摘要隨著科技生活的日益進(jìn)步，人們對(duì)機(jī)器的控制從單一的開(kāi)環(huán)控制慢慢發(fā)展到目前的閉環(huán)反饋式控制，特別是在工控領(lǐng)域，由于一些大型設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中電機(jī)不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電機(jī)溫度的升高，影響到電機(jī)的使用壽命以及運(yùn)行時(shí)的精確控制。過(guò)高的電機(jī)溫度，還有可能導(dǎo)致火災(zāi)，造成不可避免的損失。因此電機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫度監(jiān)控，不但可以確保電機(jī)的正常工作，電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)都可以被檢測(cè)顯示，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)會(huì)直接停止電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。此次設(shè)計(jì)是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，通過(guò)單片機(jī)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理。通過(guò)DS18B20芯片對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換，傳送到單片機(jī)處理，然后通過(guò)LCD1602液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，串口通信采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，使單片機(jī)與PC端電腦可進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳輸和通信功能，上位機(jī)可設(shè)定電機(jī)閾值溫度，下位機(jī)反饋當(dāng)前溫度值。程序使用C語(yǔ)言編寫(xiě)通過(guò)Keil軟件進(jìn)行編譯，硬件部分使用AltiumDesigner17仿真制板?？傮w調(diào)試成功后可監(jiān)控電機(jī)五個(gè)部位的溫度值，并顯示在液晶屏，當(dāng)電機(jī)溫度超過(guò)閾值溫度時(shí)，啟動(dòng)繼電器斷開(kāi)電機(jī)的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和保護(hù)功能，通過(guò)與計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)通信，提高系統(tǒng)的智能化以及電機(jī)的自動(dòng)化過(guò)程管理。關(guān)鍵字：電動(dòng)機(jī)繞組表面溫度電動(dòng)機(jī)運(yùn)行保護(hù)裝置溫度保護(hù)過(guò)負(fù)荷保護(hù) AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,thecontrolofmachineisgraduallydevelopingfromsingleopenloopcontroltoclosedloopfeedbackcontrol,especiallyinthefieldofindustrialcontrol.Duetothecontinuousoperationofsomelarge-scaleequipmentduringthelong-termoperation,thetemperatureofthemotorincreases,whichaffectstheservicelifeofthemotorandtheprecisecontroloftheoperationtime.Toohighmotortemperature,butalsomayleadtofire,causinginevitablelosses.Therefore,thetemperaturemonitoringwhenthemotorisrunningcannotonlyensurethenormaloperationofthemotor,butalsocandetectanddisplaythereal-timetemperaturedatainthecourseofthemotoroperation.Whenthetemperatureistoohigh,itwillstopthemotordirectly.TheoperationoftheThisdesignisbasedonSTC89C52singlechipmicrocomputerasthecontrolcore,motorasthecontrolobject,real-timedataacquisition,transmission,processingthroughthesingle-chipmicrocomputer.ThroughtheDS18B20chiptothetemperaturedataacquisitionandconversion,transmittedtothesingle-chipprocessorprocessing,andthenthroughtheLCD1602LCDmoduletodisplay,serialcommunicationusingMAX232levelconversionchip.ThefunctionofdatatransmissionandcommunicationbetweensinglechipcomputerandPCterminalcomputercanbecarriedoutintwodirections.Theuppercomputercansetthethresholdtemperatureofmotor,andthelowercomputercanfeedbackthetemperaturevaluefirst.TheprogramiswritteninClanguageandcompiledbyKeilsoftware,hardwarepartUseAltiumDesigner17tosimulatetheboard.Aftertheoveralldebugging,thetemperaturevaluesoffivepartsofthemotorcanbemonitoredanddisplayedontheLCDscreen.Whenthetemperatureofthemotorexceedsthethresholdtemperature,therelayisstartedtodisconnectthepowersupplyofthemotortorealizethereal-timemonitoringandprotectionfunctionofthemotor.Throughthereal-timecommunicationwiththecomputer,theintelligenceofthesystemandtheautomaticprocessmanagementofthemotorareimproved.Keywords:MotorwindingsurfacetemperatureMotoroperationprotectorTemperatureprotectionoverloadprotection目錄摘要 IABSTRACT II目錄 III第1章緒論 11.1概況 11.2電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程 11.3電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 11.4電動(dòng)機(jī)熱計(jì)算的發(fā)展 11.4.1電動(dòng)機(jī)熱計(jì)算的方法 21.5論文要求和內(nèi)容 2第2章電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)介紹 32.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 32.2直流電機(jī)的工作原理 42.3電機(jī)運(yùn)行中的溫度分析 52.3.1電動(dòng)機(jī)的正常發(fā)熱 52.3.2電動(dòng)機(jī)的異常發(fā)熱 52.3.3電機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫度檢測(cè)方法 6第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 73.1設(shè)計(jì)要求 73.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖 73.2.1直流電機(jī)的通斷控制電路 73.2.2LCD溫度顯示的實(shí)現(xiàn) 83.2.3串口通信功能的實(shí)現(xiàn) 93.2.4DS18B20溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn) 93.2.5單片機(jī)的時(shí)鐘晶振模塊 113.2.6單片機(jī)的復(fù)位電路模塊 12第4章系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 124.1AltiumDesigner軟件介紹 124.2系統(tǒng)整體介紹 124.3系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 12第5章溫度檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 135.1Keil軟件介紹 145.2程序設(shè)計(jì)總流程 14第6章系統(tǒng)的調(diào)試及應(yīng)用 156.1軟件調(diào)試和硬件調(diào)試 15第7章設(shè)計(jì)總結(jié) 16第1章緒論概述在日新月異的當(dāng)今時(shí)代，電動(dòng)機(jī)在我們的生活中扮演著不可或缺的角色，無(wú)論是在日常生活中，還是在工業(yè)控制領(lǐng)域，電動(dòng)機(jī)都起到了很大的作用。電動(dòng)機(jī)的種類繁多，應(yīng)用也十分廣泛。電動(dòng)機(jī)按照電源種類可劃分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，按結(jié)構(gòu)和工作原理可劃分為直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)，按用途劃分可分為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和控制電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)可以廣泛應(yīng)用于各個(gè)方面，尤其是在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化，電動(dòng)機(jī)逐漸成為自動(dòng)控制過(guò)程中的核心部件、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代軍事裝備中不可缺少的重要元件,因此直流電機(jī)的控制要求也越來(lái)越高,傳統(tǒng)的采用由晶閘管可控整流器供電的調(diào)速系統(tǒng)已滿足不了現(xiàn)代社會(huì)的需求。同時(shí),隨著電子技術(shù)高速發(fā)展,直流電機(jī)的控制逐漸地由模擬化走向數(shù)字化,特別是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的日新月異,使得許多控制裝置功能和算法可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程世界上的第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)誕生于1820年，制作者是奧斯特，他發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，后通過(guò)總結(jié)安培的電流在磁場(chǎng)中所受到的力建立了安培定律：F=IBLsinθ。而在次年的九月份法拉第發(fā)現(xiàn)將通了電的導(dǎo)線置于磁場(chǎng)中，導(dǎo)線會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。從而建立了電動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?832年法拉第利用電磁感應(yīng)原理，在此基礎(chǔ)上他發(fā)明了法拉第圓盤發(fā)電機(jī)，如今的電機(jī)中旋轉(zhuǎn)的是線圈，而當(dāng)時(shí)他是用紫銅做的圓盤。