李虹靜，李升輝

基于STC8系列單片機(jī)的繼電器控制電路設(shè)計(jì)

李虹靜，李升輝

（華中科技大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心，湖北 武漢 430074）

繼電器是一種電控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，是當(dāng)電、磁、聲、光、熱等輸入量達(dá)到一定值時(shí)，輸出量會(huì)產(chǎn)生跳躍式變化的一種自動(dòng)控制器件。繼電器廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)，自動(dòng)化控制，遠(yuǎn)程遙控、測量以及各類通信等裝置中，在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用，具有動(dòng)作時(shí)間短、工作穩(wěn)定、壽命長、體積小等優(yōu)點(diǎn)，是用小電流控制大電流運(yùn)作的一種控制開關(guān)。對(duì)基于STC8系列單片機(jī)的繼電器控制電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，利用STC8系列單片機(jī)的GPIO口，采用PNP三極管放大GPIO口的驅(qū)動(dòng)電流，從而實(shí)現(xiàn)繼電器電源的開啟和關(guān)閉，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器電源的控制。

繼電器；STC8；三極管；硬件設(shè)計(jì)

1 引言

繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、遙控、通訊、自動(dòng)控制、機(jī)電設(shè)備電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。

繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機(jī)構(gòu)，也稱作輸入部分；有能對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”“斷”控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也稱作輸出部分；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離、功能處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)，也稱作驅(qū)動(dòng)部分[1-3]。

繼電器主要有以下作用：①擴(kuò)大控制范圍?？赏ㄟ^小電流來控制大電流的運(yùn)作，以多觸點(diǎn)繼電器控制為例，一旦它的信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開斷、接通多路電路。②放大。具有放大功能的繼電器，如靈敏型繼電器、中間繼電器等，它們是使用一個(gè)很微小的控制量控制很大功率的電路。③綜合信號(hào)。常在多繞組的繼電器上面得以體現(xiàn)，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過繼電器內(nèi)部對(duì)信號(hào)的比較綜合，從而達(dá)到預(yù)定的控制效果。④自動(dòng)、監(jiān)測。與其他電器一起可以組成程序控制線路來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。

繼電器控制電路一般由電源電路、MCU電路系統(tǒng)（內(nèi)嵌軟件）、繼電器控制電路組成。電源電路的主要功能是將外部電源轉(zhuǎn)換為整個(gè)繼電器控制電路所需的電源，依據(jù)所輸入的電源類型不同，需要做出不同的電源轉(zhuǎn)換電路。MCU電路系統(tǒng)的主要功能是通過接收外部的控制命令，操控不同的GPIO口的輸出電平。繼電器控制電路則是依據(jù)MCU電路系統(tǒng)的GPIO口輸出電平的不同，控制繼電器的吸合以及斷開。

本文對(duì)基于STC8系列單片機(jī)的繼電器控制電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，利用STC8系列單片機(jī)的ISP功能，可以輕松地實(shí)現(xiàn)程序燒錄與仿真，同時(shí)采用PNP三極管對(duì)單片機(jī)的管腳電流進(jìn)行放大，滿足了繼電器吸合條件，具有控制速度快、成本低的特點(diǎn)。

2 繼電器控制電路設(shè)計(jì)

依據(jù)繼電器控制電路的各個(gè)組成部分，其硬件設(shè)計(jì)主要在于電源電路、MCU電路和繼電器控制電路。

由于電源采用的是12 V直流電源輸入，而STC8系列單片機(jī)選用的是STC8F2K08S2，其電源是5 V直流，其他的主要芯片及繼電器均可采用5 V直流電源。因此，電源電路只需要使用一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換芯片即可實(shí)現(xiàn)。電源電路的原理如圖1所示。

MCU控制電路部分采用的STC8系列芯片，可以直接5 V供電。但是由于STC8系列單片機(jī)需要使用IP技術(shù)進(jìn)行程序燒錄和仿真，因此，需要配合RS232驅(qū)動(dòng)芯片來實(shí)現(xiàn)ISP功能，其電路原理如圖2所示。繼電器驅(qū)動(dòng)電路則采用的是PNP三極管來實(shí)現(xiàn)，其電路原理如圖3所示。

當(dāng)MCU的IO1口為低電平時(shí)，Q16三極管導(dǎo)通，繼電器RE1上電吸合；當(dāng)MCU的IO1口為高電平時(shí)，Q16三極管斷開，繼電器RE1斷電斷開。二極管D17起到保護(hù)作用，R28和C6組成RC電路則使得繼電器觸點(diǎn)在吸合和斷開時(shí)，能夠減小對(duì)電路的沖擊影響。

3 結(jié)論

本文首先對(duì)基于STC8系列單片機(jī)的繼電器控制電路進(jìn)行了整體分析，確定了其設(shè)計(jì)及控制原理，并對(duì)電源電路、MCU控制電路及繼電器驅(qū)動(dòng)電路分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)。其中，MCU控制電路采用了國產(chǎn)STC8系列單片機(jī)，完全可以滿足控制電路對(duì)MCU的使用要求。最后對(duì)整個(gè)基于STC8系列單片機(jī)的繼電器控制電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，達(dá)到了設(shè)計(jì)需求。

圖1 基于MP1584芯片的DC/DC轉(zhuǎn)換電路

圖2 MCU控制電路及RS232驅(qū)動(dòng)電路原理圖

圖3 基于PNP三極管的繼電器驅(qū)動(dòng)電路

［1］陸儉國.繼電器試驗(yàn)與檢測技術(shù)的新進(jìn)展［J］.機(jī)電元件，2005，25（1）：34-37.

［2］任曉霞，林春陽，劉向軍. 基于單片機(jī)控制的42 V混合式汽車?yán)^電器［J］.電器與能效管理技術(shù)，2008（3）：29-32.

［3］劉宏斌.電氣工程和其自動(dòng)化低壓電器中繼電器的應(yīng)用剖析［J］.門窗，2015（2）：79.

［4］劉玉琢.論繼電器在電氣工程及其自動(dòng)化低壓電器中的應(yīng)用［J］.民營科技，2013（3）：20.

［5］于凌宇.繼電器技術(shù)及發(fā)展［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2000（8）：2-4.

［6］賈貴璽，李洪鳳.“電工學(xué)”課程中繼電器-接觸器控制的實(shí)踐教學(xué)［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（2）：49-51.

TM58

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.015

2095－6835（2019）13－0037－02

李虹靜（1989—），女，助理工程師，主要研究方向?yàn)殡姽る娮雍蚉LC研究。

李升輝（1982—），男，碩士研究生，工程師，主要研究方向?yàn)殡姽る娮印⒐怆娂夹g(shù)和PLC研究。

〔編輯：王霞〕