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1、毕业设计论文题目电动机设备运行参数远程监控系统设计学院计算机与控制工程学院专业班级学生姓名指导教师成绩2013年6月16日摘要随着工业技术的快速开展，电气设备远距离监控也越来越具有广泛的应用和开展前景。对于电动机，作为自动控制装置中不可缺少的动力执行局部，必须时时刻刻知道其是否正常工作，是否正常运行,以防止产生不必要的损失。由于工业现场的恶劣条件，为了提高工作效率，使得电机性能的远程精确测量显得更为重要。本文根据电动机的运行特点，采集电动机的电压、电流、转速和温度四个根本参数数据，用以观察电动机是否在正常工作状态中，如果出现工作异常，可以及时发现，并及时停机提示处理。该系统先将采集的实时参数显
2、示在现场液晶上，并将数据通过GPRS传送到互联网上，即传入计算机中进行处理和操作以便观察和保存。实现了用户不在现场也能知道现场情况。在设计方面，单片机编程是采用C语言设计，其中单片机之间的通信采用MOdbUS协议与RS485接口，使得子单片机与主单片机直接的通信变得更加稳定可靠。PC机中上位机是在1.abWindows/CVl开发平台中用C语言设计，其中包括每个电机是否正常运行的显示、单个电机参数的图形显示、增添删减电气设备、历史数据保存和数据的保存。软件的界面友好，显示直观，操作简单。关键词：单片机；参数采集；GPRS；1.abWindows/CVIAbstractWiththedevelo
3、pmentofscienceandtechnologyindustry,remotemonitoringdeviceisalsoincreasinglywiderangeofapplications.Forthemotor,automaticcontroldeviceasanindispensablepartofthedynamicexecutionmustalwaysknowthatitisworking,whetherthenormaloperation,inordertoavoidunnecessarylosses.Becauseoftheharshconditionsofindustr
4、ialfield,inordertoimproveworkefficiency,makingprecisemeasurementsoftheremotemotorperformanceisevenmoreimportant.Basedonthecharacteristicsofthemotorrunning,collectingthemotorvoltage,current,speedandtemperaturefourbasicparametersofthedata,toobservewhetherthemotorinnormalworkingcondition,ifthereisnotwo
5、rkingproperly,youcandiscoverandpromptlyshutdownprompttreatment.Firstacquisitiontimeofthesystemparametersaredisplayedonthe1.CDfield,anddatatransmittedtotheInternetbyGPRS,whichareprocessedintothecomputerandoperateinordertoobserveandsaved.Achievetheuseroff-site,toknowthesituation.Intermsofdesign,microc
6、ontrollerprogrammingusingClanguagedesign,inwhichcommunicationbetweenthemicrocontrollerusingModbusprotocolandRS-485interface,sothatthesubMCUandhostmicrocontrollerdirectcommunicationbecomesmorestableandreliable.PC,positionmachineisinthe1.abWindows/CVIdevelopmentplatformusingClanguagedesign,includingwh