后來(lái)亨利的振蕩電動(dòng)機(jī)展示了磁極排斥和吸引的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。于1832年斯特金發(fā)明了換向器，對(duì)亨利的振蕩電機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)明了世界上第一臺(tái)能持續(xù)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用不同類型的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，而工業(yè)方面用到的電動(dòng)機(jī)更是各式各樣，起到不同的作用，比如在機(jī)床、起重機(jī)、壓縮機(jī)、傳送帶等方面，使用了不同制動(dòng)參數(shù)的的電動(dòng)機(jī)。起重機(jī)主要用來(lái)搬運(yùn)重物的，它在運(yùn)行過(guò)程中，必須要求有強(qiáng)大的過(guò)載能力、良好制動(dòng)性能以及平穩(wěn)的運(yùn)行過(guò)程，這些因素直接決定了電動(dòng)機(jī)品質(zhì)因素。而在機(jī)床方面主要使用的是直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)，這種電機(jī)的特點(diǎn)是精度比較高，位置控制更加精確，噪聲小轉(zhuǎn)速高，電壓可調(diào)節(jié)范圍也很廣，所以應(yīng)用于精密器件的加工?？梢?jiàn)在不同的場(chǎng)合需要用到不同類型特點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)，因此電機(jī)的種類也在不斷地更新和發(fā)展，電動(dòng)機(jī)也不可或缺的稱為制造業(yè)的重要組成部分。電動(dòng)機(jī)熱計(jì)算的發(fā)展通俗的講，電動(dòng)機(jī)的功率越大，工作效率越高，其產(chǎn)生的熱量也就越高。而電動(dòng)機(jī)的表面溫度不僅僅取決于電動(dòng)機(jī)工作時(shí)自身產(chǎn)生的熱量，還與電機(jī)的表面材料，環(huán)境溫濕度等有關(guān)。因此對(duì)于電機(jī)的發(fā)熱問(wèn)題，通常可以采用兩種方法，第一種方法是使用散熱性好的絕緣性材料作為電動(dòng)機(jī)的表面材料，第二種方法是利用冷卻技術(shù)，通過(guò)風(fēng)扇排除電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的熱空氣以實(shí)現(xiàn)冷卻電機(jī)的目的使電動(dòng)機(jī)保持原有的性能。一般的小型電動(dòng)機(jī)基本上都是采用物理冷卻的方法。然而隨著工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化，機(jī)器生產(chǎn)逐漸代替了人工生產(chǎn)，大量的大型電動(dòng)機(jī)被使用在機(jī)器中。長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生大量的熱量，引起電動(dòng)機(jī)各部分的溫度的升高，影響到電動(dòng)機(jī)的安全。因此準(zhǔn)確的熱量監(jiān)控以及降溫處理是目前電機(jī)監(jiān)管部門首要關(guān)注的地方。1.4.1電動(dòng)機(jī)熱計(jì)算的方法目前的電機(jī)熱計(jì)算的主要方法有三種：等效熱路法、公式化簡(jiǎn)法、溫度場(chǎng)計(jì)算法。等效熱路法：等效熱路法是一種假設(shè)方法，將分布的熱量和熱阻通過(guò)等量的發(fā)熱材料代替，并嘉定兩者的熱量大小不取決于流過(guò)材料熱流的大小，這樣就能將等效熱通過(guò)數(shù)學(xué)的方法利用不同材料的比熱容計(jì)算出熱量的線性度，并用替代法進(jìn)行求解。公式化簡(jiǎn)法：公式化簡(jiǎn)法是利用牛頓散熱公式△T=q/a（a為散熱系數(shù)，q為負(fù)載熱量）計(jì)算出溫度的上升量△T。溫度場(chǎng)計(jì)算法：溫度場(chǎng)計(jì)算法能精確地計(jì)算出電機(jī)不同發(fā)熱部位的熱量大小，原理是通過(guò)將研究對(duì)象從宏觀方面轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒂^，將宏觀的全局變量進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，再將求解區(qū)域離散為微觀單元，然后在每個(gè)微觀單元中用熱傳導(dǎo)方程求解每一單元中的溫度和升溫，最后整合所有的微觀單元中的熱量值，用有限差分法或者有限元法計(jì)算出電機(jī)表面的熱量值。從上面的三種方法中，可以看出專業(yè)的電機(jī)熱量計(jì)算方法已經(jīng)趨于成熟，且計(jì)算過(guò)程比較麻煩。對(duì)于專業(yè)化程度不高的人員，無(wú)法精準(zhǔn)的計(jì)算出電機(jī)的發(fā)熱量。因此使用智能化的測(cè)溫裝置，利用軟件編程同樣可以精準(zhǔn)的計(jì)算出溫度值，本次設(shè)計(jì)中采用的是DS18B20溫度測(cè)量芯片，同樣可以對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控測(cè)量。1.5論文要求和內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，首先從介紹電動(dòng)機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用，闡明電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程，以及電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中存在的隱患。接著闡述電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱原因，分析比較當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的常用的溫度計(jì)算方法。