單片機控制繼電器設計

1、單片機技術課程設計說明書繼電器控制目 錄一 理論部分 1-1 課題要求與內容···········································

2、3;····· 1 1-2 系統(tǒng)方案設計說明··········································&

3、#183;·· 2 1-3 系統(tǒng)硬件設計·············································

4、······ 3 1-4 系統(tǒng)軟件設計··········································

5、;········ 4二 實踐部分 2-1 系統(tǒng)硬件原理及其說明····································· 5 2-2

6、 系統(tǒng)硬件調試遇到的問題及解決方法 ················· 6 2-3 相關系統(tǒng)軟件 ···························

7、3;···················· 7 2-4 系統(tǒng)軟件程序 ···························&#

8、183;···················· 8 2-5 系統(tǒng)軟件調試遇到的問題及解決方法·················· 9三 小結 ······&#

9、183;·················································&#

10、183;····· 11四 參考文獻 ··········································

11、3;············ 13設計題目：繼電器控制一 理論部分1課題要求與內容設計目的：掌握用繼電器的基本方法和編程。設計要求：利用P1口輸出高低電平，控制繼電器的開合，以實現(xiàn)對8個外部電路的開關控制，每個通道用一個按鍵控制，并且要有LED數(shù)碼管狀態(tài)顯示開關狀態(tài)，要求有光電隔離。2 系統(tǒng)方案設計說明三極管看成一個控制開關器件。通+5v電源后三極管導通，初始狀態(tài)為繼電器是吸合狀態(tài)。當單片機接受指令后，相應的三極管基極變化為0V左右，使三極管處于截止狀態(tài)。方案一：三極管位于繼

12、電器下方，此種的連接方法三極管沒有工作在飽和狀態(tài)，即VCE未達到典型值0.2V，使得繼電器線圈兩端電壓未達到理想值，一般達到4.4V。改變電阻R可得到測試結果如下：1）R=2K，VCC=5V，此時VCE=0.96V，線圈電壓4.04V。2）R=4K，VCC=5V，此時VCE=1.2V，線圈電壓3.8V3）R=6K，VCC=5V，此時VCE=1.6V，線圈電壓3.4V。這幾種情況下，三極管工作在放大狀態(tài)。而繼電器要求三極管工作在飽和區(qū)，作為開關來使用。改變R的值，可得到想要的結果。采用下圖可得到結果如下：（1）R=2K，VCC=5.02V，此時VCE=0.037V，線圈電壓4.983V。（2）R

13、=6K，VCC=5.02V，此時VCE=0.06V，線圈電壓4.96V?？梢?，R大小對線圈兩端電壓影響較小，達到繼電器要求。三極管一直工作在飽和區(qū)，達到設計要求。 單獨測試繼電器，VCC緩慢增加時，到3.4V時吸合；VCC下降到1.1V是斷開。如果三極管沒有工作在飽和區(qū)，即便線圈兩端有4.0V以上的電壓，繼電器吸合了，但工作狀態(tài)不太穩(wěn)定。3 系統(tǒng)硬件的設計單片機的選擇：本次設計選用的單片機為AT89C52。AT89C52單片機是一種低功耗，高性能的8位微處理器，具有8K在可編程Flash存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳兼容。片

14、上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)。圖1 AT89C52單片機引腳圖AT89C52具有以下主要性能：1、與MCS-51單片機產品兼容； 2、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器； 3、1000次擦寫周期； 4、全靜態(tài)操作：0Hz-33MHz； 5、三級加密程序存儲器； 6、32個可編程I/O口線； 7、三個16位定時器/計數(shù)器； 8、六個中斷源； 9、全雙工UART串行通道； 10、低功耗空閑和掉電模式； 11、掉電后中斷可喚醒； 12、看門狗定時器； 13、雙數(shù)據(jù)指針

15、； 14、掉電標識符 。繼電器的選擇： 一、繼電器的分類    繼電器是一種根據(jù)電氣量（如電壓、電流等）或非電氣量（如熱、時間、壓力、轉速等）的變化接通或斷開電路以實現(xiàn)自動控制和保護電力拖動裝置的電氣。繼電氣一般由感測機構、中間機構和執(zhí)行機構三個基本部分組成。感測機構把感測到的電氣量傳遞給時間機構，將它與額定的整定值進行比較，當達到整定值（過量或欠量）時，中間機構便使執(zhí)行機構動作，從而接通或斷開被控電路。   繼電器的種類很多，按用途可分為控制繼電器和保護繼電器；按輸入信號的性質可分為電壓繼電器和溫、電流繼電器、時間繼電器、

