一种延时时间可调的时间继电器控制电路设计

第3期2008年9月机电元件

ELECT RO MECHAN I CAL COMPONENTS Vo l 128N o 13

S ep 12008

研究与设计

一种延时时间可调的时间继电器控制电路设计

朱 煜, 郭万有, 陈 鹏

1

2

3

(1. 陕西群力电工有限责任公司, 陕西 宝鸡 721300; 2. 西安电子科技大学, 陕西 西安 710071;

3. 装甲兵驻宝鸡地区军事代表室, 陕西 宝鸡 721006)

摘要:延时继电器具有型式多样和时间参数多变的特性, 本文根据国军标的规定设计了一种基于P I C 单片机的数控可调延时继电器, 可以解决上述特性给延时继电器的设计和生产带来的一些问题, 并具有通用性强、延时范围宽、延时精度高、稳定性好等特点。文中从系统设计、硬件和软件方面论述了可调延时继电器的电路设计, 着重对该设计的抗干扰措施和性能进行了分析。

关键词:延时继电器;

P I C 单片机; 数字可调; 抗干扰

1000-6133(2008) 03-0020-05

中图分类号:TM 58 文献标识码:A 文章编号:

1 引 言

国军标GJB 1513) 925混合和固体延时继电器总规范6将延时继电器分为5种类型(即1型动作延时; 2型释放延时; 3型间隔定时; 4型重复循

环定时; 5型规定时序) 。对于传统的延时继电器, 不论电路采用RC 延时方式, 还是采用集成电路分频计数的延时方式, 延时型式不同, 设计电路均要产生变化, 不得不重新设计继电器, 导致工作量大大增加。延时继电器的延时时间是由用户订货合同的规

收稿日期:2008-04-10

(1) 由模态分析可知, 刚挠背板互联结构的一阶固有频率较低, 仅为188H z , 振型图主要表现为刚性背板接口部分的弯折变形及挠性部分的弯折扭曲, 属于抗振薄弱环节, 刚性部分靠近中心部位的插针及对应焊点易遭破坏。

(2) 通过各种优化方法来改善互联结构抗振性。结构优化可显著降低刚性部分振幅, 提高固有频率; 安装方式的优化则大大提高了刚挠一体化互联结构的固有频率, 挠性部分受影响区域减少; 两种优化方法同时使用效果更佳。本文的分析结果对刚挠一体化背板的优化设计及工程应用具有现实指导意义, 能够显著提高通信整机信号传输的可靠性。参考文献:

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3):)

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格参数确定的, 制造厂商只能根据合同生产。随着产品供货周期的缩短, 传统的延时继电器由于组装调试周期长, 已经无法满足市场的需要。如果用户是处于选型阶段, 其产品试用后, 有时发现订货的继电器延时型式或延时时间不合适, 需要更改, 又要重新定货。遇到此类情况, 常常要花费很长的时间才能满足用户要求。

针对上述设计、生产上的实际情况和军用延时继电器品种多、规格多、批量小、体积小、要求高的特点, 本文设计了以PI C 单片机为核心的数控可调延时继电器。该继电器采用一个控制电路, 包含G J B 1513规定的1型~4型(按设计要求) 4种延时型式, 延时范围宽, 延时精度高, 抗干扰能力强。对于国军标GJB 1513) 92规定的几种延时型式, 只需要采用本文设计的电路, 按设计软件选定对应的延时程序模块, 设置好时间参数, 单片机烧写该软件, 就可满足要求。在设计新的延时继电器时, 采用本文设计的电路, 只需要根据设计要求选定对应类别(A 类混合延时继电器, 其电磁继电器按GJB 1042或GJB 65A 规定鉴定合格; B 类混合延时继电器, 其电磁继电器按GJB 1461规定鉴定合格; C 类固体延时继电器; D 类混合延时继电器, 其电磁继电器触点额定负载等于或小于5A, 但未经鉴定认可; E 类混合延时继电器, 其电磁继电器触点额定负载等于或大于5A, 但未经鉴定认可) 的继电器即可。采用本文设计的电路, 避免了重复设计, 减少了设计工作量, 缩短了生产调试周期和产品供货周期。

3型 间隔定时(图3), 4型 重复循环定时(图4) 。

图1 1型动作延时

图2 2A 型释放延时(控制端和电源端相互独立)

图3 3型间隔定时

2 设计要求

设计的可调延时继电器应具有多种延时型式、通用性强、延时范围宽、延时精度高、体积小、抗干扰能力强等特点, 其主要技术要求如下:

工作温度范围:-55e ~85e ; 储存温度范围:-55e ~125e ; 工作电压:DC 12V, 18V, 27V; 延时时间:30m s~600000s ; 延时精度:预置值的? 2%或? 5m s ; 延时型式:1型 动作延时(图1),

图4 4型重复循环定时(除延时周期按上述技术要求的延时范围规定外, 占空比也可以调节, 一般情况下占空比为1B 1)

3 系统设计

可调延时继电器主要由控制电路组件和输出继电器两部分组成, 其系统框图见图5。它以PI C 单片机为核心, 利用PC 机进行参数设置, 处理编程文件, 将生成的编程软件(@@@. b i n 二进制烧写文件)

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器对单片机进行程序烧写。烧写程序的单片机就可以与厚膜电路板及其它电子元器件进行组装, 组装

