基于MSP430自動(dòng)脹管控制器的研制

脹管機是針對冷凝器、冷油器、加熱器、換熱器中各類(lèi)管材與管板脹接需要而設計開(kāi)發(fā)的一種專(zhuān)用設備。其控制器的基本原理是用驅動(dòng)電機(又稱(chēng)驅動(dòng)馬達、脹管機頭)的工作電流來(lái)標定所加載的負荷，即驅動(dòng)電機在一定的工作電流值下，提供相當數量的扭矩，而與之相當數量的扭矩可以通過(guò)旋轉脹管器產(chǎn)生一定的膨脹量(脹力)，它是可以被測量的。因此，通過(guò)精確測量并控制驅動(dòng)馬達的工作電流值，就可獲得并控制所需要的膨脹量(脹力)。
目前，市場(chǎng)上大多數的脹管機采用51單片機，但其缺點(diǎn)比較突出。如內部無(wú)存儲器，必需外接Flash或EPROM存儲設置信息，這就導致電路比較復雜，不利于擴展，且工作電壓范圍較窄，抗干擾能力較差。而采用MSP430F149單片機的脹管機可以有效克服這些缺點(diǎn)。

1 工作原理
圖l為系統的整體框圖。通過(guò)框圖來(lái)分析脹管機的工作過(guò)程：上電后，手動(dòng)開(kāi)關(guān)按下，這時(shí)手動(dòng)檢測電路會(huì )檢測到開(kāi)啟信號，并通過(guò)光電隔離(隔置強電流)送入單片機；此時(shí)交流電通過(guò)電流互感器把交流加在負載上，并通過(guò)整流濾波電路把交流變成直流，經(jīng)過(guò)延時(shí)電路延遲一段時(shí)間以便避開(kāi)電機的啟動(dòng)電流，再經(jīng)過(guò)放大處理，把電流信號輸入單片機進(jìn)行A／D轉換并處理；同時(shí)繼電器控制主開(kāi)關(guān)M-SW打開(kāi)，電機啟動(dòng)，面板上顯示設置的電流值和電機轉動(dòng)的電流實(shí)時(shí)值：當實(shí)際電流以檢測電流為基準發(fā)生變化時(shí)，單片機通過(guò)繼電器控制換向開(kāi)關(guān)D-SW換向進(jìn)行脹管或退脹操作。同時(shí)，指示燈可以顯示脹管機的工作狀態(tài)。按鍵可以設置脹力，選用電機的3種不同功率檔位。在電機空載的情況下，手動(dòng)開(kāi)關(guān)按下后，主開(kāi)關(guān)打開(kāi)，轉頭轉動(dòng)，此時(shí)采集的電流信號送入單片機。經(jīng)過(guò)大約6 s，單片機把其測得的空轉電流平均值顯示出來(lái)，此時(shí)主開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，轉頭停止轉動(dòng)。在設置脹力時(shí)，脹力設置值必須大于電機空轉時(shí)的電流值，否則電機無(wú)法進(jìn)行脹管操作。

2 電路設計
220 V交流輸入后，通過(guò)穩壓模塊持續輸出穩定的+5 V和+12 V的電壓，為線(xiàn)路板的電源提供保證。同時(shí)使用TPS76301將+5 V電壓轉換得到+3 V電壓，為單片機供電。220 V的交流電通過(guò)光電隔離分別為控制A／D采集的繼電器555延時(shí)電路以及D-SW換向電路提供+12V的電源。
當手動(dòng)開(kāi)關(guān)按下后，電源接通，單片機采集電流信號并進(jìn)行A／D轉換。圖2為A／D信號采集電路．交流輸入通過(guò)電流互感器T1，把交流加在負載上，并通過(guò)整流濾波電路變成直流，由繼電器K5控制輸出電流信號AA／D且送入前面板，經(jīng)LM358放大處理后得到的電流信號AA／D1交由單片機MSP430進(jìn)行采集處理。繼電器K5的0端是與555延時(shí)電路的輸出端相連，并由555延時(shí)電路輸出信號來(lái)控制其工作狀態(tài)。

在脹管機開(kāi)啟時(shí)有一個(gè)非常大的瞬間電流，會(huì )導致剛開(kāi)機馬上就關(guān)機，無(wú)法正常啟動(dòng)。因此，需要一個(gè)由555延時(shí)電路組成的避峰電路來(lái)避開(kāi)瞬間的大電流，延遲開(kāi)機時(shí)間。圖3為延時(shí)避峰電路，NE555的引腳2(TRIG)在脹管機開(kāi)啟時(shí)會(huì )有一個(gè)脈沖，使得引腳3(Q)的電平變?yōu)榈碗娖?，圖2中的繼電器K5線(xiàn)圈通電工作，斷開(kāi)連接，導致單片機無(wú)法進(jìn)行信號采集。同時(shí)，電容開(kāi)始充電，NE555的引腳7(DIS)內部導通。脈沖過(guò)后，電容通過(guò)引腳7開(kāi)始放電，TRIG和THR的電壓開(kāi)始降低，當電壓降到一定程度Q變?yōu)楦唠娖?，引腳7腳內部截止，K5停止工作，信號采集正常，避免了出現開(kāi)機立刻關(guān)機的現象。