基于MCS—51單片機(jī)多路開關(guān)控制系統(tǒng)及應(yīng)用

王玉秋 石春梅

（遼寧精化科技有限公司，遼寧 丹東 118301）

1 單片機(jī)多路開關(guān)控制系統(tǒng)原理

單片機(jī)控制系統(tǒng)由微機(jī)和工業(yè)生產(chǎn)對象兩大部分組成，其中包括硬件電路和軟件程序，整個控制系統(tǒng)是通過接口將計算機(jī)和生產(chǎn)過程聯(lián)系起來實(shí)現(xiàn)計算機(jī)對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)處理和控制。

本設(shè)計介紹了由MCS—51單片機(jī)組成的八路開關(guān)量輸入、八路開關(guān)量輸出控制系統(tǒng)在閃蒸造粒設(shè)備上硬件接口和軟件設(shè)計的基本思想。設(shè)計思路根據(jù)閃蒸造粒設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)具體指標(biāo)要求，進(jìn)行分析設(shè)計制定出整個控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序兩部分,利用軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對電器開關(guān)信號及工作狀態(tài)的自動檢測和精確控制。并成功應(yīng)用在袋式捕集器上的定時打袋器和電控柜模擬顯示屏上,實(shí)現(xiàn)了和國外儀表同樣的功能。

開關(guān)量是指非連續(xù)性信號的采集和輸出，一般有1和0兩種狀態(tài)，這是數(shù)字電路中的開關(guān)性質(zhì)，而電力上是指電路的開和關(guān)或者說是觸點(diǎn)的接通和斷開。一般開關(guān)量裝置通過內(nèi)部繼電器實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的輸出。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO）。

采用單片機(jī)開關(guān)量控制系統(tǒng)來代替繼電器控制裝置實(shí)現(xiàn)邏輯控制有以下優(yōu)點(diǎn)：1）常規(guī)的繼電器控制裝置在設(shè)計和安裝上，十分費(fèi)時，費(fèi)工，費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。2)編程方便，現(xiàn)場可修改程序；3)維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；4)可靠性高于繼電器控制裝置；5)體積小于繼電器控制裝置；6)數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)；7)成本可與繼電器控制裝置競爭；8)在擴(kuò)展時，原系統(tǒng)只要很小變更；豐富的I/O接口，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等可直接連接。

2 MCS—51單片機(jī)多路開關(guān)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 80C31單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件簡介

在本設(shè)計中,從經(jīng)濟(jì)上以及性能上考慮，筆者選用80C31作為CPU。本系統(tǒng)是由80C31單片機(jī)為CPU、74LS373芯片為地址鎖存器，以及2732EPROM可擦除程序存儲器、TTL集成電路74LS04（非門）六反向器及三極管等分立元件組成的輸入輸出電路,輔以穩(wěn)壓電源電路組成八路輸入、八路輸出硬件系統(tǒng)，配合相應(yīng)的軟件和現(xiàn)場的各類傳感器及變送器；按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；電磁線圈；控制閥；繼電器；接觸器及各類執(zhí)行機(jī)構(gòu)等可以實(shí)現(xiàn)低于八路任何開關(guān)量信號的輸入檢測、輸出控制，具有一定的通用性和靈活性，并成功應(yīng)用在閃蒸造粒設(shè)備上。

2.2 MCS-51單片機(jī)控制系統(tǒng)輸入輸出電路

2.2.1 輸入電路設(shè)計。一般輸入信號最終會以開關(guān)形式輸入到單片機(jī)中，從工程經(jīng)驗(yàn)來看，開關(guān)量輸入的控制指令有效狀態(tài)采用低電平比采用高電平效果要好得多。S1接現(xiàn)場開關(guān)并與地相連，當(dāng)按下開關(guān)Sl時，發(fā)出的指令信號為低電平，而平時不按下開關(guān)S1時，輸出到單片機(jī)上的電平則為高電平。該方式具有較強(qiáng)的耐噪聲抗干擾能力。其中，S1為開關(guān)量輸入端，正常狀態(tài)下開關(guān)管Q1經(jīng)電阻分壓電容濾波后處于導(dǎo)通狀態(tài)，單片機(jī)P3.0口接收的信號是高電平；當(dāng)板外的開關(guān)信號接通后，使開關(guān)管Q1立即截止，開關(guān)管的集電極電位飽和，六反相器MC74F04接收為高位信號，輸出為低位信號，故單片機(jī)P3.0口接收到的信號是低電平。

2.2.2 輸出電路設(shè)計。單片機(jī)輸出電路與輸入電路相反，它是把單片機(jī)輸出低電平信號經(jīng)六反相器MC74F04變成高電平后，驅(qū)動三極管G8導(dǎo)通，由三極管集電極輸出一開關(guān)信號，驅(qū)動繼電器，電磁伐，接觸器等等一些現(xiàn)場控制元件，進(jìn)而控制一些電氣設(shè)備，達(dá)到控制整個系統(tǒng)之目的。

