基于STC12C5A60S2单片机防爆电抗器控制器的设计

屈育成 2017-12-18 1924

嵌入式设计应用

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描述

　　摘要：本文主要介绍一种基于STC12C5A60S2单片机控制智能型防爆电抗器控制器的设计，可对电流、电压、温度等多个信号进行采集，具有时间型、电流型、时间和电流型等多种起动控制方式，起动完成后监控正常运行状态下的电流以及电抗器本体温度的情况．完全充当开关来控制电抗器实时动作，并可实时将起动电抗器各种数据通过监控网络反应到地面监控室，保证系统的正常运行。

　　1、防爆电抗器控制器的硬件设计

　　设计采用STC12C5A60S2单片机为控制核心．由传感器完成对电流信号、电压信号、温度信号等多个模拟信号的采样．模拟信号经A／D转换成相应的数字信号送入单片机进行处理由于单片机的处理速度是S级，所以对系统保护和控制更准确更快速．能保证电动机以多种方式进行起动，同时还可以通过485通讯接口和电力电网监控系统进行联机通讯，以实现对井下电网的集成化控制。控制器的硬件系统如图2所示。

控制器

　　1.1硬件选型设计

　　（1）系统控制核心

　　控制器的系统控制核心采用宏晶的单时钟单片机STC12C5A60S2。它具有高速度、低功耗、超强抗干扰等特点．是一款基于8051内核的SOC．内部集成MAX810专用复位电路、2路PWM、8路高速l0位A／D、60K的F1ash、1280BSRAM、2个16位定时器、32个I／O接口、2个PCA定时器、2个DR。同时具有看门狗、外部实时低压检测中断、EEPROM、独立波特率发生器、外部可调门槛电压等，是一款针对强干扰场合的电机控制型单片机．非常适合井下粉尘多、湿度大的恶劣工作环境。

　　（2）温度采集模块

　　对温度信号的采集采用DALLAS的DS18B20。该模块具有小体积、单总线、强抗干扰、高精度等优点．可直接将温度转换成串行数字信号供处理器处理该模块与单片机通过单线连接，电路简单。

　　（3）液晶显示模块

　　为了给现场工作人员提供一个方便的人机界面．控制器采用HS12864—15液晶显示模块。该模块采用3线串行多种接口方式．显示分辨率为128x64．内置8192个16“16点汉字和128个16”8点ASCII字符集．显示8x4行16x16点阵的汉字或16x4行16x8点阵的ASCII码字符．还可完成图形显示。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令．可构成全中文人机交互图形界面。并且低电压、低功耗、低价格，是一款性价比较高的模块。

　　（4）电流采集模块

　　控制器的电流采集选择使用TR0142—2SB双屏蔽抗干扰型电流变换器．它具有电路简单。无须外接工作电源；过载能力强，能承受额定电流1060倍瞬时冲击不饱和：电流电压一次变换到位．直接将被测电流隔离转换成电压输出的特点。选用TRO142—2SB的规格为150A／3．53V．输入电流额定值5A，精度0．1．角差《10，最大过载电流150A。工作环境一25～+65℃．外壳材料为阻燃PBT／阻燃ABS．抗干扰能力强．适合井下复杂恶劣的环境。

　　1.2I/o分配设计

　　由于控制器电路中有多路外部I／O开关量信号以及多路电流电压模拟信号，同时还有液晶显示、通讯信号和按键．所以对其I／O口使用情况设计如表1所示

控制器

　　1.3按键电路设计

　　系统设计采用3个独立按键，功能分别为：确定（SI）、移位（S2）、取消（S3），用于对系统参数进行调整。由于按键少。设计中采用独立按键，按键输入采用低电平有效

　　1.4输出电路设计

　　输出电路要控制高压真空接触器断开或闭合对输出电路的设计采用光电耦合器进行隔离．保证输人端与输出端完全实现电气隔离输出电路如图3所示。

控制器

　　2、软件设计

　　主程序是控制器软件结构的示意图主程序流程如图4所示电抗器控制器上电工作后．进入主程序人口．完成程序初始化。主要是一些外围设备的初始化初始化完成后设置按键进行电流、温度、时间等参数的设定工作，进入起动初始屏。将采集到的温度、绝缘性能、电压等数据进行分析、处理、判断是否达到起动条件，如果达到起动条件时．控制主接触器吸合，控制电动机正常起动。同时对起动过程中的电机进行监测，程序对采集的电流、温度、时间进行实时监控、处理、分析和显示，同时判断电流、时间、温度是否超限，一旦超限．控制器控制主接触器KM1对电动机进行保护。若正常起动后，控制器实时测量电流、电压、温度、绝缘性能并对电机正常运行时的状态进行保护。

控制器

　　3、输出电路

　　图中电路中单片机输出控制信号经缓冲器7407放大后送入光耦。电阻R2为光耦输出光敏晶体管的负载电阻，R2的选取应保证：光耦内部的LED发光使输出光敏晶体管导通可靠饱和：而在光耦晶体管截止时，T1可靠饱和。由于光耦响应速度慢使开关延迟时间加长。限制了光耦使用频率。注意：直流电源Vcc考虑必须另外采用一组独立的直流电源．不可与单片机的直流电源共享。

控制器

　　4、结语

　　本文中几种输出电路通过广泛的应用表明．设计合理、可以可靠地实现单片机与电气控制系统的连接．具有较高的工程实用价值。在设计单片机输出电路时，电路的结构及参数选择是致关重要的，一旦被疏忽。往往会使输出电路工作不可靠，造成系统不能正常运行。正确的选择和使用输出电路对合理地设计电气控制系统，提高电路的接口驱动能力增强系统稳定性和抗干扰能力有实际指导意义。在实际使用中应根据控制系统运行现场等情况综合考虑，来选择合适的输出电路。

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