基于STC8系列单片机的继电器控制电路设计

2019-08-12李虹静李升辉

科技与创新 2019年13期

李虹静，李升辉

李虹静，李升辉

（华中科技大学工程实训中心，湖北武汉 430074）

继电器是一种电控制器件，它具有控制系统和被控制系统，是当电、磁、声、光、热等输入量达到一定值时，输出量会产生跳跃式变化的一种自动控制器件。继电器广泛应用于电力保护，自动化控制，远程遥控、测量以及各类通信等装置中，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用，具有动作时间短、工作稳定、寿命长、体积小等优点，是用小电流控制大电流运作的一种控制开关。对基于STC8系列单片机的继电器控制电路设计进行了研究，利用STC8系列单片机的GPIO口，采用PNP三极管放大GPIO口的驱动电流，从而实现继电器电源的开启和关闭，最终实现对继电器电源的控制。

继电器；STC8；三极管；硬件设计

1 引言

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于电力系统、遥控、通讯、自动控制、机电设备电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。

继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构，也称作输入部分；有能对被控电路实现“通”“断”控制的执行机构，也称作输出部分；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离、功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构，也称作驱动部分[1-3]。

继电器主要有以下作用：①扩大控制范围。可通过小电流来控制大电流的运作，以多触点继电器控制为例，一旦它的信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。②放大。具有放大功能的继电器，如灵敏型继电器、中间继电器等，它们是使用一个很微小的控制量控制很大功率的电路。③综合信号。常在多绕组的继电器上面得以体现，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过继电器内部对信号的比较综合，从而达到预定的控制效果。④自动、监测。与其他电器一起可以组成程序控制线路来实现自动化运行。

继电器控制电路一般由电源电路、MCU电路系统（内嵌软件）、继电器控制电路组成。电源电路的主要功能是将外部电源转换为整个继电器控制电路所需的电源，依据所输入的电源类型不同，需要做出不同的电源转换电路。MCU电路系统的主要功能是通过接收外部的控制命令，操控不同的GPIO口的输出电平。继电器控制电路则是依据MCU电路系统的GPIO口输出电平的不同，控制继电器的吸合以及断开。

本文对基于STC8系列单片机的继电器控制电路设计进行了研究，利用STC8系列单片机的ISP功能，可以轻松地实现程序烧录与仿真，同时采用PNP三极管对单片机的管脚电流进行放大，满足了继电器吸合条件，具有控制速度快、成本低的特点。

2 继电器控制电路设计

依据继电器控制电路的各个组成部分，其硬件设计主要在于电源电路、MCU电路和继电器控制电路。

由于电源采用的是12 V直流电源输入，而STC8系列单片机选用的是STC8F2K08S2，其电源是5 V直流，其他的主要芯片及继电器均可采用5 V直流电源。因此，电源电路只需要使用一个DC/DC转换芯片即可实现。电源电路的原理如图1所示。

MCU控制电路部分采用的STC8系列芯片，可以直接5 V供电。但是由于STC8系列单片机需要使用IP技术进行程序烧录和仿真，因此，需要配合RS232驱动芯片来实现ISP功能，其电路原理如图2所示。继电器驱动电路则采用的是PNP三极管来实现，其电路原理如图3所示。

当MCU的IO1口为低电平时，Q16三极管导通，继电器RE1上电吸合；当MCU的IO1口为高电平时，Q16三极管断开，继电器RE1断电断开。二极管D17起到保护作用，R28和C6组成RC电路则使得继电器触点在吸合和断开时，能够减小对电路的冲击影响。

3 结论

本文首先对基于STC8系列单片机的继电器控制电路进行了整体分析，确定了其设计及控制原理，并对电源电路、MCU控制电路及继电器驱动电路分别进行了设计。其中，MCU控制电路采用了国产STC8系列单片机，完全可以满足控制电路对MCU的使用要求。最后对整个基于STC8系列单片机的继电器控制电路设计进行了总结，经过实际验证，达到了设计需求。