單片機控制繼電器對一些強電進行控制的檢測設(shè)計方案

隨著信息科學技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)擴大和產(chǎn)品種類的增加，在科研與生產(chǎn)中，檢測成為每一個電子產(chǎn)品必不可缺少的一個環(huán)節(jié)。對測試的要求也越來越高，有時因為對一塊電路板要同時測試好多功能，而無法同時檢測而影響產(chǎn)品質(zhì)量?；?a target="_blank">STM8S207單片機的強大功能，最高fCPU可達24 MHz，基于哈佛結(jié)構(gòu)并帶有3級流水線擴展指令集，最高20MIPS@24 MHz.程序存儲器：最多128KB FLASH，10千次擦寫后在55℃環(huán)境下數(shù)據(jù)可保存20年；數(shù)據(jù)存儲器：最多2 KB真正的數(shù)據(jù)E2PROM;可達30萬次擦寫RAM：最多6KB.時鐘、復位和電源管理2.95~5.5 V工作電壓靈活的時鐘控制，4個主時鐘源，低功率晶體振蕩器，外部時鐘輸入，用戶可調(diào)整的內(nèi)部16 MHzRC，內(nèi)部低功耗128 kHzRC，帶有時鐘監(jiān)控的時鐘安全保障系統(tǒng)，低功耗模式（等待、活躍停機、停機），外設(shè)的時鐘可單獨關(guān)閉，永遠打開的低功耗上電和掉電復位。帶有32個中斷的嵌套終端控制器，6個外部中斷向量，最多37個外部中斷。定時器，2個16位通用定時器，帶有2+3個，CAPCOM通道（IC，OC或PWM）。高級控制定時器：16位，4個CAPCOM通道，3個互補輸出，控制和靈活的同步帶有8位預分頻器的8位基本定時器。用STM8S207MB單片機控制可以很好的解決同時測試好多功能的測試要求，并且時時對電壓進行檢測。比一般的51和PIC單片機便宜，成本較低。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

通過MCU1，MCU2，MCU3三片STM8S207單片機，它們與上位機通過芯片485通信進行連接。如圖1所示。其中繼電器驅(qū)動，要求電流10 A以下，40路，可以驅(qū)動強電接通，也可以模擬按鍵，XH-2輸出。80~400 V交流強電檢測，16路，要求隔離檢測，XH-2輸入。0~24V弱電檢測，16路，不要求隔離檢測，XH-2輸入；60~400 V直流強電檢測，8路，不要求隔離檢測，XH-2輸入。5 V輸出，要求MOS管驅(qū)動，12路，XH-2輸出。12 V輸出，要求MOS管驅(qū)動，12路，XH-2輸出485通信，各單片機之間用芯片MAX485進行通信。主要完成功能如圖1所示。硬件基本配置電路板基本構(gòu)架如圖2所示，這三塊芯片用芯片485進行通信，然后并在一條總線上，最后用上位機控制。

1.2 通信協(xié)議

通信的時候數(shù)據(jù)以一幀一幀傳輸，一幀由5個字節(jié)組成，每個字節(jié)有11位，第一位起始位，第10位奇檢驗，第11位當數(shù)據(jù)。由PC機向MCU傳輸時，第一個字節(jié)如果接收到濾波碼B3H，數(shù)據(jù)開始傳輸，如果接收的不是B3H，單片機則不予理睬。第2個字節(jié)表示大組號和小組號，系統(tǒng)事先已將92路輸入或者輸出編號組，每一大組再分出小組，這個字節(jié)中，前3位表示大組號，001表示20路繼電器輸出，010表示20路繼電器輸出，011表示直流強電檢測，100表示12 V輸出，101表示弱電檢測，110表示交流強電檢測，后5位表示某一路的輸入或者輸出；第3個字節(jié)表示電路是否動作，00000001表明明電路動作了，0000000表明電路沒有動作；第4個字節(jié)保留；第5個字節(jié)表示CRC中斷檢驗。當數(shù)據(jù)由PC機向MCU傳輸時，第1個字節(jié)如果接收到濾波碼3BH，數(shù)據(jù)開始傳輸，如果接收的不是3BH，單片機則不予理睬；第2個字節(jié)表示同上所述。第3第4個字節(jié)表示12位AD值。第5位表示CRC中斷檢驗，本次通信的波特率為9 600 b/s，每個字節(jié)隔0.5ms傳輸，每個字節(jié)每位之間的時間間隔則為100μs.