7、etherthenormaloperationofeachmotorshow,asinglegraphicaldisplayofmotorparameters,historicaldataretentionanddatapreservation.Softwareisuser-friendly,intuitivedisplay,easytooperate.Keyword:MCU；Parametercollection；GPRS；1.abWindows/CVI目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题研究的背景和意义11.2 本系统的开展现状与趋势11.3 本系统实现目标2第2章总体框
8、架的设计32.1 电机监控系统结构设计32.1.1 主控制器设计32.1.2 检测模块方案设计42.2 数据通信方案设计5第3章硬件电路设计73.1核心控制系统的设计73.1.1STC12C5A60S2单片机简介73.1.2STC12C5A60S2单片机的最小系统设计73.2 系统供电电源设计73.3 光电隔离模块83.4 参数采集模块83.4.1电压检测采集模块83.4.2电流检测采集模块93.4.3温度检测采集模块93. 4.4转速检测采集模块93.5 GPRS通信设计93.6 1.EDI2864显示局部10第4章参数监测系统的程序设计IO3.7 主控制器程序设计103.8 参数采集模块程
9、序设计114. 2.1电压检测程序设计115. 2.2脉冲检测程序设计124.3数据传输协议程序设计134. 3.1RS485网络135. 3.2CRC校验13第5章上位机程序设计及实验效果146. 11.ABWlNDOWS/CVI简介146.2 WlNDoWS窗体设计及操作说明156.3 上位机程序设计166.4 实验效果显示图16结论17参考文献17附录1主控制器参考程序代码18附录2测量模块程序代码26附录3上位机程序代码30致谢错误!未定义书签。第1章绪论1.1 课题研究的背景和意义随着工业技术的开展，自动控制装置具有越来越深入各种应用领域。由于电能环保方便等优点，使电机的应用领域非常
10、众多，覆盖人们生产生活的各个方面，人们对电机的依赖也越来越大，电机已是当今社会生产生活中最主要的原始动力装置。因此，由于原始动力装置的故障、损坏所影响人们的生活问题甚至导致工厂停工所造成的经济损失非常巨大。尽可能的减少电机故障所造成经济损失，提高经济效益，所以对电机现场的一些参数进行监控是非常必要的。在生产实践中，要得到需要的数据，通常将由传感器产生输出的模拟电压信号或者电流信号通过相关处理后转换为数字信号，再通过相关应用的系统进行相应的处理过程称为数据采集。数据采集装置已经在众多领域得到广泛的运用，目前己进入到了现代化工厂、地质勘测、医药检测器械、电子信息通信、载人航空航天等各个行业，给人类
11、提供了获得各种各样信息的便利条件。原始的数据采集系统虽然稳定但应用的范围比拟窄，对于各种各样需求，数据采集系统需要重新改造设计，浪费了大量人力物力和时间。而且对数据采集的精度要求也越来越高，在各种各样的领域都需要运用到高精度的数据采集系统。所以设计一种适用强应用范围广高精度远程传输的数据采集系统是显得尤为重要的。随着科学技术的快速开展，被测量对象的位置分散，现场环境恶劣，要求测试测量和处理分析的信息也越来越大，越来越多，而且测量的任务繁杂，测试测量的系统巨大,测量的单元众多，各个测量单元与主控器的数据交换量也越来越大。而且由于工业现场的环境条件恶劣，同时为了有效提高工作效率，所以远距离监控非常
12、重要。因此数据采集系统的网络化和远距离化越来越重要。综上而言，研究一套适用性强、运用范围广的高精度的远距离传输的数据采集系统是非常必要的，也是迫在眉睫的，它不仅可以有效节省人力物力的投入和提高工业生产的自动化水平，还对于提高我国实现现代化水平和推动社会经济快速开展具有非常深刻的意义。1.2 本系统的开展现状与趋势电动机测量技术的开展与工业的开展是息息相关的，电动机的测量从最开始采用原始的测量方法（即使用指针式仪表进行手工测量）到现在的微型计算机自动化测量。从而使测量的工作简单化、高效化和准确化，而且能够完成原始的测量无法完成的测量和实验工作。对于目前的仪器仪表来说，微处理器的引用也使它们的结构
