基于A(yíng)T89C51的時(shí)間/位移換向控制器設計

引言

    在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常常要用到具有自動(dòng)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(dòng)機的正反轉運行等現象，都是當正向(或反向)運行到一定時(shí)間或一定位置時(shí)，自動(dòng)換為反向(或正向)運行，周而復始的過(guò)程。實(shí)現這一過(guò)程的自動(dòng)化，就是設計一套控制電路，再配以位移傳感器或時(shí)間繼電器。目前市場(chǎng)現有的時(shí)間繼電器雖然可以用多個(gè)組合來(lái)滿(mǎn)足一些使用場(chǎng)合的要求，但仍存在著(zhù)重復計時(shí)誤差大，穩定可靠運行性不高，使用不方便靈活等問(wèn)題。為此，筆者研發(fā)了以單片機為核心組成的時(shí)間／位移換向控制器SWHX-1，該系統具有成本低等特點(diǎn)，可完全且克服以上不足。

電路組成及工作原理

    SWHX-1的內部電路如圖1所示。該系統分為輸入輸出電信號轉換、CPU軟件編程控制和定時(shí)延時(shí)設定三部分，整個(gè)電路共有14條引出線(xiàn)，其中2、3、4腳為直流地線(xiàn)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(shí)，通過(guò)引腳13、14輸入交流12 V，經(jīng)橋式整流、穩壓后供給內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(shí)，引腳1、2、3、4則變?yōu)檩斎攵?，輸入?2V直流電壓經(jīng)穩壓后再供給內部電路，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)。

    SWHX-1內部電路設計有1路換向延時(shí)和2路定時(shí)輸出，換向延時(shí)時(shí)間是指正向(或反向)輸出組被關(guān)斷后延時(shí)一段時(shí)間后才開(kāi)通反向(或正)組工作的時(shí)間，用戶(hù)可在0．5～2s之間任意設定；2路定時(shí)時(shí)間分別是指正向和反向組輸出的工作時(shí)間，用戶(hù)可在1m～7h31m之間任意設定。若1m～7h31m的定時(shí)時(shí)間不能滿(mǎn)足使用要求時(shí)，另留有4個(gè)端口P1～P4，可外接4個(gè)時(shí)間繼電器或4個(gè)行程開(kāi)關(guān)以彌補。Pl和P3為正向組，P2和P4為反向組。{{分頁(yè)}}

◇ 延時(shí)時(shí)間的設定

（1)延時(shí)時(shí)間設定法

    圖1中t0～t4為換向延時(shí)時(shí)間設定短接開(kāi)關(guān)，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(shí)，通過(guò)CPU軟件編程可實(shí)現相應的換向延時(shí)。例如t0與t1短接時(shí)，延時(shí)為0．5 s；t0與t3短接時(shí)，延時(shí)為1．5 s。

(2) 定時(shí)時(shí)間設定法

    圖1中的S1和S2為8位定時(shí)時(shí)間設定撥位開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)前三位為小時(shí)位，后5位為分鐘位，采用二進(jìn)制編碼方式，當8位撥碼選定后，通過(guò)CPU的P1和P2口送入，經(jīng)軟件編程控制，實(shí)現相應的定時(shí)功能。所以每路的定時(shí)時(shí)間可在1m一7h31m之間任意設定。

◇ 定時(shí)換向器的工作原理

    當SWHX一1用做定時(shí)換向控制時(shí)，CPU首先讀入撥位開(kāi)關(guān)S的定時(shí)設定值，經(jīng)軟件編程識別并通過(guò)CPU內部定時(shí)器和軟件延時(shí)實(shí)現，當定時(shí)時(shí)間到后，將通過(guò)P0口經(jīng)引腳12、11送出一個(gè)定時(shí)到脈沖，當引腳12、11分別與5、7腳短接時(shí)，該定時(shí)到脈沖將向CPU產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號，CPU接收到這一中斷請求后會(huì )通過(guò)引腳Vs1端口輸出一個(gè)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(shí)后，通過(guò)引腳Vs2端口輸出一個(gè)啟動(dòng)信號，來(lái)啟動(dòng)另一組開(kāi)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(shí)，上述定時(shí)功能將不起作用，而是將位移檢測傳感器(一般為行程開(kāi)關(guān))送來(lái)的“位移到”信號通過(guò)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(guò)程。另外，引腳6、8是用于位移限制的，因為絕大多數實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(guò)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(shí)識別及延時(shí)處理和中斷換向處理三部分，其程序流程如圖2所示。

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周期換向電源應用

    許多生產(chǎn)過(guò)程中都要用到周期性換向電源裝置。這里僅以常見(jiàn)的電鍍電源中的一種為例來(lái)說(shuō)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(shí)間內只能有一套工作，另外一套被封鎖截止。兩套整流電路的工作時(shí)間可通過(guò)圖1中的S1和S2來(lái)分別設定。圖3中的CF97088B是雙反星形6脈波晶閘管觸發(fā)專(zhuān)用器件，它除了產(chǎn)生6個(gè)同步觸發(fā)脈沖外，內部還具有電流、電壓雙P1負反饋調節功能，并且還能自動(dòng)識別輸入三相電中的缺相、以及過(guò)電壓保護，過(guò)電流限制等功能，當有這些現象發(fā)生時(shí)，系統可自動(dòng)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節旋鈕，而W2和W4則分別為正反向輸出電壓反饋量調節旋鈕。

    該電源電路的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，便于組裝、調試和現場(chǎng)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(dòng)中的應用

    在機械加工生產(chǎn)過(guò)程中，常常有往返位移運行過(guò)程，反映到電器傳動(dòng)部分的工作現象是電動(dòng)機的正反轉現象，這里僅以常見(jiàn)的龍門(mén)刨、銑床為例來(lái)說(shuō)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?。唾Z械腟1和S2為正反轉行程開(kāi)關(guān)，S3和S4為限位行程開(kāi)關(guān)。當正向位移碰觸開(kāi)關(guān)S1時(shí)，在SWHX一1的控制下，延時(shí)0．5～2 s后自動(dòng)換為反向運行，當位移碰觸S2時(shí)，又自動(dòng)換為正向運行，周而復始。位移碰觸開(kāi)關(guān)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(guān)閉輸出，停止位移運行。

結束語(yǔ)

    基于單片機的控制來(lái)取代現行的定時(shí)器和時(shí)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(gè)嘗試。該器件在周期換向電源中的應用結果表明，該定時(shí)控制器定時(shí)精確，運行可靠，效果較好。