基于MCS—51单片机多路开关控制系统及应用

王玉秋 石春梅

（辽宁精化科技有限公司，辽宁 丹东 118301）

1 单片机多路开关控制系统原理

单片机控制系统由微机和工业生产对象两大部分组成，其中包括硬件电路和软件程序，整个控制系统是通过接口将计算机和生产过程联系起来实现计算机对生产过程中的数据处理和控制。

本设计介绍了由MCS—51单片机组成的八路开关量输入、八路开关量输出控制系统在闪蒸造粒设备上硬件接口和软件设计的基本思想。设计思路根据闪蒸造粒设备运行系统具体指标要求，进行分析设计制定出整个控制系统的硬件电路和软件程序两部分,利用软硬件结合，实现对电器开关信号及工作状态的自动检测和精确控制。并成功应用在袋式捕集器上的定时打袋器和电控柜模拟显示屏上,实现了和国外仪表同样的功能。

开关量是指非连续性信号的采集和输出，一般有1和0两种状态，这是数字电路中的开关性质，而电力上是指电路的开和关或者说是触点的接通和断开。一般开关量装置通过内部继电器实现开关量的输出。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO）。

采用单片机开关量控制系统来代替继电器控制装置实现逻辑控制有以下优点：1）常规的继电器控制装置在设计和安装上，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。2)编程方便，现场可修改程序；3)维修方便，采用模块化结构；4)可靠性高于继电器控制装置；5)体积小于继电器控制装置；6)数据可直接送入管理计算机；7)成本可与继电器控制装置竞争；8)在扩展时，原系统只要很小变更；丰富的I/O接口，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等可直接连接。

2 MCS—51单片机多路开关控制系统硬件设计

2.1 80C31单片机控制系统硬件简介

在本设计中,从经济上以及性能上考虑，笔者选用80C31作为CPU。本系统是由80C31单片机为CPU、74LS373芯片为地址锁存器，以及2732EPROM可擦除程序存储器、TTL集成电路74LS04（非门）六反向器及三极管等分立元件组成的输入输出电路,辅以稳压电源电路组成八路输入、八路输出硬件系统，配合相应的软件和现场的各类传感器及变送器；按钮；行程开关；接近开关；电磁线圈；控制阀；继电器；接触器及各类执行机构等可以实现低于八路任何开关量信号的输入检测、输出控制，具有一定的通用性和灵活性，并成功应用在闪蒸造粒设备上。

2.2 MCS-51单片机控制系统输入输出电路

2.2.1 输入电路设计。一般输入信号最终会以开关形式输入到单片机中，从工程经验来看，开关量输入的控制指令有效状态采用低电平比采用高电平效果要好得多。S1接现场开关并与地相连，当按下开关Sl时，发出的指令信号为低电平，而平时不按下开关S1时，输出到单片机上的电平则为高电平。该方式具有较强的耐噪声抗干扰能力。其中，S1为开关量输入端，正常状态下开关管Q1经电阻分压电容滤波后处于导通状态，单片机P3.0口接收的信号是高电平；当板外的开关信号接通后，使开关管Q1立即截止，开关管的集电极电位饱和，六反相器MC74F04接收为高位信号，输出为低位信号，故单片机P3.0口接收到的信号是低电平。

2.2.2 输出电路设计。单片机输出电路与输入电路相反，它是把单片机输出低电平信号经六反相器MC74F04变成高电平后，驱动三极管G8导通，由三极管集电极输出一开关信号，驱动继电器，电磁伐，接触器等等一些现场控制元件，进而控制一些电气设备，达到控制整个系统之目的。

3 闪蒸造粒设备单片机控制系统

3.1 闪蒸造粒系统设备简介

闪蒸造粒设备是辽宁精化科技有限公司（简称该公司）生产工艺中的后处理设备，在生产中处于重要岗位，其各种机械和电气性能直接影响产品的质量，自动化程度要求很高；早在1989年该公司引进丹麦闪蒸造粒设备其各种性能及自动化程度非常高，至今应在使用。基于以上所述，在新的闪蒸造粒设备制造过程中，在电气系统配备上借鉴国外先进技术、先进理念、依据实际情况，采用自主开发的MCS—51单片机多路开关控制系统，实现对整个系统开关信号检测、报警、控制和模拟盘显示等功能，最大限度的满足被控对象的控制要求，收到了良好的效果。

闪蒸造粒系统包括闪蒸干燥塔,喂料槽,喂料螺旋,引风机,鼓风机,放料星形伐,布袋除尘器等主要设备,其中布袋除尘器的振袋器也是用自主开发的单片机八路输入、八路输出板来实现控制的；下面分别阐述振袋器和模拟显示屏及报警两控制系统的具体实现。

3.2 闪蒸造粒系统模拟屏及报警接线原理框图

80C31单片机接口部分说明。由于闪蒸设备电气输入信号为14个，输出信号为7个,故选用两块1#和2#单片机板并联使用，作为模拟屏显示及报警信号控制板,其具体引脚控制接线如图1：P1口为输出控制信号；P3口为输入检测信号。

3.3 闪蒸造粒系统振袋器接线原理框图

由于闪蒸袋式捕集器振袋器共有十二个电磁伐工作,且每个电磁伐间隔10秒定时工作,故选用两块1#和2#单片机板串联使用，其具体引脚控制接线如图2：P1口为输出控制信号；P3口为输入检测信号。

4 MCS—51单片机多路开关控制系统程序设计

4.1 程序设计概要

本系统软件程序开发，使用的计算机语言是汇编语言。程序的实现是当单片机通过输入电路从输入接口检测到开关闭合、或断开信号（低有效“0”）后，单片机通过选定的算法或逻辑关系进行运算和判断后，输出指令来接通和断开信号（低有效“0”），通过输出电路控制继电器、电磁伐、接触器等执行元件动作，进而实现控制现场用电设备的功能。

4.1.1 闪蒸系统模拟屏显示及报警主程序原理。程序先进行软件的初始化，再对系统各部分电气开关进行检测实现如下功能：1）按试验按钮一次灯闪、铃响，再按一次灯灭、铃停；2）如开关合上则模拟屏上灯亮，如开关断开则灯不亮，但不报警；3）如电机过载或出现故障，则灯快闪、报警铃响；4）按复位按钮后，灯快闪、报警铃不响；复位、故障消除后灯灭、报警铃不响。

4.1.2 闪蒸系统袋式捕集器振袋器主程序原理。在本系统中14个电磁伐用两块控制板串联使用，主要实现以下功能：由软件采用中断方式实现的，每10S对一路电磁伐进行300MS的定时喷吹，当第一块板检测到开关信号后开始对第一个电磁伐进行控制，当一个循环完成后发出一信号给第二块板，由第二块板接着执行上述操作，板循环完也发出一信号给第一块板，再由第一块完成上述操作，直至开关断开。

5 总结与展望

通过本次的单片机多路控制系统的应用，笔者对单片机的控制原理和设计方法有了更深刻的理解和掌握。并通过在闪蒸造粒系统中的应用取得了现场实际经验，为安全生产提供了可靠的检测及控制手段。纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。所以，单片机应用在我国是有着广阔前景的。

[1]戴佳，苗龙，陈斌.51单片机应用系统开发典型实例[M].中国电力出版社.

[2]周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京航空航天大学出版社.

[3]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社.

[4]余发山.单片机原理及应用技术[M].中国矿业大学出版社.

[5]吴国经单片机应用技术。北京：中国电力出版社