16、速度繼電器、壓力繼電器和溫度繼電器等；按工作原理可分為電磁式繼電器、感應式繼電器、熱繼電器和電子式繼電器等；按動作時間可分為瞬時繼電器和延時繼電器等。    二、繼電器的工作原理和選特性1 電磁式繼電器的工作原理和特性  電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點等組成。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會有電流流過，從而產生電磁效應，銜鐵就在電磁力吸引的作用下克服反彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）

17、吸合。這樣吸合、釋放從而達到電咱的導通斷開目的。  對于繼電器的“常開”、“常閉”可以這樣來區(qū)分；繼電器線圈未通電進處于斷開狀態(tài)的為靜觸點，稱為“常開觸點”，處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。2 熱敏干簧繼電器的工作原理和特性  熱敏干簧繼電器是利用熱敏磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關。它由感溫磁環(huán)、恒磁環(huán)、干簧管、導熱安裝片、塑料襯底及其他一些附御組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵磁，而由恒磁環(huán)產生的磁力驅動開關動作。恒磁環(huán)能否向干簧提供磁力是感溫磁環(huán)的溫控特性決定的。3 固態(tài)繼電器（SSR）的工作原理  固態(tài)繼電器是一種兩個接

18、線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現(xiàn)輸入/輸出的電隔離。   固態(tài)繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式分可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型實際應用中以光電隔離型為最多。4電流繼電器的工作原理和特性   電流繼電器是根據(jù)線圈中電流的大小而接通或斷開電路的繼電器。電流繼電器的線圈串接在電路中，為了不影響電路工作情況電流繼電器吸引線圈少，導線粗，當線圈電流高于整定值動作的繼電器稱為過電流繼電器；低于整定值時動作的繼電器稱為欠電流繼電器。  過電流繼電器在正常工作時，電流線

19、圈通過的電流為額定值，所以產生的電磁力不足以克服反作用彈力；常閉觸頭仍保持閉合狀態(tài)，當通過線圈的電流超過整定值后，電磁吸力大于反作用彈簧拉力，鐵心吸引銜鐵，使常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，過電流細繼電器主要用于頻繁、重載啟動場合、作為電動機或主電路的短路和過載保護，欠電流繼電器常用于直流電動機和磁吸盤的失磁保護。5熱繼電器的工作原理和特點   熱繼電器是一種利用電流的熱效應業(yè)切換電路的保護電路，在電路中用做電動機的過載保護。   熱繼電器的工作原理：當電動機繞組因過載引起過載電流時，發(fā)熱元件的產生的熱量足以使主雙金屬片彎曲，推動導板向右

20、移動以推動了溫度補償片使推桿繞軸轉動，推動觸頭連桿，使動觸頭與靜觸頭分開，從而使電動機線路中的接觸器線圈斷電釋放，將電源切斷，起到了保護作用。   溫度補償片用來補償環(huán)境溫度對熱繼電器動作精度的影響；它是由與主雙金屬片同類型的雙金屬片制成。  三、繼電器主要產品技術參數(shù)  a.額定工作電壓是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓也可以是直流電壓。  b.直流電阻是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬用表測量。   c.吸合電流是指繼電器能夠產

21、生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作，而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產生較大的電流而把線圈燒毀。   d.釋放電流是指繼電器產生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到了定程度時，繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態(tài)。這時的電流遠遠小于吸合電流。   e.觸點切換電壓和電流是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。四、電磁繼電器的測試  

22、0;1.測觸點電阻   用萬用表的電阻擋測量常閉觸點與動點電阻，共阻值應為0；而常開觸點與動觸點的阻值就是為無窮大；由此以區(qū)加別哪個是常開觸點，哪個是常閉觸點。    2.測線圈電阻   用萬用表R*10擋測量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在開路現(xiàn)象。    3.測量吸合電壓和吸合電流給繼電器輸入一組電壓，且在供電回路中串入電流表進行監(jiān)測，慢慢調高電源電壓，聽到繼電器吸合聲時，記下該吸合電壓和吸合電流，為求準確，可以多試幾次而求平均值。  

23、0; 4.測量釋放電壓和釋放電流像上述那樣連接測試，當繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸低供電電壓，當聽到繼電器再次發(fā)生釋放聲音時，記下此時的電壓和電流，如需要的話可多試幾次，取得釋放電壓和釋放電流的平均值。五、電磁繼電器的應用   1、工你電路是有危險的高壓電路，通過電磁繼電器可利用低壓控制高壓。   2、工作場所溫度高或環(huán)境不好，可以利用電磁繼電器來實現(xiàn)遠距離操作本次設計選擇匯港HRS1H-S-DC5V電磁繼電器。主要技術參數(shù)：長x寬x高(mm)：15.5x10.5x11.8特性：.高靈敏度.DIL 端子 .浪涌耐壓達 1500V

