基于PIC16F87X的電磁繼電器控制設(shè)計(jì)

0 引言
　　電磁繼電器是自動(dòng)控制中常用的一種元器件,它利用電磁原理實(shí)現(xiàn)接通或斷開一個(gè)或一組接點(diǎn)的一種自動(dòng)開關(guān),廣泛應(yīng)用在電子設(shè)備、儀器儀表及自動(dòng)化設(shè)備中。但在各種自動(dòng)控制設(shè)備中,都存在一個(gè)低壓的自動(dòng)控制電路與高壓電氣電路的互相連接問(wèn)題:一方面要使低壓的電子電路的控制信號(hào)能夠控制高壓電氣電路的執(zhí)行元件;另一方面要為電子線路和電氣電路提供良好的電隔離,以保護(hù)電子電路和人員的安全。為此,采用PIC16F87X單片機(jī)控制電磁式繼電器嘗試完成這一橋梁作用。
1 電磁繼電器工作原理
　　電磁繼電器是在輸入電路內(nèi)電流的作用下,由機(jī)械部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生預(yù)定響應(yīng)的一種繼電器。電磁繼電器一般由控制線圈、鐵芯、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成,控制線圈和接點(diǎn)組之間相互絕緣,為控制電路起到良好的電氣隔離作用。它主要利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作,當(dāng)在繼電器的線圈兩頭加上其線圈的額定的電壓時(shí),線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流,從而產(chǎn)生電磁效應(yīng),銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合;當(dāng)線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置,使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。繼電器的吸合、釋放就在電路中起到了接通、切斷的開關(guān)作用。選擇電磁繼電器應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
　 （1）繼電器額定工作電壓的選擇。在使用繼電器時(shí),應(yīng)首先了解繼電器所在電路中的工作電源電壓,繼電器的工作電壓應(yīng)等于該電壓,或者電路電源電壓為繼電器工作電壓的80%,也可保證繼電器正常工作,但不能使電路工件電壓超過(guò)繼電器額定工作電壓,否則繼電器線圈易燒毀。
　　（2）繼電器觸點(diǎn)負(fù)載的選擇。應(yīng)根據(jù)繼電器所控制的電路特點(diǎn)來(lái)確定觸點(diǎn)負(fù)載的數(shù)量及形式,再以觸點(diǎn)控制電路中電流的種類、電壓及電流的大小來(lái)選擇觸點(diǎn)容量的大小。觸點(diǎn)容量的大小是反映加在觸點(diǎn)上的電壓和通過(guò)觸點(diǎn)電流的能力,一般觸點(diǎn)的負(fù)載不應(yīng)超過(guò)觸點(diǎn)的容量。
　　（3）繼電器線圈電源的選擇。在通常情況下,電路設(shè)計(jì)都采用直流電的繼電器,也可根據(jù)控制電路的特點(diǎn)來(lái)考慮繼電器的種類,還要考慮繼電器所消耗的功率。
　　（4）繼電器動(dòng)作時(shí)間的選擇。應(yīng)根據(jù)實(shí)際電路對(duì)被控對(duì)象動(dòng)作的時(shí)間要求,選擇繼電器的動(dòng)作時(shí)間和釋放時(shí)間。也可在繼電器電路中附加電子元器件來(lái)加速或延緩繼電器的動(dòng)作及釋放時(shí)間,以滿足不同的要求。
　　（5）工作環(huán)境條件。選用繼電器時(shí),還應(yīng)考慮環(huán)境的溫度、工作壽命以及沖擊振動(dòng)等。
2 PIC16F87X控制電路設(shè)計(jì)
2.1PIC16F87X的特性
　　Microchip公司推出的PIC16F87X系列8位單片機(jī)是采用精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)和Flash存儲(chǔ)技術(shù)的高性能嵌入式單片機(jī),它運(yùn)行速度快、擴(kuò)展功能豐富、功能強(qiáng)大、邏輯結(jié)構(gòu)清晰,還具有在線編程,上電、掉電復(fù)位保護(hù)和看門狗等功能。
2.2繼電器控制電路原理
　　基于PIC16F87X的諸多特性,設(shè)計(jì)了PIC16F87X控制繼電器的硬件電路（見圖1）。

　圖1PIC16F87X控制繼電器電路原理圖當(dāng)單片機(jī)的RD0引腳輸出低電平時(shí),光耦U1截止,繼電器線圈兩端無(wú)電位差,繼電器銜鐵釋放,繼電器常開觸點(diǎn)釋放,相當(dāng)于開關(guān)斷開;當(dāng)單片機(jī)的RD0引腳輸出高電平時(shí),光耦U1飽和導(dǎo)通,24V電源加到繼電器線圈兩端,繼電器吸合,其常開觸點(diǎn)閉合,相當(dāng)于開關(guān)閉合。
　　在光耦截止瞬間,線圈中的電流不能突變?yōu)榱?繼電器線圈兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較高電壓的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),應(yīng)在線圈兩端并上一個(gè)二極管D1,使線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)D1釋放,保護(hù)三極管免被擊穿,并消除感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)其他電路的干擾。2.3PIC16F87X控制軟件設(shè)計(jì)PIC16F87X控制軟件在MPLABIDE環(huán)境下用C語(yǔ)言開發(fā),利用Hitech公司開發(fā)的PICC編譯器進(jìn)行編譯,程序流程如圖2所示。