13、体积和性能都有很大的提升，使仪器仪表更偏向智能化，在精度、性能与功能上都有了很大的进步，而目前仪器仪表中经常用的微处理器大局部是单片机，因为单片机开展非常快，从普通的51型单片机到avr到后来的增强型8051单片机，运算速度越来越快，功能越来越多，外配电路越来越少，操作也越来越简单方便了，解决了原始的仪器仪表不能解决的问题。但是这只是在仪器仪表方面的开展，只是提高了仪器仪表的精确度和更加方便使用，没有实现高度自动化。在硬件方面，纳米技术的高速开展和应用，也使得硬件集成电路更新迅猛，集成电路芯片的功能也日益强大，应用领域也越来越广泛，开发新产品时间也越来越短，更新越来越快。随着科学技术的迅猛开展
14、，要求测试测量和处理分析的信息量越来越大，对电动机设备自动化测量程度也越来越高。本系统可以远程监控，无需人员在现场监护，大量减少人力物力的投入，而且在上位机上可以同时对多个电动机设备进行操作，大大提高了工作效率。使人们的生活更加智能化，更加简单美好。1.3 本系统实现目标电动机设备运行参数远程监控系统的总体设计目标是研究一个远程的能够较为精确的测量电机运行中的电压、电流、转速和温度等参数的功能，并能即时的可靠的远程数据传输的测试方法和实现途径。本课题设计的电机监测系统要求能够较精确的测量电机运行中的电压、电流、转速和温度等参数，能够实现可靠的即时的远程数据传输，并能够在监测到电机某参数异常时能
15、即时发出停机信号或者给出提示信息。同时，既要降低用户的操作程序，又要能对多个电机同时进行监测，实行高度自动化、智能化。该监测系统所需要实现的指标要求如下：(1)该监测系统能够实现对电机电压、电流、转速、温度的采集，并能够时时保存数据。(2)能够同时实现至少12个电机的参数采集，并能够实现远距离数据传输。只需在电脑旁，便可知所有电机运行参数和工作状态。(3)该系统的电压测量范围为0到450V,电流测量范围为0到50A,转速测量范围为0到2000转/分，温度测量范围为0到200。测量精度为0.1%。(4)当监测到电机参数异常时，能发出停止信号或者提示信息。(5)该系统电源在电机正常工作的时候是用电
16、机的电源通过整流得到的，在电机非正常工作时候，电源要保证该电机系统模块能继续运行一段时间。(6)实现将该系统的参数数据发送到互联网上，工作人员在任何地方都可以观察工业现场电机是否运行正常。(7)在计算机上建立个基于WindoWS系统下的数据显示平台，能简单明了的看出问题所在。(8)在计算机上，能查看所有电动机设备的运行参数图像，而且能够对电动机进行实时简单控制。第2章总体框架的设计2.1 电机监控系统结构设计本系统的工作过程是由电机的各个参数采集模块采集数据，再通过RS-485协议将数据发送给主控制器，主控制器将各个参数数据通过1.CD12864显示并组合打包成一个数据串，通过RS-232发送
17、给GPRS无线模块，GPRS无线模块又将数据串和本身的地址数据组合打包一起发送到互联网，然后PC机通过互联网接受各个GPRS无线模块发送的数据并进行处理和显示。如果某个电机出现故障，PC机可以向各个通信节点发送命令后根据命令再向参数采集模块或执行模块发送停机命令，总体结构图如下列图2-102.1.1 主控制器设计主控制器作用是通过RS-485接收电机参数采集模块的发上采集数据，校验确保数据正确后，在将采集数据现场显示出来并按照规定协议组合打包，再通过RS-232发送给GPRS无线发送模块。要实现这些功能要用到两个串口通信，其中一个是接收电机参数采集模块发送的数据的485串口，另一个是将数据打包
18、发送给GPRS无线发送模块的232串口；接收到采集模块的数据后能在1.CD12864实现现场显示并且能给电机发送指令。为了满足上述要求，所选控制核心芯片的引脚必须在24管脚以上，拥有两个通信串口。主控制器功能图如下列图2-2：图2-2主控器要实现以上功能，主控器用普通的增强版51单片机就能实现。目前生产的普通单片机是集成在一个芯片上的微型计算机，是将微型的中央处理器CPU,数据储存器，程序储存器和并行I/O口等电路高度集成在一个小芯片上构成的。因此向单片机内写入相应的程序和正确的外配电路相结合，便可以设计出由单片机为主控制芯片的系统，实现所想实现的功能。在大学期间主要使用的单片机是8051系列
