电机保护器中转速测量的实现

　　0　引言

　　电机出厂时标定额定转速,单位是r/min。电机保护是当电机转速低于某个值,即电机的负载增大时必须立即切断电机供电电源。因此电机保护仪表的转速测量必须快速准确。

　　本文采用霍尔开关作传感器,充分利用单片机系统固有资源,通过简单有效的测量算法,快速实现电机转速测量,应用于电机保护。

　　1　硬件设计

　　电机保护器以AT89S51单片机为核心,外围电路包括4位LED、4个按键、AT24C02存储器、霍尔开关信号、光电隔离电路、光耦输出控制双相可控硅。均采用常规电路,硬件电路图略。

　　4位高亮度LED共阴极数码管的数据端接AT89S51的P0口,其公共端分别接P2.0~P2.3,P0口一定要接1~2 kΩ的上拉电阻,这样才能保证有足够的亮度,显示控制采用动态扫描的方法。4个按键分别接P2.4~P2.7,其公共端均接地,按键识别采用查询方法。AT24C02的SCL、SDA分别接P1·6、P1.7,完成电机保护参数的保存。

　　转速信号通过霍尔开关、光电隔离电路接到AT89S51的外部中断INT0引脚上。为提高输入信号的可靠性,霍尔开关由仪表提供的12~18 V电源单独供电。P1.0通过光耦控制双相可控硅,从而控制电机。

　　2　转速测量方法

　　转速测量的基本原理是先测出1 s内的转数,然后测出最后一转到1 s结束的时间,再通过计算得到每分钟的转数。

　　在转速测量的过程中,1 s内的转速与时间的关系如图1所示。

　　从图1可以看出,在1 s的时间内外部脉冲数(即转速测量值)为n,第n个脉冲开始到1 s结束的时间为tn0。直接用单片机的内部计数器测量转速,1 s内的整数计数值为n,则1 s内会产生tn0的时间误差。如果能测出tn0的时间,则:

　　单片机采用AT89S51,晶振采用12 MHz,机器周期为1μs。外部中断INT0用于对外部输入脉冲(转速)的计数,定时器T1用于产生1 s的定时时间(1 s=1 000 000μs),定时器T0用于记录tn0的时间(单位为μs)。

　　3　软件设计

　　定时器T1先产生50 ms的定时,定时20次可产生1 s的定时时间。T0的计数初值设为8acfH(20 ms定时)。首次外部INT0中断用于同步定时器T1定时,从下一次外部INT0中断开始,每次外部INT0中断外部时,外部脉冲(转速)计数值加1,并且重新启动定时器T0开始计数,清T0的中断次数记录time0。在1 s的定时时间内,前n个外部脉冲数由转速计数值记录,前n个外部脉冲时间内T0的中断次数记录time0和T0的计数均没有意义。当1 s时间到时,第n个脉冲到1 s的时间tn0由定时器T0记录。

　　第n个脉冲到1 s时间内T0的中断次数记录在time0中,设1 s时间到时T0的当前计数值为X,而T0的计数初值为8 acfH(20 ms定时),则