王麗麗 ， 王啟增 ， 胡小安 ，3， 偉利國 ，3， 張小超 ，3

（1.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院 北京 100083；2.前鋒農(nóng)場 黑龍江 佳木斯 156325；3.土壤植物機(jī)器系統(tǒng)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室 北京 100083）

電磁繼電器是自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛的一種電子元器件，在實(shí)際應(yīng)用時，如何根據(jù)控制電路的特點(diǎn)和負(fù)載的數(shù)量及形式來正確選擇和使用繼電器[1]呢？在控制電路中，不僅要保證低壓電路的控制信號能夠控制高壓的執(zhí)行部件，還要采用隔離器件保障電路和人員的安全[2]，為此，單片機(jī)的外圍電路設(shè)計和繼電器的正確使用在系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性的作用。

1 基于PIC18F6527繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體構(gòu)成和工作原理

該控制系統(tǒng)主要由傾角傳感器 WDD35D-4，AD7706，PIC18F6527，電磁繼電器JQC-3F及其外圍電路組成。整個系統(tǒng)采用5 V工作電壓，低功耗設(shè)計，與繼電器的接口進(jìn)行光電隔離，降低了外部干擾，提高了系統(tǒng)工作的可靠性[2]。傳感器的電壓輸出范圍為0～5 V，對系統(tǒng)上電后，AD7706將實(shí)時地采集傳感器的輸出模擬信號，并通過串口發(fā)送到上位機(jī)，PIC18F6527通過軟件編程對輸出電壓進(jìn)行判斷，當(dāng)采集到的電壓大于或等于2.5 V時，單片機(jī)發(fā)出控制信號，將繼電器接通，當(dāng)采集到的電壓小于2.5 V時，控制信號將驅(qū)動繼電器斷開。整個控制過程不斷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了對繼電器的實(shí)時控制功能。

1.2 系統(tǒng)各部分工作原理和硬件電路圖

傾角傳感器選用的是北京昆侖傳感技術(shù)中心生產(chǎn)的一款導(dǎo)電式塑料電位器WDD35D-4，阻值為5 kΩ，獨(dú)立線性度為0.1%，其功能是把一個機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成電信號，使內(nèi)部產(chǎn)生一個電壓分配器，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，電位器的阻值分配就會改變，繼而使輸出端的電壓發(fā)生變化。導(dǎo)電塑料電位器價格相對便宜，低溫下輸出變化小，低扭矩操作和高速應(yīng)用是它的顯著優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計中傳感器的供電電壓是5 V，因此輸出電壓范圍為0～5 V，AD采集后通過串口發(fā)送到上位機(jī)的數(shù)據(jù)范圍為0000-FFFF。

AD7706是AD公司推出的16位AD轉(zhuǎn)換器，它具有3個準(zhǔn)差分輸入通道，帶有增益可編程放大器，可用于直接測量傳感器輸出的低頻模擬信號，其優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、低功耗、動態(tài)范圍廣、自校準(zhǔn)等[3]。設(shè)計中AD的供電電壓和參考電壓都為5 V，引腳串行時鐘輸入口SCLK，片選/CS，復(fù)位/RESET，指令或數(shù)據(jù)輸入DIN，轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出DOUT，狀態(tài)信號/DRDY作為與單片機(jī)的通訊端口。傳感器的輸出模擬信號由AD7706進(jìn)行采集，并通過單片機(jī)的指令信號將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到上位機(jī)。

PIC18F6527是Microchip公司推出的高性能單片機(jī)，該處理器采用納瓦技術(shù)，功耗低，運(yùn)行速度快，功能強(qiáng)大，抗干擾能力強(qiáng)，具有豐富的外圍接口，如CCP模塊、MSSP模塊、EUSART模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊等[4]，PIC18F6527在整個控制系統(tǒng)中處于核心地位，外圍硬件電路和軟件編程都是圍繞著單片機(jī)展開的，設(shè)計中單片機(jī)的供電電壓是5 V，系統(tǒng)采用的是外部晶振7.372 8 MHz。引腳中RD3～RD7，RB0是與AD7706相連接的端口，負(fù)責(zé)采集傳感器的實(shí)時電壓，RC6，RC7是與電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232相連接的端口，負(fù)責(zé)將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，RF6是與繼電器電路相連接的端口，負(fù)責(zé)驅(qū)動或斷開繼電器。單片機(jī)將AD采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時的發(fā)送到上位機(jī)，然后對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，決定繼電器的開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)AD采集到的高八位數(shù)據(jù)大于或者等于128時，將RF6置為高電平，繼電器的常閉觸點(diǎn)斷開，相當(dāng)于開關(guān)閉合，當(dāng)AD采集到的高八位數(shù)據(jù)小于128時，將RF6置為低電平，繼電器的常閉觸點(diǎn)吸合，相當(dāng)于開關(guān)斷開。

