摘 要：本文介紹了一種基于PC機與AT89S51單片機串口通信的三相異步電機控制系統(tǒng)，PC機以VC6.0為開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)了上位機軟件的編制。AT89S51以交流固態(tài)繼電器為接口器件，實現(xiàn)了三相異步電機的驅(qū)動與控制。該系統(tǒng)達(dá)到了軟件控制電機啟停的目的，并給出了硬件與軟件程序。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，應(yīng)用前景廣闊。 關(guān)鍵詞：串口通信;交流固態(tài)繼電器; VC6.0;三相異步電機 [b][align=center]Design of Threephase Asynchronous Motor Start Stop System Based on VC and Serial Communication FU Hua-ming,PENG Shuang-ping [/align][/b] Abstract: A control system of the threephase synchronous motor based on the serial communication of PC and AT89S51 is introduced in this paper. The software system on PC is implemented by using VC6.0 as developing environment, while the AT89S51 controls the threephase synchronous motor through the AC SSR（solid state relays）. The controlling of the threephase synchronous motor through software on PC is achieved, as well as the programme is given out in this paper. The system has a widespread application prospect with its simple structure and high practicability . Keywords: serial communication; AC SSR; VC6.0; threephase asynchronous motor 1 引言 　　三相異步電機啟動方式由其功率決定，一般規(guī)定，電動機功率在10KW以下，可直接啟動（即電機全壓啟動，直接開啟開關(guān)，將三相接入電源）。10KW以上，要根據(jù)電動機容量和電源變壓器容量比值來確定，對于給定電動機功率，一般最大功率不大于變壓器容量的20%——30%則可以直接啟動，否則需降壓啟動以防止過大的起動電流會在線路上產(chǎn)生較大的壓降，使電網(wǎng)電壓波動很大，影響并聯(lián)在電網(wǎng)上的其它設(shè)備的正常運行[1]。 　　針對小功率三相異步電機的啟停，當(dāng)前國內(nèi)外還較多地采用繼電器、接觸器等控制電器來實現(xiàn)自動控制。由于繼電接觸器控制系統(tǒng)是通過觸點的機械運動來通斷主、控回路，然而觸點因為電、機械和化學(xué)的原因易于磨損，并且在高沖擊、振蕩的工作環(huán)境下，觸點容易發(fā)生誤動作。若主回路有感性負(fù)載，則易于產(chǎn)生觸點燃弧及回跳，對外界的電磁干擾較大，并且控制系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)多，必須確保每部分工作準(zhǔn)確，系統(tǒng)才能正確工作，所以它存在不少缺陷，必須改進(jìn)。本文介紹以三相交流固態(tài)繼電器作為單片機和三相電機接口器件，使用PC上位機軟件直接啟動或停止三相異步電機，減少中間環(huán)節(jié)，確保控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作，同時可視化的電機控制系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊。 2 系統(tǒng)設(shè)計思想 　　2.1系統(tǒng)概述： 　　該系統(tǒng)是一種基于PC機與AT89S51單片機串口通信的三相異步電機啟停系統(tǒng)，PC機以VC6.0為開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)了上位機軟件的編制。上位機軟件通過串口通信發(fā)送控制命令給單片機AT89S51，AT89S51以交流固態(tài)繼電器為接口器件，通過控制交流固態(tài)繼電器輸入端電平的高低來控制三相異步電機的三相是否接入電源，從而啟動或停止電機。 　　2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 　　2.2.1單片機與PC機串口通信電路 　　AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元。芯片可以在系統(tǒng)編程，大大縮短單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)周期，此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。功能強大的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)提供高性價比的解決方案[2]。 　　鑒于以上優(yōu)點，并結(jié)合設(shè)計目標(biāo)，特選用此款單片機。 　　AT89S51單片機與PC機串口通信使用RS-232C串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口，RS-232C總線接口芯片有很多，本系統(tǒng)使用MAXIM公司的MAX232芯片完成TTL和EIA之間的雙向電平的轉(zhuǎn)換，從而使PC機可以與AT89S51單片機通信。AT89S51單片機和PC機的串行通信連接電路如圖1所示：該工作電路對電源噪聲比較敏感，在電路設(shè)計中，要注意提高器件的抗干擾能力。應(yīng)使用0.1uF或則1.0uF電容連接+5V電源去耦，選擇1.0uF/16V鉭電容作外接極性電容C1、C2、C3、C4，且讓電容盡可能靠近芯片。 [align=center] 圖1 AT89S51和PC機串行通信[/align] 　　2.2.2 AT89S51和三相異步電機的接口器件： 　　當(dāng)前國內(nèi)外使用的電機控制系統(tǒng)電路如圖2所示，這種控制系統(tǒng)稱為繼電接觸器控制系統(tǒng)，它是一種有觸點的斷續(xù)控制，因為其中控制電器是斷續(xù)動作的。 [align=center] 圖2 傳統(tǒng)三相異步電機控制電路圖[/align] 　　本系統(tǒng)采用三相交流固態(tài)繼電器作作為AT89S51和三相異步電機的接口器件。 　　SSR（Solid State Relay）固態(tài)繼電器是用分離的電子元器件、集成電路（或芯片）及混合微電路技術(shù)結(jié)合發(fā)展起來的一種具有繼電特性的無觸點式電子開關(guān)。具有壽命長、可靠性高、開關(guān)速度快、電磁干擾小、無噪聲、無火花等特點。固態(tài)繼電器按輸出負(fù)載電源分，有交流固態(tài)繼電器和直流固態(tài)繼電器。交流固態(tài)繼電器按開關(guān)方式分有電壓過零導(dǎo)通型和隨機導(dǎo)通型。過零導(dǎo)通型SSR是當(dāng)負(fù)載電源電壓過零區(qū)時才能導(dǎo)通，負(fù)載電流過零時才關(guān)斷，這是為了避免使負(fù)載受到峰值電壓的沖擊和干擾;隨機導(dǎo)通型SSR是只要輸入端加入信號，便導(dǎo)通[1]。本系統(tǒng)使用過零導(dǎo)通型SSR。 　　過零導(dǎo)通型SSR原理圖和應(yīng)用簡圖如圖3所示：應(yīng)用簡圖中1、2為控制端，加上一定大小的直流電壓，輸出端3、4便導(dǎo)通，負(fù)載便接入電源工作;當(dāng)控制端電壓低于一定大小時，輸出端3、4立刻斷開，負(fù)載停止工作。其小信號控制端和主回路在電氣上是隔離絕緣的，所需控制功率極小，開關(guān)速度很快[3]。 [align=center] 圖3 過零導(dǎo)通型SSR原理框圖[/align] 　　圖3所示的交流固態(tài)繼電器稱為單相交流固態(tài)繼電器，三相交流固態(tài)繼電器是集三只單相交流固態(tài)繼電器為一體，并以單一輸入端對三相負(fù)載進(jìn)行直接開關(guān)切換的固態(tài)繼電器，它可方便地控制三相交流電機、加熱器等三相負(fù)載。 　　本系統(tǒng)受控的三相異步電機功率為3KW，額定電流為6.4 A，故選擇山東淄博其特電子公司生產(chǎn)的型號為3SSR30的三相固態(tài)繼電器。該產(chǎn)品過零觸發(fā)，無火花，介質(zhì)耐壓2500V AC，每相輸出最大交流電流有效值為30A（電機直接啟動瞬間電流為額定電流幾倍），每相最大相電壓有效值為450V，工作頻率為50HZ，控制端信號必須滿足電壓達(dá)到4-24V DC，電流達(dá)到50mA輸出端才導(dǎo)通。則本系統(tǒng)AT89S51控制電機電路圖如4所示：圖4中線性光耦器件OPTOISO1工作在飽和和截止?fàn)顟B(tài)，其性能指標(biāo)CTR范圍為50%-200%。晶體管9013工作在放大區(qū)，為3SSR30的導(dǎo)通提供足夠大的輸入電流。由于電機是感性負(fù)載，所以在輸出回路中必須附加過流、過壓抑制元件RY820V壓敏電阻，用于保護(hù)SSR，它的選用原則是220V選用500V-600V壓敏電阻，380V時可選用800V-900V壓敏電阻。 [align=center] 圖4 本系統(tǒng)硬件電路圖[/align] 　　2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 　　2.3.1 PC機上位機軟件設(shè)計 　　目前國內(nèi)外大多通過使用單片機按鍵或則開關(guān)按鈕來輸入控制命令，而本系統(tǒng)卻是在PC機上用VC6.0開發(fā)環(huán)境，使用微軟公司提供的Windows操作系統(tǒng)串口編程ActiveX控件MSComm對PC的串行接口進(jìn)行編程，編制出電機控制系統(tǒng)可視化軟件，通過軟件輸入控制命令。 　　PC機上位機軟件界面如圖5所示： [align=center] 圖5 本系統(tǒng)上位機軟件界面[/align] 　　重要函數(shù)介紹：函數(shù)OnInitDialog（）負(fù)責(zé)PC機串口的初始化和打開，函數(shù)OnMotoron（），OnMotoroff（）是電機啟動，電機停止按鈕代碼。函數(shù)OnComm（）負(fù)責(zé)串口事件捕獲和處理程[4]。 　　2.3.2 PC機和AT89S51單片機串口通信軟件設(shè)計 　　PC機和AT89S51單片機串口通信程序按它們之間的通信協(xié)議編寫，協(xié)議如下： 　　PC：點擊軟件按鈕，則將對應(yīng)按鈕值發(fā)給單片機，等待單片機回復(fù)。若單片機發(fā)來的數(shù)據(jù)與按鈕值相同，PC向單片機發(fā)送0x00,指示其完成按鈕值對應(yīng)的任務(wù);否則，PC向單片機發(fā)送0xff，指示單片機不進(jìn)行任何操作，PC重新發(fā)送此按鈕值。單片機：等待PC發(fā)來數(shù)據(jù)，接收后馬上將其回發(fā)給PC，等待PC指示。若PC發(fā)來0x00，單片機完成先前接收的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的任務(wù);若PC發(fā)來0xff，單片機不進(jìn)行任何操作，等待PC重新發(fā)送數(shù)據(jù)。 3 結(jié)論 　　由于本系統(tǒng)使用組件模塊化的三相交流固態(tài)繼電器直接控制三相電機，因此使歷來困難復(fù)雜的三相異步電機啟停問題變得簡單且實用，實踐證明本系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，應(yīng)用前景廣闊。 　　本文作者創(chuàng)新點：1.使用軟件平臺控制電機啟停，對電機控制系統(tǒng)的可視化開發(fā)有參考意義。2.使用三相交流固態(tài)繼電器直接控制電機啟停，簡化電機控制系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 王鴻麟。實用電力電子技術(shù)，北京：人民郵電出版社，1986 　　[2] AT89系列單片機技術(shù)手冊[S].北京威立電子技術(shù)有限公司.14—23 　　[3] 方承遠(yuǎn).工廠電氣控制技術(shù)[M].北京機械工業(yè)出版社,1992.39一一61 　　[4]胡凱,張穎超.生化分析儀的設(shè)計及與PC機的通信[J]微計算機信息.2006.22,4-1:208-209