基于SMC1602A光栅尺的真空断路器触点位移测试仪设计
基于SMC1602A光栅尺的真空断路器触点位移测试仪设计[20200131183124]
摘 要
断路器是用以切断或关合高压电路中工作电流的电器。真空断路器是利用 “真空”作为绝缘和灭弧介质，不仅能通断正常的负荷电流和过负荷电流，而且能通断一定的短路电流，特别当电路发生短路故障时，能自动跳闸，起到保护线路和设备的作用。
光栅尺是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于机床与加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量出的信号为数字脉冲，具有检测范围大、检测精度高、响应速度快的特点。
基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪是光栅尺测量、单片机控制的用于测量真空断路器触点位移的仪器，可测量断路器三相触点的行程、开距、超程、分合闸时间，并通过SMC1602A液晶显示器显示。断路器触点位移的距离精确达0.01mm。
摘 要 2
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机光栅尺显示控制开距行程超程
（一）引言 4
1．目的和意义 4
2．课题的现状及发展情况 4
3．设计原理及方案要点 5
4．真空断路器工作分析 5
（二）主体 9
1．总体方案说明 9
2．硬件设计 10
3．软件设计 20
4．程序 21
5．测试及性能分析 21
（三）总结 22
二．辞谢 23
三．主要参考文献 24
附录1： 25
附录2： 28
一．正文
（一）引言
1．目的和意义
工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可以实现诸如电压、功率、频率、速度和角度等物理量的测量并进行信号的传输。《基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪》就是以单片机为核心控制部件，外部包含光栅尺信号读取电路、测量控制电路、显示等电路，配以两路供电电源，采用高精度的光栅尺位移传感器，可以测量断路器动、静触头的行程、开距和超程，用于真空断路器生产线上作为调试设备。
断路器动、静触头分合的机械性能是影响真空断路器的电寿命、机械寿命、触头熔焊和合闸过电压的重要因素，因此,研究和分析真空断路器合闸时触头的运动,对于设计、调试真空断路器,提高其机械寿命、电寿命,防止触头熔焊,降低合闸过电压具有十分重要的意义。
通过课题设计达到的目的：
（1）通过对该课题的研究，加强对所学专业知识的理解，在综合应用的基础上，拓展课外自学能力，增强知识的实际应用能力。
（2）通过对该课题的研究，培养了解决实际问题的能力，提高了自我创新意识。积累了宝贵的实践经验，基本掌握电子产品设计开发的过程，为今后的职业发展打下了坚实的基础。
（3）完成真空断路器触点位移测试仪的设计与制作，达到技术指标要求。
2．课题的现状及发展情况
真空断路器是电力系统中主要的电器设备之一。其作用是使电压为1千伏及其以上的高压电路能在负载的情况下断开或接通，当真空电路发生短路故障时，能自动将电路切断。为了使三相电源能同步断开或接通，要求真空断路器三相触点能同步断开或接通电路，因此在真空断路器生产过程中需要对三相触点的行程、开距、超程进行调试，以达到三相触点能同步动作。
目前的真空断路器触点距离的测量多采用线性位移传感器作为检测元件，需要进行A/D转换才能完成测量。由于真空断路器需要同时测量三相触点的行程、开距和超程，检测的参数较多，A/D转换需要的时间较长，对采样/保持电路的要求较高，对测量结果的准确性影响较大。本设计采用光栅尺作为位移传感器，由于光栅尺输出信号为数字量，不受温度、时间的影响，抗干扰能力强，能够动态而高精度地测量直线位移，使测量精度得到了较大的提高，可完全满足真空断路器三相触点的行程、开距和超程的测量。本设计是用于“明及电气有限公司”生产的《VBM5-12固封式高压真空断路器》测量触头开距、接触行程等参数。
3．设计原理及方案要点
以STC89C52RC单片机为核心控制器件，利用单片机应用技术，结合模拟电子技术、数字电子技术、单片机常用外部扩展器件、电子仪器与测量技术、电工技术、PROTEL、电子产品结构工艺及单片机的编程知识来设计此课题。达到《基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪》的技术要求：
u 同时测量U、V、W三项的行程、开距、超程。
u 测量结果通过液晶显示器显示。
u 测量误差≤0.05mm。
4．真空断路器工作分析
（1）真空断路器触点各部分说明
真空断路器触点的动作过程如图1所示：
动作描述：主轴O1转动，带动动导电杆上下直线运动，在运动过程中，有如下图2表示三个位置
其中：L为行程：分闸位置与合闸位置之间的距离。
L1为开距：分闸位置与刚合位置之间的距离。
L2为超程：刚合位置与合闸位置之间的距离。
功能：在主轴O1的一次转动中（<45°）测出U、V、W三相的行程、开距、超程。
备注：分闸位置和合闸位置是稳定状态下的位置，刚合位置是瞬态位置。
（2）开距、行程、超程工装
真空断路器检测开距、行程、超程工装如图3所示。
附加功能：
开距、行程、超程调整示意图如图4所示。
