一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置论文和设计-郭志波

全文摘要

本实用新型公开了一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置，包括电源，所述电源与变压整流电路相连，所述变压整流电路与单片机和驱动器相连，所述单片机分别与检测电路、通信器以及驱动器相连；单片机通过与通信器进行通信，接收用户发出的控制指令，根据用户指令启动检测电路，通过检测电路返回的高低电平信号，确定电路零点时刻，根据零点时刻和接触器执行时间确定控制电路执行开始时刻，再向控制器发送控制命令使接触器能够准确在电路的下个零点时刻准确闭合或断开；可以使得接触器在交流电过零点时刻准确的完成闭合、断开动作，避免拉弧现象起到保护接触器触点延长接触器使用寿命的作用，本实用新型可以用于接触器的控制。

主设计要求

1.一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置，其特征在于：包括电源，所述电源与变压整流电路相连，所述变压整流电路与单片机和驱动器相连，所述单片机分别与检测电路、通信器以及驱动器相连，所述驱动器与接触器相连。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置，其特征在于：所述变压整流电路包括变压器，所述变压器输入端接220V交流电，输出端分别与整流二极管D1的正极以及整流二极管D4的负极相连，所述整流二极管D1的负极与整流二极管D2的负极相连，所述整流二极管D2的正极与整流二极管D4的负极相连，所述整流二极管D4的正极与整流二极管D3的正极相连，所述整流二极管D2的负极和整流二极管D4的正极分别经并联设置的滤波电容C1和C2与三端稳压芯片U2的LINE端以及COMMON端连接，所述三端稳压芯片U2的VREG端经滤波电容C3与驱动器相连；

所述整流二极管D2的负极和整流二极管D4的正极分别经并联设置的滤波电容C4和C6与三端稳压芯片U3的LINE端以及COMMON端连接，所述三端稳压芯片U3的VREG端经并联设置的滤波电容C5和C7与单片机相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置，其特征在于：所述检测电路包括光耦耦合器U1A、U1B、U1C，所述光耦耦合器U1A的输入端经反向并联连接的保护二极管D5与三相电源相连，所述光耦耦合器U1B的输入端经反向并联连接的保护二极管D6与三相电源相连，所述光耦耦合器U1C的输入端经反向并联连接的保护二极管D7与三相电源相连；

所述光耦耦合器U1A的输出端的12号引脚、光耦耦合器U1B的输出端的10号引脚以及光耦耦合器U1C的输出端的8号引脚与5V电源相连，所述光耦耦合器U1A的输出端的11号引脚、光耦耦合器U1B的输出端的9号引脚以及光耦耦合器U1C的输出端的7号引脚分别串接分压电阻R4、R7、R6后接地，分压电阻R4、R7、R6分别与开关三极管Q1、Q2以及Q3的基极相连，所述开关三极管Q1、Q2、Q3的发射集分别串联分压电阻R5、R8、R9后接地，电阻R5、R8、R9与单片机相连。

4.根据权利要求3所述的一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置，其特征在于：所述整流二极管D2的负极和整流二极管D4的正极分别的滤波电容C8两端相连，滤波电容C8并联连接有滤波电容C9，所述滤波电容C9的两端分别与三端稳压芯片U1的VIN端以及分压电阻R2的一端连接，所述分压电阻R2的另一端与三端稳压芯片U1的ADJ端相连，三端稳压芯片U1的ADJ端和Vout端与分压电阻R1的两端相连，所述分压电阻R2的一端和所述三端稳压芯片U1的Vout端分别与滤波电容C10两端连接，所述三端稳压芯片U1的Vout端经分压电阻RI和滤波电容C10与通信器相连。

5.根据权利要求4所述的一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置，其特征在于：所述保护二极管D5、保护二极管D6以及保护二极管D7的负极分别连接有限流电阻R11、R10、R3。

6.根据权利要求5所述的一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置，其特征在于：所述通信器包括ESP8266芯片，所述ESP8266芯片的CV3接口与三端稳压芯片U1的Vout端相连，所述ESP8266芯片的GNG接口接地，所述ESP8266芯片的TXD接口与单片机的RXD接口相连，所述ESP8266芯片的RXD接口与单片机的TXD接口相连。

