基于AVR單片機的發電機負荷缸多路遙控開關量數字遙控并編解碼的實現

負荷缸是船舶電力核心發電機性能的負荷試驗必備的重要工裝設備，通過負荷試驗，可以檢驗發電機長期工作的性能穩定的情況(靜態特性)和對突加突卸負荷的應變能力(動態特性)

AVR單片機具有高性能低價格的優點，在本文中利用AVR單片機對發電機負荷缸的多路遠程遙控開關量進行采集監控并進行數字信號編解碼，用2芯的電纜取代原來40芯的粗電纜傳輸控制信號，有效地解決了工作中遇到的問題。

1 問題的提出

我們通過把由發電機供電的通電極板放到負荷缸水電阻中，用充氣升降極板和補給水調節水電阻大小的方法控制試驗發電機所帶負荷的大小，對發電機的性能進行試驗。體積龐大的負荷缸一般放置在碼頭，在船舶發電機的負荷試驗中需要在船舶配電板處控制負荷缸的各個部件，所以我們在船舶配電板處安裝了負荷缸遙控臺，通過一條40芯約100 m長的多芯電纜連接負荷缸和遙控臺?？刂凭€路連接如圖1所示。

在多年的使用經驗中發現存在以下問題：

(1)因為電纜芯線繁多，工人接線時往往出現接錯線的問題，導致遙控臺沒法正常工作，需耗費時間進行調試。

(2)這條多芯的電纜非常大，在每次試驗安裝的時候需要耗費很多人力進行拉放。

(3)經過長期多次的使用，會出現電纜芯線折斷無法正常使用的現象，導致在試驗期間需花費人力進行檢查。

鑒于以上存在的問題，我們提出了以下的設想：尋找一種方法對這些多路遙控開關信號進行編碼傳送，然后在另一端進行解碼，使得可以用兩芯或較少的芯線來取代這條多芯電纜。

2 解決方案

對于以上遙控臺和負荷缸連接原理圖，因為在遙控臺上由負荷缸供電的低水位回傳信號指示燈等可以容易地改為由遙控臺端供電，而在負荷缸端只提供開關量信號，于是實際的問題便變成了實現一種對多路遙控開關和返回開關量信號進行編碼。剛開始考慮到采用T型電阻網絡對這些開關進行采樣，用A／D，D／A轉換的方法實現，但為了保證信號長距離傳輸的可靠性，決定用數字信號的方式對這些開關量進行編解碼，隨著技術的進步使這種設想成為可能，經過綜合比較，我們決定選用功能強大，價格便宜的ATMEL Mega8單片機對這些開關信號進行編解碼和信號傳輸控制。

DIP封裝的ATMEL Mega8單片機只有28個管腳，除掉電源和用于單片機之間通信必要的串行端口引腳，實際可用來做信號采集和輸出的管腳遠遠不夠，然而ATMEL Mega8單片機的12 MHz的高速運行速度相對于開關動作的速度來說極其快速，通過74SL244緩沖器和74SL273鎖存器共用單片機管腳，在程序中控制緩沖器使能端，控制鎖存器時鐘信號的方法擴展單片機I／O口。

負荷缸端單片機具體連接如圖2所示。

圖2中2個74SL273鎖存器和1個74SL244緩沖器共用單片機PB和Pc端口低四位管腳，單片機通過PB4，PD3，PB5管腳分別控制第一個、第二個鎖存器的時鐘脈沖輸入端和緩沖器和使能端。我們在程序中設置單片機PB和PC端口低四位管腳為輸入狀態，控制74SL244緩沖器的使能端為低電平，并屏蔽兩個74SL273鎖存器的時鐘輸入，從而通過74SL244緩沖器采集負荷缸工作狀態開關信號；在程序中設置單片機PB和PC端口低四位管腳為輸出狀態，控制74SL244緩沖器的使能端為高電平，并讓單片機給其中一個74SL273鎖存器的加上時鐘輸人信號，從而通過74SL273鎖存器輸出一組開關狀態控制信號。