1、    基于單片機的接觸器控制器設計    陳晶旗 儲鵬飛 周海霞 張鑫雨 王天成 郭雨陽摘 要：針對接觸器的工作噪音過大，能耗過高，使用觸頭磨損問題，提出了一種新型智能化的接觸器控制器模塊設計。主要stm32核心控制器模塊、有交流電壓實時檢測模塊、交流電壓變壓整流、buck降壓電路模塊。最后通過實驗表明，利用此控制器模塊可以有效減少接觸器的能耗，降低接觸器吸合時的噪音，延長接觸器的使用年限。關鍵詞：交流電壓實時檢測;變壓整流;pwm波調壓;buck電路中圖分類號：tm562.;tp368.1       

2、60;                           文獻標識碼：a                                       doi：10.12296/j.2096-3475.2021.05.337引言：交流接觸器作為低電壓電子控制最根本的控制

3、器件之一，被廣泛的使用在各行各業的各種裝備設施中。作為一種遠程控制閉合與斷開開關器件。隨著中國提出節能減排的號召，各個行業對高品質的開關需求急切。但以往的接觸器由于耗能，噪聲大，使用壽命短、保有量大等各種問題，難以滿足當前的發展需求，且難以通過更換新式接觸器來解決該問題。因此開發一種智能接觸器控制器模塊十分急迫。在滿足接觸器所有功能的現狀下，有如下的工作流程設計，來使得接觸器更加的智能節能。本設計采用模塊化設計方案，設計了一種交流接觸器的控制單元，詳細分析了模塊中各個組件的工作原理，最后將模塊裝配到一臺220v交流接觸器上進行試驗分析，結果表明可有效實現節能。一、智能控制單元的硬件設計以stm

4、32f103zet6單片機為控制核心，采用模塊化的設計思路。其中主要的模塊為電壓檢測模塊、繼電器驅動模塊、接觸器接通模塊、顯示模塊、降壓整流模塊、pwm波調壓電路.圖1所示的為整個只能控制模塊的原理框圖。為整個智能模塊通上電后，實時檢測交流電壓并顯示，當線圈電壓在額定工作電壓的70%115%之間時為接觸器線圈通電;使線圈產生磁力，然后線圈與觸頭吸合;在接觸器吸合穩定后，將接入接觸器線圈中的交流電斷開，延時一段時間待線圈中電壓穩定后，為其接入低壓直流電，待接觸器線圈中的電壓穩定后再接入經buck電路輸出的直流電;待接觸器線圈中的電壓變得穩定后，將低壓直流電撤去，使線圈中只接入使用pwm波調壓的b

5、uck電路，且使接觸器觸頭剛好處于吸合的狀態。從而實現延長接觸器觸頭使用壽命，以及節能的目的。1.核心控制模塊使用stm32f103zet6單片機作為控制核心。該單片機即成了adc轉換電路，這樣在檢測電路時就不需要再另外設計adc轉換電路，從而實現電路的簡化，同時使整個模塊的可靠性更高。此外由于此款單片機具有較多的引腳，可直接在外部接上4.3寸的lcd彩屏，以此來顯示更多的接觸器工作時的信息;若在考慮整個模塊的制作成本的基礎時，可將單片機換為引腳更少的單片機，顯示屏換為定制的黑白lcd顯示屏。2.繼電器驅動模塊繼電器驅動模塊如圖2所示。其中u1為光耦，將其作為一個開關使用，同時也將外部的5v電

6、壓與單片機隔離出來，阻止了可能潛在的干擾;d1為整流二極管，此處應用了其單向導電性;t1為一個小功率的npn型三極管，此處應用了其開關特性，當光耦的輸入端給出一個閉合信號時，在三極管的基極接收到通過光耦輸出端的+5v電壓，三極管導通，繼電器線圈內通入電壓，繼電器吸合。此外在單片機的引腳輸出模式有三種復用輸出、推挽輸出、開漏輸出。其中以推挽輸出的驅動能力最強，可輸出3.v電壓，但電流最大只有20ma，無法直接驅動電路中用于控制線路通斷的繼電器，所以需要為繼電器設計一個這樣的驅動電路。3.整流降壓模塊圖3所示的為整流降壓模塊。為接觸器的吸合以及pwm波調壓電路提供直流電壓;t3為針式變壓器，將22

7、0v直流電調節為24v交流電;f5為保險絲，以起到防止過載的效果;r5為壓敏電阻，可以防止進入整流橋的電壓過大;d3為整流橋，將24v直流電轉換為了交流電;后邊的c4.d4.c5為電容、二極管、電容，其作用是將脈動的直流電變得平滑穩定。220v交流電經過此電路后，將會產生一個32.5v的直流電。4.pwm波調壓電路pwm波調壓電路如下圖4所示，用單片機發出的不同占空比的pwm波來驅動光耦的通斷，伴隨著光耦的通斷會在igbt1的基極產生兩個不同的電壓，來控制igbt1的通斷，即可在igbt的集電極和發射極產生脈動的直流電。然后將產生的脈動直流電輸入到圖5的buck電路中，將脈動的直流電轉換為平滑

8、的直流電，最終實現使用pwm波來調整直流電的電壓。二、智能控制單元軟件設計1.主程序設計智能繼電器模塊的軟件設計采用了模塊化的設計思想，包括adc轉換模塊、pwm波調壓模塊、lcd顯示模塊等三個主要的程序模塊。程序的運行流程如左方的圖6所示。當整個模塊上電后，即開始檢測交流電的實時電壓變化，當電壓變化到合適的范圍內時即為接觸器的線圈接入交流電，使其吸合，經過延時后將交流電撤去，為其接入低壓直流電，最后接入經過pwm波調壓的低壓直流電。從而實現節能的目的。2.pwm波調壓設計利用單片機內部的脈沖寬度調制（pwm）技術來實現對直流電壓的調節，其中pwm波的輸出是使用單片機內部的tim3時鐘，同時配

9、置pb5腳為復用輸出，最后通過設置寄存器tim3_ccr2的數值來實現pwm波占空比的改變，進而實現對直流電壓的調節。3.adc轉換設計利用單片機內部的adc，其中stm32中的adc是一個12位逐次逼近型的模擬數字轉換器，具有18個通道，可采集16個外部與2個內部信號源。這里我們通過使用程序來開啟adc的時鐘，設置輸入腳為模擬輸入。將adc復位，之后初始化adc，使能并校準adc。最終實現adc檢測電壓。三、結語文中以單片機為核心，設計了對交流電壓進行實時檢測、繼電器驅動、buck降壓電路的模塊。大大降低了接觸器工作時觸頭的磨損以及工作時的能耗，最終實現設計智能模塊的節能減排目的。參考文獻：

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