7.根据权利要求6所述的一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置，其特征在于：驱动器包括驱动芯片L298N，所述驱动芯片L298N的IN1接口与单片机的P12接口相连，所述驱动芯片L298N的IN2接口与单片机的P13接口相连，所述驱动芯片L298N的GND接口、ISENA接口以及ISENB接口相互连接并接地，所述驱动芯片L298N的OUT1接口与接触器的relay+接口相连，所述驱动芯片L298N的OUT2接口与接触器的relay-接口相连，所述驱动芯片L298N的OUT1接口分别与二极管D8的正极和二极管D9的负极相连，所述驱动芯片L298N的OUT2接口分别与二极管D10的正极和二极管D11的负极相连，所述驱动芯片L298N的OUT3接口分别与二极管D12的正极和二极管D13的负极相连，所述驱动芯片L298N的OUT4接口分别与二极管D14的正极和二极管D15的负极相连，所述二极管D9、D11、D13以及D15的正极相连并接地，所述二极管D8、D10、D112以及D14的负极相连并与驱动芯片L298N的VS接口相连，所述驱动芯片L298N的VS接口与三端稳压芯片U2的VREG端相连。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种交流接触器装置。

背景技术

当前对于接触器的研究大致分为三个方向：一、从电流波形入手使接触器在电路能量最低时动作减少损耗。二、采用电力电子技术实现无触点控制。三、从触头材质入手，减少触头动作时的火花。以上三种方法均能有效延长接触器的使用寿命，但也存在着不能忽视的缺憾。如目前的改进接触器中为了使三相电弧的总能量最小，将分断的时刻选择在任意相电流过零的瞬间实现，但该方案只能使接触器全部工作过程中有三分之一的时间实现少弧分断并不能完全实现灭弧功能。而在无触点控制接触器中所使用的晶闸管属于电力电子器件，其抗浪涌能力差，本身存在着的压降，不能长时间的导通，需要加装散热装置，而且电源与负载没用明显的断点，不能完全的实现控制电路与主电路的完全隔离。对于接触器触头的改进则存在着成本和耐用度的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置，可以使得接触器在交流电过零点时刻准确的完成闭合、断开动作，避免拉弧现象起到保护接触器触点延长接触器使用寿命的作用。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置，包括电源，所述电源与变压整流电路相连，所述变压整流电路与单片机和驱动器相连，所述单片机分别与检测电路、通信器以及驱动器相连，所述驱动器与接触器相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，单片机通过与通信器进行通信，接收用户发出的控制指令，根据用户指令启动检测电路，通过检测电路返回的高低电平信号，确定电路零点时刻，根据零点时刻和接触器执行时间确定控制电路执行开始时刻，再向控制器发送控制命令使接触器能够准确在电路的下个零点时刻准确闭合或断开；可以使得接触器在交流电过零点时刻准确的完成闭合、断开动作，避免拉弧现象起到保护接触器触点延长接触器使用寿命的作用，本实用新型可以用于接触器的控制。

作为本实用新型的进一步改进，所述变压整流电路包括变压器，所述变压器输入端接220V交流电，输出端分别与整流二极管D1的正极以及整流二极管D4的负极相连，所述整流二极管D1的负极与整流二极管D2的负极相连，所述整流二极管D2的正极与整流二极管D4的负极相连，所述整流二极管D4的正极与整流二极管D3的正极相连，所述整流二极管D2的负极和整流二极管D4的正极分别经并联设置的滤波电容C1和C2与三端稳压芯片U2的LINE端以及COMMON端连接，所述三端稳压芯片U2的VREG端经滤波电容C3与驱动器相连；所述整流二极管D2的负极和整流二极管D4的正极分别经并联设置的滤波电容C4和C6与三端稳压芯片U3的LINE端以及COMMON端连接，所述三端稳压芯片U3的VREG端经并联设置的滤波电容C5和C7与单片机相连；这样可以很好地将电源的电压进行变压整流，使得外接电源的电压能够很好地适用于驱动器、单片机和通信器。

