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1、摘 要随着经济与社会的不断发展，各种各样的电动机已经在现在工业生产，产业部门以及我们日常生活中得到广泛应用。它们已是当今生产活动和日常生活中最重要的原动力和驱动装置。电动机的数量之多，应用范围之广，地位之重要，几乎没有其他设备与之相比。电动机的类型很多，应用环境千差万别，其使用要求也是各不相同。恶劣的使用环境常常造成电动机的性能下降而导致故障。特别是在煤炭企业，随着煤矿双高矿井建设的使用环境常常造成电动机的性能下降而导致故障。作为煤矿主要原动力的电动机，在煤矿安全生产中的作用至关重要。但是，由于煤矿井下环境条件恶劣，电动机经常遭受水，潮气，高温，煤尘的侵害，特别是生产运输区域的电动机时常被煤或
2、杂物掩埋，使电动机运行条件严重恶化，各种性能下降，诱发各种事故，并且电动的烧毁也时有发生，给安全生产带来较大损失。本文针对目前存在的问题,提出了改变传统的电动机保护和控制模式，采用先进的工业级芯片基于32位ARM2104设计，集全面的电动机数字保护，综合电量测量及现场/远方启停操作控制，运行状态监视，故障记录及网络通讯于一体，具有过负载，电流不平衡，接地/漏电，欠电流，堵转，短路，温度，欠压，过压，欠功率，启动加速超时等多种数字式保护功能，满足直接启动双相，星/三角启动等启动方式，实现电动机回路的三相电流，接地电流等多种电参数的测量，可与RTU，PLC 及多种微机工控组态软件（iFIX,Win
3、CC,Intouch,组态王，MCGS）实现网络通讯，构成分布式综合电力监控系统。关键词:交流电动机；保护器；缺相；ARM芯片AbstractWith the development of the economy and society, a wide range of motor industry has been in production now, it has been widely applied in industrial sectors and our everyday life . They are the most important motivation and drive
4、 in todays production activities and daily life. There are almost no comparison with other equipment in motor number of people, and the application scope, status important. There are many types of motors, and application environment are vastly different, their use of the requirement is not the same.
5、 Poor use of the environment often leads to declining motor performance and lead to a malfunction. Particularly in the coal enterprises, With the high use of the environment in coal-mine construction ,the harsh environmental conditions often leads to declining motor performance and lead to a malfunc
6、tion. As a major driving force behind the Mine motor, it plays the vital role in coal mine production. However, motor is frequently violated by water, humidity, high temperature and coal dust in harsh environmental conditions of the coal mine. Particularly the production of regional motor transport
