在實(shí)際生產(chǎn)過程中，常常要用到具有自動(dòng)換向功能的控制部件，如機(jī)械加工中的往返運(yùn)行（位移），直流電源的正反向輸出，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行等現(xiàn)象，都是當(dāng)正向（或反向）運(yùn)行到一定時(shí)間或一定位置時(shí)，自動(dòng)換為反向（或正向）運(yùn)行，周而復(fù)始的過程。實(shí)現(xiàn)這一過程的自動(dòng)化，就是設(shè)計(jì)一套控制電路，再配以位移傳感器或時(shí)間繼電器。目前市場(chǎng)現(xiàn)有的時(shí)間繼電器雖然可以用多個(gè)組合來滿足一些使用場(chǎng)合的要求，但仍存在著重復(fù)計(jì)時(shí)誤差大，穩(wěn)定可靠運(yùn)行性不高，使用不方便靈活等問題。為此，筆者研發(fā)了以單片機(jī)為組成的時(shí)間/位移換向控制器SWHX-1,該系統(tǒng)具有成本低等特點(diǎn)，可完全且克服以上不足。

　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。

　　1 電路組成及工作原理

　　SWHX-l的內(nèi)部電路如圖l所示，分為輸入輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)換，CPU軟件編程控制和定時(shí)延時(shí)設(shè)定3部分，共14條引出線，其中腳2、3、4為直流地線公共端VGND.該器件可交直流兩種供電方式工作。當(dāng)用交流供電時(shí)，通過腳13、14輸入交流12V,經(jīng)橋式整流、穩(wěn)壓后供給內(nèi)部電路恒壓基準(zhǔn)電源，并將整流后的直流12V經(jīng)腳1和VGND送出，以供外部其他電路用；當(dāng)用直流供電時(shí)，腳1和腳2、3、4則為輸入端，輸入的12V直流電經(jīng)穩(wěn)壓后再供給內(nèi)部電路，該方式可省去交流電源，但要注意將腳14、13應(yīng)置于懸空狀態(tài)。

　　SWHX-1內(nèi)部電路設(shè)計(jì)有1路換向延時(shí)和2路定時(shí)輸出功能，換向延時(shí)時(shí)間是指正向（或反向）輸出組被關(guān)斷后延時(shí)一段時(shí)間后才開通反向（或正）組工作的時(shí)間，用戶可在0.5~2s之間任意設(shè)定；2路定時(shí)時(shí)間分別是指正向和反向組輸出的工作時(shí)間，用戶可在60s~7h31min之間任意設(shè)定。若60s~7h31min的定時(shí)時(shí)間不能滿足使用要求時(shí)，另留有4個(gè)端口P1~P4,可外接4個(gè)時(shí)間繼電器或4個(gè)行程開關(guān)以彌補(bǔ)。Pl和P3為正向組，P2和P4為反向組。

　　l.1 延時(shí)、定時(shí)時(shí)間設(shè)定

　?。?）延時(shí)時(shí)間設(shè)定法 圖1中t0~t4為換向延時(shí)時(shí)間設(shè)定短接開關(guān)，t0為對(duì)地公共端，t1~t4分別與O.5s、ls、1.5s、2s相對(duì)應(yīng)，二者短接時(shí)，通過CPU軟件編程，則實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的換向延時(shí)。例如tO與t1短接時(shí)，延時(shí)為0.5s,tO與t3短接時(shí)，延時(shí)為1.5s.

　　（2）定時(shí)時(shí)間設(shè)定法 圖l中S1和S2為兩個(gè)8位定時(shí)時(shí)間設(shè)定撥位開關(guān)，每個(gè)開關(guān)前三位為小時(shí)位，后5位為分鐘位，采用二進(jìn)制編碼方式，當(dāng)8位撥碼選定后，通過CPU的P1和P2口送入，經(jīng)軟件編程控制，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的定時(shí)功能。所以每路的定時(shí)時(shí)間可在60s~7h31min之間任意設(shè)定。