24、 ,依據(jù)FCC68.負載電流高達 5A觸點型式：1A/1B/1C觸點材料：AuAg/Ag Alloy額定通斷電流：1A 120VAC/24VDC最大通斷電壓：30VDC/220 VAC最大通斷電流：2A最大通斷功率：120VA 30W最小通斷電流及電壓：5VDC 1mA觸點接觸電阻m(首次)(6VDC 1A)：50線圈電壓：5V線圈功耗(mW)：200介質耐壓觸點間/線圈和觸點:750V/1,000V絕緣電阻(M):100電壽命(次)/機械壽命：100,000/10,000,000工作環(huán)境.溫度范圍：-25 - +70吸合時間：最大5 ms釋放時間：最大5 ms試水結構：可水洗腳位形式：印制板

25、式在現(xiàn)代控制設備中，繼電器起一個中間橋梁作用。重要作用是解決電子電路和電氣電路的連接問題，同時起到保護電路和人身安全的作用。電磁式繼電器一般由控制線圈、鐵芯、銜鐵、觸點簧片等組成，控制線圈和接點組之間是相互絕緣的，因此，能夠為控制電路起到良好的電氣隔離作用。當我們在繼電器的線圈兩頭加上其線圈的額定的電壓時，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電

26、路中的接通、切斷的開關目的。繼電器額定工作電壓是繼電器最主要的一項技術參數(shù)。在使用繼電器時，應該首先考慮所在電路(即繼電器線圈所在的電路)的工作電壓，繼電器的額定工作電壓應等于所在電路的工作電壓。一般所在電路的工作電壓是繼電器額定工作電壓的0.86。注意所在電路的工件電壓千萬不能超過繼電器額定工作電壓，否則繼電器線圈容易燒毀。 驅動原理：當單片機的引腳輸出低電平時，三極管飽和導通，5V電源加到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也點亮，繼電器的常開觸點閉合，相當于開關閉合。當單片機的引腳輸出高電平時，三極管截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管

27、也熄滅，繼電器的常開觸點釋放，相當于開關斷開。注：在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱?，繼電器線圈兩端會產生一個較高電壓的感應電動勢，線圈產生的感應電動勢則可以通過二極管釋放，從而保護了三極管免被擊穿，也消除了感應電動勢對其他電路的干擾，這就是二極管D1的保護作用。光耦內部是由發(fā)光二極管和光電三極管組成，使電光電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用，增強了單片機系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性。光耦的主要作用是將信號通過光傳輸，減少了電信號傳輸帶來的干擾。圖2 繼電器圖中的三極管是一個開關器件，可以直接將它看成是一個開關。是用電壓或者電流來控制的電子開關。圖中的二極管是保護二極管，只要是用

28、三極管驅動繼電器的場合，一般都有它的存在。而且是并聯(lián)在繼電器兩端陰極一定是接VCC。電源電路：Vin1GND2+5V3IC01MC7805TC4220UFC3104C1104D1-D4 IN4007VCC+C2470UF12J1圖3電源電路的電路圖此電路給系統(tǒng)提供所需電源。4 系統(tǒng)軟件設計圖4 主程序流程圖二 實踐部分1 系統(tǒng)硬件原理和說明系統(tǒng)原理為：當單片機的P1.0引腳輸出低電平時，三極管T5飽和導通，5V電源加到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也點亮，繼電器的常開觸點閉合，相當于開關閉合。電路中各元器件的參數(shù)說明：當單片機IO口輸出高電平時觸發(fā)三極管導通。經分析得三極

29、管可用極性為NPN的8050，電阻值為3.3K。其放大倍數(shù)為100至500（放大倍數(shù)分段可選）。電阻R1選1K，電阻R2選5.6K，電阻R3選2.7K。其中電阻R2保證了基極為MA級的電流來開關三極管。該電路的運行過程中當三極管由導通變?yōu)榻刂箷r，繼電器繞組產生一個較大的自感電壓。它和電源電壓疊加后加到控制繼電器的線圈的三極管集電極和發(fā)射極上，發(fā)射結（e-c）可能被擊穿。這是存在的一個問題，需要解決。為消除這個有害電動勢的影響，在繼電器線圈兩端反向并聯(lián)一個抑制二極管來吸收電動勢。自感電壓和電源電壓之和對二極管來說是正向偏壓。這樣二極管導通形成環(huán)流。感應的高電壓就會通過回路釋放掉，以此保護三極管的