7、are often buried coal or junk, and the motor running condition are seriously deteriorated, various properties decrease induced accidents, and the electrical burn will occur from time to time, to bring greater safety in production losses. Based on the existing problems, a change from the traditional
8、electrical protection and control mode has been advanced based on the industrial grade 32 ARM2104 design, a comprehensive set of Digital Motor protection, Comprehensive measurement of electricity consumption and Field / afar COMMITMENT operational control, running and monitoring, fault recording and
9、 communications network integration unduly load, the current imbalance, grounding / leakage, less current, blocking, and short circuit, temperature, undervoltage, overvoltage, less power, accelerate the start of overtime and other digital protection functions to meet directly activated duplex, star
10、/ delta starter, and other start-up mode, Implementation of the three-phase electrical circuit current, current grounding various parameters measured with RTU, PLC and a variety of industrial computer configuration software (iFIX, WinCC, Intouch, Kingview. MCGS) network communication, distributed co
11、nstitute an integrated power control system. Key Words：AC motor, protection device, phase missing, ARM Chip目录第一章 绪论11.1智能型交流电动机缺相保护器选题背景和目的意义11.1.1 交流电动机缺相保护器选题背景11.1.2 交流电动机缺相保护器选题目的和意义11.2主要技术指标、要求及内容：21.3 本设计（研究）思想：2第二章 交流电动机保护器总体方案32.1 电动机综合保护控制方案研究32.1.1 电动机起动过程的保护32.1.2 过载(过流)保护42.1.3 断相运行保护方案
12、52.1.4短路保护52.1.5电动机的电压保护52.1.6电动机漏电保护62.1.7 温度保护62.1.8 电动机星三角起动72.1.9电动机启动正反转控制82.2 方案分类：92.3 方案比较论证和确定92.3.1 方案比较论证102.3.2 方案确定10第三章 硬件设计113.1电路设计、元器件及设备选型123.1.1电路设计123.1.2各功能模块简介133.2 各芯片概述143.2.1 LPC 2104的简介143.2.2 ADE7758的简介183.3 各模块介绍203.3.1电源模块的设计203.3.2 频率、电压和电流测量电路213.3.3 人机交互和复位电路243.3.4 L