研究數(shù)據(jù)方面利用牛頓的散熱公式以及數(shù)學(xué)建模的方法，從宏觀到微觀，對(duì)熱量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，并提出當(dāng)下常用的測(cè)量溫度的方法。設(shè)計(jì)電路部分采用的是STC89C52單片機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理。溫度測(cè)量方面使用5個(gè)DS18B20對(duì)電機(jī)的不同部位進(jìn)行溫度的采集轉(zhuǎn)換，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使用的是繼電器，當(dāng)單片機(jī)采集到的電機(jī)的溫度數(shù)據(jù)異常時(shí)，立即啟動(dòng)繼電器斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)的電源，實(shí)時(shí)的保護(hù)電動(dòng)機(jī)。通信方面利用\t"/item/max232/_blank"RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC端電腦的雙向數(shù)據(jù)傳輸，上位機(jī)可以設(shè)定溫度閾值，下位機(jī)實(shí)時(shí)反饋溫度值給計(jì)算機(jī)。軟件部分分別采用的是Keil和AltiumDesigner17。Keil用來(lái)編寫(xiě)程序，而電機(jī)的溫度閾值就可以在程序中進(jìn)行設(shè)定，AltiumDesigner17用來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的仿真以及制板功能。整體編寫(xiě)完畢后，給系統(tǒng)接上電源，然后分別將DS18B20的五根數(shù)據(jù)采集端固定到電機(jī)的不同位置，實(shí)時(shí)的采集溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)LCD1602將五個(gè)溫度數(shù)據(jù)分時(shí)顯示在液晶屏幕上。第2章電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)介紹2.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為定子和轉(zhuǎn)子：靜止部分稱為定子；旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子，對(duì)于直流電機(jī)來(lái)說(shuō)它是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能轉(zhuǎn)換的部件，即電樞。下圖所示為電機(jī)的剖面圖：定子主要由主磁極（產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)）、機(jī)座（固定電機(jī)）、換向磁極（起到改變電流方向，減小換向器上的火花）、端蓋（固定電刷架）和電刷裝置等部件組成。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子統(tǒng)稱電樞是由電樞鐵芯、換向器、電樞繞組、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。圖2-1圖2-2（1）主磁極主磁極(簡(jiǎn)稱主極)，用來(lái)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)并使電樞表面的氣隙磁場(chǎng)同密度按一定波形沿空間分布。如右圖所示:作用：建立主磁場(chǎng)。（2）換向極換向極是一方面用來(lái)?yè)Q向，另一方面可以減小換向器上產(chǎn)生的電火花。它包括換向極鐵圖2-3芯和套在其上的換向極繞組。換向極繞組與電樞繞組電路相串聯(lián)，換向極數(shù)與主極相同，每個(gè)換向極裝在兩相鄰主極之間并用螺桿固定于機(jī)座上。如右圖所示:作用：改善換向。（3）機(jī)座

機(jī)座的主要作用是用來(lái)固定電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的各個(gè)組成部分，避免電動(dòng)機(jī)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，其他部件出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象，損壞電動(dòng)機(jī)。作用：起支撐、保護(hù)的作用。圖2-4（4）電樞鐵芯和繞組電樞鐵芯由0.5mm厚的電工硅鋼片沖疊而成，每張沖片沖有嵌放繞組用的槽和些軸向通風(fēng)孔。電樞繞組由許多用絕緣導(dǎo)體繞制的線圈元件組成，嵌入槽中，各線圈以一定規(guī)律焊接到換向片上而形成閉合回路。線圈伸出槽外的端接部分，可用非磁性鋼絲扎緊在線圈支架上。如下圖所示:作用：主磁路的一部分，電樞繞組的支撐部件；直流電機(jī)的電路部分。圖2-5圖2-6（5）換向器換向器是電動(dòng)機(jī)上能讓電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去的部件，如果沒(méi)有換向器那么電機(jī)只能轉(zhuǎn)不到半圈就卡死。它是直流電機(jī)中最重要的部件之一，也是最薄弱的環(huán)節(jié)，其工作狀態(tài)正常與否基本上決定了直流電機(jī)運(yùn)行的可靠性。它通常由許多彼此相絕緣的楔形銅質(zhì)換向片構(gòu)成圓柱體，如右圖所示:作用：整流（發(fā)電機(jī)）或逆變（電動(dòng)機(jī)）（6）電刷裝置電刷是和換向器配合使用的裝置，作用是實(shí)現(xiàn)機(jī)械換向作用的，一方面輸入直流電給電動(dòng)機(jī)或直流發(fā)電機(jī)，另一方面它直接與定子部分直接接觸。讓電機(jī)得以轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，但是電機(jī)的長(zhǎng)期運(yùn)行可能會(huì)會(huì)使電刷裝置磨損，所以說(shuō)有刷電機(jī)要定期的更換電刷裝置，以保證電刷裝置充分接觸定子，另外還需要潤(rùn)滑定子頭部的銅頭，這樣可以使電刷的磨損降低。