30、安全。電路說明：輸入信號為低電平時，光偶導通，經三極管放大后，驅動中間繼電器，中間繼電器控制交流接觸器。CPU為AT89C52。電路采用了光電耦合器來驅動和隔離繼電器，因而是具有實際應用價值的電路，工作比較可靠。加一支NPN的三級管與之構成復合管的目的是提供更大的電流。二極管是起續(xù)流作用，可以防止在切斷繼電器線圈中的電流時出現(xiàn)的 很高的反壓，保護驅動三級管或其他驅動繼電器的器件。當單片機的P1.0引腳輸出高電平時，三極管T5截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也熄滅，繼電器的常開觸點釋放，相當于開關斷開。注：在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱悖?/p>

31、繼電器線圈兩端會產生一個較高電壓的感應電動勢，線圈產生的感應電動勢則可以通過二極管IN4148釋放，從而保護了三極管免被擊穿，也消除了感應電動勢對其他電路的干擾，這就是二極管D1的保護作用。用單片機的P1.0控制繼電器開合的程序設計如下：ORG 0000H AJMP START ;跳轉到初始化程序 ORG 0033HSTART: MOV SP,#50H ;SP初始化 MOV P1,#0FFH ;端口初始化MAIN: CLR P1.0 ;P1.0輸出低電平，繼電器吸合 ACALL DELAY ;延時保持一段時間 SETB P1.0 ;P1.0輸出高電平，繼電器釋放 ACALL DELAY ;延時

32、保持一段時間 AJMP MAIN ;返回重復循環(huán)DELAY: MOV R1,#20 ;延時子程序Y1: MOV R2,#100Y2: MOV R3,#228 DJNZ R3,$ DJNZ R2,Y2 DJNZ R1,Y1 RET ;延時子程序返回 END2硬件試過程中遇到的問題及解決方法：1 電源供電問題：電源無法正常供電。解決辦法：檢查出元器件的損壞。更換元器件。2 P0口給出高低電平繼電器都不響應。解決辦法：在P0口加上拉電阻。3 系統(tǒng)軟件：編譯程序使用Keil軟件，繪制原理圖使用protel軟件，繪制仿真圖用proteus軟件。4 軟件程序：程序見附錄。5 軟件調試過程中遇到的問題及解決

33、方法：1 編譯后沒有生成*.hex 。解決辦法：進行相關的設置后，可生成*.hex文件。然后可進行仿真。2 仿真過程中幾個數(shù)碼管顯示器不能顯示。解決辦法：調整相關程序。3 幾個發(fā)光二極管不能正常工作。解決辦法：檢查程序，查線路連接。小結基于單片機控制的繼電器可以按照實際要求設置繼電器的開通和關斷的時間，并通過光電耦合開關驅動繼電器。利用單片機控制繼電器，從而簡化了控制電路，使控制靈活，方便。降低了產品的成本，該電路工作可靠，具有一定的實用價值。單片機課程設計是培養(yǎng)單片機的綜合運用。提高發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題的能力。鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對我們實際工作能力的具體訓練和考察的過程。隨著

34、科學技術的發(fā)展，單片機已經在當今工業(yè)控制領域得到廣泛的運用， 在生活中無處不在。因此，作為當代電氣類大學來說，掌握單片機的開發(fā)技術是很有必要的?；仡櫿麄€單片機課程設計，我感慨頗多。在兩周的日子里，學到了很多東西。它讓我學到跟多書本上沒有的知識。以前只是看書本，學書本的知識，眼光只停留在書本層面上，對其他的資料是不加留意的。而這次的方案設計制作讓我知道書本知識是遠遠不夠的，電子行業(yè)知識更新?lián)Q代速度是很快的，這就要求要有更多更豐富的知識，所以不僅要學習好書本知識，也要對其他資料的知識進行了解?？偟膩碚f，這次方案設計制作讓我學到很多，理解能力和動手能力都得到了提高。更重要的是它讓我們體會到學習的方法

35、和培養(yǎng)了我們對方案制作的思維！通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合的重要性，有理論知識是遠遠不夠的，面對實際的東西只是空談。只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。這畢竟第一次做，在設計的過程中遇到問題是在所難免的。在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說對單片機編程掌握得不太好等等。通過這次課程設計之后，一定對以前所學過的知識有了新的認識。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在同學的幫助和老師的指導下，終于得到了解決。通過這次課程設計學到了很多實用的知識。在此對給過我?guī)椭乃型瑢W和指導老師表示忠心的感謝！參考文獻1李忠國.單片機應用技能實訓M .北京：人民郵電出版社，2