13、CD指示电路263.3.5通讯接口电路263.3.6 双通道AD 转换模块273.3.7 PT100 温度测量273.3.8 蜂鸣电路293.3.9 系统时钟电路293.3.10 闭锁保护29第四章 软件设计314.1 软件结构概述314.2 各模块流程图31第五章结论45参考文献46外文原文47译文66致谢79附录80第一章 绪论1.1智能型交流电动机缺相保护器选题背景和目的意义1.1.1 交流电动机缺相保护器选题背景 智能型交流电动机缺相保护器设计，是按IEC国际标准开发的智能化，网络化，数字化低压电动机保护控制器；其改变了传统的电动机保护与控制模式，取代了热继电器，电流互感器，中间电动机
14、，变送器等常规电器元件，在全面实现保护，测量，控制一体化的同时，将先进的网络通讯技术和分布式智能技术溶入MCC控制提供了科学有效的现场级保护，测控单元。这样做的优越性如下：(1) 可以经济运行 由于某相线路发生缺相故障,给工作中的电动机造成缺相运行,继而烧毁电动机,中断正常生活,给大家的工作、生活带来许多不便。通过电动机缺相保护器的设计，我们可以使得电动机正常运行，不会因缺相之后及时停止运行。 (2) 可以保持运行可靠性 在三相电动机运行当中,无论缺任何一相或两相电源,电动机均能自动停运,避免了电动机缺相时运行被损坏的目的。(3) 可以提高电动机的运行质量 大大提高电动机的运行质量，不会因为缺
15、相造成电动机的自动停转，可以继续运行。1.1.2 交流电动机缺相保护器选题目的和意义电动机已经在现在工业生产，产业部门以及我们日常生活中得到广泛应用。它们已是当今生产活动和日常生活中最重要的原动力和驱动装置。电动机的数量之多，应用范围之广，地位之重要，几乎没有其他设备与之相比。电动机的类型很多，应用环境千差万别，其使用要求也是各不相同。恶劣的使用环境常常造成电动机的性能下降而导致故障。造成这种现象的原因是多方面的，除了管理措施不完善等因素外，关键的问题是电动机保护技术尚有不尽人意之处，误动、拒动的情况时有发生，常影响正常使用，以致出现多数用户不用或将保护装置甩掉的严重现象。为了避免电动机事故的
16、发生，我们应该适时地对电动机进行保护，保障电动机的安全，从而防止电动机因过载，缺相，过流，漏电等造成的事故。断相引起缺相时引起电动机烧毁的一个主要原因，约占电动机烧毁的10%以上。从广义上讲，输入电动机绕组电流不对称达到一定程度，就是故障状态。电动机断相运行则是一种严重的电动机绕组电流不对称的故障状态。对称三相电路的一种良好的特性是瞬间功率的平衡，这种特性反映到三相电动机的运行上，就是电动机机轴所受到的转矩平衡，没有振动。但电动机绕组断相，启动电动机时就会有嗡嗡不能启动的现象。电动机三相电流不对称运行，将要烧毁电机。电动机的断相造成的缺相毕竟是一种状态，虽然未对电动机造成伤害，但电动机的转速，
17、功率因数，效率等随之下降，且使电动机振动积聚，对电动机的安全是一种隐患，应尽早排除。1.2主要技术指标、要求及内容：.采用先进的工业级芯片基于32位ARM2104设计，电气隔离和电磁屏蔽设计符合国际标准，使装置的硬件系统具有高抗干扰能力的工作可靠性；.集全面的电动机数字保护，综合电量测量及现场/远方启停操作控制，运行状态监视，故障记录及网络通讯于一体；.具有过负载，电流不平衡，接地/漏电，欠电流，堵转，短路，温度，欠压，过压，欠功率，启动加速超时等多种数字式保护功能，满足直接启动双相，星/三角启动等启动方式；.保护控制模块与现实操作单元采用分体安装结构，安装/维护及为灵活； .实现电动机回路的
18、三相电流，接地电流等多种电参数的测量； . 可与RTU，PLC 及多种微机工控组态软件（iFIX,WinCC,Intouch,组态王，MCGS）实现网络通讯，构成分布式综合电力监控系统。1.3 本设计（研究）思想： 采用先进的工业级芯片基于32位ARM2104设计，集全面的电动机数字保护，综合电量测量及现场/远方启停操作控制，运行状态监视，故障记录及网络通讯于一体，具有过负载，电流不平衡，接地/漏电，欠电流，堵转，短路，温度，欠压，过压，欠功率，启动加速超时等多种数字式保护功能，满足直接启动双相，星/三角启动等启动方式，实现电动机回路的三相电流，接地电流等多种电参数的测量，可与RTU，PLC