19、的单片机，常用的51系列单片机有ATME1.公司生产的AT89S/C系列的单片机和台湾宏晶公司的STC89C52单片机。台湾宏晶公司的STCI2C5A60S2（如图2-3）单片机是基于MCS-51内核的根底开发的，最大的特点就是STC具有串口下载功能ISP和ASP,大大降低单片机的开发难度。图2-3STC12C5A60S2单片机STC单片机内部有集成模数转换功能的10位AD转换器，在采集模拟信号时可以不用外配AD,大大的简化电路，节约本钱。2.1.2 检测模块方案设计通过学习和实验采集，本系统将采集电机的电压、电流、转速、温度四个根本参数,可以分为电压检测模块，电流检测模块，转速检测模块和温度
20、检测模块。1 .测量电压的方案设计电压检测目前查到两种通常测量方法，第一种最普遍简单的方法是直接用电阻分压，把高电压分压成低电压，再整流测量，通常万用表就是用的这种方法。第二种方法是采用霍尔电压传感器，霍尔电压传感器运用了霍尔效应，感应出相应电动势，这样电压便被采集到了，这种方法的精确度比前两种方法的精确度高出不少，所以本设计采用利用霍尔电压传感器采集电压的模块（如图2-4）作为在线电压采集的元件。图2-4霍尔电压传感器2 .测量电流的方案设计在测量电流时，主要分为直接测量电流和非直接测量电流两种方法，主要是从平安方面去考虑，当测量电流比拟大时，大都会选择非接触式电流检测法。对于非接触式电流检
21、测，电流越大它周边的磁场就越强，根据这一原理，霍尔电流检测法通过霍尔元件把磁场的强度转换成电压信号，线圈检测法是通过线圈吧磁场强度的变化量转换成小的电流信号，再把小电流转换成电压信号。根据检测精度的要求，本设计选择了霍尔电流检测方法，HBA50-TSAD(如图25所示)用来作为电流信号的采集元件。图2-5HBA5O-TSAD3 .测量转速的方窠设计测量转速通常选用两种传感器进行测量，一种为光电传感器，一种为霍尔传感器。光电传感器通常需要配合光电码盘，码盘上有小孔，也可以是用自制的黑白相间的圈，每转一圈记一个数。但是由于做实验过程中电机的变频磁场干扰强，使测量误差很大。霍尔传感器的方法需要的是金
22、属，这就要比采用光电传感器时的外围方便许多。在霍尔传感器检测到金属后便计数一次，这样就可实现转速的测量，误差相对较小。根据记脉冲个数来测量转速有以下三种方法：(1)在单位的时间里去测量传感器所产生的脉冲个数来计算出速度，称为M法测速；(2)测量两个相邻脉冲的时间来测量速度，称为T法测速；(3)同时测量检测时间和在此时间内传感器产出的脉冲个数来测量速度，称为M/T法测速。比拟以上三中测量方法，M法可以测量速度比拟大的，因为速度慢了，在单位时间内可能没有脉冲；T法可以用于测量速度较低的，如果速度快了，检测的时间很小误差也变得比拟大了；而M/T法可以适用于检测高速和低速的电机。本设计中电机的转速比拟
23、高，所以选择的是M法，如下列图26所示。图2-6霍尔传感器与三相交流电机4 .测量温度的方案设计非接触式测温技术，这种技术测温理念超前，又是非接触式。虽然平安方面非常可靠，但是，其制作本钱较高，在本设计中没有采用。接触式的测温方法就比拟通用，而且应用比拟广泛，一般分为两种。一种是埋置检温计法，就是把热电阻或者热电偶放进电机内部测量温度，这种方法测量在工业应用最为广泛，对于大型电机，这种方法可以测出量多点的准确温度。最后一种是数字是温度传感器DS18B2O,在芯片内部直接将温度转换成数字信号，单片机直接按照特定协议读取就行，但是抗干扰能力差，容易出现误差，数据变化大。本设计采用的是埋置检温计法，
24、选择的是PtlOo钳电阻的温度变送器(如图2-7所示)，这样可以有效的排出电动机产生的磁场对测温的干扰。图2-7温度变送器2.2 数据通信方案设计设备之间的数据通信是产品设计中常见的要求，数据通信的实现方法较多，总体归纳为无线和有线两种。无线通信主要有红外、蓝牙、ZigBee等，有线通信主要有RS-232USB、M-BUS.CAN等。在本系统中有两个地方需要运用到数据通信，参数检测模块与主控制器之间的通信和主控单片机与上位机之间的通信。参数检测模块与主控单片机通信可以说是现场数据通信，及现场总线。选择现场总线，有几个有名的现场总线值得提一提，首先就是基金会现场总线，它的英文名称是：Fieldb
