基于單片機(jī)的數(shù)字式通電延時(shí)時(shí)間繼電器設(shè)計(jì)

蘇晨

摘要：在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中常需要用到延時(shí)繼電器，延時(shí)繼電器被廣泛用于大型機(jī)械的保護(hù)電路和小型機(jī)械的控制電路中，本文設(shè)計(jì)了通電延時(shí)時(shí)間繼電器，繼電器由STC8952單片機(jī)最小系統(tǒng)，5v低觸發(fā)繼電器，延時(shí)按鍵電路，數(shù)碼管顯示等組成。該系統(tǒng)有一個(gè)繼電器瞬時(shí)觸點(diǎn)和一個(gè)繼電器延時(shí)觸點(diǎn)。繼電器在設(shè)計(jì)上設(shè)置了99s的延時(shí)時(shí)間，通電的時(shí)候按下設(shè)置好的控制按鈕，瞬時(shí)繼點(diǎn)就會(huì)吸和，而設(shè)置的延時(shí)時(shí)間結(jié)束后，數(shù)碼管的當(dāng)前顯示值當(dāng)為0時(shí)，延時(shí)觸點(diǎn)才會(huì)接通，該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和定時(shí)精確性。

【關(guān)鍵詞】通電延時(shí)繼電器 單片機(jī) 定時(shí)器

時(shí)間繼電器作為自動(dòng)控制器件被我們廣泛應(yīng)用于生活和工業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)繼電器是一種工作在控制電路中使用的開關(guān)器件，可以用于各種電路的延時(shí)控制工作。本文選用了通電延時(shí)繼電器作為研究的內(nèi)容，通電延時(shí)繼電器具有通電后實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制，斷電后就會(huì)停止工作的特點(diǎn)，是典型的電力繼電器。由于主控制器要有可擴(kuò)展性強(qiáng)，控制的精確度高的特點(diǎn)，所以選用了52單片機(jī)制作主控制器模塊，選用了低態(tài)觸發(fā)繼電器構(gòu)成繼電器控制模塊，利用了主控制芯片的引腳輸出高低電平來達(dá)到控制繼電器的工作的目的。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字式延時(shí)繼電器的功能比傳統(tǒng)模擬時(shí)間繼電器的功能更強(qiáng)大，操作界面更簡潔，并且由于單片機(jī)的精度特點(diǎn)，使得實(shí)現(xiàn)的延時(shí)控制可以更加精確。

1 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由主控制芯片模塊，輸入設(shè)置控制模塊，鎖存器加顯示屏幕模塊，驅(qū)動(dòng)控制和繼電器模塊，供電模塊五個(gè)模塊組成。主控制芯片模塊由STC89C52單片機(jī)和復(fù)位電路組成。數(shù)碼管鎖存顯示模塊利用了74HC573N鎖存器，利用鎖存器鎖存當(dāng)前狀態(tài)的功能給數(shù)碼管輸送段選位選電平，用數(shù)碼管顯示當(dāng)前還需延時(shí)的數(shù)字區(qū)間。繼電器的控制模塊使用了低電平觸發(fā)繼電器，利用單片機(jī)Pl口輸出低電平，控制繼電器的吸合。獨(dú)立按鍵模塊則由獨(dú)立按鍵組成。系統(tǒng)利用單片機(jī)定時(shí)中斷的功能實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 主控制部分電路設(shè)計(jì)

本文選用了52單片機(jī)進(jìn)行整體程序的控制，STC89C52芯片穩(wěn)定性非常好，可擴(kuò)展性也很強(qiáng)，價(jià)格便宜，使用過程中，引腳根據(jù)得到的電平控制指令進(jìn)行輸出的特性非常適合用于通電延時(shí)控制。所以在這里選用了52單片機(jī)組成主控制器模塊，此外，整個(gè)主控制器模塊還包括復(fù)位模塊和晶振模塊。而該系統(tǒng)外圍電路則由電源電路，鎖存器顯示電路，輸入控制電路和驅(qū)動(dòng)繼電器工作電路組成。如圖1所示。