功能：在上下螺母未紧时，测量出刚合位置，此时只需在仪器上输入所需超程，则会指示出螺母并紧位置，然后并紧螺母即可。
（二）主体
1．总体方案说明
按照《基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪》所规定的技术要求，运用单片机技术控制技术、模拟电子技术、数字电子技术、PROTEL、电子测量、电子产品结构工艺等知识进行设计。首先画出系统结构框图，再利用PROTEL软件设计出电路原理图,根据技术要求选择合适的元器件,并按元器件购置实物,测试各种性能指标。然后在面包板上进行实验,直到基本达到技术要求后进行实物制作。制作完成后撰写毕业设计论文，内容有本仪器的设计目的、设计方法、设计思路、系统框图、原理图、PCB板图、装配图、元器件清单、单片机源程序装配及调试过程中遇到的问题及解决方法，本仪器的使用方法等。
（1）查阅相关资料
STC89C52RC单片机的技术指标；正交解码脉冲计数处理器电路HCTL-2032的使用方法及实际应用电路；SMC1602A液晶显示器的使用方法及实际应用电路；典型的单片机应用程序（定时、A/D转换、显示控制、输入检测等）；测量仪器仪表的技术要求，抗干扰技术；电路板设计；所需测量仪器及其技术指标等。
（2）总体设计
根据基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪的技术要求及功能进行总体设计，内容包括各个组成部分以及各部分的功能、框图和所需要的元器件，同时进行相应的单片机编程。设计系统框图见图5。
（3）实验
根据设计好的电路，首先在面包板上进行测试，在初步达到设计功能后再设计PCB板。
（4）组装调试
装配基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪；整体安装完成后进行调试 ；如功能不能达到技术要求，则修改电路及程序；直到达到技术要求。
（5）结果
完成基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪的制作。
2．硬件设计
硬件部分主要采用单片机STC89C52RC、正交解码脉冲计数处理器电路HCTL-2032、SMC1602A液晶显示器，电路工作电源采用桥式整流电源供电，提供符合设计所需的电压。
（1）位移测量
真空断路器动静触头位移测量示意图如图6所示。光栅尺的动尺与真空断路器动触头同步动作，因此动触头运动的距离就是光栅尺运动的距离。动、静触头之间通过电阻R加5V电压，当动静、触头断开时，J3-4端高电位，闭合时J3-4端低电位。
（2）光栅传感器
将光源、两块长光栅（动尺和定尺），光电检测器件组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个
摘 要
断路器是用以切断或关合高压电路中工作电流的电器。真空断路器是利用 “真空”作为绝缘和灭弧介质，不仅能通断正常的负荷电流和过负荷电流，而且能通断一定的短路电流，特别当电路发生短路故障时，能自动跳闸，起到保护线路和设备的作用。
光栅尺是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于机床与加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量出的信号为数字脉冲，具有检测范围大、检测精度高、响应速度快的特点。
基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪是光栅尺测量、单片机控制的用于测量真空断路器触点位移的仪器，可测量断路器三相触点的行程、开距、超程、分合闸时间，并通过SMC1602A液晶显示器显示。断路器触点位移的距离精确达0.01mm。
摘 要 2
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机光栅尺显示控制开距行程超程
（一）引言 4
1．目的和意义 4
2．课题的现状及发展情况 4
3．设计原理及方案要点 5
4．真空断路器工作分析 5
（二）主体 9
1．总体方案说明 9
2．硬件设计 10
3．软件设计 20
4．程序 21
5．测试及性能分析 21
（三）总结 22
二．辞谢 23
三．主要参考文献 24
附录1： 25
附录2： 28
一．正文
（一）引言
1．目的和意义
工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可以实现诸如电压、功率、频率、速度和角度等物理量的测量并进行信号的传输。《基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪》就是以单片机为核心控制部件，外部包含光栅尺信号读取电路、测量控制电路、显示等电路，配以两路供电电源，采用高精度的光栅尺位移传感器，可以测量断路器动、静触头的行程、开距和超程，用于真空断路器生产线上作为调试设备。
断路器动、静触头分合的机械性能是影响真空断路器的电寿命、机械寿命、触头熔焊和合闸过电压的重要因素，因此,研究和分析真空断路器合闸时触头的运动,对于设计、调试真空断路器,提高其机械寿命、电寿命,防止触头熔焊,降低合闸过电压具有十分重要的意义。
通过课题设计达到的目的：
（1）通过对该课题的研究，加强对所学专业知识的理解，在综合应用的基础上，拓展课外自学能力，增强知识的实际应用能力。
