基于ATmega128的16路遙控單元設(shè)計及應(yīng)用
劉文凱 李敏 蔡磊
摘要： 基于ATmega128的16路遙控單元設(shè)計及應(yīng)用劉文凱1 李敏1 蔡磊2（1．山東省建筑設(shè)計研究院,，山東 濟南 2500012．江蘇安科瑞電器制造有限公司,，江蘇 江陰 214405）摘要：介紹一款基于8位單片機ATmega128為主控芯片,，具有16路輸出的ARTU-J16型遙控單元的設(shè)計原理，以及該產(chǎn)品主要技術(shù)指標與應(yīng)用案例,。關(guān)鍵字：ATmega128芯片,；
Abstract：
Key words :
關(guān)鍵字：ATmega128芯片,；遙控單元；ARTU-J16型
0 引言
在電力及工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中,，斷路器的分合,、電機的啟停，電磁閥的開閉等,，有眾多的執(zhí)行機構(gòu)需要進行遠程控制,，在以往的系統(tǒng)設(shè)計中常使用多個PLC或帶有通訊和開關(guān)量輸出功能的現(xiàn)場儀表組成一個遠程自動控制系統(tǒng)，但高昂的成本和繁瑣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)給自動化設(shè)計,、應(yīng)用帶來困擾,。
本文介紹一款具有16路遙控接點輸出的ARTU-J16，該裝置通過RS485總線與上位機相連,，作為遠程繼電器輸出模塊,，用于接收計算機指令，執(zhí)行系統(tǒng)的遙控操作或自動控制,，繼電器輸出共16路，裝置擁有1600組操作事件記錄,，帶GPS校時功能,在外部電源掉電后可以保證SOE事件記錄一個月內(nèi)不丟失,，相對以往控制方式，本設(shè)計在簡化控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時,，提供了一種低成本,，高可靠性的替代方案。
1 電路設(shè)計原理
ARTU-J16遙控單元硬件主要包括主CPU芯片,、撥碼開關(guān)設(shè)定輸入,、實時時鐘、雙路RS485通訊,、SOE事件記錄存儲,、看門狗控制、繼電器控制及輸出,、供電電源模塊等8部分組成（見圖1）,。
圖1 電路結(jié)構(gòu)
1.1 主控CPU
ARTU-J16型16路遙控執(zhí)行單元設(shè)計采用ATMEL公司的ATmega128,單芯片實現(xiàn)雙路RS485通訊、數(shù)據(jù)處理,、事件記錄存取,，顯示和16路繼電器常開接點的輸出狀態(tài)控制。ATmega128是ATMEL公司推出的一款8位RISC結(jié)構(gòu)高速低功耗單片機,，在16M時鐘頻率時系統(tǒng)性能可達16MIPS,，內(nèi)帶128k的FlashROM、4k的EEPROM,、4k系統(tǒng)SRAM,；可擴展64k外部存儲器,；兩路UART通訊口。同時該芯片擁有JTAG在線編程口,，方便用戶調(diào)試,，降低了開發(fā)成本，53個可編程I/O口可以掛接足夠多的外圍設(shè)備,。
1.2 撥碼開關(guān)設(shè)定輸入
撥碼開關(guān)提供用戶一個簡化的人機接口,，用于設(shè)定RS485通訊中的地址、波特率,、數(shù)據(jù)格式等設(shè)定功能,，撥碼開關(guān)（SW1）的10位數(shù)據(jù)口都接10k電阻上拉到Vcc，電路使用一個74HC244（IC5）數(shù)據(jù)緩沖器,，把撥碼開關(guān)的狀態(tài)傳送到8位數(shù)據(jù)總線,，剩余兩根數(shù)據(jù)線則直接接到CPU的I/O端口（見圖2）。
圖2 撥碼開關(guān)設(shè)定輸入
1.3 實時時鐘
實時時鐘芯片RX-8025A（IC4）提供給系統(tǒng)SOE事件的時間記錄點,，該芯片擁有400kHz 串行 總線接口,，內(nèi)置頻率為32.768 kHz 的石英振蕩器，提供寬溫,、高穩(wěn)定性的實時時間數(shù)據(jù),。