　　
　　1.2 用作定時(shí)換向器的工作原理

　　換向器英文：commutator 俗稱整流子。是直流永磁串激電動(dòng)機(jī)上為了能夠讓電動(dòng)機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去的一個(gè)部件。換向器包括：機(jī)械換向器、半塑換向器、全塑換向器。汽車用起動(dòng)機(jī)上采用的換向器主要用機(jī)械拱形換向器、塑料換向器。結(jié)構(gòu)上，換向器是幾個(gè)接觸片圍成圓型，分別連接轉(zhuǎn)子上的每個(gè)觸頭，外邊連接的兩個(gè)電極稱為電刷與之接觸，同時(shí)只接觸其中的兩個(gè)。原理是，當(dāng)線圈通過電流后，會(huì)在磁鐵的作用下，通過吸引和排斥力轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)它轉(zhuǎn)到和磁鐵平衡時(shí)，原來通著電的線較對(duì)應(yīng)換向器上的觸片就與電刷分離開，而電刷連接到符合產(chǎn)生推動(dòng)力的那組線圈對(duì)應(yīng)的觸片上，這樣不停的重復(fù)下去，直流電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)起來了。如果沒有換向器的作用，那電機(jī)只能轉(zhuǎn)不到半圈就卡死了，只能當(dāng)作電剎車了。

　　當(dāng)SWHX-l用作定時(shí)換向控制時(shí)，CPU首先讀入撥位開關(guān)S的定時(shí)設(shè)定值，經(jīng)軟件編程識(shí)別并通過CPU內(nèi)部定時(shí)器和軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，則通過P0口經(jīng)腳12和腳ll送出一個(gè)定時(shí)到脈沖，當(dāng)腳12和腳11分別與腳5和腳7短接時(shí)，該定時(shí)到脈沖又向CPU產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，當(dāng)CPU接收到這一中斷清求后則通過引腳VS1端口輸出一個(gè)封鎖電位信號(hào)，以停止當(dāng)前正在工作的一組，經(jīng)0.5~2s的延時(shí)后，通過引腳VS2端口輸出一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)另一組開始工作，完成換向工作周期。反之亦然，周而復(fù)始。

　　1.3 用作位移換向器的工作原理

　　當(dāng)SWHX一1用做位移換向控制時(shí)，上述中的定時(shí)功能不起作用，而是將位移檢測(cè)傳感器（一般為行程開關(guān)）送來的"位移到"信號(hào)通過腳5和腳7端口向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，當(dāng)CPU接到該中斷請(qǐng)求信號(hào)以后，則完成上述換向工作過程。另外，腳6和腳8是用于位移限制的，因?yàn)樵诮^大多數(shù)實(shí)際生產(chǎn)過程中位移是有限制的，所以將限位傳感器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)端口6、8送入，CPU接到該請(qǐng)求信號(hào)后，立即通過腳9和腳10發(fā)出限位封鎖信號(hào)，停止位移工作。

　　2 軟件設(shè)計(jì)

　　SWHX-l的軟件程序分為初始化，定時(shí)識(shí)別及延時(shí)處理和中斷換向處理3部分，程序流程如圖2所示。

　　3 在周期換向電源中的應(yīng)用

　　在許多生產(chǎn)過程中要用到周期性換向電源裝置。這里僅以常見的電鍍電源中的一種為例說明其使用方法。圖3所示為三相雙反里形雙向6脈波周期換向電源的電路原理圖實(shí)例。該電源采用兩套品閘管可控整流電路，但在SWHX-1的控制下，在同一時(shí)間內(nèi)只能有一套工作，另外一套被封鎖截止，兩套整流電路的工作時(shí)間通過圖1中的S1和S2來分別設(shè)定。圖3中的CF97088B是雙反星形6脈波晶閘管觸發(fā)專用器件，它除了產(chǎn)生6個(gè)同步觸發(fā)脈沖外，內(nèi)部還具有電流、電壓雙PI負(fù)反饋調(diào)節(jié)功能，并且還能自動(dòng)識(shí)別輸入三相電中的缺相、過電壓保護(hù)，過電流限制等功能，當(dāng)有這些現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，則自動(dòng)封鎖觸發(fā)脈沖的輸出，起到保護(hù)和限制的目。W1和W3分別為正反向輸出電壓設(shè)定值調(diào)節(jié)旋鈕；W2和W4為正反向輸出電壓反饋量調(diào)節(jié)旋鈕。

　　
　　該電源電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單明了，便于組裝、調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。由于CF97088和SWHX-1是全密封式器件，用于電鍍、電解和化工行業(yè)中，有防腐蝕作用，更為適合。

　　4 結(jié)語

　　基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制，以取代現(xiàn)行的定時(shí)器和時(shí)間繼電器。是今后的發(fā)展方向。本文介紹的SWHX-l器件作為一個(gè)嘗試，并在周期換向電源中應(yīng)用結(jié)果表明，定時(shí)，運(yùn)行可靠，效果較好。