（2）通过对该课题的研究，培养了解决实际问题的能力，提高了自我创新意识。积累了宝贵的实践经验，基本掌握电子产品设计开发的过程，为今后的职业发展打下了坚实的基础。
（3）完成真空断路器触点位移测试仪的设计与制作，达到技术指标要求。
2．课题的现状及发展情况
真空断路器是电力系统中主要的电器设备之一。其作用是使电压为1千伏及其以上的高压电路能在负载的情况下断开或接通，当真空电路发生短路故障时，能自动将电路切断。为了使三相电源能同步断开或接通，要求真空断路器三相触点能同步断开或接通电路，因此在真空断路器生产过程中需要对三相触点的行程、开距、超程进行调试，以达到三相触点能同步动作。
目前的真空断路器触点距离的测量多采用线性位移传感器作为检测元件，需要进行A/D转换才能完成测量。由于真空断路器需要同时测量三相触点的行程、开距和超程，检测的参数较多，A/D转换需要的时间较长，对采样/保持电路的要求较高，对测量结果的准确性影响较大。本设计采用光栅尺作为位移传感器，由于光栅尺输出信号为数字量，不受温度、时间的影响，抗干扰能力强，能够动态而高精度地测量直线位移，使测量精度得到了较大的提高，可完全满足真空断路器三相触点的行程、开距和超程的测量。本设计是用于“明及电气有限公司”生产的《VBM5-12固封式高压真空断路器》测量触头开距、接触行程等参数。
3．设计原理及方案要点
以STC89C52RC单片机为核心控制器件，利用单片机应用技术，结合模拟电子技术、数字电子技术、单片机常用外部扩展器件、电子仪器与测量技术、电工技术、PROTEL、电子产品结构工艺及单片机的编程知识来设计此课题。达到《基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪》的技术要求：
u 同时测量U、V、W三项的行程、开距、超程。
u 测量结果通过液晶显示器显示。
u 测量误差≤0.05mm。
4．真空断路器工作分析
（1）真空断路器触点各部分说明
真空断路器触点的动作过程如图1所示：
动作描述：主轴O1转动，带动动导电杆上下直线运动，在运动过程中，有如下图2表示三个位置
其中：L为行程：分闸位置与合闸位置之间的距离。
L1为开距：分闸位置与刚合位置之间的距离。
L2为超程：刚合位置与合闸位置之间的距离。
功能：在主轴O1的一次转动中（<45°）测出U、V、W三相的行程、开距、超程。
备注：分闸位置和合闸位置是稳定状态下的位置，刚合位置是瞬态位置。
（2）开距、行程、超程工装
真空断路器检测开距、行程、超程工装如图3所示。
附加功能：
开距、行程、超程调整示意图如图4所示。
功能：在上下螺母未紧时，测量出刚合位置，此时只需在仪器上输入所需超程，则会指示出螺母并紧位置，然后并紧螺母即可。
（二）主体
1．总体方案说明
按照《基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪》所规定的技术要求，运用单片机技术控制技术、模拟电子技术、数字电子技术、PROTEL、电子测量、电子产品结构工艺等知识进行设计。首先画出系统结构框图，再利用PROTEL软件设计出电路原理图,根据技术要求选择合适的元器件,并按元器件购置实物,测试各种性能指标。然后在面包板上进行实验,直到基本达到技术要求后进行实物制作。制作完成后撰写毕业设计论文，内容有本仪器的设计目的、设计方法、设计思路、系统框图、原理图、PCB板图、装配图、元器件清单、单片机源程序装配及调试过程中遇到的问题及解决方法，本仪器的使用方法等。
（1）查阅相关资料
STC89C52RC单片机的技术指标；正交解码脉冲计数处理器电路HCTL-2032的使用方法及实际应用电路；SMC1602A液晶显示器的使用方法及实际应用电路；典型的单片机应用程序（定时、A/D转换、显示控制、输入检测等）；测量仪器仪表的技术要求，抗干扰技术；电路板设计；所需测量仪器及其技术指标等。
（2）总体设计
根据基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪的技术要求及功能进行总体设计，内容包括各个组成部分以及各部分的功能、框图和所需要的元器件，同时进行相应的单片机编程。设计系统框图见图5。
（3）实验
根据设计好的电路，首先在面包板上进行测试，在初步达到设计功能后再设计PCB板。
（4）组装调试
装配基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪；整体安装完成后进行调试 ；如功能不能达到技术要求，则修改电路及程序；直到达到技术要求。
（5）结果
完成基于光栅尺的真空断路器触点位移测试仪的制作。
2．硬件设计
硬件部分主要采用单片机STC89C52RC、正交解码脉冲计数处理器电路HCTL-2032、SMC1602A液晶显示器，电路工作电源采用桥式整流电源供电，提供符合设计所需的电压。
（1）位移测量
真空断路器动静触头位移测量示意图如图6所示。光栅尺的动尺与真空断路器动触头同步动作，因此动触头运动的距离就是光栅尺运动的距离。动、静触头之间通过电阻R加5V电压，当动静、触头断开时，J3-4端高电位，闭合时J3-4端低电位。
（2）光栅传感器
将光源、两块长光栅（动尺和定尺），光电检测器件组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个
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