19、及多种微机工控组态软件（iFIX,WinCC,Intouch,组态王，MCGS）实现网络通讯，构成分布式综合电力监控系统。第二章 交流电动机保护器总体方案2.1 电动机综合保护控制方案研究2.1.1 电动机起动过程的保护电机起动的瞬间，起动电流非常大，高达电机额定电流的 78倍。但随着电机的转速增大，电流逐步减小，在额定负荷下，起动电流最终稳定在额定电流上，这一过程称为电机的起动过程。在上述起动过程中我们可以看出，在电机起动的瞬间，电动机实际上处于堵转运行状态，而此后的过程中电机一直处于过电流运行状态，但这过程是必须经过的，是正常现象。为了提高保护器的实用性，我们采用“起动特性曲线上移法”来解
20、决这个问题。每个电机都有一个正常最大起动电流，电机起动电流是一条随时间变化的曲线，如图 2-1 中的实线部分。如果将电机起动特性曲线进行适当的上移，如图图 2-1 电动机起动的电流反时曲线2.1 中的虚线部分。图中为起动电流，为额定电流。上移的目的是增强抗干扰能力，以防止其超时起动。2.1.2 过载(过流)保护过载(过流)保护:电动机过载是指其运行电流超过其额定电流的1.2倍以上。短时超载仍属正常运行，只有热量积累到使电动机绕组的实际温升达到会显著降低绝缘寿命的程度时，才要求保护电器给予保护。我们采用了反时限特性保护法。它是依据启动特性曲线，按时间轴反向计算，计算各过流下的时间延时值。若出现过
21、载故障 ,微处理器执行过载程序 ,根据设定的电流值运算比较过载倍数,根据过载倍数进入相应的运行程序,并启动相应的定时器。如果过载时间达到该定时器的定时时间,微处理器发出指令,执行继电器动作,停止电动机运行,并记忆过载故障,在一定时间内自动恢复。如果过载倍数超过8倍,程序则判定为短路故障,微处理器执行断路程序。在设计电动机的保护方案前首先对对电动机升温的容量进行计算。图2-1所示的曲线是一个非线性的、反时限的曲线，动作时间随电流增大而变小。根据标准过载保护特性曲线和反时限曲线得出时间计算公式： 当 式中：top动作时间，（秒）； TM曲线时间倍数整定值；I测量电流值。该值可以是一次或二次实际测量
22、值，也可以是以电动机额定电流、整定电流或电流互感器二次额定电流为基准的标幺值；Iset整定电流值；K常数，见下表典型过负荷保护特性曲线数据表；常数，见表21；曲线形式KL极端反时限28.220.1217非常反时限19.6120.491适度反时限0.05150.020.114表21 典型过负荷保护特性曲线数据表标准过载反时限曲线计算公式：当 式中：L标准过载常数，见表21； TD标准过载曲线时间刻度整定值。GE标准过负荷保护特性曲线计算公式： 式中： SCM标准曲线倍数；Iop动作电流。2.1.3 断相运行保护方案断相产生的不对称电流对电动机的损害不仅仅是电流增加引起定子发热，会导致电动机端部发
23、热、转子振动，以及启动力矩降低等一系列问题，造成电动机的严重损坏。断相电流的测量与判断依据：当电动机绕组以丫形连接时，无论断相发生在线路上或A者绕组内部，所断相的线电流均为零。对于形连接的电动机，发生外部线路断相时，同样所断相的线电流为零。若形连接的电机发生绕组内部断相时，电动机的线电流不为零，线电流最大值和最小值的比为，断相时仍采用(2.6)式计算各相的电流值。断相保护的判据:某相电流为零;三相严重不平衡，形连接的电机发生绕组内部断相时，断相特性参数值:式中: 电动机三相电流中最大值; 电动机三相电流中最小值 考虑到三相不平衡情况，断相特性参数几可设置为0.5-1.8。采用和计算可以省去开放
24、运算。断相保护动作时间选择断相或不平衡故障采用定时限保护。2.1.4短路保护短路故障时不同相的导线间或相对地发生金属性的接连或经较小阻抗的连接。电动机出现短路后，短路电流通常大于8倍额定电流以上，短路电流使绕组迅速产生高热，以致绝缘变色、焦脆、直至烧毁。短路后果严重，因此出现短路电流后应当迅速切断电源。在第一次检测到有短路电流产生后再经过一个周期后就切断电源，即0.04秒。2.1.5电动机的电压保护我们在保护器中还设计了过、欠压保护电路。工作原理为:保护器的工作电源直接取自给电机供电的线电压，A相、B相和C相。这样在给保护器提供交流 380 V工作电源的同时，还实现了对该两相的供电情况进行监测
