基于51单片机的多功能供电控制系统设计

引言

在工业控制中经常需要对某些温度进行巡检和控制，需要定时控制电机的起动和停止，需要根据料位计开关的状态控制多台卸料、输料电机按照设定顺序运转。在对温度巡检和控制时，要求当温度低于设定的温度下限时，加热系统开始工作，当温度超过设定温度上限时，加热系统停止工作。某台电机是启动还是停止不仅取决于定时时间、料位计开关状态, 还取决于其它电机的运行状态。

硬件设计

本系统以单片机为基础，将多路温度控制、电机定时起停和卸料、输料控制等几项功能合而为一。此外，本系统还具有以下功能：1、通过检测电机的接触器，在电机该运转而没有运转时进行故障报警。2、在热电阻开路时报警。3、能自动检测电机的通路，屏蔽掉没有接入的通路。4、通过键盘设置相应的参数并保存在FLASH存贮器中，这样即使在断电以后参数也不会丢失。5、通过大屏幕LCD显示温度、设定的参数及报警状态。6、具有RS-232和RS-485两种串行接口，可以通过上位机操作测控单元，显示结果，并可以实现多个单元通信。图1为系统结构框图。

考虑到本系统程序较大，需要的程序存贮器和内部RAM都较多，如果选用普通C51或C52系列的单片机，则需要外扩RAM和EEPROM，因此，本系统选用了Philips公司的P89c51RD+作为微处理器。P89c51RD+内部有1024B的RAM，64kB的FLASH存贮器，足以满足需要。但需要注意的是国内目前很多仿真器都不能仿真RAM大于256B和EEPEOM大于16kB的单片机，去年下半年Wave公司推出的E6000系统仿真器能解决这一问题。

图1 系统结构框图

图2 开关量的输入、输出

图3 信号调节与前置放大电路

图4 程序流程图

本系统共有79个开关信号，其中输入信号47个，输出信号32个，单片机可用的I/O口一般只有几个，必须扩展I/O口。输入的开关信号都是24V的直流信号。由于电机接触器的反馈输入信号有可能引入冲击，所以必须进行光电隔离，否则有可能损坏CPU系统。输出的电机或电铃控制信号都是220V的交流信号，用继电器输出，由于CPU的I/O口不能直接驱动继电器，所以必须进行驱动放大。另外，继电器控制线圈的两端必须反向并联一个二极管，以消除继电器触点断开时产生的电弧。

图2为本系统采用的开关量输入、输出电路图，共使用了5片8255以扩展I/O口，在电机的反馈输入端及料位计开关输入端进行了光电隔离，将24V的直流开关反馈信号转换成5V的TTL信号，同时将外部输入与系统隔开，对系统起保护作用。选用的TLP521-4光电隔离芯片含四个独立的光电隔离器。R1和R2选用电阻排，从而减小了电路空间。系统采用继电器输出，通过电机接触器控制电机或电铃的起停。