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基于AT89C51的時間/位移換向控制器設計

發布時間：2010-10-30 20:05 發布者：eetech

關鍵詞： AT89C51 , 換向控制器 , 時間 , 位移

在實際生產過程中，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，穩定可靠運行性不高，使用不方便靈活等問題。為此，筆者研發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則變為輸入端，輸入的12V直流電壓經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。

圖1 時間/位移換向器電路原理圖

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SWHX-1內部電路設計有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，經軟件編程控制，實現相應的定時功能。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，經軟件編程識別并通過CPU內部定時器和軟件延時實現，當定時時間到后，將通過P0口經引腳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，因為絕大多數實際生產過程中的位移都是有限制的，所以將限位傳感器發出的信號經端口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脈波晶閘管觸發專用器件，它除了產生6個同步觸發脈沖外，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，當有這些現象發生時，系統可自動封鎖觸發脈沖的輸出，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。

該電源電路的優點是結構簡單，便于組裝、調試和現場維護。由于CF97088和SWHX一1是全密封式器件，故可用于電鍍、電解和化工行業中。

在位移電氣傳動中的應用

在機械加工生產過程中，常常有往返位移運行過程，反映到電器傳動部分的工作現象是電動機的正反轉現象，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。

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結束語

基于單片機的控制來取代現行的定時器和時間繼電器是今后的發展方向，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。

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