摘 要：本文介紹了一種基于PC機(jī)與AT89S51單片機(jī)串口通信的三相異步電機(jī)控制系統(tǒng)，PC機(jī)以VC6.0為開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)軟件的編制。AT89S51以交流固態(tài)繼電器為接口器件，實(shí)現(xiàn)了三相異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制。該系統(tǒng)達(dá)到了軟件控制電機(jī)啟停的目的，并給出了硬件與軟件程序。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用前景廣闊。 關(guān)鍵詞：串口通信;交流固態(tài)繼電器; VC6.0;三相異步電機(jī) [b][align=center]Design of Threephase Asynchronous Motor Start Stop System Based on VC and Serial Communication FU Hua-ming,PENG Shuang-ping [/align][/b] Abstract: A control system of the threephase synchronous motor based on the serial communication of PC and AT89S51 is introduced in this paper. The software system on PC is implemented by using VC6.0 as developing environment, while the AT89S51 controls the threephase synchronous motor through the AC SSR（solid state relays）. The controlling of the threephase synchronous motor through software on PC is achieved, as well as the programme is given out in this paper. The system has a widespread application prospect with its simple structure and high practicability . Keywords: serial communication; AC SSR; VC6.0; threephase asynchronous motor 1 引言 　　三相異步電機(jī)啟動(dòng)方式由其功率決定，一般規(guī)定，電動(dòng)機(jī)功率在10KW以下，可直接啟動(dòng)（即電機(jī)全壓啟動(dòng)，直接開啟開關(guān)，將三相接入電源）。10KW以上，要根據(jù)電動(dòng)機(jī)容量和電源變壓器容量比值來確定，對(duì)于給定電動(dòng)機(jī)功率，一般最大功率不大于變壓器容量的20%——30%則可以直接啟動(dòng)，否則需降壓啟動(dòng)以防止過大的起動(dòng)電流會(huì)在線路上產(chǎn)生較大的壓降，使電網(wǎng)電壓波動(dòng)很大，影響并聯(lián)在電網(wǎng)上的其它設(shè)備的正常運(yùn)行[1]。 　　針對(duì)小功率三相異步電機(jī)的啟停，當(dāng)前國內(nèi)外還較多地采用繼電器、接觸器等控制電器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。由于繼電接觸器控制系統(tǒng)是通過觸點(diǎn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來通斷主、控回路，然而觸點(diǎn)因?yàn)殡姟C(jī)械和化學(xué)的原因易于磨損，并且在高沖擊、振蕩的工作環(huán)境下，觸點(diǎn)容易發(fā)生誤動(dòng)作。若主回路有感性負(fù)載，則易于產(chǎn)生觸點(diǎn)燃弧及回跳，對(duì)外界的電磁干擾較大，并且控制系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)多，必須確保每部分工作準(zhǔn)確，系統(tǒng)才能正確工作，所以它存在不少缺陷，必須改進(jìn)。本文介紹以三相交流固態(tài)繼電器作為單片機(jī)和三相電機(jī)接口器件，使用PC上位機(jī)軟件直接啟動(dòng)或停止三相異步電機(jī)，減少中間環(huán)節(jié)，確保控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作，同時(shí)可視化的電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 　　2.1系統(tǒng)概述： 　　該系統(tǒng)是一種基于PC機(jī)與AT89S51單片機(jī)串口通信的三相異步電機(jī)啟停系統(tǒng)，PC機(jī)以VC6.0為開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)軟件的編制。