劉亞梅 大慶油田采油六廠

井下電機延時控制器

劉亞梅 大慶油田采油六廠

針對井下作業(yè)儀器要具有耐高溫、體積小、功耗低、延時控制的特點，開發(fā)了一種井下電機延時控制器。該控制器可以實現(xiàn)延時控制要求，在地上設(shè)置延時參數(shù)后送入井下，實現(xiàn)儀器到達井下后在規(guī)定的時間進行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及調(diào)速。該控制器以AT89C2051單片機為核心，采用L298N集成驅(qū)動芯片控制電機的正、反轉(zhuǎn)及調(diào)速，選用專用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232完成TTL電平與RS232C電平的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)單片機與計算機之間的通信，通過計算機串口或者鍵盤送入延時時間。該控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低和使用方便等特點。

控制器；單片機；直流電機；延時；模塊

井下作業(yè)儀器儀表一般采用堿性電池或者電池組供電，因此要求儀器儀表低功耗；而且儀器儀表都放置在套管內(nèi)部，為了省電并節(jié)省有限的空間，一般不會加上散熱裝置，因此要求其必須具有體積小、耐高溫的特點。在有些場合，要求在地上設(shè)置好啟動正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的時間，然后把該控制器和電機一起放置套管內(nèi)并置于井下。針對井下作業(yè)儀器要具有耐高溫、體積小、功耗低、延時控制的特點，開發(fā)了一種井下電機延時控制器。

1 設(shè)計思路

控制器以AT89C2051單片機為核心，該單片機引腳少、體積小、成本低、低功耗，適用于便攜式儀器；直流電機驅(qū)動電路使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種驅(qū)動電路可以很方便地實現(xiàn)直流電機的四象限運行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。H橋電路就是4個三極管或者場效應(yīng)管組成的對稱的電路，每2組對角線管子導(dǎo)通，就可實現(xiàn)電機順、逆時針方向的轉(zhuǎn)動，場效應(yīng)管具有低功耗、耐高溫、穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性，特別適合井下環(huán)境?，F(xiàn)在市場已經(jīng)有H橋集成驅(qū)動芯片，比如L298N、L297N、D772N、D882N等，該設(shè)計采用了L298N集成驅(qū)動芯片，無需外加驅(qū)動電路，其內(nèi)部具有2個完全相同的PWM功率放大回路。在控制室里用PC機就可實現(xiàn)對設(shè)備的控制，而不需直接到現(xiàn)場去操作；同時設(shè)計了現(xiàn)場應(yīng)急鍵盤，如PC機與設(shè)備通信出現(xiàn)故障，可在維修通信線路時，采用現(xiàn)場的鍵盤對設(shè)備進行控制。為減小主板體積和功耗，鍵盤顯示電路與主板分開。

2 硬件配置

（1）系統(tǒng)供電電路。供電系統(tǒng)將電池組電壓經(jīng)L7805穩(wěn)壓器件變換到5 V的直流工作電源上，用于給單片機系統(tǒng)及其他外圍電路的Vcc端供電，其中VS給電機提供電源。

（2）串口通信電路。利用AT89C2051單片機的串行口與計算機的串行口COM1或COM2進行串行通信。由于單片機和計算機的邏輯電平不一樣，因此在應(yīng)用中必須把微處理器的信號電平（TTL電平） 轉(zhuǎn)換為RS2232C電平。這里選用專用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，完成TTL電平與RS232V電平的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)單機與計算機之間的通信。通過計算機可設(shè)置演示參數(shù)及占空比參數(shù)。

（3）鍵盤顯示電路。系統(tǒng)選用HD7279鍵盤顯示管理芯片。顯示電路采用共陰極數(shù)碼管LED，并采用動態(tài)顯示方式。在本系統(tǒng)中采用4×4行列式鍵盤控制直流電機的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等功能，同時可通過按鍵設(shè)置延時參數(shù)和占空比等。

3 軟件設(shè)計

本控制系統(tǒng)軟件模塊主要包括系統(tǒng)主程序模塊、七段碼顯示器模塊、鍵盤模塊、接受PC機命令模塊和PWM電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊。系統(tǒng)主程序模塊采用設(shè)置多個標志寄存器的方法，使得系統(tǒng)通過查詢預(yù)設(shè)的標志位進入相應(yīng)的子程序。七段碼顯示器模塊采用動態(tài)顯示，六位七段碼循環(huán)顯示，利用人眼的暫態(tài)效應(yīng)，達到顯示六位的效果。鍵盤模塊采用的行列掃描法，分別送出高低四位，采集低高四位，合在一起得鍵碼值。接受PC機命令模塊在串口通信中斷后存儲字符，并分析處理該字符，發(fā)送相應(yīng)控制指令。PWM電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊給電機驅(qū)動模塊送入高低電平，改變占空比。

4 結(jié)語

采用性價比較好的AT89C2051單片機為核心的電路將更多的任務(wù)由軟件實現(xiàn)，這樣可以用更少的端口實現(xiàn)控制，從而減小了控制器體積。本控制器可通過計算機串口或者鍵盤送入延時時間；可根據(jù)延時時間控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。采用PWM技術(shù)控制電機的轉(zhuǎn)速，能夠?qū)崿F(xiàn)在井上設(shè)置延時時間及占空比，電機在井下根據(jù)延時時間進行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，解決了井下無法更改電機轉(zhuǎn)向的問題。該控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低和使用方便等特點。

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.034

（欄目主持 關(guān)梅君）