基于51單片機(jī)的多功能供電控制系統(tǒng)設(shè)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，需要定時控制電機(jī)的起動和停止，需要根據(jù)料位計開關(guān)的狀態(tài)控制多臺卸料、輸料電機(jī)按照設(shè)定順序運轉(zhuǎn)。在對溫度巡檢和控制時，要求當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度下限時，加熱系統(tǒng)開始工作，當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度上限時，加熱系統(tǒng)停止工作。某臺電機(jī)是啟動還是停止不僅取決于定時時間、料位計開關(guān)狀態(tài), 還取決于其它電機(jī)的運行狀態(tài)。

硬件設(shè)計

本系統(tǒng)以單片機(jī)為基礎(chǔ)，將多路溫度控制、電機(jī)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(jī)的接觸器，在電機(jī)該運轉(zhuǎn)而沒有運轉(zhuǎn)時進(jìn)行故障報警。2、在熱電阻開路時報警。3、能自動檢測電機(jī)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(jī)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(jī)，則需要外擴(kuò)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(jī)，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(jī)可用的I/O口一般只有幾個，必須擴(kuò)展I/O口。輸入的開關(guān)信號都是24V的直流信號。由于電機(jī)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(tǒng)。輸出的電機(jī)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(jìn)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(kuò)展I/O口，在電機(jī)的反饋輸入端及料位計開關(guān)輸入端進(jìn)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(hù)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(jī)接觸器控制電機(jī)或電鈴的起停。