電磁繼電器JQC-3F通常用于自動控制電路中，它實(shí)際上是一種“自動開關(guān)”，在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用[1]。設(shè)計中采用5 V電壓驅(qū)動繼電器，在繼電器的線圈兩端并上一個二極管，可以保護(hù)三極管被擊穿，釋放線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，并消除對電路的干擾[2]。單片機(jī)和繼電器之間的光耦EL817起到了隔離的作用，還可以消除對負(fù)載的影響。

整個硬件電路圖如圖1所示。

圖1 PIC18F6527外圍電路圖Fig.1 Schematic circuit of PIC18F6527

1.3 系統(tǒng)軟件流程框圖和部分源程序

PIC18F6527可以用C語言來完成程序設(shè)計，首先要對系統(tǒng)和各芯片進(jìn)行初始化，然后通過調(diào)用子程序來完成數(shù)據(jù)采集和控制繼電器動作的功能[5]。軟件開發(fā)環(huán)境為MAPLAB IDE V8.60，并利用Hitech公司開發(fā)的PICC編譯器進(jìn)行編譯，還可以在線調(diào)試，最后用ICD3把程序燒寫到單片機(jī)中，當(dāng)系統(tǒng)上電時，便可以完成實(shí)時控制。程序流程圖如圖2所示。

系統(tǒng)軟件是用C語言來完成的，其使用方便，靈活，執(zhí)行效率高[6]。其中部分源程序如下：

int main（void）

{ NOP（）；

InitSys（）；

圖2 程序控制流程圖Fig.2 Programming flow chart

InitUSART1（）；

InitSPI2（）；

InitADMod（）；

TRISF=0X00；

CYB_K2=0；

while（1）

{

if（!AD_RDY1）

{

AD1_ReadData（）；

USART1_SendAD（）；

}

else continue；

if（ResAD1[0]>=128） CYB_K2=1；

else CYB_K2=0；

}

}

2 實(shí)驗結(jié)果分析

AD7706采集到傳感器的值通過串口顯示在上位機(jī)的串口調(diào)試助手窗口中，或者可以通過電壓表測量傳感器的輸出電壓，利用該值可以確定繼電器的通斷情況，下面將隨機(jī)采集到的10個樣本列表如表1所示。

由表1可以看出，改變傳感器的輸出電壓，可以實(shí)時調(diào)節(jié)繼電器的通斷，正確率為100%。說明這個控制系統(tǒng)是可行有效的。

3 結(jié) 論

設(shè)計的基于PIC18F6527的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁繼電器的實(shí)時控制，并且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，可靠性高，在工業(yè)系統(tǒng)控制、農(nóng)業(yè)機(jī)械控制等都有廣闊的應(yīng)用前景。

表1 實(shí)驗數(shù)據(jù)Tab.1 Experimental data

[1]王彥勇.淺談電磁繼電器參數(shù)、種類和選用方法[J].家庭電子，2005（3）：52-53.WANG Yan-yong.Analyses ofelectromagnetic relay’s parameters， species and selection method[J]. Family Electronics， 2005（3）：52-53.

[2]劉華昌.基于PIC16F87X的電磁繼電器控制設(shè)計[J].低壓電器，2008（15）：16-18.LIU Hua-chang.Control design of electromagnetic relay based on PIC16F87X[J].Low Voltage Apparatus， 2008（15）：16-18.

[3]朱延釗.AD7705/AD7706的原理與應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程，2002（6）：59-61.ZHU Yan-zhao.Principle and application of AD7705/AD7706[J].Electronic Design Engineering， 2002（6）：59-61.

[4]Microchip Company：PIC18F8722 Family Data Sheet.

[5]丁錦滔.PIC單片機(jī)C語言程序設(shè)計[J].電子制作，2010（11）：54-57.DING Jin-tao.C program design based on PIC[J].Electronics Diy，2010（11）：54-57.

[6]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2005.