摘要：本文主要介紹一種基于STC12C5A60S2單片機控制智能型防爆電抗器控制器的設(shè)計，可對電流、電壓、溫度等多個信號進行采集，具有時間型、電流型、時間和電流型等多種起動控制方式，起動完成后監(jiān)控正常運行狀態(tài)下的電流以及電抗器本體溫度的情況．完全充當(dāng)開關(guān)來控制電抗器實時動作，并可實時將起動電抗器各種數(shù)據(jù)通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)到地面監(jiān)控室，保證系統(tǒng)的正常運行。

　　1、防爆電抗器控制器的硬件設(shè)計

　　設(shè)計采用STC12C5A60S2單片機為控制核心．由傳感器完成對電流信號、電壓信號、溫度信號等多個模擬信號的采樣．模擬信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號送入單片機進行處理由于單片機的處理速度是S級，所以對系統(tǒng)保護和控制更準(zhǔn)確更快速．能保證電動機以多種方式進行起動，同時還可以通過485通訊接口和電力電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)進行聯(lián)機通訊，以實現(xiàn)對井下電網(wǎng)的集成化控制?？刂破鞯挠布到y(tǒng)如圖2所示。

　　1.1硬件選型設(shè)計

　?。?）系統(tǒng)控制核心

　　控制器的系統(tǒng)控制核心采用宏晶的單時鐘單片機STC12C5A60S2。它具有高速度、低功耗、超強抗干擾等特點．是一款基于8051內(nèi)核的SOC．內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路、2路PWM、8路高速l0位A／D、60K的F1ash、1280BSRAM、2個16位定時器、32個I／O接口、2個PCA定時器、2個DR。同時具有看門狗、外部實時低壓檢測中斷、EEPROM、獨立波特率發(fā)生器、外部可調(diào)門檻電壓等，是一款針對強干擾場合的電機控制型單片機．非常適合井下粉塵多、濕度大的惡劣工作環(huán)境。

　?。?）溫度采集模塊

　　對溫度信號的采集采用DALLAS的DS18B20。該模塊具有小體積、單總線、強抗干擾、高精度等優(yōu)點．可直接將溫度轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供處理器處理該模塊與單片機通過單線連接，電路簡單。

　　（3）液晶顯示模塊

　　為了給現(xiàn)場工作人員提供一個方便的人機界面．控制器采用HS12864—15液晶顯示模塊。該模塊采用3線串行多種接口方式．顯示分辨率為128x64．內(nèi)置8192個16“16點漢字和128個16”8點ASCII字符集．顯示8x4行16x16點陣的漢字或16x4行16x8點陣的ASCII碼字符．還可完成圖形顯示。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令．可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。并且低電壓、低功耗、低價格，是一款性價比較高的模塊。

　　（4）電流采集模塊

　　控制器的電流采集選擇使用TR0142—2SB雙屏蔽抗干擾型電流變換器．它具有電路簡單。無須外接工作電源；過載能力強，能承受額定電流1060倍瞬時沖擊不飽和：電流電壓一次變換到位．直接將被測電流隔離轉(zhuǎn)換成電壓輸出的特點。選用TRO142—2SB的規(guī)格為150A／3．53V．輸入電流額定值5A，精度0．1．角差《10，最大過載電流150A。工作環(huán)境一25～+65℃．外殼材料為阻燃PBT／阻燃ABS．抗干擾能力強．適合井下復(fù)雜惡劣的環(huán)境。

　　1.2I/o分配設(shè)計

　　由于控制器電路中有多路外部I／O開關(guān)量信號以及多路電流電壓模擬信號，同時還有液晶顯示、通訊信號和按鍵．所以對其I／O口使用情況設(shè)計如表1所示

　　1.3按鍵電路設(shè)計

　　系統(tǒng)設(shè)計采用3個獨立按鍵，功能分別為：確定（SI）、移位（S2）、取消（S3），用于對系統(tǒng)參數(shù)進行調(diào)整。由于按鍵少。設(shè)計中采用獨立按鍵，按鍵輸入采用低電平有效

　　1.4輸出電路設(shè)計

　　輸出電路要控制高壓真空接觸器斷開或閉合對輸出電路的設(shè)計采用光電耦合器進行隔離．保證輸人端與輸出端完全實現(xiàn)電氣隔離輸出電路如圖3所示。

　　2、軟件設(shè)計

　　主程序是控制器軟件結(jié)構(gòu)的示意圖主程序流程如圖4所示電抗器控制器上電工作后．進入主程序人口．完成程序初始化。主要是一些外圍設(shè)備的初始化初始化完成后設(shè)置按鍵進行電流、溫度、時間等參數(shù)的設(shè)定工作，進入起動初始屏。將采集到的溫度、絕緣性能、電壓等數(shù)據(jù)進行分析、處理、判斷是否達(dá)到起動條件，如果達(dá)到起動條件時．控制主接觸器吸合，控制電動機正常起動。同時對起動過程中的電機進行監(jiān)測，程序?qū)Σ杉碾娏鳌囟?、時間進行實時監(jiān)控、處理、分析和顯示，同時判斷電流、時間、溫度是否超限，一旦超限．控制器控制主接觸器KM1對電動機進行保護。若正常起動后，控制器實時測量電流、電壓、溫度、絕緣性能并對電機正常運行時的狀態(tài)進行保護。

　　3、輸出電路

　　圖中電路中單片機輸出控制信號經(jīng)緩沖器7407放大后送入光耦。電阻R2為光耦輸出光敏晶體管的負(fù)載電阻，R2的選取應(yīng)保證：光耦內(nèi)部的LED發(fā)光使輸出光敏晶體管導(dǎo)通可靠飽和：而在光耦晶體管截止時，T1可靠飽和。由于光耦響應(yīng)速度慢使開關(guān)延遲時間加長。限制了光耦使用頻率。注意：直流電源Vcc考慮必須另外采用一組獨立的直流電源．不可與單片機的直流電源共享。

　　4、結(jié)語

　　本文中幾種輸出電路通過廣泛的應(yīng)用表明．設(shè)計合理、可以可靠地實現(xiàn)單片機與電氣控制系統(tǒng)的連接．具有較高的工程實用價值。在設(shè)計單片機輸出電路時，電路的結(jié)構(gòu)及參數(shù)選擇是致關(guān)重要的，一旦被疏忽。往往會使輸出電路工作不可靠，造成系統(tǒng)不能正常運行。正確的選擇和使用輸出電路對合理地設(shè)計電氣控制系統(tǒng)，提高電路的接口驅(qū)動能力增強系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力有實際指導(dǎo)意義。在實際使用中應(yīng)根據(jù)控制系統(tǒng)運行現(xiàn)場等情況綜合考慮，來選擇合適的輸出電路。