红外数控课程设计.doc

一、系统方案设计与论证 1.1 系统总体方案 本系统要实现三相电压、三相电流、功率因数等各个参数指标的测量，主要分为 7个基本模块，包括：71M6513数据采集模块，MSP430数据处理控制器模块，红外通信模块，液晶显示模块，按键控制模块，RS485与PC机显示模块，无线24L01模块。对各模块的实现分别有以下不同的设计方案： 1.2 模块电路方案 1.2.1 数据采集模块 方案一：采用单片机进行数据采集，由于三相电频率范围在45-65Hz ，采集数据多达六路，MSP430单片机处理速度及精度不能足以实现其实时处理要求。 方案二：采用电能计量芯片71M6513，该芯片主要包括三大模块：计量采样模拟前端模块、电能计量模块和管理单元模块。其中电能计量模块为一个计算引擎CE，可以计算出系统算需要的各个参数，如电压、电流、功率、电能等，管理单元模块可以应用其串口通信模块实现与外界电路通信。 综上方案比较，我们决定选择方案二。 1.2.2 数据处理控制模块 方案一：采用AT89C51单片机作为主控机，此款单片机价格低廉、使用简单等特点，但其外设端口及内部资源匮乏。 方案二：采用MSP430F169单片机为控制器，此款单片机是功耗低，指令周期短，中断源较多，外围模块充足，系统稳定性好。 综上方案比较，我们决定选择方案二。 1.2.3 红外通信模块 方案一：采用红外遥控器的方式，通过模拟开关模拟按键进行编码，编码包括前导码与数据两大部分，数据接受处理比较复杂且电路不太稳定。电路如图2 方案二：采用UART方式，由红外发射与接受探头实现。由UART1输出数据经调制后由红外发 3 射探头发射，然后红外接受探头接收数据后传送至UART2模块，实现数据的红外通信，采用这种方式硬件电路和程序控制简单，且其传输距离可达3米以上。电路如图3 综上方案比较，我们决定选择方案二实现系统的红外通信。 1.2.4 按键控制模块的选择 方案一：采用独立式按键，独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，在按键较多时I/O口占用较多。 方案二：采用4*4矩阵键盘解决了本系统独立按键数量多占用I/O口线多的问题。采用动态扫描方式可以广泛利用系统的IO口资源，且软件设计相对简单，也完全可以实现实时性的要求。 综上方案比较，采用方案二中的动态扫描方式控制4*4矩阵键盘。 1.2.5 数据显示方案 方案一：用八段数码管进行显示，尽管其控制简单，亮度大，价格低，但是使用多个数码管动态显示时占用I/O口较多，电路复杂，而且功耗大。 方案二：用LCD12864液晶显示。FYD12864是一种具有多种接口方式，内部含有中文字库，显示内容丰富，可很好的实现人机交互。 综上方案比较，采用方案二的液晶显示。 1.2.6 RS485与PC机通信模块 方案一：RS485接收数据由液晶显示，此种方式浪费单片机资源，数据量大时画面显示不灵活。 方案二：RS485接收数据由上位机显示，VC编程具有画面显示灵活、数据处理方便快捷等优点，可以实现远距离的检测控制功能，人机交互界面友好。 综上方案比较，综合采用方案二的上位机显示。 1.2.7 无线数据传送方案 方案一：用硬件电路搭建，系统复杂，集成度低且稳定性不好。 方案二：采用NRF24L01集成模块，NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,可以实现低功耗数据传送，数据收发控制简便，可很好的实现无线数据通信。 综上方案比较，综合采用方案二的NRF24L01集成模块。 1.2.8 三相电路选型 方案一：采用三相三线制，当相电压不对称时，进行系统的维护与检测将变得十分的复杂，这增加了系统维护的成本与复杂性。 方案二：三相四线制即在三相三线制的基础上增加了一条中线，当对于负载不对称或某路电路 断开时，将会使中线中产生电路，中线保证了负载相电压和电源相电压相等和对称，如果此时没有中线，将使各相负载电压不等，增加了电路设计的复杂而且较难实现控制，因此此中线可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控，有助于系统的设计与监控。 综上方案比较，本方案综合采用方案二中的三相四线制电路。 二、系统理论分析与计算 三相电路的基本结构可以简化为三相电源和三相负载通过导线相连的电路。我们实际中采用三相四线制接法，负载采用Y型的接法，其基本结构框图如图5。 2.1 系统理论分析 因此在三相四线制电路中，负载的相电压和电源的相电压相等。从而每相电路可以独立工作而互不影响，系统总的功率与电能的数值等于各相功率参数之和。本系统将负载接成Y型，现分析A相电路,即可通过参数理论计算的系统各项指标 三、系统电路实现 系统主要实现对三相电各种参数的采集与处理，采集部分由三相电检测专用芯片71M6513实现，由通