25、。一旦这两相电源有一相过压或电压明显降低，保护器电路中的电压传感器接受的信号就会变化，从而整流滤波输入到单片机的电压信号将会发生变化，CPU就会续做出相应的判断。电动机的电源电压是难以保证恒定、不出现波动或其它异常情况，当电动机的端电压低于额定值时，由于电磁转矩与电压的平方成正比，因此其转矩下降更多，从而导致负荷电流增大，电动机发热增加，绝缘老化速度加快，使电机的使用寿命缩短，因此必须装设低电压保护。另一方面，如果电动机带负载运行时电源电压升高，则电动机电流降低，但铁损和铜损变大，引起电动机温度上升。因此，针对电源电压的变化，可以分别配置低电压和过电压保护。2.1.6电动机漏电保护电路中无触电
26、、漏电等接地故障时,无论三相三线制还是三相四线制电路,各相与零线上电流的矢量和等于零,即 同时, 各相电流在铁心中产生的磁通的矢量和亦为零。漏电等接地故障时,零序互感器中有漏电流通过,这时穿过互感器的电流矢量和不等于零(),因此互感器中磁通量的变化不等于零。这样就可以利用零序电流互感器就可以检测出来。漏电保护器是由于电路中有触电、漏电等接地故障时, 引起回路合成电流的改变, 最终导致保护器动作, 从而切断故障回路, 为了保证人身安全。2.1.7 温度保护电动机在运行时，总有一定能量损耗，损耗包括铜耗、铁耗和机械损耗，其中铜耗与电流的平方成正比，而铁耗和机械损耗几乎不变的，这些损耗将全部转变成热
27、能，使电动机自身温度升高，超过周围环境温度。电动机温度比环境温度高出的值就称为温升。电机本身是一个由多种材料组成的组合体，其发热情况比较复杂，电机的发热曲线与均质发热体的发热曲线只有较小的差别。为了便于计算和分析，一般将实际电机认为是一个均质发热体。对于电动机的发热过程，其温度随时间成指数关系变化如下图2-2所示： 图2-2 电动机的温升特性曲线温度传感器过负荷保护的报警和跳闸动作整定值取决于电动机温度的高低，以及电动机所处的环境温度和海拔位置，其计算公式如下：式中： 修正后的电流整定值，并以该值取代环境温度修正系数； = 1 当40 T时；= 1.40.01T 当65 T 40时；= 0.7
28、5 当T 65时。 2.1.8 电动机星三角起动异步电动机直接起动的控制电路，是利用继电器闭合交流接触器线圈KM通电，其主触点闭合，使电动机M起动。KM动合（常开）辅助触点起自锁作用，以保证继电器信号过后，电动机仍能继续运转。图2-3 电动机星三角起动原理接线图星-三角起动法适用于正常运行时绕组为三角形联接的的电动机，电动机的三相绕组的六个出线端都要引出，并接到转换开关上。起动时，将正常运行时三角形接法的定子绕组改接为星形联接，起动结束后再换为三角形连接。这种方法只适用于中小型鼠笼式异步电动机。图2-3所示的是这种方法的原理接线图。起动时，电机定子绕组星形连接，当电机接近额定速度时，电机定子绕
29、组改为三角形连接。2.1.9电动机启动正反转控制异步电动机正反转控制电路，利用 KM1和KM2两个交流接触器使A，C两相电互换。为防止接触器同时工作，而使电源通过它们的主触点发生短路，所以在控制电路中，KM1 和KM2不能同时接通。在这里交流接触器都是由继电器控制器电磁线圈进行控制的。如图2-4 所示：图2-4 电动机正反转原理接线图2.2 方案分类：方案1：使用热继电器。传统的机电式继电器为主，包括:熔断器、热继电器、电动机保护用自动开关及双金属片式温度继电器等。方案2：采用555时基电路等电子元件,可自行调节设定参数。保护装置可以划分为三个环节,其中中心环节是一个555时基电路,另两个环节