電刷裝置如圖所示:圖2-72.2直流電機(jī)的工作原理下圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。電動(dòng)機(jī)的工作方式不外乎與磁鐵和磁性相關(guān)，電動(dòng)機(jī)使用磁鐵產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，磁基本原理是：同性相斥，異性相吸。電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)原理是通電的電樞在固定磁場(chǎng)中收到力的作用。圖2-8在受到磁場(chǎng)里的作用下導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)半周后，如下圖。圖2-9在導(dǎo)體dcba中通如順時(shí)針的電流，電流流入導(dǎo)體產(chǎn)生回路，然后利用左手定則將磁場(chǎng)方向?qū)ο蚴中?。手指方向?yàn)殡娏髁鬟^(guò)的方向，此時(shí)拇指指向的方形就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，此時(shí)電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。同理若將導(dǎo)體中通如逆時(shí)針?lè)聪虻碾娏?，電?dòng)機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。其中線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置,按照一定的規(guī)律連接起來(lái)，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對(duì)。2.3電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的溫度分析電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，這是因?yàn)殡姍C(jī)本身就是一個(gè)大電阻，而在大電流和大電壓的驅(qū)動(dòng)下，電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。而電機(jī)的發(fā)熱現(xiàn)象可分為兩種正常發(fā)熱和異常發(fā)熱。2.3.1電動(dòng)機(jī)的正常發(fā)熱直流電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，可能由于封閉性原因，導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部熱氣流無(wú)法排除電機(jī)外，致使電機(jī)發(fā)熱。電機(jī)的另一種發(fā)熱原因是電機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，由于后期的維護(hù)和保養(yǎng)問(wèn)題，是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸銹化，電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)軸與外殼的摩擦力增大，因?yàn)楫a(chǎn)生熱量產(chǎn)生。2.3.2電動(dòng)機(jī)的異常發(fā)熱電動(dòng)機(jī)的異常發(fā)熱也稱為電動(dòng)機(jī)故障，而故障的原因有很多，常見(jiàn)的原因有：電動(dòng)機(jī)的過(guò)載、過(guò)壓欠壓或者電壓不平穩(wěn)、敷在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過(guò)大或啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、星三角星啟動(dòng)接線有誤、鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子短條、電源諧波過(guò)大等多方面原因都可能造成電動(dòng)機(jī)的異常發(fā)熱。2.3.3電機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫度檢測(cè)方法目前常用的電動(dòng)機(jī)溫度測(cè)量方法有很多，其中可以分為兩種測(cè)量方式，一種是接觸測(cè)溫體表面測(cè)量，接觸式測(cè)量有：直接溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)、鉑電阻傳感器檢測(cè)、芯片DS18B20檢測(cè)等。另外一種溫度測(cè)量方法是不接觸測(cè)溫物體表面測(cè)溫，方法是使用MLX90615溫度探測(cè)芯片。其中鉑電阻測(cè)溫方法中令物體在溫度（θ1）時(shí)的阻值為R1，而溫度達(dá)到θ2時(shí)電阻為R2，則通過(guò)計(jì)算公式：(R2-R1)/(θ2-θ1)=aR1（其中a為鉑電阻的溫度系數(shù)），來(lái)畫(huà)出電阻值隨溫度升高的線性圖。圖2-10本設(shè)計(jì)中采用的是DS18B20單總線數(shù)字溫度計(jì)，它的測(cè)量范圍從-55℃到+125℃，溫度變化的增量值為0.5℃，它是通過(guò)9位數(shù)字值方式讀出溫度，然后通過(guò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)抓換將溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，同樣在溫度閾值設(shè)定方面，用戶自己可以設(shè)定。圖2-11DS18B20溫度轉(zhuǎn)換規(guī)則：DS18B20的核心功能是它可以直接讀出數(shù)字的溫度數(shù)值。它是通過(guò)將轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)據(jù)首先存儲(chǔ)在內(nèi)部的RAM中，應(yīng)為數(shù)據(jù)是12位所以要用兩個(gè)8位的存儲(chǔ)空間放置數(shù)據(jù)，它的溫度數(shù)據(jù)中，前面的5位是表示溫度的正負(fù)值，而這樣得到的溫度數(shù)據(jù)并非真實(shí)的溫度值，實(shí)際的溫度值是要乘以0.0625然后除以10來(lái)計(jì)算得出真實(shí)溫度，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)換后的溫度數(shù)據(jù)是以16進(jìn)制保存在內(nèi)部的RAM中，而我們要得到的是10進(jìn)制的數(shù)據(jù)，因此就要將數(shù)據(jù)先除以16，然后擴(kuò)大十倍就得到了10進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)了。