摘要：針對安全生產的實際需求，從電機保護器的準確性、可靠性和低成本等方面綜合考慮，設計了以c8051 f020為核心的具有高精度電表功能的電機保護器。該保護器在對電機的電流和電壓信號準確測量的基礎上，實現了對多項電機故障的監測控制和電機功率的計算，實際測試證明其有精度高、功能全面、性能穩定、適用范圍廣等特點。

關鍵詞：c8051  f020；電表功能；高精度；電機保護器

中圖分類號：tm306    文獻標志碼：a    文章編號：1001-6848(2010)04-0100-03

  三相電機是機電行業中應用最為廣泛的設備之一，其正常地輸出動力是其所驅動設備正常工作的前提。因此，設計與使用能及時、準確的監測電機故障的保護裝置是十分必要的。我國的電機保護裝置經歷了從機械式的雙金屬熱繼電器到電子式保護繼電器，發展到今天，隨著微處理器和大規模集成電路技術的發展，具有智能化的電機保護裝置已經成為主流。實際使用中通常還需要記錄電機工作的功率，所以往往是在電機保護裝置旁邊還裝有一個功率表。本設計采用一體化設置，以c8051 f020為核心，將交流采樣所得數據采用積分算法來進行高精度的功率計算，利用c8051 f020芯片的12位adc和可編程增益放大器等功能來確保高精度算法的實現，利用芯片的窗口比較邏輯等功能來協調保護器的監控和計量功能。

   本設計采用交流采樣原理，交流采樣的核心問題就是將連續的電信號經過離散采樣和模數變換轉換為可用于計算機處理的數字量，再用一定的算法計算出我們需要的物理量。目前有多種交流采樣的算法，本設計根據實際需要，采用的是半周期積分算洼。影響算法精度的因素主要有：采樣點數、a/d轉換器精度和電流電壓的同步采集等。

    根據單片機cpu位計算的特點，采樣點數一般為2，可以證明當采樣點數為4的倍數即n≥2時，無論采樣初始點取在何處都不會存在截斷誤差。采樣點數越高，采樣的數據就越接近真實值。但實際電路中由于測頻電路和單片機指令執行周期滯后等原因會引起同步誤差，所以采樣頻率必須保持在一定范圍內。綜合上述各種條件，這里采用128這個適中的采樣點數。a/d轉換器的轉換速度與位數直接關系到原始測量數據的準確度，本設計中c8051 f020芯片的12位a/d轉換器確保了測量精度的獲得。由于硬件方面的限制，三個相電流和三個相電壓并不能同時采樣，為減少由于a/d采樣轉換時間和cpu指令之間的延遲所引起的功率誤差。這里采用輪流測每相的電壓和電流的方法。

    整個監控系統結構如圖1所示：由信號處理電路，c8051 f020控制電路，鍵盤、液晶屏電路和開關穩壓電源組成。

   

    電流信號和電壓信號由三相電機處取得，經信號處理電路接人c8051 f020控制電路。c8051f020控制電路接收到實時電流和電壓信號后，按設定的安全控制參數對電機進行控制，同時還計算出電機的功率，這些數據在液晶屏上實時顯示出來。系統的安全控制參數可通過鍵盤進行設定。本設計可以實現多種保護功能，有熱過載保護、堵轉保護、斷相保護、欠載保護、接地故障保護、自動重啟動、欠壓保護和啟動超時保護。當出現上述故障時，c8051 f020控制電路立即切斷電機電源、亮故障燈，同時在液晶屏上顯示相應的故障名稱。

    考慮到大電杌啟動或故障時，電源電壓有可能大范圍波動，故將保護器的供電電源設計成開關穩壓電源[3]。

    鍵盤、液晶屏電路主要使用的器件有：

   zlc7290 12c接口鍵盤及led驅動芯片和圖形點陣yejhd 12864g lcd（128$ 64點）模組。本設計中zlg7290芯片主要控制鍵盤和led指示燈。液晶模組則直接由c8051 f020控制顯示，使用所需的漢字字庫等顯示程序都編寫在系統總體程序里。

    本設計所強調的高精度是通過以下兩個方面功能的結合使用得