基于AT89C51的時間/位移換向控制器設計

　　引言

　　在實際生產(chǎn)過程中，常常要用到具有自動換向功能的控制部件，如機械加工中的往返運行(位移)，直流電源的正反向輸出，電動機的正反轉運行等現(xiàn)象，都是當正向(或反向)運行到一定時間或一定位置時，自動換為反向(或正向)運行，周而復始的過程。實現(xiàn)這一過程的自動化，就是設計一套控制電路，再配以位移傳感器或時間繼電器。目前市場現(xiàn)有的時間繼電器雖然可以用多個組合來滿足一些使用場合的要求，但仍存在著重復計時誤差大，穩(wěn)定可靠運行性不高，使用不方便靈活等問題。為此，筆者研發(fā)了以單片機為核心組成的時間/位移換向控制器SWHX-1，該系統(tǒng)具有成本低等特點，可完全且克服以上不足。

　　電路組成及工作原理

　　SWHX-1的內(nèi)部電路如圖1所示。該系統(tǒng)分為輸入輸出電信號轉換、CPU軟件編程控制和定時延時設定三部分，整個電路共有14條引出線，其中2、3、4腳為直流地線公共端VGND。該器件可用交直流兩種供電方式工作。當用交流供電時，通過引腳13、14輸入交流12 V，經(jīng)橋式整流、穩(wěn)壓后供給內(nèi)部電路恒壓基準電源，并將整流后的直流12 V經(jīng)引腳1、2、3、4送出，以供外部其它電路使用;當用直流供電時，引腳1、2、3、4則變?yōu)檩斎攵?，輸入?2V直流電壓經(jīng)穩(wěn)壓后再供給內(nèi)部電路，該方式可省去交流電源，但要注意將引腳14、13置于懸空狀態(tài)。

　　圖1 時間/位移換向器電路原理圖

　　SWHX-1內(nèi)部電路設計有1路換向延時和2路定時輸出，換向延時時間是指正向(或反向)輸出組被關斷后延時一段時間后才開通反向(或正)組工作的時間，用戶可在0.5～2s之間任意設定;2路定時時間分別是指正向和反向組輸出的工作時間，用戶可在1m～7h31m之間任意設定。若1m～7h31m的定時時間不能滿足使用要求時，另留有4個端口P1～P4，可外接4個時間繼電器或4個行程開關以彌補。Pl和P3為正向組，P2和P4為反向組。

　　◇ 延時時間的設定

　　(1)延時時間設定法

　　圖1中t0～t4為換向延時時間設定短接開關，t0為對地公共端，t1～t4分別與0.5 s、1 s、1.5 s、2 s相對應，二者短接時，通過CPU軟件編程可實現(xiàn)相應的換向延時。例如t0與t1短接時，延時為0.5 s;t0與t3短接時，延時為1.5 s。

　　(2) 定時時間設定法

　　圖1中的S1和S2為8位定時時間設定撥位開關，每個開關前三位為小時位，后5位為分鐘位，采用二進制編碼方式，當8位撥碼選定后，通過CPU的P1和P2口送入，經(jīng)軟件編程控制，實現(xiàn)相應的定時功能。所以每路的定時時間可在1m一7h31m之間任意設定。

　　◇ 定時換向器的工作原理

　　當SWHX一1用做定時換向控制時，CPU首先讀入撥位開關S的定時設定值，經(jīng)軟件編程識別并通過CPU內(nèi)部定時器和軟件延時實現(xiàn)，當定時時間到后，將通過P0口經(jīng)引腳12、11送出一個定時到脈沖，當引腳12、11分別與5、7腳短接時，該定時到脈沖將向CPU產(chǎn)生一個中斷請求信號，CPU接收到這一中斷請求后會通過引腳Vs1端口輸出一個封鎖電位信號，以停止當前正在工作的一組，并經(jīng)0.5～2 s延時后，通過引腳Vs2端口輸出一個啟動信號，來啟動另一組開始工作，從而完成一次換向工作周期。反之亦然，周而復始。

　　◇ 做位移換向器的工作原理

　　當SWHX一1用做位移換向控制時，上述定時功能將不起作用，而是將位移檢測傳感器(一般為行程開關)送來的“位移到”信號通過引腳5、7端口向CPU發(fā)出中斷請求，當CPU接到該中斷請求信號以后，則完成上述換向工作過程。另外，引腳6、8是用于位移限制的，因為絕大多數(shù)實際生產(chǎn)過程中的位移都是有限制的，所以將限位傳感器發(fā)出的信號經(jīng)端口6、8送入，CPU在接到該請求信號后，立即通過引腳9、10發(fā)出限位封鎖信號，以停止位移工作。

　　軟件設計

　　SWHX—1的軟件程序分為初始化，定時識別及延時處理和中斷換向處理三部分，其程序流程如圖2所示。

　　周期換向電源應用

　　許多生產(chǎn)過程中都要用到周期性換向電源裝置。這里僅以常見的電鍍電源中的一種為例來說明其使用方法。圖3所示為三相雙反星形雙向6脈波周期換向電源的電路原理圖。該電源采用兩套晶閘管可控硅整流電路，但在SWHX—1的控制下，在同一時間內(nèi)只能有一套工作，另外一套被封鎖截止。兩套整流電路的工作時間可通過圖1中的S1和S2來分別設定。圖3中的CF97088B是雙反星形6脈波晶閘管觸發(fā)專用器件，它除了產(chǎn)生6個同步觸發(fā)脈沖外，內(nèi)部還具有電流、電壓雙P1負反饋調(diào)節(jié)功能，并且還能自動識別輸入三相電中的缺相、以及過電壓保護，過電流限制等功能，當有這些現(xiàn)象發(fā)生時，系統(tǒng)可自動封鎖觸發(fā)脈沖的輸出，以起到保護和限制的目的。W1和W3分別為正反向輸出電壓設定值調(diào)節(jié)旋鈕，而W2和W4則分別為正反向輸出電壓反饋量調(diào)節(jié)旋鈕。

　　該電源電路的優(yōu)點是結構簡單，便于組裝、調(diào)試和現(xiàn)場維護。由于CF97088和SWHX一1是全密封式器件，故可用于電鍍、電解和化工行業(yè)中。

　　在位移電氣傳動中的應用

　　在機械加工生產(chǎn)過程中，常常有往返位移運行過程，反映到電器傳動部分的工作現(xiàn)象是電動機的正反轉現(xiàn)象，這里僅以常見的龍門刨、銑床為例來說明SWHX一1的應用。圖4是刨、銑床直流魎俸妥遠幌虻緶吩磽際道M賈械腟1和S2為正反轉行程開關，S3和S4為限位行程開關。當正向位移碰觸開關S1時，在SWHX一1的控制下，延時0.5～2 s后自動換為反向運行，當位移碰觸S2時，又自動換為正向運行，周而復始。位移碰觸開關S3或S4可用于表明位移超界受限，在SWHX一1的控制下立即關閉輸出，停止位移運行。

　　結束語

　　基于單片機的控制來取代現(xiàn)行的定時器和時間繼電器是今后的發(fā)展方向，本文介紹的SWHX一1器件可作為一個嘗試。該器件在周期換向電源中的應用結果表明，該定時控制器定時精確，運行可靠，效果較好。