25、usFoundation,简称：FFo他的体系的结构式参照了ISO/OSI模型。他用到了此模型的应用层、数据连接层和物理层，并且在此根底上还专门为用户添加了用户层。最后一种总线是中国中小型工业企业用户最多，并且在全球最早用于工业现场的总线协议。它最大的特点是Free,它的名字叫MOdbUs。MOdbUS已经成为中国国家标准GB/T19582-2008,他可以支持多种电气接口，可硬用双绞线、光纤、无线等多种传输介质。通信接口(communicationinterface)是指中央处理器和标准通信子系统之间的接口。常用的串行通信接口有：RS-232：串行数据通信接口的标准，RS是英文“推荐标准”的
26、缩写，232为标识号，最初都是由电子工业协会(EIA)制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E,作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232开展而来，它是为弥补RS-232之缺乏而提出的。RS232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的，其驱动器负载为37kQ0所以RS-232适合本地设备之间的通信。RS-232标准规定，制做的驱动器可以添加250OPF的电容，但是数据传输的距离将受到此电容限制，例如，采用150pFm的通信电缆线时，最大传输距离为15m；假设将每米电缆线的电容量减小，数据传输的距离可以大大增加。RS232接口如下列
27、图28所示。图28RS232接口RS-485:远距离传输时具有抑制共模干扰的能力，在要求数据传输距离为几十米到一千多米时，广泛运用的是RS-485串行总线标准。RS-485最大的通信距离约为1219m,最大传输速率为IOMbpsoRS-485的工作方式是半双工，所以在通信时，必须要控制485芯片(如图2-9所示)的使能端，AB线路上至多只能有一个通信节点为发送信号状态，平时几乎所有的通信节点都处于接收状态。由于RS-485传输距离长，操作简单，工作新能稳定，人们多用RS-485来多点互联。图2-9MAX485芯片GPRS-GPS模块具有两个RS232接口，UARTO为模块主接口，UART2为G
28、PS输出接口。模块可工作在自动定位模式和MOdem模式。模块工作自动定位模式下时，模块上电后将自动连接GPRS网络，并定时向GPRS网络传送GPS定位信息，UARTO为透明数据接口，用户通过此串口可以向网络发送数据；模块工作在MOdem模式下时，UARTO为GPRS模块接口，用户可以通过此接口与GPRS模块(MC37I)通信，模块默认工作模式为自动定位模式。在本系统中共用到一台PC机,两个GPRS无线模块与三个单片机,PC机面向用户，其中一个单片机和GPRS无线模块作为数据中转站，剩下的两个单片机作为检测模块来设计。PC机与数据中转站通信是总体的通信，并且通信距离大于IOm,通过GPRS无线实
29、现。GPRS无线模块与单片机之间的通信接口是选择全双工的RS-232-C接口。数据中转站与参数检测节点之间因为是多点相互连接，且通信距离在实际应用时可能会较长，所以选择RS-485接口比拟适宜。第3章硬件电路设计3.1 核心控制系统的设计STC12C5A60S2单片机简介STC12C5A60系列单片机是台湾宏晶公司生产单片机，是一款具有非常快的计算速度并且抗干扰能力不错的单片机系列。他的指令与引脚都符合51单片机的标准，在普通51单片机的标准上，它增加了一个十位的高速A/D转换器，转换器拥有八个通道，复用的是单片机的Pl引脚，内部集成了典型复位电路，还有两路可以调速的PWM输出，除此之外，他还
30、增加了两个可编程计数器阵列和根据型号不同大小也不同的几个EEPROM扇区，每一个扇区可以重复擦鞋一万次。此系列了的单片机计算速度是普通51单片机计算速度的812倍，所以在做信号处理上也有很大的优势。STC12C5A60S2单片机的最小系统设计STC12C5A60S2单片机与普通的51单片机最小系统的电路根本相同，需要+5V供电，一个复位电路（如图3-2所示）和时钟电路（如图3-1所示）构成了一个单片机最小系统（如图3.3所示）。时钟电路相当于单片机的心脏，给单片机运行提供时钟，它的电路由一个外部铁壳晶振和两个瓷片电容构成如图3-1；单片机复位电路由一个按键,一个IOuF和一个IK电阻组成，当按
