基于AT89C51的時(shí)間/位移換向控制器設(shè)計(jì)

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(jī)械加工中的往返運(yùn)行(位移)，直流電源的正反向輸出，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行等現(xiàn)象，都是當(dāng)正向(或反向)運(yùn)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(yùn)行，周而復(fù)始的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的自動(dòng)化，就是設(shè)計(jì)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(xiàn)有的時(shí)間繼電器雖然可以用多個(gè)組合來(lái)滿足一些使用場(chǎng)合的要求，但仍存在著重復(fù)計(jì)時(shí)誤差大，穩(wěn)定可靠運(yùn)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(jī)為核心組成的時(shí)間／位移換向控制器SWHX-1，該系統(tǒng)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(nèi)部電路如圖1所示。該系統(tǒng)分為輸入輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)換、CPU軟件編程控制和定時(shí)延時(shí)設(shè)定三部分，整個(gè)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(dāng)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(wěn)壓后供給內(nèi)部電路恒壓基準(zhǔn)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(dāng)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(wěn)壓后再供給內(nèi)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(nèi)部電路設(shè)計(jì)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(shè)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(shè)定。若1m～7h31m的定時(shí)時(shí)間不能滿足使用要求時(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(bǔ)。Pl和P3為正向組，P2和P4為反向組。

◇ 延時(shí)時(shí)間的設(shè)定

（1)延時(shí)時(shí)間設(shè)定法

    圖1中t0～t4為換向延時(shí)時(shí)間設(shè)定短接開(kāi)關(guān)，t0為對(duì)地公共端，t1～t4分別與0．5 s、1 s、1．5 s、2 s相對(duì)應(yīng)，二者短接時(shí)，通過(guò)CPU軟件編程可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)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(shè)定法

    圖1中的S1和S2為8位定時(shí)時(shí)間設(shè)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(dāng)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(xiàn)相應(yīng)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(shè)定。

◇ 定時(shí)換向器的工作原理

    當(dāng)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(shè)定值，經(jīng)軟件編程識(shí)別并通過(guò)CPU內(nèi)部定時(shí)器和軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)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(dāng)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(qǐng)求信號(hào)，CPU接收到這一中斷請(qǐng)求后會(huì)通過(guò)引腳Vs1端口輸出一個(gè)封鎖電位信號(hào)，以停止當(dāng)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(hào)，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(fù)始。

◇ 做位移換向器的工作原理

    當(dāng)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(cè)傳感器(一般為行程開(kāi)關(guān))送來(lái)的“位移到”信號(hào)通過(guò)引腳5、7端口向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，當(dāng)CPU接到該中斷請(qǐng)求信號(hào)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?yàn)榻^大多數(shù)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(hào)經(jīng)端口6、8送入，CPU在接到該請(qǐng)求信號(hào)后，立即通過(guò)引腳9、10發(fā)出限位封鎖信號(hào)，以停止位移工作。

軟件設(shè)計(jì)

    SWHX—1的軟件程序分為初始化，定時(shí)識(shí)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。

周期換向電源應(yīng)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(nèi)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(shè)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(nèi)部還具有電流、電壓雙P1負(fù)反饋調(diào)節(jié)功能，并且還能自動(dòng)識(shí)別輸入三相電中的缺相、以及過(guò)電壓保護(hù)，過(guò)電流限制等功能，當(dāng)有這些現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)封鎖觸發(fā)脈沖的輸出，以起到保護(hù)和限制的目的。W1和W3分別為正反向輸出電壓設(shè)定值調(diào)節(jié)旋鈕，而W2和W4則分別為正反向輸出電壓反饋量調(diào)節(jié)旋鈕。

    該電源電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于組裝、調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。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(yīng)用

    在機(jī)械加工生產(chǎn)過(guò)程中，常常有往返位移運(yùn)行過(guò)程，反映到電器傳動(dòng)部分的工作現(xiàn)象是電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)現(xiàn)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(yīng)用。圖4是刨、銑床直流魎俸妥遠(yuǎn)?幌虻緶吩?磽際道?Ｍ賈械腟1和S2為正反轉(zhuǎn)行程開(kāi)關(guān)，S3和S4為限位行程開(kāi)關(guān)。當(dāng)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(yùn)行，當(dāng)位移碰觸S2時(shí)，又自動(dòng)換為正向運(yùn)行，周而復(fù)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(yùn)行。

結(jié)束語(yǔ)

    基于單片機(jī)的控制來(lái)取代現(xiàn)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(yīng)用結(jié)果表明，該定時(shí)控制器定時(shí)精確，運(yùn)行可靠，效果較好。