基于51單片機的多功能供電控制系統設計

引言

在工業(yè)控制中經(jīng)常需要對某些溫度進(jìn)行巡檢和控制，需要定時(shí)控制電機的起動(dòng)和停止，需要根據料位計開(kāi)關(guān)的狀態(tài)控制多臺卸料、輸料電機按照設定順序運轉。在對溫度巡檢和控制時(shí)，要求當溫度低于設定的溫度下限時(shí)，加熱系統開(kāi)始工作，當溫度超過(guò)設定溫度上限時(shí)，加熱系統停止工作。某臺電機是啟動(dòng)還是停止不僅取決于定時(shí)時(shí)間、料位計開(kāi)關(guān)狀態(tài), 還取決于其它電機的運行狀態(tài)。

硬件設計

本系統以單片機為基礎，將多路溫度控制、電機定時(shí)起停和卸料、輸料控制等幾項功能合而為一。此外，本系統還具有以下功能：1、通過(guò)檢測電機的接觸器，在電機該運轉而沒(méi)有運轉時(shí)進(jìn)行故障報警。2、在熱電阻開(kāi)路時(shí)報警。3、能自動(dòng)檢測電機的通路，屏蔽掉沒(méi)有接入的通路。4、通過(guò)鍵盤(pán)設置相應的參數并保存在FLASH存貯器中，這樣即使在斷電以后參數也不會(huì )丟失。5、通過(guò)大屏幕LCD顯示溫度、設定的參數及報警狀態(tài)。6、具有RS-232和RS-485兩種串行接口，可以通過(guò)上位機操作測控單元，顯示結果，并可以實(shí)現多個(gè)單元通信。圖1為系統結構框圖。

考慮到本系統程序較大，需要的程序存貯器和內部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，本系統選用了Philips公司的P89c51RD+作為微處理器。P89c51RD+內部有1024B的RAM，64kB的FLASH存貯器，足以滿(mǎn)足需要。但需要注意的是國內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系統仿真器能解決這一問(wèn)題。

圖1 系統結構框圖

圖2 開(kāi)關(guān)量的輸入、輸出

圖3 信號調節與前置放大電路

圖4 程序流程圖

本系統共有79個(gè)開(kāi)關(guān)信號，其中輸入信號47個(gè)，輸出信號32個(gè)，單片機可用的I/O口一般只有幾個(gè)，必須擴展I/O口。輸入的開(kāi)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(jìn)行光電隔離，否則有可能損壞CPU系統。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口不能直接驅動(dòng)繼電器，所以必須進(jìn)行驅動(dòng)放大。另外，繼電器控制線(xiàn)圈的兩端必須反向并聯(lián)一個(gè)二極管，以消除繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的電弧。

圖2為本系統采用的開(kāi)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(kāi)關(guān)輸入端進(jìn)行了光電隔離，將24V的直流開(kāi)關(guān)反饋信號轉換成5V的TTL信號，同時(shí)將外部輸入與系統隔開(kāi)，對系統起保護作用。選用的TLP521-4光電隔離芯片含四個(gè)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。系統采用繼電器輸出，通過(guò)電機接觸器控制電機或電鈴的起停。