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第1章 电机运行系统监控系统设计
1.1 整体系统结构概括
根据任务书相关要求可知，本次课设结束设计的系统所能达到的要求如下： （1）电机运行状态：定子电压、定子电流、绕组温度、电机转速。
（2）设计如上状态的四种传感器，并将状态信号送入单片机中进行监测和识别。 （3）完成单片机最小工作系统设计及键盘输入给定设计。 （4）完成监测系统的报警设计及状态显示器设计。
由上述要求可知，所涉及的程序结构包含:单片机（核心处理器）、电压传感器模块、电流传感器模块、温度传感器模块、速度检测模块、报警模块、键盘输入模块及液晶显示模块。由此可以设计如图1.0系统框图。
图1.0系统框图
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第2章 系统硬件设计
2.1单片机最小系统设计
要求对定子电压进行检测，电机参数为：额定功率225KW、额定电压380V、额定电流400A、额定转速1479r/min。根据网上提供的资料电机材料的绝缘的温度等级分为 A级、 E级 、B级 、F级、 H级。对应的性能参考温度（℃） 80 、95 、100 、120 、145。所以需要设计电压检测、电流检测、温度检测及转速检测实时将相关数据反馈给单片机，经单片机控制后将数据实时显示在LCD液晶显示器上面并提供操作者进行参考监视电机的运行状态，当任何一个参数指标超过额定值时警报模块开始运行，提醒操作者此时电机运行状态为非正常状态以关闭电机进行电机保护。
根据课设要求，选取了飞思卡尔公司的XS128 16位单片机作为核心处理器，此处理器优点存储空间大、I/0口丰富、集成8路高速AD转换模块、功能完善。运行速度、计算速度等远远超过C51系列单片机，而且此款单片机的浮点数运算表现能力也十分优越，开发平台完整，编程语言为C、C++语言，易于理解与编程。且此款单片机有功耗较小、寿命长等优点。
XS128CPU可运行在40MHz总线频率上，有ECC模块，1个SPI模块，8路16位计数器，1个CAN总线模块，4路外部事件触发中断输入端口，2个SCI串行通信模块支持LIN总线，8路PWM，16路8位、10位、12位AD转换时间3us，112管脚LQFP贴片封装。图2.0为满足系统要求设计的XS128最小系统原理图。
图2.0最小系统原理图
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XS128最小系统版实物图如图2.1所示
图2.1实物图
2.2电压传感器模块电路
根据课设要求，需要监测定子电压。所以可以设计简单模拟电压传感器，输出信号为0~5V模拟信号，电流为毫安级别。此传感器电路的模拟信号输出端可以直接与单片机的AD转换端相连，通过中央处理器CPU进行AD转换，将结果传递给CPU后进行数据计算，并输出响应的结果。电压传感器的电路如图2.2所示。
图2.2电压传感器的电路
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根据电压传感器模块的原理图可以得到相应的计算公式，Vout连接中央处理器CPU的AD端口，电压变化为0~5V,当Vout=5V时，根据串联电路分压定理可以得出此时输入Vin为400V，则当前情况下定子电压为400V，同样当Vout=3V时，Vin为240V。所以可以得出Vin=（Vout/1000）*80000，通过检测Vout就可以知道对应的定子电压值。
2.3电流传感器模块电路
根据课设要求，需要监测定子电流。所以可以设计简单模拟电流传感器，输出信号为0~5V模拟信号，电流为毫安级别。此传感器电路的模拟信号输出端可以直接与单片机的AD转换端相连，通过中央处理器CPU进行AD转换，将结果传递给CPU后进行数据计算，并输出响应的结果。电流传感器的电路如图2.3所示。
图2.3电流传感器的电路
根据电流传感器模块的原理图可以得到相应的计算公式，Vout电压变化为0~5V。根据电路图可以得出Vout=[Vin*R3/(R1+1)(R2+R3)]*R4,通过检测Vout就可以知道对应的定子电流值。
2.4温度传感器模块电路
根据资料，电机材料的绝缘的温度等级分为 A级、 E级 、B级 、F级、 H级。
对应的性能参考温度（℃） 80 、95 、100 、120 、145。不同的材料电机的性能温度是不一样的，所以必须针对不同电机进行工作运行温度监测。这里采用的是热敏电阻设计成的温度传感器模块进行实时温度检测，并将检测结果以模拟信号的形式传送给XS128的AD端口。图2.4为热敏电阻实物图。
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图2.4热敏电阻实物图
图2.5为热敏电阻的温度特性曲线，由该图可以看出，热敏电阻的温度特性曲线近似于一次函数的曲线，所以温度与电阻比近似为线性关系，可以将热敏电阻设计的温度传感器模块的A0口连接至XS128的AD端口检测计算机端的开发平台AD端口的转换结果可以判断出此时的温度，多次测量后可以求出线性比例系数。
图2.5热敏电阻的温度特性曲线
本系统设计要求可以设计出温度传感器模块，原理图如图2.6所示。该模块可以同时输出模拟信号以及数字开关信号，调节电位计可以改变该模块感知温度的灵敏度。
图2.6温度传感器原理图
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