井下電機(jī)延時(shí)控制器

劉亞梅 大慶油田采油六廠

井下電機(jī)延時(shí)控制器

劉亞梅 大慶油田采油六廠

針對(duì)井下作業(yè)儀器要具有耐高溫、體積小、功耗低、延時(shí)控制的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一種井下電機(jī)延時(shí)控制器。該控制器可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制要求，在地上設(shè)置延時(shí)參數(shù)后送入井下，實(shí)現(xiàn)儀器到達(dá)井下后在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及調(diào)速。該控制器以AT89C2051單片機(jī)為核心，采用L298N集成驅(qū)動(dòng)芯片控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及調(diào)速，選用專用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232完成TTL電平與RS232C電平的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信，通過(guò)計(jì)算機(jī)串口或者鍵盤(pán)送入延時(shí)時(shí)間。該控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低和使用方便等特點(diǎn)。

控制器；單片機(jī)；直流電機(jī)；延時(shí)；模塊

井下作業(yè)儀器儀表一般采用堿性電池或者電池組供電，因此要求儀器儀表低功耗；而且儀器儀表都放置在套管內(nèi)部，為了省電并節(jié)省有限的空間，一般不會(huì)加上散熱裝置，因此要求其必須具有體積小、耐高溫的特點(diǎn)。在有些場(chǎng)合，要求在地上設(shè)置好啟動(dòng)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的時(shí)間，然后把該控制器和電機(jī)一起放置套管內(nèi)并置于井下。針對(duì)井下作業(yè)儀器要具有耐高溫、體積小、功耗低、延時(shí)控制的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一種井下電機(jī)延時(shí)控制器。

1 設(shè)計(jì)思路

控制器以AT89C2051單片機(jī)為核心，該單片機(jī)引腳少、體積小、成本低、低功耗，適用于便攜式儀器；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便地實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。H橋電路就是4個(gè)三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管組成的對(duì)稱的電路，每2組對(duì)角線管子導(dǎo)通，就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)順、逆時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)，場(chǎng)效應(yīng)管具有低功耗、耐高溫、穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性，特別適合井下環(huán)境。現(xiàn)在市場(chǎng)已經(jīng)有H橋集成驅(qū)動(dòng)芯片，比如L298N、L297N、D772N、D882N等，該設(shè)計(jì)采用了L298N集成驅(qū)動(dòng)芯片，無(wú)需外加驅(qū)動(dòng)電路，其內(nèi)部具有2個(gè)完全相同的PWM功率放大回路。在控制室里用PC機(jī)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制，而不需直接到現(xiàn)場(chǎng)去操作；同時(shí)設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急鍵盤(pán)，如PC機(jī)與設(shè)備通信出現(xiàn)故障，可在維修通信線路時(shí)，采用現(xiàn)場(chǎng)的鍵盤(pán)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。為減小主板體積和功耗，鍵盤(pán)顯示電路與主板分開(kāi)。

2 硬件配置

（1）系統(tǒng)供電電路。供電系統(tǒng)將電池組電壓經(jīng)L7805穩(wěn)壓器件變換到5 V的直流工作電源上，用于給單片機(jī)系統(tǒng)及其他外圍電路的Vcc端供電，其中VS給電機(jī)提供電源。

（2）串口通信電路。利用AT89C2051單片機(jī)的串行口與計(jì)算機(jī)的串行口COM1或COM2進(jìn)行串行通信。由于單片機(jī)和計(jì)算機(jī)的邏輯電平不一樣，因此在應(yīng)用中必須把微處理器的信號(hào)電平（TTL電平） 轉(zhuǎn)換為RS2232C電平。這里選用專用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，完成TTL電平與RS232V電平的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)單機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。通過(guò)計(jì)算機(jī)可設(shè)置演示參數(shù)及占空比參數(shù)。

（3）鍵盤(pán)顯示電路。系統(tǒng)選用HD7279鍵盤(pán)顯示管理芯片。顯示電路采用共陰極數(shù)碼管LED，并采用動(dòng)態(tài)顯示方式。在本系統(tǒng)中采用4×4行列式鍵盤(pán)控制直流電機(jī)的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等功能，同時(shí)可通過(guò)按鍵設(shè)置延時(shí)參數(shù)和占空比等。

3 軟件設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)軟件模塊主要包括系統(tǒng)主程序模塊、七段碼顯示器模塊、鍵盤(pán)模塊、接受PC機(jī)命令模塊和PWM電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊。系統(tǒng)主程序模塊采用設(shè)置多個(gè)標(biāo)志寄存器的方法，使得系統(tǒng)通過(guò)查詢預(yù)設(shè)的標(biāo)志位進(jìn)入相應(yīng)的子程序。七段碼顯示器模塊采用動(dòng)態(tài)顯示，六位七段碼循環(huán)顯示，利用人眼的暫態(tài)效應(yīng)，達(dá)到顯示六位的效果。鍵盤(pán)模塊采用的行列掃描法，分別送出高低四位，采集低高四位，合在一起得鍵碼值。接受PC機(jī)命令模塊在串口通信中斷后存儲(chǔ)字符，并分析處理該字符，發(fā)送相應(yīng)控制指令。PWM電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊送入高低電平，改變占空比。

4 結(jié)語(yǔ)

采用性價(jià)比較好的AT89C2051單片機(jī)為核心的電路將更多的任務(wù)由軟件實(shí)現(xiàn)，這樣可以用更少的端口實(shí)現(xiàn)控制，從而減小了控制器體積。本控制器可通過(guò)計(jì)算機(jī)串口或者鍵盤(pán)送入延時(shí)時(shí)間；可根據(jù)延時(shí)時(shí)間控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。采用PWM技術(shù)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠?qū)崿F(xiàn)在井上設(shè)置延時(shí)時(shí)間及占空比，電機(jī)在井下根據(jù)延時(shí)時(shí)間進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，解決了井下無(wú)法更改電機(jī)轉(zhuǎn)向的問(wèn)題。該控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低和使用方便等特點(diǎn)。

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.034

（欄目主持 關(guān)梅君）