30、分别是控制线路的电源和控制信号电路。方案3：多功能智能化电动机保护器采用数字集成电路和运算放大器,集过流，断相，过载，过热，欠压保护于一体,实现了对电动机多功能，智能化，全方位保护。1DSP采用DSP，DSP以其高速度见长，特别是用于多媒体信息处理。同样，DSP有多个厂家的多个产品供选用，在嵌入式操作系统基础上进行设计。2单片机微机控制系统是整个状态监测与数据采集系统的核心，它不但处理的数据量大、计算和管理功能复杂，且必须具有优良实时性，有多种字长，多种型号的单片机供选择。3PLC或CPLD可编程逻辑控制器特别适用于工程上的过程控制。经常见到用一台高档微型机作为上位（主控机），经网络连接若干个
31、PLC（下位机）构成嵌入式系统。所以许多厂家为系统设计者提供多种型号的PLC，供使用者使用选择。4ARMARM具有比较强的管理功能，优势主要体现在控制方面。嵌入式微控制器有许多种流行的处理器核，芯片生产厂家一股都基于这些处理器核生产不同型号的芯片。ARM系列微处理器是目前应用最广泛的:32位高性能嵌入式RISC处理器。2.3 方案比较论证和确定2.3.1 方案比较论证方案1中继电器的在电动机过流保护设计中：1适用于电动机的短路保护。2不能用于电动机的过载保护。3在保护三相异步电动机时，也常常由于某一相熔断器熔体熔断而造成三相异步电动机断相运行。故国际电工委员会规定，凡安装熔断器的场合，必须加设
32、断相保护。4该保护装置的缺点在于它只能反映以过电流为特征的故障，而对于那些电流增加不明显的故障，常发生拒动现象，且存在起动时退出保护的问题。设计要求保护器具有过负载、电流不平衡、接地、欠电流、堵转、短路、温度保护、启动加速超时等多种数字式保护功能，所以不使用方案1。方案2中电子式电动机综合保护装置是由电子元器件组成，基本上无可动部件（故称静止型)，不存在机械误差和磨损。因此，动作速度快、精度和灵敏度高，寿命较长，耐冲击和振动，整定简便。由于电子式电动机综合保护装置属于纯硬件电路结构，各种功能特别是它的保护特均是由相应的硬件电路实现的。所以，仍存在着扩展功能不够灵活，保护特性不易改变，灵敏度及电
33、流的整定范围受到硬件的限制和电动机运行状态的监控不够完善等一些缺陷。其缺点是抗干扰能力不强,安装时要远离强振动，磁场等环境。 前两种方案都存在诸多弊病,不能很好地保护电动机,因此开发新型的微机保护装置具有重要意义。方案3（1）中DSP有较高的运行速度但主要用于数据处理，优势不在于控制。考虑到开发工具与软件支持等方面的原因，和仪器环境，故本系统不采取此方案。（2）中单片机的结构简单，使用方便，价格便宜，特别适合处理速度要求不高的应用，是嵌入式系统的首选部件。所以80C51或80C196系列单片机和传统的编程方式将不能胜任。（3）中复杂的可编程逻辑器件随着微细加工技术的发展，CPLD的构成度已经达
34、到一片内集成1000万个器件，1000条引脚。对其编程可可以实现各种接口，内存，CPU等功能，也可以实现单片机的功能。因此，可以用它实现嵌入式系统中的专用处理器。（4）中ARM即Advanced RISC Machines的缩写，由英国Advanced RISC Machines(ARM) Limited公司设计。ARM7 系列处理器是低功耗的32位RISC处理器。其最高频率可以达到130MIPS。ARM7系列处理器支持16位的Thumb指令集，使用Thumb指令集可以以16位的系统开销得到32位的系统性能。三星公司生产的S3C44BOX, PHILIPS公司的LPC2104RISC微处理器就
35、属于此类。2.3.2 方案确定于是在此设计中采用基于ARM架构32位LPC2014作系统核心的解决方案，并设计硬件系统和软件系统。硬件设计的目标力求在结构简单，成本合理的前提下，尽量完善其功能。软件系统运用C语言，基于程序功能模块话的思想，设计系统各个模块，实现设计要求功能。 第三章 硬件设计硬件电路是智能保护器工作的基础，其设计的好坏是，将直接影响到职能控制器单元功能的实现。硬件电路的设计要求围绕智能控制器单元功能的要求进行，本控制器集侧量、具有过负载，电流不平衡，接地/漏电，欠电流，堵转，短路，温度，欠压，过压，欠功率，启动加速超时等多种数字式保护功能于一体的，为此控制器必须对电压、电流等
