基于串行通信的交流变频调速系统课程设计.doc

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摘要

在传统的可调速电气传动系统中，直流电动机调速系统占绝对优势。但是直流电动机结构复杂，价格高，又有换向器和电刷，在运行中常出故障。与此相反，鼠笼式异步电动机具有结构简单，运行可靠，价格便宜等优点。但是交流电动机调速困难。自从上世纪80年代初交流变频技术出现以来，使用变频调速器和调节器来进行交流电动机无级调速成为可能。它具有调速范围宽，稳速精度高，动态响应快，运行可靠等技术性能，已逐步取代直流电动机调速系统。然而目前的变频器大部分都是线路复杂，价格昂贵，常用于大、中功率的电动机。对于国内占有率极大的中、小型电动机采用这类变频器无疑是难以普及的。鉴于这种情况，我们设计了此种由89C51单片机为主控制器的，具有高度灵活性和可靠性的低价格交流电动机变频调速系统。在本设计中以Inter公司的89C51单片机作主控制器，并且采用了功率晶体管作输出，具有完善的电流、电压、转速的检测和显示，以及过压，过流保护。另又增加了串行通讯口，采用两线制RS-485通讯结构。可靠通讯距离为1.2km，并且可加上中继来加长距离。该系统可方便的组网控制或组成分布式集散控制系统，也可单独作为直接控制器来使用。电路中还采用了美国达拉斯公司最新生产的时钟芯片ds-12887，内含128字节的不挥发ram，可以记录下电动机过流过压保护时的时间和电流电压数据，供查询使用。

关键词：交流电动机；变频器；89C51单片机；RS485通讯。

目录

第一章绪论

系统组成总体结构
一、系统控制器单片机的选择
自单片机诞生以来的40年中，单片机已有70多个系列，500多个机种，如今单片机厂商众多，生产的单片机产品性能各异，种类繁多。以Inter(美国英特尔)公司的MCS-51系列产品为例，其一般可以分为普通型和增强型。他们的结构基本相同，其主要的差别在于存储器的不同，如89C51是以FlashROM为存储器。为了符合系统的要求，本课程设计选用89C51作为微机控制核心。其特点如下：面向控制的8位CPU；一个片内震荡器和时钟产生电路，振荡频率为0~24MHz；片内4kbFlashROM程序存储器；128B的片内数据存储器；可寻址64KB的片外程序存储器和片外数据存储器控制电路；2个16位定时/计数器；4个并行I/O口，共32条可单独编程的I/O线；5个中断源和2个中断优先级；一个全双工的异步串行口等。
二、RS485串行通信方式
在各种应用系统中，数据通信有两种基本方式，即并行通信与串行通信。并行通信方式简单、速度快。串行通信速度虽然慢，但使用的数据线较少，工程实现造价低，因此已被广泛使用。RS485串行通信为异步通信方式。异步通信时，数据是以字符为单位进行传送的。一个字幅又称为一帧信息，每个字符由4部分组成：起始位、数据位、奇偶效验位和停止位。
起始位D0D1……DN奇偶效验位停止位
三、变频器的选择
1.限制最低转速
2.潜水泵的变频调速
3.电磁干扰和漏电流
变频器对风机和水泵等普通负载的选择要求很简单，只要变频器的容量等于电动机容量即可。本系统的水泵额定功率为30KW，所以选择的变频器容量只要等于或稍大于30KW即可。考虑工程成本和设备价格本设计选用台达VFD370B23A变频器调速器，该变频器能够通过通讯进行参数的读写和控制，随着单片机功能的越来越强大，在嵌入式中的应用更加的广泛。

四、变频器外围电气电路设

外围电气电路包括主电路和控制电路两部分。其中主电路包括熔断器、开关、热继电器和水泵；控制电路包括变频器、微机控制器及压力感应装置等。

五、单片机控制系统设计

本系统由8098，eprom2764，ram6264和74ls373构成主体部分。外围扩展有键盘和数码显示接口芯片8279、并行输入输出芯片8255、时钟芯片ds12887、定时器计数器接口芯片8254、双四选一模拟开关4052、锁存器74ls373和串行rs-485标准通讯驱动接口芯片75176构成一个完整的变频调速中心控制系统。系统内由8279构成了32位数码管显示和四乘五键盘矩阵。32位数码显示分别显示6位时间、4位给定转速、4位实际转速、4位运行频率、2位运行指示和1个3位的运行电压、3个3位的运行电流。键盘矩阵分别有0至9共10个数字键和8个功能键与2个备用键。
并行输入输出接口8255的ｐc7与ｐc6两个口作为双四选一开关4052的控制信号。ｐa口作为输入口，用光电耦合器隔离，输入8路状态量。ｐb口作为输出口，经mc1413隔离驱动后，经过继电器输出7路开关量。这一部分主要是作为扩展