進一步了解本實用新型的【實用新型內(nèi)容】、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0020 ]請參閱圖1至圖5，一種三相異步電動機用的參數(shù)采集電路，包括:
[0021 ] C8051F020單片機；該C8051F020單片機設(shè)置有JTAG接口和UARTO增強型串行口 ；C8051F020單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的微控制器內(nèi)核，與MCS-51指令完全兼容。C8051F020單片機具有以下特性:A、高速流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CP1-51內(nèi)核可達25MPIS;B、全速非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口片內(nèi)；C、真正12位10ksps的8通道ADC帶PGA和模擬多路開關(guān);D、兩個12位DAC可編程更新時序;E、64K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器;F、4352(4096+256)字節(jié)的片內(nèi)RAM;G、可尋址64K字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口；H、硬件實現(xiàn)的SPISMBu/sZIC和兩個UART串行接口； 1、5個通用的16位定時器；J、具有5個捕捉比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列;K、片內(nèi)看門狗定時器VDD監(jiān)視器和溫度傳感器;L、單片機內(nèi)部自帶ADC0，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為12位。在單片機內(nèi)部進行相應(yīng)的設(shè)置，編寫簡單的程序即可進行方便模數(shù)轉(zhuǎn)換。采用定時器3溢出跟蹤轉(zhuǎn)換的方式，以一定的頻率進行信號采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換。具有片內(nèi)VDD監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F020是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)；所有模擬和數(shù)字外設(shè)均可由用戶固件使能/禁止和配置；FLASH存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新8051固件。片內(nèi)JTAG調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、觀察點、單步及運行和停機命令。在使用JTAG調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運行。擴展的中斷系統(tǒng)向CIP-51提供22個中斷源(標(biāo)準(zhǔn)8051只有7個中斷源)，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。一個中斷驅(qū)動的系統(tǒng)需要較少的MCU干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。在設(shè)計一個多任務(wù)實時系統(tǒng)時，這些增加的中斷源是非常有用的。MCU可有多達7個復(fù)位源:一個片內(nèi)VDD監(jiān)視器、一個看門狗定時器、一個時鐘丟失檢測器、一個由比較器O提供的電壓檢測器、一個軟件強制復(fù)位、CNVSTR引腳及/RST引腳。/RST引腳是雙向的，可接受外部復(fù)位或?qū)?nèi)部產(chǎn)生的上電復(fù)位信號輸出到/RST引腳。除了 VDD監(jiān)視器和復(fù)位輸入引腳以外，每個復(fù)位源都可以由用戶用軟件禁止;使用MONEN引腳使能/禁止VDD監(jiān)視器。在一次上電復(fù)位之后的MCU初始化期間，WDT可以被永久性使能
[0022]為所述C8051F020單片機提供電能的電源模塊，如圖2所示:該電源模塊包括將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的AC-DC芯片；該AC-DC芯片包括5V直流輸出端子、-15V直流輸出端子、15V直流輸出端子、第一接地端子和第二接地端子;其中:5V直流輸出端子和第一接地端子之間分別電連接有第一極性電容C13、第一陶瓷電容C12、以及第一電阻R5;-15V直流輸出端子和第二接地端子之間分別電連接有第二極性電容C15、第二陶瓷電容C14、以及第二電阻R7 ; 15V直流輸出端子和第二接地端子之間分別電連接有第三極性電容C18、第三陶瓷電容C17、以及第三電阻R8;
[0023]用于采集三相異步電動機輸入端電流信號的第一電流互感器、第二電流互感器、以及第三電流互感器；三個電流互感器的信號輸出端子依次通過外圍電路、放大電路與C8051F020單片機的I/O端子電連接;本優(yōu)選實施例中的第一電流互感器、第二電流互感器、以及第三電流互感器為鉗位互感器；