36、模拟量进行采样，采样开关量，并输出各种控制和报警信号。同时可以通过以太网进行通信。智能型交流电动机缺相保护器的硬件设计围绕其功能进行，同时要求遵守以下准则：软硬件合理划分：系统中软件和硬件在逻辑功能上等效的。具有相同功能微机应用系统，其软硬件功能分配可以在很宽的范围内变化。系统的软硬件功能分配要根据系统的要求而定，提高硬件系统的功能比例可以提高速度、减少所需的存储量。有利于检测的实时性。（1） 简化设计：硬件设计时尽可能得选用集成电路，少用分立元件，这样有利于提高系统的集成度，减少元器件相互之间的连线、接点和封装数目，从而大大提高系统的可靠性。（2） 模块化设计：硬件设计根据预期实现的功能划分
37、为若干功能模块，尽可能选用模块化结构的典型电路，各模块间的联系力求松散，以便于硬件发生故障时的检修。（3） 防干扰设计：智能型保护器单元工作现场环境比较恶劣。为了避免电动机事故的发生，我们应该适时地对电动机进行保护，保障电动的安全，从而防止电动机因过载，缺相，过流，漏电等造成的事故。3.1电路设计、元器件及设备选型3.1.1电路设计 LPC2104 嵌入式处理器 断相 脉冲电源模块蜂鸣器JTAG端口RS-232RS-487串行接口键盘LCD显示图3-1 系统总体结构功能模块系统总体结构中芯片的选择与功能分析，根据实际的需要，系统采用可增减优化的硬件设计和软件100%兼容的方法，使用户可以通过实
38、际需要合理的选择相应的模块，同时功能模块部分可以现场通过串口进行组态。功能模块: CPU采用PHILIPS公司的LPC2104，该CPU也是ARM 32 位入式CPU。该CPU可以很方便的外接A/D 转换、EEPROM、数字电位器等器件。3.1.2各功能模块简介3.1.2.1 CPU模块该模块中，CPU为采用基于ARM架构32位LPC2014作系统核心，采用12MHZ的晶振，使用片内128KB片内Flash程序存储器和64/32/16KB静态RAM，该单片机具有32个I/O端口，以便P0口地址、数据共用。ARM外部设置了上电复位电 路和按键复位电路。另外，模块中的ADE7758将输入模块输入的
39、模拟量转换成数字量送入单片机进行处理。3.1.2.2 综合电能表模块 ADE7758 是一种高精确度三相电能测量IC，带有一个串行口，两路脉冲输出。ADE7758 集成了数字积分、参考基准电压源、温度敏感元件等，有可用于有功功率、复功率、视在功率、有效值的测量以及以数字方式校正系统误差(增益、相位和失调等)所必须的信号处理电路。该芯片适用于各种三相电路（不论三线制或者四线制）中测量有功功率、复功率、视在功率。3.1.2.3 人机交互模块该模块的核心器件为FYD12864-0402B和包含4个按键的键盘组成，主要完成参数的设定：电动机的电压和电流，电动机的功率因数，启动方式，可以显示84行161
40、6点阵的汉字. 也可完成图形显示。3.1.2.4 输入模块该模块实时采集电动机的频率、PT电压以及相位差信号，并提供与CPU模块的电压输入接口电路以及ADE模块的频率、相位差输入接口电路。这部分由整流滤波电路、限幅电路、光电隔离电路以及整形电路组成。电网和电动机PT的电压信号通过变压器和由集成运放构成的精密整流电路进行全波整流，然后通过有源滤波电路变成较平稳的直流信号，输入CPU模块的AD转换器变成数字量，被单片机读入，实现电压测量。另外，光耦输出端输出的方波通过74HCl4(带施密特触发的反相器)进行沿整形。输出到CPU模块，进行频率和相位差的测量。单片机利用采集到的电压、频率和相位差数据进
41、行准同期条件的判断，确定合闸脉冲的发出时机，实现准确合闸。3.1.2.5 输出模块该模块完成系统控制输出功能，实现电动机回路的三相电流，接地电流等多种电参数的测量，可与RTU，PLC 及多种微机工控组态软件（iFIX,WinCC,Intouch,组态王，MCGS）实现网络通讯，构成分布式综合电力监控系统。键盘输入、可报警的状态指示。3.1.2.6 RS-232/485通信模块该模块的核心器件为MAX232，另外还有光电耦合器和DC-DC变换器，提供了良好的隔离，增强了抗干扰能力。采用工业用232通讯接口，可实现与PC机的全双工通讯。MAX485是一款低功耗、适用于RS-485/RS-422的通