上位機(jī)軟件通過串口通信發(fā)送控制命令給單片機(jī)AT89S51，AT89S51以交流固態(tài)繼電器為接口器件，通過控制交流固態(tài)繼電器輸入端電平的高低來控制三相異步電機(jī)的三相是否接入電源，從而啟動(dòng)或停止電機(jī)。 　　2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 　　2.2.1單片機(jī)與PC機(jī)串口通信電路 　　AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元。芯片可以在系統(tǒng)編程，大大縮短單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)周期，此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。功能強(qiáng)大的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案[2]。 　　鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合設(shè)計(jì)目標(biāo)，特選用此款單片機(jī)。 　　AT89S51單片機(jī)與PC機(jī)串口通信使用RS-232C串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口，RS-232C總線接口芯片有很多，本系統(tǒng)使用MAXIM公司的MAX232芯片完成TTL和EIA之間的雙向電平的轉(zhuǎn)換，從而使PC機(jī)可以與AT89S51單片機(jī)通信。AT89S51單片機(jī)和PC機(jī)的串行通信連接電路如圖1所示：該工作電路對(duì)電源噪聲比較敏感，在電路設(shè)計(jì)中，要注意提高器件的抗干擾能力。應(yīng)使用0.1uF或則1.0uF電容連接+5V電源去耦，選擇1.0uF/16V鉭電容作外接極性電容C1、C2、C3、C4，且讓電容盡可能靠近芯片。 [align=center] 圖1 AT89S51和PC機(jī)串行通信[/align] 　　2.2.2 AT89S51和三相異步電機(jī)的接口器件： 　　當(dāng)前國內(nèi)外使用的電機(jī)控制系統(tǒng)電路如圖2所示，這種控制系統(tǒng)稱為繼電接觸器控制系統(tǒng)，它是一種有觸點(diǎn)的斷續(xù)控制，因?yàn)槠渲锌刂齐娖魇菙嗬m(xù)動(dòng)作的。 [align=center] 圖2 傳統(tǒng)三相異步電機(jī)控制電路圖[/align] 　　本系統(tǒng)采用三相交流固態(tài)繼電器作作為AT89S51和三相異步電機(jī)的接口器件。 　　SSR（Solid State Relay）固態(tài)繼電器是用分離的電子元器件、集成電路（或芯片）及混合微電路技術(shù)結(jié)合發(fā)展起來的一種具有繼電特性的無觸點(diǎn)式電子開關(guān)。具有壽命長、可靠性高、開關(guān)速度快、電磁干擾小、無噪聲、無火花等特點(diǎn)。固態(tài)繼電器按輸出負(fù)載電源分，有交流固態(tài)繼電器和直流固態(tài)繼電器。交流固態(tài)繼電器按開關(guān)方式分有電壓過零導(dǎo)通型和隨機(jī)導(dǎo)通型。過零導(dǎo)通型SSR是當(dāng)負(fù)載電源電壓過零區(qū)時(shí)才能導(dǎo)通，負(fù)載電流過零時(shí)才關(guān)斷，這是為了避免使負(fù)載受到峰值電壓的沖擊和干擾;隨機(jī)導(dǎo)通型SSR是只要輸入端加入信號(hào)，便導(dǎo)通[1]。本系統(tǒng)使用過零導(dǎo)通型SSR。 　　過零導(dǎo)通型SSR原理圖和應(yīng)用簡圖如圖3所示：應(yīng)用簡圖中1、2為控制端，加上一定大小的直流電壓，輸出端3、4便導(dǎo)通，負(fù)載便接入電源工作;當(dāng)控制端電壓低于一定大小時(shí)，輸出端3、4立刻斷開，負(fù)載停止工作。其小信號(hào)控制端和主回路在電氣上是隔離絕緣的，所需控制功率極小，開關(guān)速度很快[3]。 [align=center] 圖3 過零導(dǎo)通型SSR原理框圖[/align] 　　圖3所示的交流固態(tài)繼電器稱為單相交流固態(tài)繼電器，三相交流固態(tài)繼電器是集三只單相交流固態(tài)繼電器為一體，并以單一輸入端對(duì)三相負(fù)載進(jìn)行直接開關(guān)切換的固態(tài)繼電器，它可方便地控制三相交流電機(jī)、加熱器等三相負(fù)載。 　　本系統(tǒng)受控的三相異步電機(jī)功率為3KW，額定電流為6.4 A，故選擇山東淄博其特電子公司生產(chǎn)的型號(hào)為3SSR30的三相固態(tài)繼電器。