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)要求電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)通過(guò)DS18B20采集電動(dòng)機(jī)不同位置的溫度值，并將溫度值在內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字，傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理。通過(guò)單片機(jī)的I/O口控制單刀雙擲型繼電器，當(dāng)溫度值當(dāng)溫度值達(dá)到閾值溫度時(shí)斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)的電源，使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）通過(guò)單片機(jī)控制LCD1602液晶顯示屏，將DS18B20監(jiān)控的電機(jī)的五個(gè)不同位置的溫度顯示在液晶屏幕上。（4）通過(guò)MAX232芯片，利用\t"/item/max232/_blank"RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC端電腦的雙向數(shù)據(jù)傳輸，上位機(jī)可以設(shè)定溫度閾值，下位機(jī)實(shí)時(shí)反饋溫度值給計(jì)算機(jī)。3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖圖3-13.2.1直流電動(dòng)機(jī)的通斷控制電路本電路采用的是繼電器控制電機(jī)，其中繼電器使用的是雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，圖3-2考慮到單片機(jī)I/O口上電初始電平為高電平，所以這里采用的三級(jí)管應(yīng)該是PNP型三級(jí)管，用低電平來(lái)控制導(dǎo)通三級(jí)管，進(jìn)而控制繼電器的通斷。3.2.2LCD溫度顯示的實(shí)現(xiàn)本次顯示模塊使用的是LCD1602，一種可以顯示字母，符號(hào)的液晶顯示屏，不能顯示漢字，它其實(shí)是通過(guò)點(diǎn)陣組成的液晶屏，集成度較高，可通過(guò)分壓偏置電阻調(diào)節(jié)它的背光源，使顯示更加清晰。下表介紹了LCD1602的引腳功能。標(biāo)號(hào)引腳引腳說(shuō)明標(biāo)號(hào)淫家引腳說(shuō)明1VSS電源正極9D2DateI/O2VDD電源負(fù)極10D3DateI/O3VL液晶顯示偏置電壓11D4DateI/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5DateI/O5R/W讀/寫(xiě)選擇端（H/L）13D6DateI/O6E使能信號(hào)14D7DateI/O7D0DateI/O15BLA背光源正極8D1DateI/O16BLK背光源負(fù)極表3-1（LCD引腳功能）LCD1602內(nèi)部RAM地址映射圖，其中真正能顯示的只有16*02個(gè)地址單元，后面的地址單元可以存放數(shù)據(jù)用。而在寫(xiě)入顯示地址時(shí)，如果要顯示下一行，應(yīng)該對(duì)LCD地址+40H，切換到下一行，本次的溫度顯示中由于要對(duì)電機(jī)的五個(gè)部位進(jìn)行監(jiān)控，因此要進(jìn)行屏幕的切換。下表為L(zhǎng)CD1602的內(nèi)部地址和屏幕的關(guān)系圖。顯示位置1234567……40DRAM地址第一行00H01H02H03H04H05H06H……27H第二行40H41H42H43H44H45H46H……67H表3-2（LCD內(nèi)部ROM）LCD1602的指令集比較多，但使用較多的指令比如：清屏指令、功能設(shè)定指令等。需要什么指令只需要在初始化子程序中對(duì)地址賦相應(yīng)工程的值。不同的指令對(duì)應(yīng)不同的高點(diǎn)平，比如在程序中寫(xiě)入LcdWriteCom(0x01),實(shí)現(xiàn)的是清屏功能。下表為L(zhǎng)CD1602指令表。指令編碼執(zhí)行時(shí)間/usRSRWDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0XXXXXXXXXX表3-3（LCD指令表）在使用LCD1602時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)其初始化、寫(xiě)命令（RS=L）設(shè)置顯示左邊，其次是寫(xiě)數(shù)據(jù)(RS=H)。下表是使用1602讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的時(shí)序邏輯圖，只要能讀懂1602時(shí)序邏輯圖，則1602的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的控制就簡(jiǎn)單明了了。圖3-33.2.3串口通信功能的實(shí)現(xiàn)首先應(yīng)該設(shè)置串口的波特率。PC從串口發(fā)送速度值（5-60）轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)到單片機(jī)串行口，單片機(jī)接收到該字符后，首先在P2口顯示字符，然后根據(jù)字符不同返回不同字符串，52單片機(jī)屬性的時(shí)鐘頻率必為11.0592mhz，在仿真圖中P1即COMPIN，模塊為集成電平轉(zhuǎn)換的串行通信接口設(shè)置正確的參數(shù)，虛擬串口驅(qū)動(dòng)添加端口COM3、COM4，在串口調(diào)試助手的”發(fā)送窗口”,輸入設(shè)定的速度值，發(fā)送后可以看到單片機(jī)返回的數(shù)據(jù)顯示在接收窗口中。