基于串行通信的交流变频调速系统课程设计

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1、 I 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

2、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：

3、交流电动机；变频器；89C51单片机；RS485通讯。 II 目录 III 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

4、产生电路，振荡频率为 024MHz；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

5、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 D0 D1 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。 IV 四、变频器外围电气电路设

6、 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 V 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c7 与c6 两个口作为双四选一开关 4052 的控制信号。 a 口作为输入口，用光电耦合器隔离，输入 8 路状态