基于AVR單片機(jī)的發(fā)電機(jī)負(fù)荷缸多路遙控開關(guān)量數(shù)字遙控并編解碼的實(shí)現(xiàn)

負(fù)荷缸是船舶電力核心發(fā)電機(jī)性能的負(fù)荷試驗(yàn)必備的重要工裝設(shè)備，通過負(fù)荷試驗(yàn)，可以檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)長期工作的性能穩(wěn)定的情況(靜態(tài)特性)和對突加突卸負(fù)荷的應(yīng)變能力(動態(tài)特性)

AVR單片機(jī)具有高性能低價(jià)格的優(yōu)點(diǎn)，在本文中利用AVR單片機(jī)對發(fā)電機(jī)負(fù)荷缸的多路遠(yuǎn)程遙控開關(guān)量進(jìn)行采集監(jiān)控并進(jìn)行數(shù)字信號編解碼，用2芯的電纜取代原來40芯的粗電纜傳輸控制信號，有效地解決了工作中遇到的問題。

1 問題的提出

我們通過把由發(fā)電機(jī)供電的通電極板放到負(fù)荷缸水電阻中，用充氣升降極板和補(bǔ)給水調(diào)節(jié)水電阻大小的方法控制試驗(yàn)發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷的大小，對發(fā)電機(jī)的性能進(jìn)行試驗(yàn)。體積龐大的負(fù)荷缸一般放置在碼頭，在船舶發(fā)電機(jī)的負(fù)荷試驗(yàn)中需要在船舶配電板處控制負(fù)荷缸的各個部件，所以我們在船舶配電板處安裝了負(fù)荷缸遙控臺，通過一條40芯約100 m長的多芯電纜連接負(fù)荷缸和遙控臺。控制線路連接如圖1所示。

在多年的使用經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

(1)因?yàn)殡娎|芯線繁多，工人接線時往往出現(xiàn)接錯線的問題，導(dǎo)致遙控臺沒法正常工作，需耗費(fèi)時間進(jìn)行調(diào)試。

(2)這條多芯的電纜非常大，在每次試驗(yàn)安裝的時候需要耗費(fèi)很多人力進(jìn)行拉放。

(3)經(jīng)過長期多次的使用，會出現(xiàn)電纜芯線折斷無法正常使用的現(xiàn)象，導(dǎo)致在試驗(yàn)期間需花費(fèi)人力進(jìn)行檢查。

鑒于以上存在的問題，我們提出了以下的設(shè)想：尋找一種方法對這些多路遙控開關(guān)信號進(jìn)行編碼傳送，然后在另一端進(jìn)行解碼，使得可以用兩芯或較少的芯線來取代這條多芯電纜。

2 解決方案

對于以上遙控臺和負(fù)荷缸連接原理圖，因?yàn)樵谶b控臺上由負(fù)荷缸供電的低水位回傳信號指示燈等可以容易地改為由遙控臺端供電，而在負(fù)荷缸端只提供開關(guān)量信號，于是實(shí)際的問題便變成了實(shí)現(xiàn)一種對多路遙控開關(guān)和返回開關(guān)量信號進(jìn)行編碼。剛開始考慮到采用T型電阻網(wǎng)絡(luò)對這些開關(guān)進(jìn)行采樣，用A／D，D／A轉(zhuǎn)換的方法實(shí)現(xiàn)，但為了保證信號長距離傳輸?shù)目煽啃?，決定用數(shù)字信號的方式對這些開關(guān)量進(jìn)行編解碼，隨著技術(shù)的進(jìn)步使這種設(shè)想成為可能，經(jīng)過綜合比較，我們決定選用功能強(qiáng)大，價(jià)格便宜的ATMEL Mega8單片機(jī)對這些開關(guān)信號進(jìn)行編解碼和信號傳輸控制。

DIP封裝的ATMEL Mega8單片機(jī)只有28個管腳，除掉電源和用于單片機(jī)之間通信必要的串行端口引腳，實(shí)際可用來做信號采集和輸出的管腳遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，然而ATMEL Mega8單片機(jī)的12 MHz的高速運(yùn)行速度相對于開關(guān)動作的速度來說極其快速，通過74SL244緩沖器和74SL273鎖存器共用單片機(jī)管腳，在程序中控制緩沖器使能端，控制鎖存器時鐘信號的方法擴(kuò)展單片機(jī)I／O口。

負(fù)荷缸端單片機(jī)具體連接如圖2所示。

圖2中2個74SL273鎖存器和1個74SL244緩沖器共用單片機(jī)PB和Pc端口低四位管腳，單片機(jī)通過PB4，PD3，PB5管腳分別控制第一個、第二個鎖存器的時鐘脈沖輸入端和緩沖器和使能端。我們在程序中設(shè)置單片機(jī)PB和PC端口低四位管腳為輸入狀態(tài)，控制74SL244緩沖器的使能端為低電平，并屏蔽兩個74SL273鎖存器的時鐘輸入，從而通過74SL244緩沖器采集負(fù)荷缸工作狀態(tài)開關(guān)信號；在程序中設(shè)置單片機(jī)PB和PC端口低四位管腳為輸出狀態(tài)，控制74SL244緩沖器的使能端為高電平，并讓單片機(jī)給其中一個74SL273鎖存器的加上時鐘輸人信號，從而通過74SL273鎖存器輸出一組開關(guān)狀態(tài)控制信號。