2.2 數(shù)碼管鎖存顯示模塊

由于本文采用了四個(gè)并列的數(shù)碼管，但是只使用了兩個(gè)顯示倒計(jì)時(shí)的數(shù)字，為了保存之前輸入的控制狀態(tài)，保證數(shù)碼管能顯示當(dāng)前的準(zhǔn)確延時(shí)數(shù)字，本文采用了鎖存器來鎖存數(shù)據(jù)。使用鎖存器的主要目的是用來實(shí)現(xiàn)位選和段選功能，緩存數(shù)據(jù)，擴(kuò)展I/O口，實(shí)現(xiàn)復(fù)用功能，當(dāng)單片機(jī)外接片外存儲(chǔ)器的時(shí)候就需要接上鎖存器，實(shí)現(xiàn)地址的復(fù)用。本文需要鎖存器來控制段選和位選，所以采用了鎖存器控制數(shù)碼管的顯示。當(dāng)OE為高電平的時(shí)候，輸出為高組態(tài)，芯片會(huì)呈現(xiàn)出不可控制的狀態(tài)，所以一般需要將OE端口與地線相連接。IE端與輸出端相互連接，根據(jù)狀態(tài)改變使能端，從而達(dá)到控制鎖存器輸出狀態(tài)的目的。

2.3 繼電器控制模塊

單片機(jī)的Pl.0腳和瞬時(shí)繼電器的IN控制端相連接，當(dāng)?shù)碗娖叫盘杺鬟f過來，瞬時(shí)繼電器會(huì)瞬間吸合，開始工作。單片機(jī)的Pl.l腳與延時(shí)繼電器的IN控制端相連接，當(dāng)?shù)碗娖叫盘柕絹頃r(shí)控制延時(shí)繼電器的吸合。

2.4 獨(dú)立按鍵輸入控制模塊

本文利用獨(dú)立鍵盤設(shè)置了需要延時(shí)的時(shí)間，利用了行掃描法，通過輸出端口在行線上發(fā)出全0信號，單片機(jī)引腳檢查輸出端口信號是否為全1，若為全1，則無鍵被按下。在軟件設(shè)計(jì)中利用（測試按鍵==）測試獨(dú)立按鍵是否為O，若為O，則該鍵已經(jīng)被按下。而獨(dú)立按鍵采用的按鈕式開關(guān)為機(jī)械開關(guān)，由于物理特性，在按下按鍵后的短時(shí)間內(nèi)按鍵的機(jī)械觸點(diǎn)會(huì)反復(fù)彈跳，在觸點(diǎn)閉合或者斷開的瞬間往往會(huì)出現(xiàn)電壓的變化，為了保證按鍵能準(zhǔn)確識(shí)別信號或者控制繼電器啟動(dòng)，在電壓信號抖動(dòng)的時(shí)候不進(jìn)行狀態(tài)的輸入，所以在軟件設(shè)計(jì)上利用了軟件消抖的方式。在延時(shí)區(qū)間中規(guī)避了抖動(dòng)，在等待一定時(shí)間后再開始行掃描。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)流程的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括了開始的時(shí)候?qū)纹瑱C(jī)STC89C52的初始化設(shè)置，獨(dú)立按鍵Sl（延時(shí)數(shù)值增加）S2（延時(shí)數(shù)值減少）對延時(shí)數(shù)值的設(shè)定，數(shù)碼管則顯示延時(shí)數(shù)值的變化，按下啟動(dòng)按鈕S4，瞬時(shí)觸點(diǎn)吸合，瞬時(shí)繼電器的輸出端開始工作，計(jì)數(shù)為0延時(shí)觸點(diǎn)吸合，延時(shí)繼電器輸出端開始工作。

