基于PIC16F87X的电磁继电器控制设计
引言
电磁继电器是自动控制中常用的一种元器件,它利用电磁原理实现接通或断开一个或一组接点的一种自动开关,广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中。但在各种自动控制设备中,都存在一个低压的自动控制电路与高压电气电路的互相连接问题:一方面要使低压的电子电路的控制信号能够控制高压电气电路的执行元件;另一方面要为电子线路和电气电路提供良好的电隔离,以保护电子电路和人员的安全。为此,采用pic16f87x单片机控制电磁式继电器尝试完成这一桥梁作用。
1 电磁继电器工作原理
电磁继电器是在输入电路内电流的作用下,由机械部件的相对运动产生预定响应的一种继电器。电磁继电器一般由控制线圈、铁芯、衔铁、触点簧片等组成,控制线圈和接点组之间相互绝缘,为控制电路起到良好的电气隔离作用。它主要利用电磁感应原理进行工作,当在继电器的线圈两头加上其线圈的额定的电压时,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合;当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。继电器的吸合、释放就在电路中起到了接通、切断的开关作用。选择电磁继电器应注意以下几点:
（1）继电器额定工作电压的选择。在使用继电器时,应首先了解继电器所在电路中的工作电源电压,继电器的工作电压应等于该电压,或者电路电源电压为继电器工作电压的80%,也可保证继电器正常工作,但不能使电路工件电压超过继电器额定工作电压,否则继电器线圈易烧毁。
（2）继电器触点负载的选择。应根据继电器所控制的电路特点来确定触点负载的数量及形式,再以触点控制电路中电流的种类、电压及电流的大小来选择触点容量的大小。触点容量的大小是反映加在触点上的电压和通过触点电流的能力,一般触点的负载不应超过触点的容量。
（3）继电器线圈电源的选择。在通常情况下,电路设计都采用直流电的继电器,也可根据控制电路的特点来考虑继电器的种类,还要考虑继电器所消耗的功率。
（4）继电器动作时间的选择。应根据实际电路对被控对象动作的时间要求,选择继电器的动作时间和释放时间。也可在继电器电路中附加电子元器件来加速或延缓继电器的动作及释放时间,以满足不同的要求。
（5）工作环境条件。选用继电器时,还应考虑环境的温度、工作寿命以及冲击振动等。
2 pic16f87x控制电路设计
2.1pic16f87x的特性
microchip公司推出的pic16f87x系列8位单片机是采用精简指令集（risc）结构和flash存储技术的高性能嵌入式单片机,它运行速度快、扩展功能丰富、功能强大、逻辑结构清晰,还具有在线编程,上电、掉电复位保护和看门狗等功能。
2.2继电器控制电路原理
基于pic16f87x的诸多特性,设计了pic16f87x控制继电器的硬件电路（见图1）。
图1pic16f87x控制继电器电路原理图当单片机的rd0引脚输出低电平时,光耦u1截止,继电器线圈两端无电位差,继电器衔铁释放,继电器常开触点释放,相当于开关断开;当单片机的rd0引脚输出高电平时,光耦u1饱和导通,24v电源加到继电器线圈两端,继电器吸合,其常开触点闭合,相当于开关闭合。
在光耦截止瞬间,线圈中的电流不能突变为零,继电器线圈两端会产生一个较高电压的感应电动势,应在线圈两端并上一个二极管d1,使线圈产生的感应电动势通过d1释放,保护三极管免被击穿,并消除感应电动势对其他电路的干扰。
2.3 pic16f87x控制软件设计
pic16f87x控制软件在mplabide环境下用c语言开发,利用hitech公司开发的picc编译器进行编译,程序流程如图2所示。
继电器控制软件源程序如下:
源程序编译后,通过icd2编程烧写到pic16f87x中,对控制电路加电运行,继电器在规定时间内反复通断,可以听到继电器嘀哒地响个不停,用示波器观测到rd0输出的信号如图3所示。
3 结语
