学文网摘要：在新的电机产品研制过程中，除了必须对设计、工艺过程及理论分析等方面进行研究外，还必须对电机及其模型进行大量的测试，以进一步探索改进和完善的途径。本论文介绍了一种基于80C51单片机的电机综合数据采集系统。该系统可以测量电机的电压、电流、功率因数、温度、转矩和转速。本论文也论述了测试系统原理、硬件电路设计及系统软件设计。该系统可对电机参数进行快速、准确测定，分析测试数据，可以用于电机的控制和智能保护。
关键词：80C51 单片机； 电机参数； 数据采集
1、绪论
在新的电机产品研制过程中，除了必须对设计、工艺过程及理论分析等方面进行研究外，还必须对电机及其模型进行大量的测试，以进一步探索改进和完善的途径。从事电机生产的企业都免不了要对产品进行各种参数测试，以检查电机的质量是否符合国家标准，确定电机的电气和机械性能是否全面达到技术要求。电机型式试验对电机设计及制造有着非常重要的意义，而以前的电机型式试验系统主要由模拟设备和机械式测量仪表构成，试验人员工作繁重，数据统计工作复杂，且由于人为因素，数据测量不准确。随着单片机技术的发展，各种数字式测量技术在工业中的应用己越来越广泛。
2、综合测试系统硬件设计
我们知道电机参数包括电量参数和非电量参数，其中电量参数有电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等。而非电量参数有转速、转矩、温度等。所以要想对以上各个参数进行测试，将要把设计的参数测试仪分为六个部分进行设计，分别为电压测试部分，电流测试部分，功率因数角的测试部分，当得到这三个参数的大小后，测试仪的使用者将会轻而易举的通过自行计算得到有功功率，无功功率，和功率因数。另外三个部分依次为转速测试部分，转矩测试部分和温度测试部分。
2.1电压与电流测量部分的传感器与处理电路
在电气工程测量中，经常需要测量高电压和大电流，由于仪表的量限不能无限制的扩大，使得我们不能直接用仪表去测量，这时就需要一种能按比例的变化被测交流电压或电流的仪器，称为互感器。其中变化交流电压的称为电压互感器，变化交流电流的称为电流互感器。由于本设计中有对交流电压和电流的采样测量，所以要使用互感器进行转化。互感器部分如***1所示：
在电机参数的测量中，它的电压信号和电流信号都是具有正负极性的交变信号，必须把交变信号进行精密整流，使其变成正极性单脉冲信号，才能被ADC0809接受。当然在整流以前必须要进行幅度衰减，使其适合ADC0809的电平要求。电压的精密整流电路如***2所示; 电流的精密整流电路如***3所示;
2.2转速测量部分传感器与处理电路
在本设计中，测量电动机转速的第一步就是要将电动机转速表示为单片机可识别的脉冲信号，从而进行脉冲计数。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。单片机将该值数据处理后，在数码管上显示出来。转速检测示意***如***4所示：
霍尔元件测得的电信号要经过处理方可输入单片机中进行计算和现实。下面阐述信号处理和获取过程。下***是测速电路的信号获取部分，在电源输入端并联电容C1用来滤去电源尖啸，使霍尔元件稳定工作。HG表示霍尔元件，采用CS3020，在霍尔元件输出端（引脚3）与地并联电容C2滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻R1，然后将其接入LM324的正输入端。用LM324构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器RP1比较得出高低电平信号给单片机读取。C3用于波形整形，以保证获得良好数字信号。LED便于观察，当比较器输出高电平时不亮，低电平时亮。测速电路原理***如***5所示；
2.3转矩与功率因数角测量部分
相位差电路用于电机参数中的功率因数角的测量。相位差检测电路如*** 6所示 。待测的电压经降压变压器TV 变换为几伏的交流电压 ,送给开环的运算放大器A1等组成的过零比较器。A1输人端2 个反并联的二极管有钳位作用 ,它们提供给运算放大器的输人信号是幅值约等于正负0.7V 的梯形电压 ,电网出现瞬态过流过压时,它们可保护运算放大器 。A1的输出电压是与输人正弦信号同相、幅值略小于运算放大器电源电压的交流方波信号 。运算放大器后面的电阻和稳压管（稳定电压为3.3V）组成的钳位电路输出+3.3V和―0.7V的方波电压。
2.4温度测量部分的传感器与处理电路
AD590是电流输出性集成温度传感器。在设计测量温度电路时，必须将电流转换成为电压。温度每升高1K，电流就增加luA。摄氏温度测量电路的设计必须完成两部分任务：一是将AD590输出的电流转换为电压信号，也就是电流转换为电压电路。二是将热力学温度转换成为摄氏温度，即绝对温度转换为摄氏温度电路。摄氏温度测量电路工作原理见***7。
3、综合测试系统软件设计
根据本文以上的叙述，对本设计的六个测量部分的子程序给出了详细的阐述。为了节省不必要的单片机芯片的浪费，我们将电压，电流和温度用同一个系统测量，而将转速，功率因数角和转矩用另一系统测量。为了便于区分且便于观察，LED显示的第一位将为标号位，电压、电流、温度、转速、功率因数角和转矩分别对应1到6这六个数字。并且每段测量结果将显示3.5秒。部分程序如下所示。
电压，电流及温度系统总程序
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H
LJMP INT0
ORG O00BH
LJMP INT_T0
ORG 001BH
LJMP INT_T1
MAIN:SJMP PART1
PART1:MOV P1,#00H…………
转速，功率因数角及转矩系统总程序
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 000BH
LJMP TIINT0
ORG OO13H
LJMP TIINT1
ORG 0100H…………
4、总结
本设计采用80C51单片机， ADC0809模数转换器，8255并行接口芯片，锁存器74LS373，以及多种传感器。最终完成了对电压，电流，功率因数角，转速，转矩和温度，这些电机参数的综合测试。系统中每个参数的测量都要分成信号采集、信号变换处理、模数转换器、单片机处理器及显示等部分。在系统中，电压、电流和温度的测试部分与转速、功率因数角、转矩的测试部分相对***，更方便于直观***的读出自己所学要的参数，并且如出现故障，便于***维修，不至于所有参数都无法显示。