基于AT89C51單片機實現同步機角度數字化的一種方法

于恩祥,郭繼寧

（渤海大學,遼寧錦州,121000）

基于AT89C51單片機實現同步機角度數字化的一種方法

于恩祥,郭繼寧

（渤海大學,遼寧錦州,121000）

本文闡述同步機角度數字化的原理，并介紹基于AT89C51單片機實現角度數字化方法。本文采用的角度數字化方法簡單實用易于實現。

同步機；角度；數字化；單片機

0 引言

同步機是電動機的轉速與同步轉速一致的電機，在傳統的軸角同步聯動系統中被廣泛采用。將同步機軸角量轉化為能被微機處理的數字量是現代檢測、控制系統中經常遇到的一個問題。本文從同步機角度信號數字化的基本原理出發，給出一種算法，并利用AT89C51單片機實現角度數字化。

1 角度/數字轉換原理

同步機輸出的信號是反映在被調幅的50Hz正弦波的幅度上，被調制的信號如圖1。

圖1 同步機輸出經調制后的信號

圖2 理想同步機

同步機上的三個繞組按120°的相位安裝在轉子上，如圖2。圖中（t）為50Hz的基準電源電壓。當轉子轉動時，三個轉子輸出的信號是相差120°的正弦電壓。如果以為公共端，則有：

同步機上的三個繞組按120°的相位安裝在轉子上，如圖2。圖中u（t）為50Hz的基準電源電壓。當轉子轉動時，三個轉子輸出的信號是相差120°的正弦電壓。如果以R3為公共端，則有：

式中θ為轉角,即本文要數字化的角度，Em為幅度，ω為角頻率，即調制頻率，φ0為初相。u1、u2濾波后的波形如圖3。

圖3 u1,u2濾波后的波形

令k 值限制在|k |≤1，

對應θ值的范圍是0～60°、150°～240°、330°～360°。

對應θ值的范圍是60°～150°、240°～330°。

圖4 曲線

表2 -1 角φ在不同區間的求解公式

通過以上的討論，我們可以利用公式⑿實現角度數字化

2 角度數字化的硬件實現

同步機輸出的角度信號是三路50V—60V/50Hz的交流電壓，我們把兩路引入系統中，一路作為公共端。通過分壓器將輸入的高電壓轉換成單片機能夠處理的電壓后進行A/D轉換，為提高A/D轉換的精度，A /D轉換器采用14位高精度高速的AD9244。多路模擬開關將多路并行信號轉換為串行處理，以降低成本及體積。為了提高轉換精度，電路中涉及到精度不分的電路均采用精度高的元器件。系統除了能夠顯示數字化后的角度信息之外，并通過串口送計算機。系統硬件原理框圖如圖5。

圖5 硬件原理框圖

3 角度數字化的軟件實現

系統程序由單片機匯編語言完成，這樣可以提高系統的運行速度。由于系統開機時所得角度不一定與目標的角度一致，因此需要對角度進行修正，最后，將角度數據一路送顯示，一路送計算機做進一步處理。系統的主要流程圖如圖6。

圖6 程序流程圖

4 結論

[1] 楊建文，高尚瑞.一種獨特的同步機軸角數字化新方案.火炮發射與控制學報[J]，1996，（4）：pp43—45.

[2] 于恩祥.同步機角度-數字轉換的一種新方法及其實現.吉林大學學報，2001.（1）：pp53—56.

Method of Achieving Digitalization of Synchronous Machine Angle Based on SCM AT89C51

Yu Enxiang，Guo Jining
（Bohai University,Liaoning Jinzhou,121000）

The paper elaborates the principle of synchronous machine angle and introduces ways of angle digitalization.The method of angle digitalization adopted in the paper is simple, useful and achievable.

synchronous machine;angle;digitalization;single chip computer

于恩祥（1964-），男，遼寧北鎮人，碩士，從事信號與信息處理專業的教學及科研工作