3 閃蒸造粒設(shè)備單片機(jī)控制系統(tǒng)

3.1 閃蒸造粒系統(tǒng)設(shè)備簡介

閃蒸造粒設(shè)備是遼寧精化科技有限公司（簡稱該公司）生產(chǎn)工藝中的后處理設(shè)備，在生產(chǎn)中處于重要崗位，其各種機(jī)械和電氣性能直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，自動化程度要求很高；早在1989年該公司引進(jìn)丹麥閃蒸造粒設(shè)備其各種性能及自動化程度非常高，至今應(yīng)在使用。基于以上所述，在新的閃蒸造粒設(shè)備制造過程中，在電氣系統(tǒng)配備上借鑒國外先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)理念、依據(jù)實(shí)際情況，采用自主開發(fā)的MCS—51單片機(jī)多路開關(guān)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)開關(guān)信號檢測、報警、控制和模擬盤顯示等功能，最大限度的滿足被控對象的控制要求，收到了良好的效果。

閃蒸造粒系統(tǒng)包括閃蒸干燥塔,喂料槽,喂料螺旋,引風(fēng)機(jī),鼓風(fēng)機(jī),放料星形伐,布袋除塵器等主要設(shè)備,其中布袋除塵器的振袋器也是用自主開發(fā)的單片機(jī)八路輸入、八路輸出板來實(shí)現(xiàn)控制的；下面分別闡述振袋器和模擬顯示屏及報警兩控制系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)。

3.2 閃蒸造粒系統(tǒng)模擬屏及報警接線原理框圖

80C31單片機(jī)接口部分說明。由于閃蒸設(shè)備電氣輸入信號為14個，輸出信號為7個,故選用兩塊1#和2#單片機(jī)板并聯(lián)使用，作為模擬屏顯示及報警信號控制板,其具體引腳控制接線如圖1：P1口為輸出控制信號；P3口為輸入檢測信號。

3.3 閃蒸造粒系統(tǒng)振袋器接線原理框圖

由于閃蒸袋式捕集器振袋器共有十二個電磁伐工作,且每個電磁伐間隔10秒定時工作,故選用兩塊1#和2#單片機(jī)板串聯(lián)使用，其具體引腳控制接線如圖2：P1口為輸出控制信號；P3口為輸入檢測信號。

4 MCS—51單片機(jī)多路開關(guān)控制系統(tǒng)程序設(shè)計

4.1 程序設(shè)計概要

本系統(tǒng)軟件程序開發(fā)，使用的計算機(jī)語言是匯編語言。程序的實(shí)現(xiàn)是當(dāng)單片機(jī)通過輸入電路從輸入接口檢測到開關(guān)閉合、或斷開信號（低有效“0”）后，單片機(jī)通過選定的算法或邏輯關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算和判斷后，輸出指令來接通和斷開信號（低有效“0”），通過輸出電路控制繼電器、電磁伐、接觸器等執(zhí)行元件動作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制現(xiàn)場用電設(shè)備的功能。

4.1.1 閃蒸系統(tǒng)模擬屏顯示及報警主程序原理。程序先進(jìn)行軟件的初始化，再對系統(tǒng)各部分電氣開關(guān)進(jìn)行檢測實(shí)現(xiàn)如下功能：1）按試驗(yàn)按鈕一次燈閃、鈴響，再按一次燈滅、鈴?fù)＃?）如開關(guān)合上則模擬屏上燈亮，如開關(guān)斷開則燈不亮，但不報警；3）如電機(jī)過載或出現(xiàn)故障，則燈快閃、報警鈴響；4）按復(fù)位按鈕后，燈快閃、報警鈴不響；復(fù)位、故障消除后燈滅、報警鈴不響。

4.1.2 閃蒸系統(tǒng)袋式捕集器振袋器主程序原理。在本系統(tǒng)中14個電磁伐用兩塊控制板串聯(lián)使用，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：由軟件采用中斷方式實(shí)現(xiàn)的，每10S對一路電磁伐進(jìn)行300MS的定時噴吹，當(dāng)?shù)谝粔K板檢測到開關(guān)信號后開始對第一個電磁伐進(jìn)行控制，當(dāng)一個循環(huán)完成后發(fā)出一信號給第二塊板，由第二塊板接著執(zhí)行上述操作，板循環(huán)完也發(fā)出一信號給第一塊板，再由第一塊完成上述操作，直至開關(guān)斷開。

5 總結(jié)與展望

通過本次的單片機(jī)多路控制系統(tǒng)的應(yīng)用，筆者對單片機(jī)的控制原理和設(shè)計方法有了更深刻的理解和掌握。并通過在閃蒸造粒系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為安全生產(chǎn)提供了可靠的檢測及控制手段。縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑?，我們只需要在單片機(jī)外圍接一點(diǎn)簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔(dān)心精度達(dá)不到了。所以，它的魔力不僅是在現(xiàn)在，在將來將會有更多的人來接受它、使用它。所以，單片機(jī)應(yīng)用在我國是有著廣闊前景的。

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