Programa de control de cambios de iluminación (programa de microcomputadora de un solo chip)

Resumen: Este artículo presenta el diseño de software y hardware de un sistema de control automático de iluminación multicanal utilizando un microordenador de un solo chip.

Palabras clave: control automático de antiinterferencias de tiristores por microcomputadora de un solo chip

Utilización de los ricos recursos de software y hardware de una microcomputadora de un solo chip para realizar el control automático de luces multicanal en varios vallas publicitarias y control con circuitos electrónicos tradicionales. En comparación con otros dispositivos, tiene las ventajas de programabilidad, tamaño pequeño, control flexible, fácil operación, tiempo de control variable y ajustable, etc.

Diseñamos e instalamos el sistema de control automático de iluminación multicanal de un solo chip mencionado anteriormente para la oficina de correos de Hohhot. La siguiente es una introducción al diseño de software y hardware del sistema.

1 Estructura del sistema y principio de funcionamiento

La estructura general del sistema se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Estructura del sistema

El microcontrolador 8031 ​​es el componente central del sistema. Sus funciones principales son: (1) Programación de software de control de iluminación (2) Señal de interferencia; procesamiento y reinicio; (3) Detección y control de la intensidad de la luz y sincronización del tiempo.

El programa de control del microcontrolador enciende (noche) o apaga (día) automáticamente el sistema de iluminación detectando la intensidad de la luz o la hora. Cada dispositivo de iluminación corresponde al bit de control de memoria 8031, y el. El microcontrolador pasa los puertos multifunción P3.0 (RXD) y P3.1 (TXD) utiliza el modo de comunicación en serie 0 para realizar la salida de diferentes códigos de control, completando así la visualización del ciclo automático de varios cambios en equipos de iluminación multicanal.

2 Análisis de funciones del sistema de control del microcontrolador 8031

2.1 Detección y control de la intensidad de la luz o sincronización del tiempo

Como se muestra en la Figura 2, cuando el 8031 ​​microcontrolador P1 Cuando el interruptor de control de .4 está configurado en +5V, la apertura o cierre del sistema está controlado por la intensidad de la luz. En este momento, cuando la luz es fuerte (durante el día), la resistencia del diodo optoacoplador se vuelve más pequeña, el transistor Q1 se enciende y P1.7 tiene un nivel bajo; cuando la luz está oscura (por la noche), el diodo optoacoplador se vuelve bajo; más grande, el transistor Q1 está apagado y P1.7 está en nivel alto. El programa de control del microcontrolador 8031 ​​muestrea el estado del terminal P1.7 a intervalos regulares (aproximadamente 5 ms) y luego elige encender o apagar el código de control de iluminación correspondiente en función de sus niveles alto y bajo. El potenciómetro ajustable conectado en paralelo con el diodo optoacoplador en la Figura 2 puede ajustar el estado de encendido y apagado del transistor Q1, logrando así un ajuste fino del control de la luz.

Figura 2 Circuito optoacoplador

Cuando P1.4 se establece en el estado fundamental, el programa del microcontrolador 8031 ​​ingresa a la subrutina de control de tiempo y el microcontrolador 8031 ​​establece el estado interno. temporizador 0 al conteo del reloj calendario (El valor inicial se puede configurar con botones cuando el programa consulta el valor inicial de apertura o cierre en la tabla (el valor inicial de la tabla se puede ingresar o modificar a través de botones y pantalla de tubo digital) y el valor actual del reloj del microcontrolador, se enviará automáticamente para activar o desactivar el código de control de salida.

2.2 Circuito de control Triac

Dado que la carga es generalmente un dispositivo de alta potencia (voltaje de cientos de voltios a miles de voltios, corriente de varios amperios a docenas de amperios), por lo tanto , la parte de trabajo del microcontrolador 8031 ​​y la parte del disparador del tiristor utilizan el acoplador fotoeléctrico de salida de tiristor bidireccional MOC3021. La Figura 3 muestra el circuito de control del disparador de tiristor de 1 vía.

Figura 3 Circuito de disparo Triac

La corriente de disparo de puerta del tiristor TR es 50 mA, el voltaje de disparo es 2 V, luego el voltaje mínimo de disparo es:

VT＝R1, IGT＋VGT＋VTM＝300×0.05＋2+3＝20V

El ángulo de control mínimo correspondiente α es:

Donde: IGT es la corriente mínima de disparo del tiristor TR, VGT es el voltaje de disparo mínimo del tiristor TR, VTM es la caída de voltaje de salida del MOC3021 (3 V) y Vp es el valor máximo del voltaje de funcionamiento de CA.