[0024]所述C8051F020單片機通過RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片與TFT真彩顯示終端連接。
[0025]如圖3所示:所述放大電路包括第一運算放大器;該第一運算放大器的正電壓引腳通過第四電阻R21接直流2.5V的電源端子;該第一運算放大器的正電壓引腳通過第五電阻R22接地;該第一運算放大器的負電壓引腳通過第六電阻R16與第二運算放大器的輸出引腳連接;該第一運算放大器的負電壓引腳通過第七電阻R17與該第一運算放大器的輸出引腳電連接。該放大電路的設(shè)計思路為:首先在原來電信號的基礎(chǔ)上，通過電路將電信號墊高；其次，當(dāng)電信號被墊高時，若放大倍數(shù)不進行修訂，則在測量高電壓或高電流時其峰值可能會超出量程范圍，因此還需進行信號的縮小處理。
[0026]如圖4所示:三個電流互感器的輸入側(cè)通過保護電阻R15連接于三相異步電動機的輸入端;此處以a相為例，其中Ua代表的是a相導(dǎo)線上的電信號;三個電流互感器的輸出側(cè)與第二運算放大器的正電壓引腳和負電壓引腳連接，第二運算放大器的正電壓引腳接地，第二運算放大器的負電壓引腳通過第八電阻R13與第二運算放大器的輸出引腳電連接;第二運算放大器的負電壓引腳依次通過第三陶瓷電容C30、可變電阻R14與第二運算放大器的輸出引腳電連接。
[0027]本實用新型的工作原理為:第一電流互感器、第二電流互感器、以及第三電流互感器分別用于檢測電動機輸入端的三相電流，同時將采集到的信號發(fā)送給放大電路進行信號預(yù)處理，最后將預(yù)處理結(jié)束后的信號發(fā)送給C8051F020單片機，最后C8051F020單片機將接收到的電流信號轉(zhuǎn)給TFT真彩顯示終端進行實時顯示，由于C8051F020單片機具有高頻數(shù)據(jù)處理的功能，因此工作人員也可以根據(jù)需要在其內(nèi)部加載各種信號處理軟件，比如最常用的傅里葉變換等。
[0028]如圖5所示:本優(yōu)選實施例中:RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片采用的是sp3223eey芯片。
[0029]以上對本實用新型的實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本實用新型的較佳實施例，不能被認為用于限定本實用新型的實施范圍。凡依本實用新型申請范圍所作的均等變化與改進等，均應(yīng)仍歸屬于本實用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種三相異步電動機用的參數(shù)采集電路，其特征在于:至少包括: C8051R)20單片機;該C8051F020單片機設(shè)置有JTAG接口和UARTO增強型串行口； 為所述C8051F020單片機提供電能的電源模塊，該電源模塊包括將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的AC-DC芯片;該AC-DC芯片包括5V直流輸出端子、-15V直流輸出端子、15V直流輸出端子、第一接地端子和第二接地端子;其中:5V直流輸出端子和第一接地端子之間分別電連接有第一極性電容、第一陶瓷電容、以及第一電阻;-15V直流輸出端子和第二接地端子之間分別電連接有第二極性電容、第二陶瓷電容、以及第二電阻；15V直流輸出端子和第二接地端子之間分別電連接有第三極性電容、第三陶瓷電容、以及第三電阻； 用于采集三相異步電動機輸入端電流信號的第一電流互感器、第二電流互感器、以及第三電流互感器;三個電流互感器的信號輸出端子分別通過一個外圍電路與放大電路的輸入端電連接，該放大電路的輸出端與C8051F020單片機的I/O端子電連接;所述外圍電路包括第二運算放大器，三個電流互感器的輸出側(cè)與第二運算放大器的正電壓引腳和負電壓引腳連接，第二運算放大器的正電壓引腳接地，第二運算放大器的負電壓引腳通過第八電阻與第二運算放大器的輸出引腳電連接;第二運算放大器的負電壓引腳依次通過第三陶瓷電容、可變電阻與第二運算放大器的輸出引腳電連接； 所述C8051F020單片機通過RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片與TFT真彩顯示終端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相異步電動機用的參數(shù)采集電路，其特征在于:所述放大電路包括第一運算放大器;該第一運算放大器的正電壓引腳通過第四電阻接直流2.5V的電源端子;該第一運算放大器的正電壓引腳通過第五電阻接地;該第一運算放大器的負電壓引腳通過第六電阻與第二運算放大器的輸出引腳連接;該第一運算放大器的負電壓引腳通過第七電阻與該第一運算放大器的輸出引腳電連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三相異步電動機用的參數(shù)采集電路，其特征在于:所述第一電流互感器、第二電流互感器、以及第三電流互感器為鉗位互感器。
【文檔編號】G01R31/34GK205608152SQ201620427640
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】王慶杰
【申請人】天津市五星電子儀器有限公司