1.3 管腳規(guī)劃

單片機STM8S207（MCU1，MCU2，MCU3），分別控制繼電器驅(qū)動和直流強電檢測，5 V輸出和弱電檢測，12 V輸出和強電檢測，3塊單片機用485通信，再由總芯片控制，工作電壓2.95~5.5、5V.MCU1控制40路繼電器驅(qū)動，強電檢測（60~400 V）共52路。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 STM8S207MB芯片特點

它是由全球第5大半導體公司意法半導體生產(chǎn)的8位機，這種8位的STM8S207MB內(nèi)核在設(shè)計時考慮了代碼的效率和性能。它的6個內(nèi)部寄存器都可以在執(zhí)行程序中直接尋址。共有包括間接變址尋址和相對尋址在內(nèi)的20種尋址模式和80條指令。其管腳圖如圖3所示。

2.2 485通信

IC-485接口電路的主要功能是：將來自微處理器的發(fā)送信號TX通過“發(fā)送器”轉(zhuǎn)換成通信網(wǎng)絡(luò)中的差分信號，也可以將通訊網(wǎng)絡(luò)中的差分信號通過“接收器”轉(zhuǎn)換成被微處理器接收的RX信號。任一時刻，IC-485收發(fā)器只能夠工作在“接收”或“發(fā)送”兩種模式之一，因此，必須為IC-485接口電路增加一個收/發(fā)邏輯控制電路。如圖5所示。微處理器的標準串行口通過RXD直接連接ICA85R芯片的RO引腳，通過TXD直接連接IC485R芯片的DI引腳。由微處理器輸出的R/D信號直接控制IC485R芯片的發(fā)送器/接收器使能：R/D信號為“1”，則ICA85R芯片的發(fā)送器有效，接收器禁止，此時徽處理器可以向RS 485總線發(fā)邀數(shù)據(jù)字節(jié)；R/D信號為“0”，則SP485R芯片的發(fā)送器禁止，接收器有效，此時微處理器可以接收來自RS 485總線的數(shù)據(jù)字節(jié)。此電路中，任一時刻IC485R芯片中的“接收器”和“發(fā)送器”只能夠有1個處于工作狀態(tài)。連接至A引腳的上拉電阻R7、連接至B引腳的下拉電阻R8用于保證無連接的IC485R芯片處于空閑狀態(tài)，提供網(wǎng)絡(luò)失效保護，以提高IC-485節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)的可靠性。如果將IC485R連接至微處理器STM8S207MB芯片的UART串口，則IC485R芯片的RO引腳不需要上拉；否則，需要根據(jù)實際情況考慮是否在RO引腳增加1個大約10 kΩ的上拉電阻。

2.3 其他控制電路

在硬件設(shè)計中，還包括控制繼電器驅(qū)動，如圖4所示，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)。通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。

當STM8S207MB單片機輸出高電平時，由于電阻R7的分壓作用，使三極管飽和導通，使繼電器線圈通電，吸合開關(guān)，驅(qū)動外圍電路。

當STM8S207MB單片機輸出低電平時，三極管截止，使繼電器線圈失電，斷開開關(guān)。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，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，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”;處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。

控制80~400 V交流強電檢測隔離檢測，XH-2輸入：

工作原理：如圖6所示，由XH-2輸入80~400 V的電壓，通過變壓器的隔禽變壓13 V，在通過4個IN4007整流二極管整流；在經(jīng)過E1，C10濾波，經(jīng)過電阻的分壓輸入單片機的AD轉(zhuǎn)換引腳輸入單片機，在經(jīng)過一定的計算傳給上位機PC顯示。

變壓器TR/DB-E128/7201A的變壓比K=N1/N2=30，最高電壓是380 V，稱為匝比（亦稱電壓比）。經(jīng)變壓器變壓后的電壓390/U1=1/30，得U1=13 V.經(jīng)整流管整流后的電壓U2=U1×1.2=15.6 V，經(jīng)電阻分壓后輸入單片機的電壓（R210/（R210+R209））×15.6=4.2 V還有其他的電壓測出電路，如0~24 V弱電檢測，60~400 V直流強電檢測，控制5 V和12 V輸出，控制5 V和12 V輸出，單線接口模塊，帶有3級軟件優(yōu)先級設(shè)定的嵌套中斷，時鐘控制器，看門狗設(shè)計，電源管理，模數(shù)轉(zhuǎn)換等等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