1.4 通訊方式
通訊方式采用雙路RS485方式，調(diào)試及設(shè)定和上位機通訊部分在物理上分成兩路,，互不干擾,，有效防止可能存在的誤操作（見圖3）。
圖3 雙路RS485通訊電路
1.5 SOE事件記錄存儲
SOE事件記錄存儲器使用32k低功耗SRAM（IC3）IC61C256AH和后備電源形成一個斷電不丟失的數(shù)據(jù)存儲單元,，使用數(shù)據(jù)鎖存器74HC373（IC2）和CPU的PC端口組成15位數(shù)據(jù)地址對IC3進行數(shù)據(jù)存儲操作（見圖4）,。
圖4 事件記錄存儲電路
1.6 看門狗控制
掉電自動保存部分使用MAX691CWE（IC8）作為電源管理，在系統(tǒng)有輔助供電的情況下保證IC3由主電源Vcc供電,，當主電源掉電時則自動切換到后備電池供電方式,。同時此芯片還兼有看門狗功能，在系統(tǒng)死機的極端情況下及時復(fù)位CPU使系統(tǒng)快速恢復(fù)至受控狀態(tài)（見圖5）,。
圖5 看門狗電路
1.7 繼電器控制及輸出
繼電器控制輸出使用一個74HC273（IC14）鎖存需要輸出的8路繼電器輸出狀態(tài),，再經(jīng)由ULN2803（IC15）驅(qū)動對應(yīng)的繼電器（K1只是16路中的一路），二極管D1可以旁路繼電器K1在斷開的瞬間所產(chǎn)生的反向電流,，而并接在K1輸出接點上的壓敏電阻VZ1則可以吸收關(guān)斷后級感性負載所產(chǎn)生的反向電動勢,，有效延長輸出繼電器觸點的壽命（見圖6）。
圖6 繼電器控制及輸出
1.8 電源部分
電源模塊采用PI公司的開關(guān)電源芯片,，輸入范圍為AC/DC 80-270V,，電源共有3路輸出，分別給CPU，繼電器驅(qū)動,、通訊等部分電路提供電源,。
2 軟件設(shè)計
軟件設(shè)計流程見圖7。
3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)指標
ARTU-J16采用DIN35mm導(dǎo)軌安裝,。前端帶通信指示和信號運行通道指示2組指示燈,，通信有兩路RS485接口，一路用于通用參數(shù)的設(shè)置及調(diào)試,，另一路用于和上位機通訊,。產(chǎn)品頂端設(shè)有撥碼開關(guān)窗口，可通過撥碼開關(guān)設(shè)置產(chǎn)品通訊地址和波特率,。產(chǎn)品符合JB/T10388-2002《帶總線通信功能的智能測控節(jié)點產(chǎn)品通用技術(shù)條件》,、GB/T7261-2000《繼電器及裝置基本試驗方法》和GB/T13729-2002《遠動終端設(shè)備》標準。
4 應(yīng)用案例
用案例以某配電系統(tǒng)為例,，1臺ARTU-J16控制8路低壓饋線,，CM1斷路器配電動機操作機構(gòu)，一次方案見圖8（a）,，控制方式見圖8（b）,。啟停按鈕現(xiàn)場手動控制各回路斷路器的合、分閘,，遙控單元通過通訊接口集中控制8路斷路器的工作狀態(tài),，實現(xiàn)斷路器就地與遠程兩地控制的工作模式。
5 結(jié)束語
ARTU-J16遙控單元于2007年12月在國家繼電保護及自動化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心測試,，符合相關(guān)標準要求。該產(chǎn)品已在某油田供水供電公司,、蘇州某稅務(wù)大廈,、內(nèi)蒙某煤礦等工程配電監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，降低了投資成本,，產(chǎn)生了較好的社會和經(jīng)濟效益,。
此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng)，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載,。