En uso, se descubrió que cuando ocurren cargas inductivas, el tiristor a veces puede fallar. Después del análisis, se encontró que cuando hay una carga inductiva, debido a la gran tasa de aumento de voltaje dv/dt, en el estado de bloqueo, la unión PN del tiristor es equivalente a un capacitor cuando se aplica repentinamente un voltaje directo. la corriente de carga pasa a través de la unión PN de la puerta. En este momento, desempeña el papel de activar la corriente, lo que hace que el tiristor del circuito de salida del MOC3021 sea engañoso. Para ello, hemos modificado el circuito anterior, como se muestra en la Figura 4. Agregue R2 y C1 al bucle de salida para formar un bucle RC para reducir dv/dt.

Según las especificaciones técnicas de MOC3021, la tasa de aumento de voltaje máxima permitida es dv/dt=10V/s. Cuando la temperatura de la unión aumenta, dυ/dt disminuye. En condiciones de trabajo extremas, dv/dt=0,8V/s.

Figura 4 Circuito de disparo modificado

La relación entre la suma de R2 y R1, el voltaje mínimo de disparo y la corriente de puerta del tiristor es:

C1 toma 0,2 µF.

De manera similar, agregar una red de filtro RC al terminal de salida TR reduce la tasa de aumento del voltaje de salida TR.

2.3 Interferencias y soluciones al circuito de trabajo del microcontrolador

Como se puede ver en la Figura 1, el circuito optoacoplador utiliza MOC4021 para aislar la señal débil de entrada de la señal fuerte de salida. pero en la operación real En este momento, el sistema de microcontrolador todavía tiene fuertes señales de interferencia y, a menudo, falla o los programas se ejecutan. El análisis muestra que debido a que la alta corriente y el voltaje de salida funcionan en el estado de conmutación, los armónicos de alto orden de salida tienen un mayor impacto en el microcontrolador 8031 ​​a través del bucle de fuente de alimentación. Por lo tanto, diseñamos un circuito de filtro de fuente de alimentación. y un circuito de reinicio de hardware para mejorar el rendimiento del circuito se controla eficazmente. Entre ellos, el circuito de reinicio del hardware se muestra en la Figura 5. El 74LS123 en la Figura 5 es un multivibrador monoestable reactivable de doble canal. Al conectar parámetros de resistencia y capacitancia externos, puede generar pulsos positivos y negativos de diferentes anchos. Su tabla de verdad se muestra en la Tabla 1.

Figura 5 Circuito de reinicio

Tabla 1 Tabla de verdad 74LS123

Entrada y salida

eliminar A B Q Q

L X　X L　H

X　H >

L H

Se puede ver en la Tabla 1 y el circuito en la Figura 5: Dado que el pin A está conectado a tierra y el pin B está conectado Al microcontrolador 8031 ​​P1.0, durante el funcionamiento normal, el programa de bucle se envía continuamente desde P1.0. La señal de código hace que el flanco ascendente del pin 2 aparezca continuamente. Por lo tanto, si el pin 13 permanece alto, el pin 5 genera un nivel bajo. , que es necesario para mantener el pin 8031RESET bajo. Cuando el programa se ejecuta o falla, el potencial del pin 2 ya no cambia, lo que hace que el pin 5 genere un pulso de alto nivel, lo que hace que el 8031 ​​se reinicie y reinicie.

3 Características estructurales del sistema y alcance de la aplicación

El software y el hardware del sistema adoptan una estructura modular. Un tablero de control puede controlar 16 salidas. Las señales de salida pasan a través del puerto serie 8031. RXD y el extremo TXD se emiten a través de la entrada serie 74LS164 y el registro de desplazamiento de salida paralela. Por lo tanto, el código de salida del software puede alcanzar miles de señales. La placa de control del hardware se puede ampliar arbitrariamente según sea necesario, siempre que la potencia del transformador de fuente de alimentación sea. aumentó en consecuencia. Este sistema puede usarse ampliamente en el control de luces de neón, luces de tubos de plástico multicanal y luces de colores multicanal.

Además, el sistema dispone de una interfaz de comunicación con el puerto serie RS-232 del microordenador, que se puede conectar al microordenador cuando sea necesario, de esta forma se pueden controlar los parámetros de control de iluminación multicanal y los parámetros de control de tiempo. Se puede modificar en cualquier momento en la microcomputadora, haciendo que el control sea más flexible.

Unidad del autor: Departamento de Ingeniería Electrónica, Universidad de Mongolia Interior, Hohhot (010021)

Referencias

1 Yu Yongquan Tecnología de interfaz de potencia de microcomputadora de un solo chip. sistema de aplicación Beijing: Beijing Airlines Aerospace University Press, 1992; 104～108

2 Li Shuhua. Comunicación en red entre la microcomputadora IBM-PC y la pantalla de tubo luminiscente. 1993; (4): 441 ~443

3　Xicor Inc. Información sobre nuevos productos y aplicaciones para ingenieros de diseño. EDN, 1994;39(25):159～160