分類管腳構(gòu)成管腳功能電荷泵電路1由1到6共6個(gè)管腳和4只電容（電容大小根據(jù)芯片不同而不同）構(gòu)成。C1+產(chǎn)生+10v和-10v兩個(gè)電源，提供給RS232串口電平的需要2V+3C1-4C2+5C2-6V-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道7由7到14共8個(gè)管腳構(gòu)成2個(gè)數(shù)據(jù)通道。T2OUTTTL/COMS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入，轉(zhuǎn)換成RSR-232數(shù)據(jù)后，從T1IN、T2IN送到電腦DB9插頭8R2IN9R2OUT10T2IN11T1IN12R1OUT13R1IN14T1OUT供電15兩個(gè)供電管腳GND其中VCC為+5V16VCC表3-4（MAX232引腳功能）3.2.4DS18B20溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)DS18B20常用的封裝是TO-92型封裝，也就是普通的直插式三極管的樣子，但是在本次設(shè)計(jì)中為了更好接觸到電動(dòng)機(jī)不同的部位，本次使用的是防水型溫度探頭，探頭中安裝的就是DS18B20溫度傳感芯片，芯片的每個(gè)引腳用熱縮管隔開(kāi)，防止短路。DS18B20數(shù)字溫度傳感器都具有唯一的編號(hào)，溫度采集設(shè)備通過(guò)編號(hào)來(lái)識(shí)別對(duì)應(yīng)的溫度傳感器。本次程序設(shè)計(jì)中就是通過(guò)將每個(gè)傳感器的編號(hào)編成一個(gè)數(shù)組，然后通過(guò)調(diào)用不同的數(shù)據(jù)，采集不同部位的溫度數(shù)據(jù)值。8引腳SOIC封裝TO-92封裝符號(hào)說(shuō)明51GND接地42DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。寄生電源模式時(shí)提供電源33VDD電源引腳，工作在寄生電源模式時(shí)必須接地表3-5（DS18B20引腳功能）其中寄生電源是此芯片的一個(gè)專有名詞，它是指芯片在無(wú)外部電源接入時(shí)，可通過(guò)連接此引腳。當(dāng)DS18B20工作在寄生電源模式時(shí)，VDD引腳必須拉低，但是正常使用過(guò)程中還是采用連接外部電源的供電方式，充分發(fā)揮其測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)。想要掌握DS18B20的使用方法，必須要清楚它的通訊指令圖。指令類型指令功能詳細(xì)描述ROM指令[F0H]搜索ROM指令當(dāng)系統(tǒng)初始化時(shí)，總線控制器通過(guò)此指令多次循環(huán)搜索ROM編碼。[33H]讀取ROM指令當(dāng)總線上只有一只DS18B20時(shí)，允許總線直接讀取從機(jī)序列碼[55H]匹配ROM指令使總線控制器在多點(diǎn)總線上定位一只特定的DS18B20[CCH]忽略ROM指令使總線控制器不必提供64位ROM編碼就使用功能指令[ECH]報(bào)警搜索指令當(dāng)總線上存在滿足報(bào)警條件的從機(jī)時(shí)，相應(yīng)此指令功能指令[44H]溫度轉(zhuǎn)換指令控制DS18B20啟動(dòng)一次溫度轉(zhuǎn)換，并以2字節(jié)存儲(chǔ)在高速暫存器中[4EH]寫(xiě)暫存器指令向DS18B20的暫存器中寫(xiě)命令，以最低有效位開(kāi)始傳送[BEH]讀暫存器指令讀取DS18B20中的數(shù)據(jù)從0字節(jié)到9字節(jié)[48H]拷貝暫存器指令此指令將TH、TL和配置寄存器中的數(shù)據(jù)拷貝到EEPROM中得以保存[B8H]召回EEPROM指令將TH、TL以及配置寄存器中的數(shù)據(jù)從EEPROM拷貝到暫存器[B4H]讀電源模糊指令總線控制器在發(fā)出此指令后啟動(dòng)讀時(shí)隙，若為寄生電壓模式，DS18B20將拉低總線，若為外部電源模式，則將總線拉高，用以判斷DS18B20的電源模式表3-6（DS18B20指令表）由于單片機(jī)I/O口數(shù)量有限，以及單片機(jī)在運(yùn)算某一過(guò)程中，無(wú)法執(zhí)行其他程序，一次DS18B20接通外部電源后，已知處于等待狀態(tài)，只要單片機(jī)沒(méi)有發(fā)出測(cè)溫指令，DS18B20則處于低功耗狀態(tài)，不執(zhí)行相應(yīng)功能，當(dāng)單片機(jī)發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令對(duì)應(yīng)[44H]后，DS18B20將測(cè)得的溫度值先經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在內(nèi)部RAM中，然后通過(guò)TH和TL中值與報(bào)警預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，判斷是否進(jìn)行溫度報(bào)警。這是DS18B20自帶的功能。3.2.5單片機(jī)的時(shí)鐘晶振模塊時(shí)鐘晶振模塊：時(shí)鐘晶振電路就像人體的心臟一樣在不停的跳動(dòng)，。晶振的作用是提供一個(gè)精確地振蕩頻率，而兩個(gè)諧振電容的作用是濾除干擾，晶振的頻率越快單片機(jī)運(yùn)行速度越快，但是晶振頻率越高，單片機(jī)CPU功耗就越大，越容易發(fā)熱。52單片機(jī)的時(shí)鐘有兩種控制方法，第一種是片內(nèi)時(shí)鐘晶振方式，因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部自帶時(shí)鐘晶振速度可達(dá)到5MHZ至35MHZ，最高穩(wěn)定主頻為30MHZ,連接方式是在XTAL1和XTAL2之間接石英晶振和振蕩電容。而另一種方式是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)XTAL2引腳引入。圖3-43.2.6單片機(jī)的復(fù)位電路模塊復(fù)位模塊：所謂的復(fù)位是指當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行失控或死循環(huán)時(shí)，讓程序、電路等回到初始狀態(tài)重新開(kāi)始運(yùn)行的過(guò)程。