作为本实用新型的进一步改进，所述检测电路包括光耦耦合器U1A、U1B、U1C，所述光耦耦合器U1A的输入端经反向并联连接的保护二极管D5与三相电源相连，所述光耦耦合器U1B的输入端经反向并联连接的保护二极管D6与三相电源相连，所述光耦耦合器U1C的输入端经反向并联连接的保护二极管D7与三相电源相连；所述光耦耦合器U1A的输出端的12号引脚、光耦耦合器U1B的输出端的10号引脚以及光耦耦合器U1C的输出端的8号引脚与5V电源相连，所述光耦耦合器U1A的输出端的11号引脚、光耦耦合器U1B的输出端的9号引脚以及光耦耦合器U1C的输出端的7号引脚分别串接分压电阻R4、R7、R6后接地，分压电阻R4、R7、R6分别与开关三极管Q1、Q2以及Q3的基极相连，所述开关三极管Q1、Q2、Q3的发射集分别串联分压电阻R5、R8、R9后接地，电阻R5、R8、R9与单片机相连，这样电阻R5、R8、R9上的电压做为单片机检测三相交流电过零的信号电压，将交流电输入转换为单片机可以检测的高低电平信号。

作为本实用新型的进一步改进，所述整流二极管D2的负极和整流二极管D4的正极分别的滤波电容C8两端相连，滤波电容C8并联连接有滤波电容C9，所述滤波电容C9的两端分别与三端稳压芯片U1的VIN端以及分压电阻R2的一端连接，所述分压电阻R2的另一端与三端稳压芯片U1的ADJ端相连，三端稳压芯片U1的ADJ端和Vout端与分压电阻R1的两端相连，所述分压电阻R2的一端和所述三端稳压芯片U1的Vout端分别与滤波电容C10两端连接，所述三端稳压芯片U1的Vout端经分压电阻RI和滤波电容C10与通信器相连，这样可以使得通信器无需通过单片机供电，从而确保通信器和单片机的电压的稳定。

作为本实用新型的进一步改进，所述保护二极管D5、保护二极管D6以及保护二极管D7的负极分别连接有限流电阻R11、R10、R3，这样可以对电路进行限流保护，进一步提升了光耦耦合器的安全性，避免电流过大而损坏。

作为本实用新型的进一步改进，所述通信器包括ESP8266芯片，所述ESP8266芯片的CV3接口与三端稳压芯片U1的Vout端相连，所述ESP8266芯片的GNG接口接地，所述ESP8266芯片的TXD接口与单片机的RXD接口相连，所述ESP8266芯片的RXD接口与单片机的TXD接口相连，这样可以更好地进行信号传递。

作为本实用新型的进一步改进，驱动器包括驱动芯片L298N，所述驱动芯片L298N的IN1接口与单片机的P12接口相连，所述驱动芯片L298N的IN2接口与单片机的P13接口相连，所述驱动芯片L298N的GND接口、ISENA接口以及ISENB接口相互连接并接地，所述驱动芯片L298N的OUT1接口与接触器的relay+接口相连，所述驱动芯片L298N的OUT2接口与接触器的relay-接口相连，所述驱动芯片L298N的OUT1接口分别与二极管D8的正极和二极管D9的负极相连，所述驱动芯片L298N的OUT2接口分别与二极管D10的正极和二极管D11的负极相连，所述驱动芯片L298N的OUT3接口分别与二极管D12的正极和二极管D13的负极相连，所述驱动芯片L298N的OUT4接口分别与二极管D14的正极和二极管D15的负极相连，所述二极管D9、D11、D13以及D15的正极相连并接地，所述二极管D8、D10、D112以及D14的负极相连并与驱动芯片L298N的VS接口相连，所述驱动芯片L298N的VS接口与三端稳压芯片U2的VREG端相连，这样可以更好地驱动接触器的断开或闭合。

附图说明

图1是本实用新型结构图。

图2是本实用新型整流变压电路图。

图3是本实用新型检测电路图。

图4是本实用新型控制流程图。

图5是本实用新型驱动芯片连接图。

图6是本实用新型通信芯片连接图。

具体实施方式

如图1-6所示的一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置，包括电源，电源与变压整流电路相连，变压整流电路与单片机和驱动器相连，单片机分别与检测电路、通信器以及驱动器相连，驱动器与接触器相连。