3.2 瞬時(shí)控制和延時(shí)控制部分程序描述

在程序中，設(shè)置k4按鈕的功能為啟動(dòng)按鈕，將K4賦值給P3.3，控制瞬時(shí)觸點(diǎn)和延時(shí)觸點(diǎn)的觸發(fā)。設(shè)置程序在通電情況下，當(dāng)k4被按下后，Pl.0端口傳遞低電平給繼電器，瞬時(shí)觸點(diǎn)吸合，定時(shí)器開始工作，當(dāng)數(shù)字計(jì)數(shù)到O的時(shí)候，Pl.l端口傳遞低電平給繼電器，延時(shí)觸點(diǎn)得電吸合，開始工作。實(shí)現(xiàn)通電延時(shí)功能。程序描述如下，設(shè)置a，b兩個(gè)輸出端口為高電平。先給K4加判斷條件if（k4==0），再獲取延時(shí)設(shè)置的初始值num再利用delaysms（10）延時(shí)消除抖動(dòng)，設(shè)置定時(shí)器方式，當(dāng)高電平信號傳遞到來。設(shè)置while （1）再讓b=0設(shè)置Pl.0口傳遞低電平信號，瞬時(shí)繼電器吸合開始工作，設(shè)置定時(shí)器50ms中斷一次，設(shè)置count計(jì)數(shù)，讓count++當(dāng)count=20（計(jì)數(shù)達(dá)到ls），再讓num--直到num==0.讓a=0。Pl.l輸出低電平延時(shí)繼電器吸合開始工作。

3.3 設(shè)置定時(shí)器的初始值和工作方式的程序描述

設(shè)置單片機(jī)工作方式為定時(shí)器。利用了工作方式1，單片機(jī)在接受了驅(qū)動(dòng)信號后，計(jì)數(shù)加1，利用了定時(shí)器中斷一次50ms的時(shí)間，疊加20次后數(shù)字加l的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)Is的精確控制設(shè)置TMOD為Oxl0；設(shè)置單片機(jī)方式1定時(shí)器方式。TH1為（65535-45827）/256；設(shè)置TL1為（65535-45827）%256。

3.4 數(shù)碼管數(shù)字顯示和鎖存部分程序描述

設(shè)置段選和位選數(shù)字，給數(shù)碼管設(shè)置初值，給數(shù)碼管送段選值，設(shè)置鎖存器，利用程序點(diǎn)亮數(shù)碼管的第一位和第二位，用于顯示00-99之間的數(shù)字，設(shè)置段選和位選控制端口為sbit du=P2^7和sbit we=P2n6。設(shè)置位選碼，段選碼集合為uchar code table[]輸入設(shè)置值為{Ox6f Ox7f Ox07 0x7d Ox6d Ox66 0x4f Ox5 0x06Ox3f）：而uchar code list[]設(shè)置值為{Oxfe OxfdOxfb Oxf7 0xef Oxdf Oxbf Ox7f，最后一步，獲取段選位shi位和ge位；點(diǎn)亮數(shù)碼管顯示需要延時(shí)的數(shù)字。

4 結(jié)論

本文利用了STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)了通電延時(shí)時(shí)間繼電器，相對一些傳統(tǒng)的繼電器而言，數(shù)字式繼電器的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)測量可視化，控制智能化，控制精確化，本文設(shè)計(jì)的通電延時(shí)繼電器利用了獨(dú)立按鍵設(shè)置延時(shí)區(qū)間，數(shù)碼管顯示定時(shí)的數(shù)字，利用了單片機(jī)的定時(shí)器功能定時(shí)，也利用了單片機(jī)的I/O口輸出特性控制繼電器的吸合實(shí)現(xiàn)了對通電延時(shí)繼電器瞬時(shí)觸點(diǎn)和延時(shí)觸點(diǎn)的控制，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的是利用單片機(jī)的精準(zhǔn)性突出實(shí)現(xiàn)更加精確的時(shí)間控制。由于其廉價(jià)性和可拓展性，可以應(yīng)用在很多中小型電子器械或者控制電路當(dāng)中。更加由于其精確性可以利用與某些智能化控制領(lǐng)域當(dāng)中。

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