31、键Sl按下，单片机软件复位。本设计中，通信传输波特率为9600bps,为了使通信方便外部晶振为11.0592MHz,设置波特率误差比拟小。图3-1时钟电路图3-2复位电路图3-3STCI2C5260S2单片机最小系统3.2系统供电电源设计系统供电电源有现场测量和上位机两局部。现场测量局部电压传感器和电流互感器需要24V供电，温度传感器PtloO需要12V供电，测速接近开关需要5V供电；主控芯片和显示需要5V供电；上位机为PC机。在现场它们的电源来自变频柜，由变频柜引出接线端子，再由开关电源(如图3-4所示)稳压成24V电源与12V电源。有提供24V的电源，只需将24V转换成5V。而传统的780
32、5稳压芯片要求输入电压在6V到12V,无法满足要求，所以选择了1.M2576系列开关稳压集成器件。图3-412V与24V开关电源随着科技的开展，1.M2576开关稳压积尘电路系列，将慢慢替代三端稳压器件(如78xx系列三端集成电路)，1.M2576系列具有较高的工作性能和能输出较大工作的电流。从而为MCU的可靠、稳定工作提供了强有力的保证。1.M2576系列能输出3A电流的降压稳压电路，它内部含稳定晶振振荡器(52kHz)和根本标准稳压芯片(1.23V),并具有相当完善的电路保护。1.M2576系歹J(如图3-5所示)包括1.M2576(最高输入电压40V)及1.M2576HV(最高输入电压6
33、0V)二个系列，各系列产品均提供有3.3V(-3.3)、5V(-5.0)、12V(J2)15V(-15)及可调(-ADJ)等多个电压档次产品。1.M2576的外配电路如图3-6。图3-51.M2576图3-61.M2576外配电路3.3 光电隔离模块电动机设备运行参数远程监控系统是研究一个远程的能够较为精确的测量电机运行中的电压、电流、转速和温度等参数并能即时的可靠的远程数据传输的。电动机设备运行环境中存在着很多不为人知的变化脉冲，这些变化脉冲很有可能直接改变了传输的数据，数据传输错误严重导致误操作，更有甚者损坏与之相连设备。为了实现数据稳定准确无误的传输，本系统设计必须要对这些干扰进行消除，
34、使用光电隔离来维持数据的完整性并保护与之相连设备。必须保证该系统的抗干扰能力强，数据可靠和性能稳定。不能因为电机开启运行停止出现故障时产生的强磁或者对电源电压影响从而影响数据正确传输，所以在485数据通信时加了光电隔离模块使受影响的局部不会传递给另一局部。从而可以保证区部或主要局部能正常工作。光电隔离的作用从设备装置中把容易受到影响的局部跟干扰源从电气上别离开，使测量控制设备与现场设备只保持光信号的联系，而不直接通过电器的联系。这种隔离的本质是把引进影响局部设备的电气通道切断，从而使测量控制设备从现场的干扰中隔离开。另外，在布线上也应该注意隔离。本系统中用到了光电耦合器即将发光元件和受光元件封
35、装在一起，通过电-光-电这种模式转换，本设计所以的光耦外配电路如图3-7所示也是利用这个原理，充分利用光这个非带电子粒子，完成设备间的隔离功能，从而使输入信号和输出信号在电气上是完全隔离开的。根据受光元件的不同可分为晶体管输出型和晶闸管输出型两类。图3-7光耦电路3.4 参数采集模块电压检测采集模块电压检测模块电路(如图3-8所示)的霍尔电压传感器模块所采集的是三项电机的线电压，它的采集量程为0-380V,转换出0-5V的标准电压信号。这个电压标准信号被单片机的Pl_2引脚连接，此引脚是单片机内置十位AD转换器的第三路通道。图38检测电压电流模块电路电流检测采集模块电流检测模块电路中的霍尔电流
36、检测模块的量程是0-10A,对应的电压输出信号是0-5V,由单片机内置AD转换器转换成数字信号再发送给通信节点。在图312中，电源线是从电路图右侧引出，为5V电源，电流检测霍尔传感器是由24V供电，当电机的线电流流过，传感器会将电流等比转换成35V的电压信号。使用说明：(1)当待测电流从变送器穿过，即可在输出端测得电流大小。(注意：错误的接线可能导致变送器损坏)；(2)变送器的输出加幅度可根据用户需要进行适当调节；(3)可按用户需求定制不同额定输入电流和输出电压的变送器。温度检测采集模块金属钠具有电阻温度系数大，感应灵敏；电阻率高，元件尺寸小；电阻值随温度变化而变化根本呈线性关系。利用钳此种特