該產(chǎn)品過零觸發(fā)，無火花，介質(zhì)耐壓2500V AC，每相輸出最大交流電流有效值為30A（電機(jī)直接啟動(dòng)瞬間電流為額定電流幾倍），每相最大相電壓有效值為450V，工作頻率為50HZ，控制端信號(hào)必須滿足電壓達(dá)到4-24V DC，電流達(dá)到50mA輸出端才導(dǎo)通。則本系統(tǒng)AT89S51控制電機(jī)電路圖如4所示：圖4中線性光耦器件OPTOISO1工作在飽和和截止?fàn)顟B(tài)，其性能指標(biāo)CTR范圍為50%-200%。晶體管9013工作在放大區(qū)，為3SSR30的導(dǎo)通提供足夠大的輸入電流。由于電機(jī)是感性負(fù)載，所以在輸出回路中必須附加過流、過壓抑制元件RY820V壓敏電阻，用于保護(hù)SSR，它的選用原則是220V選用500V-600V壓敏電阻，380V時(shí)可選用800V-900V壓敏電阻。 [align=center] 圖4 本系統(tǒng)硬件電路圖[/align] 　　2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 　　2.3.1 PC機(jī)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 　　目前國內(nèi)外大多通過使用單片機(jī)按鍵或則開關(guān)按鈕來輸入控制命令，而本系統(tǒng)卻是在PC機(jī)上用VC6.0開發(fā)環(huán)境，使用微軟公司提供的Windows操作系統(tǒng)串口編程ActiveX控件MSComm對(duì)PC的串行接口進(jìn)行編程，編制出電機(jī)控制系統(tǒng)可視化軟件，通過軟件輸入控制命令。 　　PC機(jī)上位機(jī)軟件界面如圖5所示： [align=center] 圖5 本系統(tǒng)上位機(jī)軟件界面[/align] 　　重要函數(shù)介紹：函數(shù)OnInitDialog（）負(fù)責(zé)PC機(jī)串口的初始化和打開，函數(shù)OnMotoron（），OnMotoroff（）是電機(jī)啟動(dòng)，電機(jī)停止按鈕代碼。函數(shù)OnComm（）負(fù)責(zé)串口事件捕獲和處理程[4]。 　　2.3.2 PC機(jī)和AT89S51單片機(jī)串口通信軟件設(shè)計(jì) 　　PC機(jī)和AT89S51單片機(jī)串口通信程序按它們之間的通信協(xié)議編寫，協(xié)議如下： 　　PC：點(diǎn)擊軟件按鈕，則將對(duì)應(yīng)按鈕值發(fā)給單片機(jī)，等待單片機(jī)回復(fù)。若單片機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)與按鈕值相同，PC向單片機(jī)發(fā)送0x00,指示其完成按鈕值對(duì)應(yīng)的任務(wù);否則，PC向單片機(jī)發(fā)送0xff，指示單片機(jī)不進(jìn)行任何操作，PC重新發(fā)送此按鈕值。單片機(jī)：等待PC發(fā)來數(shù)據(jù)，接收后馬上將其回發(fā)給PC，等待PC指示。若PC發(fā)來0x00，單片機(jī)完成先前接收的數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的任務(wù);若PC發(fā)來0xff，單片機(jī)不進(jìn)行任何操作，等待PC重新發(fā)送數(shù)據(jù)。 3 結(jié)論 　　由于本系統(tǒng)使用組件模塊化的三相交流固態(tài)繼電器直接控制三相電機(jī)，因此使歷來困難復(fù)雜的三相異步電機(jī)啟停問題變得簡單且實(shí)用，實(shí)踐證明本系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用前景廣闊。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：1.使用軟件平臺(tái)控制電機(jī)啟停，對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的可視化開發(fā)有參考意義。2.使用三相交流固態(tài)繼電器直接控制電機(jī)啟停，簡化電機(jī)控制系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 王鴻麟。實(shí)用電力電子技術(shù)，北京：人民郵電出版社，1986 　　[2] AT89系列單片機(jī)技術(shù)手冊(cè)[S].北京威立電子技術(shù)有限公司.14—23 　　[3] 方承遠(yuǎn).工廠電氣控制技術(shù)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社,1992.39一一61 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