42、信联络的收发器，包含一个驱动器和一个接收器，驱动器传输的转换速率可达2.5Mbps。3.1.2.7 电源模块 提供+5V，+24V的直流电源。3.2 各芯片概述3.2.1 LPC 2104的简介3.2.1.1 LPC2104的功能特性描述LPC2104/2105/2106基于一个支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-S CPU，并带有128k字节(kB)嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。 其主要的特性如下：l ARM7TDMI
43、-S处理器l 128KB片内Flash程序存储器，具有ISP和IAP功能。l Flash编程时间：1ms可编程512字节，扇区擦除或整片只需400ms。l 64/32/16KB静态RAM。l 向量中断控制器。l 方针跟踪模块，支持实时跟踪。l RealMonitor模块支持实时调试。l 标准ARM测试/调试接口，兼容现有工具。l 极小封装：TQFP48（7mm*7mm）。l 双UART，其中一个带有完全的调制解调器接口。l 串行接口。l SPI串行接口。l 两个定时器，分别具有4路捕获/比较通道。l 多达6路输出的PWM单元。l 实时时钟。l 看门狗定时器。l 通用I/O口。l CPU操作频率
44、可达60MHz。l 双电源：-CPU操作电压范围：1.65-1.95V,即1.8(1+/-8.3%)V;I/O电源电压范围：3.0V3.6V(3.3V10%)。 l 两个低功耗模式：空闲和掉电。l 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。l 外设功能可单独使能/禁止，实现功耗最优化。l 片内晶振的操作频率范围：10MHz25MHz。l 片内PLL允许CPU以最大速度运行，可以在超过整个晶振操作频率范围的情况下使用。3.2.1.2 LPC2104 的引脚及功能LPC2104的引脚如图3-2所示。各引脚的功能如下VCC：电源GND: 地P0 口：P0口是一个32位漏极开路的双向I/O口。每个位都有独
45、立的方向控制。P0口引脚的操作取决于引脚连接模块所选择的功能。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。（1）P0.0/TXD0/PWM1 13P0.0 P0口位0，TXD0 UART0的发送输出，PWM1 脉宽调制输出1（2）P0.1/RXD0/PWM3 14P0.1 P1口位1，RXD0 UART0的接收器输入，PWM3 脉宽调制输出3（3）P0.2/SCL/CAP0.0P0.2 P0口位2，SCL IC 时钟输入输出。开漏输出 CAP0.0定时器0捕获输入0（4）P0.3/SDA/MAT0.0P0.3 P0口位3 SDA IC
46、 数据输入输出 MAT0.0定时器匹配输出0（5）P0.4/SCK/CAP0.1 P0.4 P0口位4 SCK 串行时钟 CAP0.1定时器0捕获输入1（6）P0.5/MISO/MAT0.1P0.5 P0口位5 MISO 主机输入从机输出，SPI 从机到主机的数据传输 MAT0.1定时器0匹配输出1（7）P0.6/MOSI/CAP0.2P0.6 P0口位6 MOSI主机输出从机输入 CAP0.2 定时器0捕获输入2（8）P0.7/SSEL/PWM2P0.7 P0口位7 SSEL SPI从机选择 PWM2 脉宽调制输出2 （9）P0.8/TxD1/PWM4P0.8 P0口位8 TxD1 UART
47、1 的发送器输出 PWM4脉宽调制输出4（10）P0.9/RxD1/PWM6P0.9 P0口位9 RxD1 UART1 的接收器输入 PWM6脉宽调制输出6（11）P0.10/RTS1/CAP1.0P0.10 P0口位10 RTS1 UART1 请求发送输出 CAP1.0定时器1捕获输入0（12）P0.11/CTS1/CAP1.1P0.11 P0口位11 CTS1 UART1 清零发送输出 CAP1.1定时器1捕获输入1（13）P0.12/DSR1/MAT0.0P0.12 P0口位12 DSR1 UART1 的数据设计输入 MAT0.0定时器0匹配输出0图3-2 LPC2104的引脚图（14）P0.13/DTR1/MAT0