37、有性质制成的传感器称为钳电阻温度传感器，通常使用的伯电阻温度传感器有PTlO0,应用温度范围广，最常用的一种温度检测器。温度检测采集模块所用的传感器元件是温度变送器与铝电阻PtlOO,温度变送器的量程是-50250摄氏度，对应输出0-5V的电压信号，以便单片机直接采集，温度变送器与ptlOO都需要12V电源供电。采集的温度信号由10位AD转换器转换可精确到0.01摄氏度，其电路图如图3-9所示。图3-9测速温度测量模块转速检测采集模块本系统中电动机的额定转速在1400转min左右，平均每秒二三十转。而且电动机的磁场干扰强，所以转速检测采集模块所用的传感器元件是霍尔传感器，又叫霍尔开关,接近开关
38、。在电机转子上有用来固定的金属元件，当霍尔传靠近金属元件，会改变霍尔开关的输出电平，通过计算电平变换的次数来计算电机的转速。本设计的转速测量方式原理为M/T法。TC为给定时间间隔，m为TC时间内电机主轴旋转产生的脉冲个数。那么转速为：n=60mTC式中m,TC越大整量化误差越小，使得测量精度越高。3.5GPRS通信设计GPRS模块(如图3-10所示)具有两个RS232接口，UARTO为模块主接口，UART2为GPS输出接口。模块可工作在自动定位模式和Modem模式。模块工作自动定位模式下时，模块上电后将自动连接GPRS网络，并定时向GPRS网络传送GPS数据信息，UARTO为透明数据接口，用户
39、通过此串口可以向网络发送数据；模块工作在MOdem模式下时，UARTO为GPRS模块接口，用户可以通过此接口与GPRS模块(MC37I)通信，模块默认工作模式为自动收发模式。本系统将GPRS模块设置为自动收发模式，通过RS-232收发数据。图3-10GPRS无线模块3.61.ED12864显示局部在本课题中，需要显示参数、参数名称和参数的符号，这是最根本的显示要求，而1.ED数码管并不能到达本课题的要求，所以采用能够显示汉子与字符的1.CM作为显示电路元件。1.CM显示模组：1.CM(1.CDModule)即液晶模块，是将1.CD器件配置一个专门的控制器，再根据控制器组装上接口电路，用户就可以
40、按照接口要求进行操作来控制1.CD正确显示了。1.CD可以比拟方便地与各种微控制器连接，所以下列图3-11为本设计中现场显示所用的1.CD12864.o在显示方面，跟据各型号的不同，1.CM提供英文或者中英文字库，可以根据用户的需要，显示丰富多彩的文字和图形。图3-111.CMl2864模块1.CMI2864采用的是TT1.电平接口，以供51用户方便的使用，它的读写工作方式有两种可供选择，一种是并口，一种是串口。对于本设计而言，单片机引脚够用且需要讲究的是效率，所以本设计选择了并行接口工作方式。读写方式选择好后就是读写的时序、命令与初始化了，由于内容较多，特别繁杂，而且技术比拟成熟，本文不做详
41、细介绍。1.CMI2864模块没有复杂的外围电路，只需要把它的引脚一一连接到控制器上便可,电路如下列图3-12所示。图3-121.CMI2864液晶接口电路第4章参数监测系统的程序设计参数监测系统的程序设计可以分三大局部：主控制局部，参数采集局部，数据传输局部(即通信协议)。4.1主控制器程序设计主控制器作用是通过RS-485接收电机参数采集模块的发上采集数据，在将采集数据现场显示出来并按照规定协议组合打包，再通过RS-232发送给GPRS无线发送模块。要实现这些功能要用到两个串口通信(如图4-2所示)，其中一个是接收电机参数采集模块发送的数据的485,另一个是将数据打包发送给GPRS无线发送
42、模块的232；接收到采集模块的数据后能在1.CD12864实现现场显示并且能给电机发送指令。实现这些功能,须有1.CDI2864显示程序，RS-485总线通信协和RS-232通信协议。议主控制器的程序流程图如图4-1所示。图4-1主控程序流程图4-2串口中断程序流程4.2参数采集模块程序设计电压检测程序设计电压测量，电流测量，温度测量都是先通过硬件电路将各个传感器输出的信号转变为65V的直流电压，再送到单片机A/D转换器输入端。根据A/D转换的值，然后进行故障判断，如有故障存在，就发出停机信号。电压，电流，温度采集局部的程序流程图如图4-3所示。图4-3A/D参数检测程序流程图脉冲检测程序设计
