风电机组塔筒振动监测系统设计报告

课程设计报告

( 2014 -- 2015年度第二学期)

名称：单片机课程设计

题目：风电机组塔筒振动检测系统

院系：

班级：

学生姓名：

同组人：

学号：

成绩：

日期：2015年7 月5日

一．塔筒振动检测意义：

通过对塔筒振动的实时数据监测，和进一步的数据分析可以

1判断塔筒的强度，刚度，稳定性，便于维护与检修

2.实现对风电机组变载荷，变转速的检测和反馈

3.保证机组运行过程的平稳和安全可靠运行

二．塔筒振动检测基本方案

１. 基本原理：利用传感器测量塔筒的振动信号，通过信号传送线路和信号转换元件把振动信号送入单片机，再利用单片机的软件技术处理塔筒的振动信号，实时显示塔筒振动状态并将信号通过无线技术传输到检测中心，实现塔筒振动的检测。

2.功能实现：每个风电机组塔筒可用８个传感器分别测得不同位置的各个方向上的振动信号，每个测量对象经传感器输出的８条模拟信号可输入到ADC0808的８个模拟输入端子，单片机控制选择模拟信号输入通道后，ADC0808转换为数字信号经输出通道输出到到AT89 C51单片机，单片机又与数码管连接，由单片机控制将８通道的模拟量轮流转换后输出到七段数码管动态显示，由此可简单实现塔筒振动的实时简单检测。（若要更准确的实现塔筒振动的检测，同时可将A /D转换后，数据串行口输出后经MAX232电平转换后，通过无线数据模块传到检测中心，经数据分析后得到更为准确的塔筒振动检测，以下设计中不做设计）

系统的运行方框图如下：

风电机组... ... ... 风电机组传感器传感器

前置放大器... ... ... 前置放大器A/D转换器... ... ... A/D转换器单片机... ... ... 单片机GPRS模块ＧＰＲＳ网络GPRS模块显示电路检测中心显示电路

三．硬件设计

1.硬件选择

（１）.传感器选择：加速度传感器，塔筒自身的振动主要为低频振动，因此测量塔筒的自振频率，可选用加速度传感器或电容式振动传感器。

（２）.传感器的放置：考虑到塔筒的各个方向上的振动情况不一样，

塔筒不同高度上的振幅也不一样，现将８个加速度传感器分为两组，每组四个分别置于塔筒横截面上相互垂直的X-Y方向上的四个位置（如图ａ），其中一组放置在塔筒底部，另一组靠近塔筒顶部，考虑到测量的数据的准确有效性，可将两组错开45°（如图ｂ），由此可实现塔筒各个位置振动的立体式测量，更具有准确性，而且可通过检测中心的数据分析得到非常准确的塔筒振动情况。

图ａ图ｂ

（3）A/D转换器：ADC0808，具有８通道模拟输入，以逐次逼近式原理进行转换，分辨率为８位，且便于模拟电路仿真。

（4）单片机：AT89C51，与MCS-51 兼容，4K字节可编程FLASH 存储器，数据保留时间长，128×8位内部RAM，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。

（5）数码管：7SEG-MPX4-CA，七段显示数码管，共阳。

（6）74LS74：在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，为了得到1MHZ的时钟频率，在电路中采用了74LS74二分频得到1MHZ的时钟频率。

（7）其他元件：

电容:30pF×2个，1uF×1个；

电阻：510×7个，4.7k×4个，51k×1个，1k×1个；

三极管：MPS6514×4个；

石英晶振：12MHZ×1个；

按钮开关一个。

2.总硬件接线图如下：

各个模块连接及说明如下：

（1）.A/D转换部分

ADC0808芯片各引脚及功能：

有28条引共脚，采用双列直插式封装。

1～5和26～28（IN0～IN7）：8路模拟量输入端。8、14、15和17～21：8位数字量输出端。

22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

6（START）：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

7（EOC）：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。

12（VREF（+））和16（VREF（-））：参考电压输入端

11（Vcc）：主电源输入端。

13（GND）：地。

23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。

连接说明：ADC0808是由单一电源，+5V供电，模拟电压的输入范围为0~5V，故本设计允许输入的模拟电压最大值为5V。第22脚A LE为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存；6脚START为测试控制，当输入一个2us宽高电平脉冲时，就开始A/

D转换；7脚EOC为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平；9脚OE，数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数。ADC0808的转换速度取决于芯片的时钟频率，要求时钟频率范围不高于640KHZ，在本设计中我们采用了由单片机ALE脚的六分频晶振信号再通过74LS74二分频得到，故ADC0808的工作频率为1 MHZ，转换时间为1US。

连接图：

（2）.数据处理模块：

AT89C51管脚说明：

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FI ASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。