的控制电路组件和选定的输出继电器进行装配, 进

入延时继电器生产流程。

图5 可调延时继电器系统框图

4 硬件电路设计

PI C 单片机具有工作电压范围宽、功耗低、性能高、体积小、温度范围宽、I/O编程灵活、易使用等特点, 以PI C 单片机为核心设计的可调延时继电器可以满足第2节中提出的设计要求。经过分析比较, 我们选用了一种8脚S08封装的单片机设计可调延时继电器。该单片机工作电压范围宽, 从2. 0V 到5. 5V 均能工作; 功耗低, 在2V 电压、4MH z 的时钟频率下, 工作电流小于350L A 。该单片机提供了512字节的Flash 程序存储器, 可在线串行编程, 支持高压(1215V

~1315V ) 串行编程模式。该单片机还提供了内置上电复位电路和复位定时器, 可以有效保护电路; 除提供普通结构的定时/计数器外, 还提供了看门狗定时器(WDT),可有效检测由干扰引起的软件/跑飞0现象, 自动复位CPU, 恢复程序运行。

电路以PI C 单片机为控制电路的核心, 稳压电路采用78L05为单片机供电, 时钟采用宽温晶振, 复位电路采用单片机内部RC 电路实现, 驱动电路采用MOSFET 开关管驱动继电器。电原理图见图6, 除2A 型延时型式有输入工作电压和输入控制电压外, 其余3

种延时型式只需输入工作电压。

图6 可调延时继电器电原理图

5 软件设计

511 单片机程序

针对4种延时型式, 软件设计采用相应的延时, 出驱动等步骤。软件进行了抗干扰设计, 采用多种抗干扰措施, 解决了程序/跑飞0、输出电平识别、误入编程状态和干扰信号改变控制状态等问题。程序

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图7 程序流程图

512 参数设置程序

由于单片机的编程软件是二进制文件, 操作者必须了解单片机编程, 才能设置时间参数, 完成数字控制。这就对操作者提出了要求。为了解决时间参数设置的直观性和可操作性, 我们设计了参数设置

程序, 在W I N DOW 系统下设计了程序操作界面(见图8), 利用图形化实现操作窗口的直观性, 延时类型模块选择和十进制时间参数设置实现了可操作性。这种友好的操作界面给新产品设计和生产带来了极大的方便。

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进行保护, 它能在很短的时间内将尖峰电压分流、箝位, 可以有效地降低尖峰电压幅度, 避免尖峰电压损坏其它器件。612 软件抗干扰设计

为了增强电路的抗干扰能力, 在软件设计时我们采取了如下措施:¹电平识别:对于2A 型释放延时继电器, 电路通过反复确认控制信号的上升沿、下降沿和重设参数, 防止干扰信号的影响。当然, 对于反复确认控制信号的延迟时间, 则由软件在内部予

图8 程序操作界面图

以消化。对于其它3种延时型式, 在确认输出电平为一稳定电平、且宽度大于电平识别区宽度时, 才输出驱动MOSFET 管动作。º最小循环内部的抗干扰操作:进入程序的最小循环, 首先清看门狗定时器, 重写选择寄存器, 重新定义输入输出引出脚, 重写引出脚状态, 然后才进行其它操作。»自动复位CP U:采用单片机提供的内置看门狗, 检测由干扰引起的软件/跑飞0现象, 自动复位CP U, 恢复程序运行。¼防止误入编程状态:单片机要进入编程状态必须满足规定的先后次序和电平关系, PI C 单片机在装入延时继电器进入工作状态时, 电路将1脚和4脚短接, 处于同一电平, 就可以有效避免单片机误进入编程状态, 还可以使单片机以上电复位方式进入工作状态。

6 抗干扰设计

军用延时继电器适用于航天、航空系统及其地面支持设备中使用, 工作环境严酷, 工作状态复杂, 干扰严重, 对延时继电器的可靠性提出很高的要求。因此, 我们在设计可调延时继电器时, 应在硬件和软件两方面采取措施, 增强抗干扰性, 提高工作可靠性。611 硬件抗干扰设计

混合延时继电器内部有电磁继电器, 电磁继电器的线圈是一个感性元件, 当线圈断电时, 会产生数百伏的反电势。该反电势作用到电源或延时继电器电路中, 会对其它电子元器件产生不良影响, 甚至降低元器件的性能。对此, 我们采用将二极管和稳压管并联于电磁继电器线圈两端的抑制电路(见图6), 消除不良影响。

军用直流电源供电设备工作状态较复杂, 具有不稳定性, 会引入一定的干扰。按GJB 181) 865飞机供电特性及对用电设备的要求6的规定, 设备或器件应能承受一定的浪涌电压和尖峰电压, GJB 1513对延时继电器的瞬变也有要求。对于过压浪涌(+80V 、持续时间50m s 、周期1次/min), 本电路主要采用R 1、D 1的稳压电路, 将78L05的输入电压限制在20V 以内, 确保78L05为单片机稳定供电; 对于欠压浪涌(+8V 、持续时间50m s 、周期1次/m in), 我们选用的78L05输入电压在7V ~20V 时, 输出电压偏差最大150mV; 另外, 我们选用的单片机工作电压范围宽, 从2. 0V 到5. 5V 均能工作, 可以满足电路要求。对于? 600V 、100k H z 的瞬变尖峰, 7 结束语

按上述电路我们设计了以上4种延时型式的混合延时继电器, 延时时间分别为30m s 和500s , 经过试制生产和试验鉴定, 各项指标均满足设计要求。上述电路设计满足了军用延时继电器的技术要求, 有效地解决了延时继电器的设计和生产问题。参考文献:

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