变压整流电路包括变压器，变压器输入端接220V交流电，输出端分别与整流二极管D1的正极以及整流二极管D4的负极相连，整流二极管D1的负极与整流二极管D2的负极相连，整流二极管D2的正极与整流二极管D4的负极相连，整流二极管D4的正极与整流二极管D3的正极相连，整流二极管D2的负极和整流二极管D4的正极分别经并联设置的滤波电容C1和C2与三端稳压芯片U2的LINE端以及COMMON端连接，三端稳压芯片U2的VREG端经滤波电容C3与驱动器相连；整流二极管D2的负极和整流二极管D4的正极分别经并联设置的滤波电容C4和C6与三端稳压芯片U3的LINE端以及COMMON端连接，三端稳压芯片U3的VREG端经并联设置的滤波电容C5和C7与单片机相连。

检测电路包括光耦耦合器U1A、U1B、U1C，光耦耦合器U1A的输入端经反向并联连接的保护二极管D5与三相电源相连，光耦耦合器U1B的输入端经反向并联连接的保护二极管D6与三相电源相连，光耦耦合器U1C的输入端经反向并联连接的保护二极管D7与三相电源相连；光耦耦合器U1A的输出端的12号引脚、光耦耦合器U1B的输出端的10号引脚以及光耦耦合器U1C的输出端的8号引脚与5V电源相连，光耦耦合器U1A的输出端的11号引脚、光耦耦合器U1B的输出端的9号引脚以及光耦耦合器U1C的输出端的7号引脚分别串接分压电阻R4、R7、R6后接地，分压电阻R4、R7、R6分别与开关三极管Q1、Q2以及Q3的基极相连，开关三极管Q1、Q2、Q3的发射集分别串联分压电阻R5、R8、R9后接地，电阻R5、R8、R9与单片机相连。

整流二极管D2的负极和整流二极管D4的正极分别的滤波电容C8两端相连，滤波电容C8并联连接有滤波电容C9，滤波电容C9的两端分别与三端稳压芯片U1的VIN端以及分压电阻R2的一端连接，分压电阻R2的另一端与三端稳压芯片U1的ADJ端相连，三端稳压芯片U1的ADJ端和Vout端与分压电阻R1的两端相连，分压电阻R2的一端和三端稳压芯片U1的Vout端分别与滤波电容C10两端连接，三端稳压芯片U1的Vout端经分压电阻RI和滤波电容C10与通信器相连；保护二极管D5、保护二极管D6以及保护二极管D7的负极分别连接有限流电阻R11、R10、R3。

通信器包括ESP8266芯片，ESP8266芯片的CV3接口与三端稳压芯片U1的Vout端相连，ESP8266芯片的GNG接口接地，ESP8266芯片的TXD接口与单片机的RXD接口相连，ESP8266芯片的RXD接口与单片机的TXD接口相连；驱动器包括驱动芯片L298N，驱动芯片L298N的IN1接口与单片机的P12接口相连，驱动芯片L298N的IN2接口与单片机的P13接口相连，驱动芯片L298N的GND接口、ISENA接口以及ISENB接口相互连接并接地，驱动芯片L298N的OUT1接口与接触器的relay+接口相连，驱动芯片L298N的OUT2接口与接触器的relay-接口相连，驱动芯片L298N的OUT1接口分别与二极管D8的正极和二极管D9的负极相连，驱动芯片L298N的OUT2接口分别与二极管D10的正极和二极管D11的负极相连，驱动芯片L298N的OUT3接口分别与二极管D12的正极和二极管D13的负极相连，驱动芯片L298N的OUT4接口分别与二极管D14的正极和二极管D15的负极相连，二极管D9、D11、D13以及D15的正极相连并接地，二极管D8、D10、D112以及D14的负极相连并与驱动芯片L298N的VS接口相连，驱动芯片L298N的VS接口与三端稳压芯片U2的VREG端相连。

工作时，当接收到用户指令后，启动单片机EXTI__Interrupt0中断服务程序，自动检测交流电频率，计算交流电一个周期的时间，单片机通过对高低电平的检测确定零点与预先存储的接触器延迟时间，设置接触器的断开时刻或闭合时刻；其中单片机采用STC15W408S系列的处理芯片，但不限于STC15W408S系列的芯片。

具体工作流程如下：

（1）开始；

（2）用户发送接触器闭合或断开控制命令；

（3）单片机检测检测电路输出的检测信号；

a. 单片机检测一个周期内电平从低到高时刻为0点，电平从高到低为 QUOTE 设计图

一种基于单片机的智能大功率过零接触器装置论文和设计

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