基于i6x单片机控制电磁继电器采用了光电耦合器来驱动和隔离继电器;利用二极管续流防止在切断继电器线圈中的电流时出现的很高反压,保护了驱动继电器的器件。该电路设计简单、工作可靠,具有一定的应用价值。
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1 电磁继电器工作原理
电磁继电器是在输入电路内电流的作用下,由机械部件的相对运动产生预定响应的一种继电器。电磁继电器一般由控制线圈、铁芯、衔铁、触点簧片等组成,控制线圈和接点组之间相互绝缘,为控制电路起到良好的电气隔离作用。它主要利用电磁感应原理进行工作,当在继电器的线圈两头加上其线圈的额定的电压时,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合;当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。继电器的吸合、释放就在电路中起到了接通、切断的开关作用。选择电磁继电器应注意以下几点:
（1）继电器额定工作电压的选择。在使用继电器时,应首先了解继电器所在电路中的工作电源电压,继电器的工作电压应等于该电压,或者电路电源电压为继电器工作电压的80%,也可保证继电器正常工作,但不能使电路工件电压超过继电器额定工作电压,否则继电器线圈易烧毁。
（2）继电器触点负载的选择。应根据继电器所控制的电路特点来确定触点负载的数量及形式,再以触点控制电路中电流的种类、电压及电流的大小来选择触点容量的大小。触点容量的大小是反映加在触点上的电压和通过触点电流的能力,一般触点的负载不应超过触点的容量。
（3）继电器线圈电源的选择。在通常情况下,电路设计都采用直流电的继电器,也可根据控制电路的特点来考虑继电器的种类,还要考虑继电器所消耗的功率。
（4）继电器动作时间的选择。应根据实际电路对被控对象动作的时间要求,选择继电器的动作时间和释放时间。也可在继电器电路中附加电子元器件来加速或延缓继电器的动作及释放时间,以满足不同的要求。
（5）工作环境条件。选用继电器时,还应考虑环境的温度、工作寿命以及冲击振动等。
2 pic16f87x控制电路设计
2.1pic16f87x的特性
microchip公司推出的pic16f87x系列8位单片机是采用精简指令集（risc）结构和flash存储技术的高性能嵌入式单片机,它运行速度快、扩展功能丰富、功能强大、逻辑结构清晰,还具有在线编程,上电、掉电复位保护和看门狗等功能。
2.2继电器控制电路原理
基于pic16f87x的诸多特性,设计了pic16f87x控制继电器的硬件电路（见图1）。
图1pic16f87x控制继电器电路原理图当单片机的rd0引脚输出低电平时,光耦u1截止,继电器线圈两端无电位差,继电器衔铁释放,继电器常开触点释放,相当于开关断开;当单片机的rd0引脚输出高电平时,光耦u1饱和导通,24v电源加到继电器线圈两端,继电器吸合,其常开触点闭合,相当于开关闭合。
在光耦截止瞬间,线圈中的电流不能突变为零,继电器线圈两端会产生一个较高电压的感应电动势,应在线圈两端并上一个二极管d1,使线圈产生的感应电动势通过d1释放,保护三极管免被击穿,并消除感应电动势对其他电路的干扰。
2.3 pic16f87x控制软件设计
pic16f87x控制软件在mplabide环境下用c语言开发,利用hitech公司开发的picc编译器进行编译,程序流程如图2所示。
继电器控制软件源程序如下:
源程序编译后,通过icd2编程烧写到pic16f87x中,对控制电路加电运行,继电器在规定时间内反复通断,可以听到继电器嘀哒地响个不停,用示波器观测到rd0输出的信号如图3所示。
3 结语
基于i6x单片机控制电磁继电器采用了光电耦合器来驱动和隔离继电器;利用二极管续流防止在切断继电器线圈中的电流时出现的很高反压,保护了驱动继电器的器件。该电路设计简单、工作可靠,具有一定的应用价值。
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