STC89C52單片機(jī)的復(fù)位控制方式有兩種方法。第一種是上電復(fù)位式，當(dāng)上電后電源對(duì)電容C3進(jìn)行充電過(guò)程，當(dāng)電容充滿后單片機(jī)的第9管腳RES為高電平，則實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位效果。第二種是手動(dòng)復(fù)位，按下復(fù)位開(kāi)關(guān)S1將RES拉高，實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在一般情況下這兩種復(fù)位方式可以結(jié)合使用。圖3-5第4章系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖4.1AltiumDesigner軟件介紹AltiumDesigner是Altium公司開(kāi)發(fā)的一款電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它可以完美的運(yùn)行于各種系統(tǒng)，主要的功能有原理圖設(shè)計(jì)，電路仿真，PCB板制作，可以自動(dòng)完成布局、走線等功能，也可以為設(shè)計(jì)者提供全新的解決方案。它在單一設(shè)計(jì)環(huán)境中集成制版和FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)，基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)以及制造功能，和適合電子專業(yè)的學(xué)生使用，也是目前行業(yè)內(nèi)必須掌握的軟件之一。4.2系統(tǒng)整體介紹（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：整個(gè)電動(dòng)機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)可劃分為六大模塊，分別是時(shí)鐘晶振模塊、復(fù)位電路模塊、LCD液晶顯示模塊、串口通信模塊、電動(dòng)機(jī)控制模塊以及溫度檢測(cè)模塊。（2）系統(tǒng)運(yùn)行介紹：外部石英晶振為單片機(jī)提供精準(zhǔn)的振蕩頻率，復(fù)位電路模塊實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，避免單片機(jī)的死循環(huán)。LCD液晶顯示模塊將實(shí)時(shí)測(cè)量的電機(jī)不同部位的溫度值進(jìn)行顯示、串口通信模塊與PC端電腦建立連接橋梁，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。電動(dòng)機(jī)控制模塊主要用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以及溫度超過(guò)閾值時(shí)，斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)的電源。溫度檢測(cè)模塊將監(jiān)測(cè)的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字，交給單片機(jī)處理。4.3系統(tǒng)整體電路圖圖4-1第5章溫度檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1Keil軟件介紹本次編程使用的是Keil4，它創(chuàng)始于美國(guó)的KeilSoftware公司，主要應(yīng)用于51系列單片機(jī)和STC系列的單片機(jī)的開(kāi)發(fā)編程，在語(yǔ)言環(huán)境編譯方面適用C語(yǔ)言和匯編的編程，也可混合編程。而在操作界面上Keil的操作簡(jiǎn)介明了很適用于初學(xué)者的學(xué)習(xí)，在實(shí)用性方面它可以與Proteus聯(lián)合，Keil提供語(yǔ)言編寫(xiě)程序，而Proteus提供硬件電路組成，在調(diào)試起來(lái)也很方便。在操作系統(tǒng)方面Keil適用于Windowsxp以上的系統(tǒng)，Windows10也同樣可以運(yùn)行5.2程序設(shè)計(jì)總流程程序總的設(shè)計(jì)思路是模塊化來(lái)寫(xiě)的，不同的子函數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的功能，比如說(shuō)LCD1602的編寫(xiě)，首先在LCD的頭文件中編寫(xiě)它的顯示地址和數(shù)據(jù)，然后在LCD的初始化中編寫(xiě)它的指令功能。而主程序則是調(diào)用各模塊的子程序（LCD初始化、溫度初始化、繼電器控制子程序、上位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸子程序），使程序的結(jié)構(gòu)框架可視化，提高編程的速度以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題修改bug的速度。圖4-2系統(tǒng)的調(diào)試及應(yīng)用6.1軟件調(diào)試和硬件調(diào)試本設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)制作的電機(jī)運(yùn)行的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，軟件部分通過(guò)Keil編寫(xiě)程序，硬件部分在AltiumDesigner17仿真制板，中間過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)一些問(wèn)題，比如說(shuō)溫度顯示時(shí)，應(yīng)為要顯示電動(dòng)機(jī)的五個(gè)不同位置的溫度值，而我們知道LCD1602每行只能顯示16*2個(gè)字符，因此采用了循環(huán)掃描顯示的方法，將溫度值逐行顯示。還有在用DS18B20測(cè)溫時(shí)，傳統(tǒng)的DS18B20是三級(jí)管形式封裝，但是如果要不定點(diǎn)的檢測(cè)電機(jī)不同部位溫度不太方面，因此此次設(shè)計(jì)中采用的是探頭式DS18B20，其用法和傳統(tǒng)封