STM8單片機的C語言編譯器是COSMIC，是一款專用于ST公司的單片機的編譯器。包括MCU1的軟件與上位機通信軟件程序示，函數(shù)聲明及變量定義程序、I/O口初始化程序、A/D轉(zhuǎn)化初始化和延時程序、I/O輸出函數(shù)、電壓采樣函數(shù)、看門狗函數(shù)、通信中斷函數(shù)、TIM4中斷函數(shù)，以TIM4中斷函數(shù)為例：

TIM4中斷函數(shù)程序：

4 硬件接口連接與調(diào)試

將STMSS207MB與外設(shè)之間進行連接并進行系統(tǒng)調(diào)試，在進行硬件電路的實驗調(diào)試時，首先檢測各電路板的主要模塊之間的連通性，即保證電路連接無誤，是否有電路，對系統(tǒng)各硬件電路進行檢測，保證各模塊可以正常工作，同時保證各硬件電路可以由STM8S207MB進行控制，并能保證和上位機之間能正常通信。

（1）安裝stvd軟件；

（2）將軟件導入stvd，調(diào)試程序有沒有錯誤；

（3）如果沒有錯誤，就可以用仿真器在程序通過SWIN燒入單片機；

（4）在把已經(jīng)通過stvd調(diào)試的程序植入硬件電路中，仿真看一下是否跟預期效果相同。

5 結(jié)語

基于STM8S207MB有高性能內(nèi)核，抗干擾能力強，品質(zhì)安全可靠。領(lǐng)先的130 nm制造工藝，優(yōu)異的性價比。程序空間從4~128 KB，芯片選擇從20腳到80腳，寬范圍產(chǎn)品系列。

系統(tǒng)成本低，內(nèi)嵌E2PROM和高精度RC震蕩器。開發(fā)容易，擁有本地工具支持。由于使用環(huán)境、成本等因素，該測試車架-控制繼電器驅(qū)動，控制電流10 A以下，可以控制40路，可以驅(qū)動強電接通，也可以模擬按鍵，XH-2輸出；80~400 V交流強電檢測，可以檢測16路，隔離檢測，XH-2輸入。

0~24 V弱電檢測，最多可以檢測16路，不隔離檢測，XH-2輸入；60~400 V直流強電檢測，最多可檢測8路，不隔離檢測，XH-2輸入。5 V輸出，MOS管驅(qū)動，可以輸出12路，XH-2輸出；12 V輸出，要求MOS管驅(qū)動，可以輸出12路，XH-2出，485通信，各單片機與PC之間用芯片MAX 485進行通信，PC可以實時的對檢測的電壓進行顯示。

該測試架可以特別適用電子行業(yè)，對PCB板的測試。實驗結(jié)果證明測試架可以獲得基本功能如下：

（1）繼電器驅(qū)動，控制電流10 A以下，最多控制40路，可以驅(qū)動強電接通，也可以模擬按鍵，XH-2輸出；

（2）80~400 V交流強電檢測，最多可以檢測16路，隔離檢測，XH-2輸入；

（3）0~24 V弱電檢測，最多可以檢測16路，不隔離檢測，XH-2輸入；

（4）60~400 V直流強電檢測，最多可檢測8路，不隔離檢測，XH-2輸入；

（5）5 V輸出，MOS管驅(qū)動，最多可以輸出12路，XH-2輸出；

（6）12 V輸出，要求MOS管驅(qū)動，最多可以輸出12路，XH-2出；

（7）485通信，各單片機與PC之間用芯片

MAX485進行通信。應(yīng)用程序以C語言編寫，充分利用芯片資源，提高代碼的利用效率，減小代碼容量，采用去極值平均數(shù)字濾波算法對經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行濾波處理。這種方法即可慮去脈沖干擾又可濾去小的隨機干擾，不但最大限度地排除現(xiàn)場噪音干擾，降低電壓的誤測概率。

實驗結(jié)果證明，該測試架具有可以用于對不同電路適時的控制，對一些新產(chǎn)品的PCB板測試，在測試過程中只要把對應(yīng)的XH-2連接好，就可直接在PC機上進行相應(yīng)的測試，使用便捷，性能可靠。