AVR电动机智能启动器项目设计方案.doc

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1、AVR电动机智能启动器项目设计方案1.1背景介绍随着科技的飞速发展和国民经济的稳步上升，电机设备得到了广泛的应用，数千台电动机同时运作的大企业已屡见不鲜，可以说我国已进入了高度工业化时期。而且人们的日常生活如交通、运输也已离不开电动机。然而由于我国自动化起步较晚,控制思想不如西方发达国家成熟和完善，在工农业生产中经常由于某些无法预知的因素，如三相电流严重不平衡、过电流、缺相、过载、堵转等使电动机发生故障，而电动机通常是企业转动设备的主要动力，大量电动机的停运给企业造成很大经济损失及生产的混乱，特别是大型连续化生产要求非常高的危急企业，还可能引发

2、其他设备及人身事故，损失更为严重。因此携带保护功能的电动机智能启动器成了众多电机用户的首选。它不仅具有普通保护功能而且还在经常被忽略的启动阶段对电动机进行监控保护。近几年来对智能启动器的研究已进入白热化，从热继电保护启动到电子智能启动，市面上的启动保护装置已层出不穷。但往往价格颇高，大型企业还是一如既往地选择国外进口产品，真正属于中低档用户的产品还是不多。就是在这样一个背景下，我们采用了目前广为流行的8位AVR芯片ATmega16作控制核心，实现控制功能的进一步完善和成本的降低。.专业.专注.以前保护动作装置都以双金属片热继电器为主，它在保护电

3、动机过载方面具有较好的效果，并且结构很简单，但在功能和动作特性上存在严重不足。近年来电动机启动保护装置开始向智能化、微机化、数字化方向发展，但目前对电动机启动阶段的保护比较单一，一般都采用启动定时限保护。该功能虽然可以基本满足启动时间较长电动机启动过程保护的需要，但对于启动时间较短或很大功率的电动机，采用该方法可能会引起电动机的损坏。因此我们选择了运用三个电磁继电器切换的方式来实现启动阶段与运行阶段的分别保护。有别于46单片机的AVR芯片具有独立的模拟I/O口和部AD转换器。因此我们将它与功能强大的CH447L读写显示芯片配合，读写显示部分的处

4、理单独由CH447L这个芯片来完成，毫无疑问减轻了AVR控制芯片的负担。不仅实现了控制的简单模块化而且节约了控制芯片的部资源。1.2毕业设计任务和要求本课题主要是启动器的智能控制，其中包括电源设计、控制系统设计、继电器电路设计以及相关软件的编写。要求熟悉AVR系统的开发流程，掌握电动机启动过程的保护要领，掌握工程开发的系统步骤与技巧。智能启动器的设计分为模拟信号的采集，信号的分析处理和键盘显示三部分。开始我们打算和其他同学一样采用软硬件分开的任务分工制,但在实施两周后,发现对于一个项目来说,把软硬件完全分开来设计是很不合理的,而且对个人知识的掌

5、握也有局限性,所以我们打算软硬相结合,我在负责硬件的同时还涉及到基础软件模块驱动程序的设计。另外，该课题我们采用了两种采样方式。我负责直流采样的方案即在三相信号进入单片机之前，采用相关模拟电路先整流、滤波，将交流信号先转化为直流信号，再对直流信号进行处理，我认为这样做会比直接采用交流采样简单，不用考虑相位变化信息，相对而言对单片机的部资源的占用也少得多，工作方面软硬件都涉及到了，具体容包括电路原理图设计，电路板设计，软件功能（AD转换、数字滤波、采样、键盘、显示和部分保护方案）及调试等部分。这样软硬结合的分工，能够使我们得到全方位的学习和锻炼。

6、1.3论文结构和说明本篇论文共分五章：第一章介绍了本课题的背景,引出了智能启动器的研究与开发；第二章介绍了本次设计的总体方案；第三章重点介绍了本设计中硬件部分的模块化设计以及PCB板的绘制过程；第四章主要介绍了系统软件部分的程序设计方案，软件功能模块等，第五章则是对本次设计的总结及其今后的展望。.专业.专注.第二章总体方案本课题我主要采用模块化的设计方案，先对三相交流信号（电压、电流）进行整流和滤波，再由单片机的模拟I/O口输入单片机，在单片机部进行A/D转换、数字滤波、比较、保护判断等，最后将信息输出给继电器模块使其响应动作。总体主要分硬件设

7、计和软件设计两部分。硬件部分采用的高速的AVRATmega16单片机进行全局控制；人机界面则运用了CH447L读写显示芯片专门用于控制数码管的驱动和键盘的扫描，真正实现了模块化控制；模拟电路部分用来对输入的电信号进行预处理（整流、滤波），实现交流到直流的转换，当然这时的直流还会有许多纹波，不是真正意义上的直流，所以还要经过软件部分的数字滤波才能消除部分纹波，减少误差。继电器的驱动电路模块用来实现继电器的开通和关断。而减压启动和保护部分分别用三个继电器的通断来实现。电源设计要求提供12V和+5V两个电压。它只需要硬件电路，没有软件方面的要求，通过

8、简单的参数计算过程就可以画出相应原理图。软件部分主要采用分层和功能模块化设计，第一层是基础层包括：继电器、键盘、显示、A/D以及硬件滤波等；第二层主要