基于單片機的多功能供電控制系統(tǒng)

硬件設(shè)計
本系統(tǒng)以單片機為基礎(chǔ)，將多路溫度控制、電機定時起停和卸料、輸料控制等幾項功能合而為一。此外，本系統(tǒng)還具有以下功能：1、通過檢測電機的接觸器，在電機該運轉(zhuǎn)而沒有運轉(zhuǎn)時進行故障報警。2、在熱電阻開路時報警。3、能自動檢測電機的通路，屏蔽掉沒有接入的通路。4、通過鍵盤設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)并保存在FLASH存貯器中，這樣即使在斷電以后參數(shù)也不會丟失。5、通過大屏幕LCD顯示溫度、設(shè)定的參數(shù)及報警狀態(tài)。6、具有RS-232和RS-485兩種串行接口，可以通過上位機操作測控單元，顯示結(jié)果，并可以實現(xiàn)多個單元通信。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
考慮到本系統(tǒng)程序較大，需要的程序存貯器和內(nèi)部RAM都較多，如果選用普通C51或C52系列的單片機，則需要外擴RAM和EEPROM，因此，本系統(tǒng)選用了Philips公司的P89c51RD+作為微處理器。P89c51RD+內(nèi)部有1024B的RAM，64kB的FLASH存貯器，足以滿足需要。但需要注意的是國內(nèi)目前很多仿真器都不能仿真RAM大于256B和EEPEOM大于16kB的單片機，去年下半年Wave公司推出的E6000系統(tǒng)仿真器能解決這一問題。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 開關(guān)量的輸入、輸出

圖3 信號調(diào)節(jié)與前置放大電路

圖4 程序流程圖

本系統(tǒng)共有79個開關(guān)信號，其中輸入信號47個，輸出信號32個，單片機可用的I/O口一般只有幾個，必須擴展I/O口。輸入的開關(guān)信號都是24V的直流信號。由于電機接觸器的反饋輸入信號有可能引入沖擊，所以必須進行光電隔離，否則有可能損壞CPU系統(tǒng)。輸出的電機或電鈴控制信號都是220V的交流信號，用繼電器輸出，由于CPU的I/O口不能直接驅(qū)動繼電器，所以必須進行驅(qū)動放大。另外，繼電器控制線圈的兩端必須反向并聯(lián)一個二極管，以消除繼電器觸點斷開時產(chǎn)生的電弧。
圖2為本系統(tǒng)采用的開關(guān)量輸入、輸出電路圖，共使用了5片8255以擴展I/O口，在電機的反饋輸入端及料位計開關(guān)輸入端進行了光電隔離，將24V的直流開關(guān)反饋信號轉(zhuǎn)換成5V的TTL信號，同時將外部輸入與系統(tǒng)隔開，對系統(tǒng)起保護作用。選用的TLP521-4光電隔離芯片含四個獨立的光電隔離器。R1和R2選用電阻排，從而減小了電路空間。系統(tǒng)采用繼電器輸出，通過電機接觸器控制電機或電鈴的起停。
本系統(tǒng)采用Pt100熱電阻作為溫度傳感器，但必須注意以下兩點：1、溫度接入點往往與控制系統(tǒng)有一定的距離，必須對導(dǎo)線電阻的影響進行補償，否則會引起很大的誤差，嚴(yán)重時甚至無法測試；2、電源波動的影響。因為系統(tǒng)電源一般有50mV的波動，這一波動范圍與阻值變化引起的電壓變化幅度相比不可忽視。
本系統(tǒng)溫度傳感器的信號調(diào)節(jié)與前置放大器電路如圖3所示。圖中R1、R2、R3為精密電阻，阻值為100W，Rt為熱電阻Pt100，RL1、RL2、RL3表示導(dǎo)線電阻。R1、R2、R3和熱電阻Pt100構(gòu)成測量電橋，采用圖中的三線制接線法，在往復(fù)導(dǎo)線長度等長的條件下可以對導(dǎo)線電阻獲得較好的補償。熱電阻開路時，該電路的輸出為+5V，通過測試電路輸出是否為+5V，可以判斷熱電阻是否開路。
AD586為一精密穩(wěn)壓集成電路，其輸出的5V直流精度達20ppm，從而降低了電源波動對輸入信號的影響。VR1為調(diào)零電位器，VR2用來調(diào)整放大倍數(shù)。穩(wěn)壓管ZD1則用來防止過載。這樣隨溫度而改變的鉑電阻的阻值變化就轉(zhuǎn)換成了0~5V電壓變化。12路通道采用相同的結(jié)構(gòu)，分別送入ADC0816進行A/D轉(zhuǎn)換。
顯示部分采用了T240128 (CFG)型液晶顯示器，該顯示器內(nèi)置HD61830控制模塊，提供了與CPU的接口。可以顯示8行15列16×16點陣漢字。
設(shè)置參數(shù)的保存采用了24LC04存貯器，它是基于I2C總線的EEPROM器件，可通過軟件模擬的方法對其進行讀寫操作，即使在斷電的情況下，設(shè)置的參數(shù)也不會丟失。
此外，本系統(tǒng)采用了RS-232和RS-485兩種串行通信接口，可以滿足不同的應(yīng)用場合。當(dāng)傳輸距離較遠時，采用RS-485接口，通過外接RS-485/232轉(zhuǎn)換接口與上位機的RS-232串口相連；傳輸距離較近時，采用RS-232接口即可。RS-232接口還便于在沒有RS-485/232轉(zhuǎn)換接口的情況下對系統(tǒng)進行調(diào)試。

軟件設(shè)計
本系統(tǒng)分溫度巡檢控制、定時電機控制、卸料輸料電機控制、電機反饋檢測報警、鍵盤參數(shù)設(shè)置和串行通信六個功能模塊。其中鍵盤參數(shù)設(shè)置和串行通信采用中斷方式，其余的功能模塊都由定時器0來控制。
將定時器0設(shè)置成定時方式，每0.5s中斷一次，每中斷一次，變量timer1、timer2、timer3和timer4增加1。當(dāng)timer1、timer2、timer3和timer4達到各自的規(guī)定值時，分別調(diào)用溫度巡檢控制、定時電機控制、順序運行電機控制和電機反饋檢測報警子程序。程序流程圖如圖4所示。

結(jié)語
本系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于電除塵低壓供電控制系統(tǒng)中。其中溫度巡檢控制、定時控制和卸料、輸料控制各部分功能獨立，且各部分控制電機的路數(shù)可自動檢測，可多可少，在很多場合可以取代工業(yè)PLC?！?/P>

參考文獻
1 何立民，MSC-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，北京航空航天大學(xué)出版，北京，1998
2 徐愛軍 彭秀華，單片機高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計，電子工業(yè)出版社，北京，1990
3 蘇鐵力 關(guān)振海等，傳感器及其接口技術(shù)，中國石化出版社，北京，1998