基于PIC18F6527的电磁继电器控制系统

摘要：为了实现电磁继电器的实时开关控制，确保人员安全和系统的可靠性，设计了根据倾角传感器的输出电压，以PIC18F6527为核心的继电器智能控制系统，并给出了硬件电路图，程序流程框图和部分源程序。该智能控制系统结构简单，可靠性高，在液压系统的电磁阀控制、电机控制等过程中具有很高的实用价值。
关键词：倾角传感器；PIC18F6527；电磁继电器；实时控制

    电磁继电器是自动控制系统中应用比较广泛的一种电子元器件，在实际应用时，如何根据控制电路的特点和负载的数量及形式来正确选择和使用继电器呢?在控制电路中，不仅要保证低压电路的控制信号能够控制高压的执行部件，还要采用隔离器件保障电路和人员的安全，为此，单片机的外围电路设计和继电器的正确使用在系统中起着关键性的作用。

1 基于PIC18F6527继电器控制系统设计
1．1 系统总体构成和工作原理
    该控制系统主要由倾角传感器WDD35D-4，AD7706，PIC18F6527，电磁继电器JQC-3F及其外围电路组成。整个系统采用5 V工作电压，低功耗设计，与继电器的接口进行光电隔离，降低了外部干扰，提高了系统工作的可靠性。传感器的电压输出范围为0～5 V，对系统上电后，AD7706将实时地采集传感器的输出模拟信号，并通过串口发送到上位机，PIC18F6527通过软件编程对输出电压进行判断，当采集到的电压大于或等于2．5 V时，单片机发出控制信号，将继电器接通，当采集到的电压小于2．5 V时，控制信号将驱动继电器断开。整个控制过程不断循环，实现了对继电器的实时控制功能。
1．2 系统各部分工作原理和硬件电路图
    倾角传感器选用的是北京昆仑传感技术中心生产的一款导电式塑料电位器WDD35D-4，阻值为5 kΩ，独立线性度为0．1％，其功能是把一个机械位移转换成电信号，使内部产生一个电压分配器，当转轴转动时，电位器的阻值分配就会改变，继而使输出端的电压发生变化。导电塑料电位器价格相对便宜，低温下输出变化小，低扭矩操作和高速应用是它的显著优点。设计中传感器的供电电压是5 V，因此输出电压范围为0～5 V，AD采集后通过串口发送到上位机的数据范围为0000-FFFF。
    AD7706是AD公司推出的16位AD转换器，它具有3个准差分输入通道，带有增益可编程放大器，可用于直接测量传感器输出的低频模拟信号，其优点是分辨率高、低功耗、动态范围广、自校准等。设计中AD的供电电压和参考电压都为5 V，引脚串行时钟输入口SCLK，片选／CS，复位／RESET，指令或数据输入DIN，转换结果输出DOUT，状态信号／DRDY作为与单片机的通讯端口。传感器的输出模拟信号由AD7706进行采集，并通过单片机的指令信号将数据通过串口发送到上位机。
    PIC18F6527是Microehip公司推出的高性能单片机，该处理器采用纳瓦技术，功耗低，运行速度快，功能强大，抗干扰能力强，具有丰富的外围接口，如CCP模块、MSSP模块、EUSART模块、AD转换模块等。PIC18F6527在整个控制系统中处于核心地位，外围硬件电路和软件编程都是围绕着单片机展开的，设计中单片机的供电电压是5 V，系统采用的是外部晶振7．372 8 MHz。引脚中RD3～RD7，RB0是与AD7706相连接的端口，负责采集传感器的实时电压，RC6，RC7是与电平转换芯片MAX232相连接的端口，负责将采集数据发送到上位机，RF6是与继电器电路相连接的端口，负责驱动或断开继电器。单片机将AD采集到的数据实时的发送到上位机，然后对采集到的数据进行判断，决定继电器的开关状态。当AD采集到的高八位数据大于或者等于128时，将RF6置为高电平，继电器的常闭触点断开，相当于开关闭合，当AD采集到的高八位数据小于128时，将RF6置为低电平，继电器的常闭触点吸合，相当于开关断开。
    电磁继电器JQC-3F通常用于自动控制电路中，它实际上是一种“自动开关”，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。设计中采用5 V电压驱动继电器，在继电器的线圈两端并上一个二极管，可以保护三极管被击穿，释放线圈产生的感应电动势，并消除对电路的干扰。单片机和继电器之间的光耦EL817起到了隔离的作用，还可以消除对负载的影响。
    整个硬件电路图如图1所示。

1．3 系统软件流程框图和部分源程序
    PIC18F6527可以用C语言来完成程序设计，首先要对系统和各芯片进行初始化，然后通过调用子程序来完成数据采集和控制继电器动作的功能。软件开发环境为MAPLAB IDEV8．60，并利用Hitech公司开发的PICC编译器进行编译，还可以在线调试，最后用ICD3把程序烧写到单片机中，当系统上电时，便可以完成实时控制。程序流程图如图2所示。

    系统软件是用C语言来完成的，其使用方便，灵活，执行效率高。其中部分源程序如下：
   
   

2 实验结果分析
    AD7706采集到传感器的值通过串口显示在上位机的串口调试助手窗口中，或者可以通过电压表测量传感器的输出电压，利用该值可以确定继电器的通断情况，下面将随机采集到的10个样本列表如表1所示。

    由表1可以看出，改变传感器的输出电压，可以实时调节继电器的通断，正确率为100％。说明这个控制系统是可行有效的。

3 结论
    设计的基于PIC18F6527的控制系统能够实现对电磁继电器的实时控制，并且该系统结构简单，响应速度快，可靠性高，在工业系统控制、农业机械控制等都有广阔的应用前景。