基于MCS—51單片機多路開關控制系統及應用

王玉秋 石春梅

（遼寧精化科技有限公司，遼寧 丹東 118301）

1 單片機多路開關控制系統原理

單片機控制系統由微機和工業生產對象兩大部分組成，其中包括硬件電路和軟件程序，整個控制系統是通過接口將計算機和生產過程聯系起來實現計算機對生產過程中的數據處理和控制。

本設計介紹了由MCS—51單片機組成的八路開關量輸入、八路開關量輸出控制系統在閃蒸造粒設備上硬件接口和軟件設計的基本思想。設計思路根據閃蒸造粒設備運行系統具體指標要求，進行分析設計制定出整個控制系統的硬件電路和軟件程序兩部分,利用軟硬件結合，實現對電器開關信號及工作狀態的自動檢測和精確控制。并成功應用在袋式捕集器上的定時打袋器和電控柜模擬顯示屏上,實現了和國外儀表同樣的功能。

開關量是指非連續性信號的采集和輸出，一般有1和0兩種狀態，這是數字電路中的開關性質，而電力上是指電路的開和關或者說是觸點的接通和斷開。一般開關量裝置通過內部繼電器實現開關量的輸出。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO）。

采用單片機開關量控制系統來代替繼電器控制裝置實現邏輯控制有以下優點：1）常規的繼電器控制裝置在設計和安裝上，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。2)編程方便，現場可修改程序；3)維修方便，采用模塊化結構；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)數據可直接送入管理計算機；7)成本可與繼電器控制裝置競爭；8)在擴展時，原系統只要很小變更；豐富的I/O接口，如：按鈕、行程開關、接近開關、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等可直接連接。

2 MCS—51單片機多路開關控制系統硬件設計

2.1 80C31單片機控制系統硬件簡介

在本設計中,從經濟上以及性能上考慮，筆者選用80C31作為CPU。本系統是由80C31單片機為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,輔以穩壓電源電路組成八路輸入、八路輸出硬件系統，配合相應的軟件和現場的各類傳感器及變送器；按鈕；行程開關；接近開關；電磁線圈；控制閥；繼電器；接觸器及各類執行機構等可以實現低于八路任何開關量信號的輸入檢測、輸出控制，具有一定的通用性和靈活性，并成功應用在閃蒸造粒設備上。

2.2 MCS-51單片機控制系統輸入輸出電路

2.2.1 輸入電路設計。一般輸入信號最終會以開關形式輸入到單片機中，從工程經驗來看，開關量輸入的控制指令有效狀態采用低電平比采用高電平效果要好得多。S1接現場開關并與地相連，當按下開關Sl時，發出的指令信號為低電平，而平時不按下開關S1時，輸出到單片機上的電平則為高電平。該方式具有較強的耐噪聲抗干擾能力。其中，S1為開關量輸入端，正常狀態下開關管Q1經電阻分壓電容濾波后處于導通狀態，單片機P3.0口接收的信號是高電平；當板外的開關信號接通后，使開關管Q1立即截止，開關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P3.0口接收到的信號是低電平。

2.2.2 輸出電路設計。單片機輸出電路與輸入電路相反，它是把單片機輸出低電平信號經六反相器MC74F04變成高電平后，驅動三極管G8導通，由三極管集電極輸出一開關信號，驅動繼電器，電磁伐，接觸器等等一些現場控制元件，進而控制一些電氣設備，達到控制整個系統之目的。

3 閃蒸造粒設備單片機控制系統

3.1 閃蒸造粒系統設備簡介

閃蒸造粒設備是遼寧精化科技有限公司（簡稱該公司）生產工藝中的后處理設備，在生產中處于重要崗位，其各種機械和電氣性能直接影響產品的質量，自動化程度要求很高；早在1989年該公司引進丹麥閃蒸造粒設備其各種性能及自動化程度非常高，至今應在使用。基于以上所述，在新的閃蒸造粒設備制造過程中，在電氣系統配備上借鑒國外先進技術、先進理念、依據實際情況，采用自主開發的MCS—51單片機多路開關控制系統，實現對整個系統開關信號檢測、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。

閃蒸造粒系統包括閃蒸干燥塔,喂料槽,喂料螺旋,引風機,鼓風機,放料星形伐,布袋除塵器等主要設備,其中布袋除塵器的振袋器也是用自主開發的單片機八路輸入、八路輸出板來實現控制的；下面分別闡述振袋器和模擬顯示屏及報警兩控制系統的具體實現。

3.2 閃蒸造粒系統模擬屏及報警接線原理框圖

80C31單片機接口部分說明。由于閃蒸設備電氣輸入信號為14個，輸出信號為7個,故選用兩塊1#和2#單片機板并聯使用，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#單片機板串聯使用，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單片機多路開關控制系統程序設計

4.1 程序設計概要

本系統軟件程序開發，使用的計算機語言是匯編語言。程序的實現是當單片機通過輸入電路從輸入接口檢測到開關閉合、或斷開信號（低有效“0”）后，單片機通過選定的算法或邏輯關系進行運算和判斷后，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、接觸器等執行元件動作，進而實現控制現場用電設備的功能。

4.1.1 閃蒸系統模擬屏顯示及報警主程序原理。程序先進行軟件的初始化，再對系統各部分電氣開關進行檢測實現如下功能：1）按試驗按鈕一次燈閃、鈴響，再按一次燈滅、鈴停；2）如開關合上則模擬屏上燈亮，如開關斷開則燈不亮，但不報警；3）如電機過載或出現故障，則燈快閃、報警鈴響；4）按復位按鈕后，燈快閃、報警鈴不響；復位、故障消除后燈滅、報警鈴不響。

4.1.2 閃蒸系統袋式捕集器振袋器主程序原理。在本系統中14個電磁伐用兩塊控制板串聯使用，主要實現以下功能：由軟件采用中斷方式實現的，每10S對一路電磁伐進行300MS的定時噴吹，當第一塊板檢測到開關信號后開始對第一個電磁伐進行控制，當一個循環完成后發出一信號給第二塊板，由第二塊板接著執行上述操作，板循環完也發出一信號給第一塊板，再由第一塊完成上述操作，直至開關斷開。

5 總結與展望

通過本次的單片機多路控制系統的應用，筆者對單片機的控制原理和設計方法有了更深刻的理解和掌握。并通過在閃蒸造粒系統中的應用取得了現場實際經驗，為安全生產提供了可靠的檢測及控制手段。縱觀我們現在生活的各個領域，從導彈的導航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網絡通訊與數據傳輸，到工業自動化過程的實時控制和數據處理，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。在單片機產生后，我們就將控制這些東西變為智能化了，我們只需要在單片機外圍接一點簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔心精度達不到了。所以，它的魔力不僅是在現在，在將來將會有更多的人來接受它、使用它。所以，單片機應用在我國是有著廣闊前景的。

[1]戴佳，苗龍，陳斌.51單片機應用系統開發典型實例[M].中國電力出版社.

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[5]吳國經單片機應用技術。北京：中國電力出版社