43、转速测量是在电机转子上有固定的金属元件，当霍尔传靠近金属元件，会改变霍尔开关的输出电平，通过计算电平变换的次数来计算电机的转速。本设计的转速测量方式原理为M法。TC为给定时间间隔，M为TC时间内电机主轴旋转产生的脉冲个数。将分别给定时器O和计数器1赋值，用定时器O来记时间Tc,每过TC秒后，定时器O就产生中断；用计数器1来记有多少个脉冲个数。先设定定时器O和定时器1,给存放器赋初值，设定好工作模式，调整好工作状态。定时器O中断框图如图4-4所示。图44中断效劳程序4.3数据传输协议程序设计4.3.1 RS485网络RS485也叫Modbus协议是现在工业上比拟流行的一种数据传输方式，其连接简单
44、而且是差分方式数据传输，应用范围比拟广泛。在总线上挂载能力强，最多能挂接32个节点。可以在主点加光电隔离，使主模块和子模块在电气上别离开来到达某个局部在受到大的干扰时不会干扰其他局部，提高整个系统的抗干扰能力。RS485描述了主控设备访问其子设备的过程，答复其子设备发的指令，以及判断接受到的传输数据的正错并记录正确数据的过程。当在基于Modbus协议上传输数据时，确定的协议就决定了每个子设备相对应的设备地址，再在通信传输时，通过判断地址来判断是否接受消息数据。现在用的协议是每次都发送七个整数，第一个整数是地址，第二个是0X03,第三个是0X07,第四个是检测数据的高八位，第五个是检测数据的低八
45、位，第六个是CRC校验数据高八位，第七个是CRC校验数据低八位。再通过单片机的串口一个数据一个数据的顺次发送，不能打乱发送数据的顺序，以免产生错误。在发送数据时，必须保证发送数据的波特率一致。RS485中主要的程序是在接受数据，接受程序也决定数据是否接受，接受到的数据是否可靠是否正确等。4.3.2 CRC校验在本课题中选择CRC-16,其生成多项式为xl6+xl5+x2+l,简记为8005,生成CRC-16校验字节的步骤如下（查表法）：初始化CRC存放器的低位字节存放器与高位字节存放器，使其都为I0高位字节存放器与8位字的数据节进行异或运算。运算结果放入索引存放器。把在高位索引表中索引出值与低
46、位存放器的值进行异或运算并送给高位存放器。在把在低位索引表中索引出的值给低位存放器。重复和，直到计算完所有的数据，此时的高位存放器的值左移8位加上低位存放器的值就是所需要的CRC校验码。程序如下：/*CRC校9佥码生成函数*/函数功能：生成CRC校验码/unsignedchar*Msgpuch;/*要进行CRC校验的消息*/unsignedshort1.enusData;/*消息中字节数*/unsignedintcrcl6(unsignedchar*Msgpuch,unsignedchar1.enusData)unsignedcharHiuchCRC=OxFF;*高CRe字节初始化*/unsi
47、gnedchar1.ouchCRC=OxFF;*低CRC字节初始化*/unsignedintulndex;*CRC循环中的索引*/while(1.enusData)/*传输消息缓冲区*/ulndex=HiuchCRC*Msgpuch+;*计算CRC*/HiuchCRC=1.ouchCRCHiauchCRCfuIndex;1.ouchCRC=1.oauchCRCuIndex;)return(1.ouchCRC8HiuchCRC);)第5章上位机程序设计及实验效果5.1 1.abWindowsCVI简介虚拟仪器编程语言1.abWindows/CVI是NI公司研究实验运行开发的32位、面向计算机的应
48、用测量控制领域的交互式应用C语言软件，它可以在很多种操作系统(如Windows98NT2000MacOS和UNIX)下运行，1.abWindOWS/CVI是为C语言程序员提供的软件开发系统，在其交互式开发环境中编写的程序必须符合标准C标准。在1.abWindows/CVI开发条件下可以充分运用其包含的自带函数库去实现软件设计和标准C语言程序编写。在该编程条件下可以用1.abWindows/CVI丰富的函数库来编写程序，此外每个控件都应该有个回调函数，而且有一个函数面板(FunctionPanel)的相互交叉式操作界面，在每个回调函数中都可以执行对该函数并且可以自动生成回调函数的带码，还可通过鼠标右键点击面板或对应控件获得与之有有关惨数、函数类和函数库的帮助。5.2 Windows窗体设计及操作说明图5-1上位机主界面所做的课题是电动机设备运行
