CN102969200B - 高可靠性的单片机控制继电器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高可靠性的单片机控制继电器装置，与单片机相连接应用于外部电路上，其特征在于，包括：逻辑模块、锁存模块、驱动模块、供电模块、继电器、继电器检测模块、继电器控制端口、复位信号端口以及使能信号IO端口。本发明实现了继电器线圈状态返校、总控开关、上电防误动及继电器状态所存等功能，并可以保证单片机、控制回路及继电器异常的情况下，系统可以可靠的运行，有效提高控制回路抗干扰、元件故障自动检测和自锁等性能，大大提高了系统的可靠性。

Description

高可靠性的单片机控制继电器装置

技术领域

本发明涉及电子电路领域，具体地说，涉及一种高可靠性的单片机控制继电器装置。

背景技术

继电器（relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

继电保护装置作为一种自动控制装置，在电力系统中主要负责电力系统的安全可靠运行，它可以随时掌握电力系统的运行状态，同时及时发现问题，从而通过选择合适的断路器切断问题部分。

继电器是继电保护装置的重要元器件，是电网安全不可缺少的第一道防线，对保证系统安全运行起到非常重要的作用。继电器在电力系统发生故障时切除故障设备、对系统安全运行做出贡献，但若不正确动作（包括拒动和误动）也可能会给系统造成巨大的危害，甚至引起大范围的停电造成巨大经济损失。

如图1所示，为现有技术中单片机控制继电器装置的结构框图，其中，该装置包括：驱动模块01、供电模块02、继电器03；其中，

所述驱动模块01，与单片机和所述继电器03相连接，用于接收单片机发出的控制信号，对该信号进行放大驱动，作用于所述继电器03；

所述供电模块02，与单片机和所述继电器03相连接，用于接收单片机发出的电源总控信号，从而为所述继电器03供电；

所述继电器03，与所述驱动模块01和供电模块02相连接，用于为外部电路提供自动调节，安全保护的作用。

目前继电保护装置的继电器是通过单片机MCU的IO口来控制，而单片机MCU作为继电保护装置的大脑，在电磁环境恶劣的电力系统中容易受到干扰，产生复位和死机等问题，进而引起继电器不正确的动作。

因此，上述问题便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高可靠性的单片机控制继电器装置，以解决单片机在电磁环境恶劣的电力系统中容易受到干扰，产生复位和死机等情况进而引起继电器不正确的动作的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高可靠性的单片机控制继电器装置，与单片机相连接应用于外部电路上，包括：逻辑模块、锁存模块、驱动模块、供电模块、继电器、继电器检测模块、继电器控制端口、复位信号端口以及使能信号IO端口；其中，

所述逻辑模块，与所述锁存模块、复位信号端口以及使能信号IO端口相连接，用于接收所述复位信号端口的复位信号和使能信号IO端口的使能控制信号，并将两个信号进行逻辑判断，输出至锁存模块；

所述锁存模块，与所述逻辑模块、继电器控制端口及驱动模块相连接，用于针对所述继电器控制端口输出的控制信号和所述逻辑模块输出的信号进行锁存，并将锁存后的信号输出至所述驱动模块；

所述驱动模块，与所述锁存模块和继电器相连接，用于接收所述锁存模块输出的锁存后的信号进行驱动放大，并作用于所述继电器；

所述供电模块，与所述继电器和单片机相连接，用于根据所述单片机的电源总控输出，对所述继电器供电；

所述继电器，与所述驱动模块、供电模块及继电器检测模块相连接，用于在所述供电模块提供电能的状态下启动，并根据所述驱动模块输出的驱动信号对外部电路进行调节；

所述继电器检测模块，与所述继电器和单片机相连接，用于实时监测监视继电器线圈的实际电平高低，并将监测数据发送至单片机；

所述继电器控制端口，与所述单片机和锁存模块相连接，用于接收该单片机IO口的控制信号，并将具有控制所述继电器工作的该控制信号发送至所述锁存模块；

所述复位信号端口，与所述单片机和所述逻辑模块相连接，用于根据该单片机的输出提供复位信号，以防止继电器上电后误动，并作为第一级信号输出至所述逻辑模块进行逻辑判断，控制所述锁存模块的工作状态；

所述使能信号IO端口，与所述单片机和所述逻辑模块相连接，用于根据单片机的输出提供使能信号，作为第一级信号输出至所述逻辑模块进行逻辑判断，控制所述锁存模块的工作状态。

进一步地，所述逻辑模块进一步为由非门和与门构成。

进一步地，所述锁存模块进一步由高集成电路芯片74HC573（总线锁存器）构成。

进一步地，所述驱动模块进一步由达林顿阵列（ULN2003）构成。

进一步地，所述供电模块进一步由供电电路和继电器保护电路两部分组成，其中，供电电路包含三极管和场效应管，用于放大单片机的电源总控输出；继电器保护电路包含至少两个续流二极管，用于保护继电器线圈。

进一步地，所述供电电路进一步包括三极管和场效应管。

进一步地，所述继电器保护电路进一步包括至少两个续流二极管。

进一步地，所述继电器检测模块由至少3个电压比较器（LM239）构成。

与现有技术相比，本发明所述一种高可靠性的单片机控制继电器装置达到了如下效果：

1）本发明实现了继电器线圈状态返校、总控开关、上电防误动及继电器状态所存等功能；

2）本发明可以保证单片机、控制回路及继电器异常的情况下，系统可以可靠的运行；

3）本发明有效提高控制回路抗干扰、元件故障自动检测和自锁等性能，大大提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为现有技术中单片机控制继电器装置的结构框图；

图2为本发明具体实施例所述的一种高可靠性的单片机控制继电器装置的结构框图。

具体实施方式

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性连接于所述第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电性连接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明具体实施例所述的一种高可靠性的单片机控制继电器装置的结构框图，与单片机相连接应用于外部电路上，其中，该装置包括：逻辑模块101、锁存模块102、驱动模块103、供电模块104、继电器105、继电器检测模块106、继电器控制端口107、复位信号端口108以及使能信号IO端口109；其中，

所述逻辑模块101，与所述锁存模块102、复位信号端口108以及使能信号IO端口109相连接，用于接收所述复位信号端口108的复位信号和使能信号IO端口109的使能控制信号，并将两个信号进行逻辑判断，输出至锁存模块102。在具体实施例中，所述逻辑模块101可以由非门和与门构成。

所述锁存模块102，与所述逻辑模块101、继电器控制端口107及驱动模块103相连接，用于针对所述继电器控制端口107输出的控制信号和所述逻辑模块101输出的信号进行锁存，并将锁存后的信号输出至所述驱动模块103，以保持继电器的状态，避免造成误动。在具体实施例中，所述锁存模块102可以采用高集成电路芯片74HC573（总线锁存器）。

所述驱动模块103，与所述锁存模块102和继电器105相连接，用于接收所述锁存模块102输出的锁存后的信号进行驱动放大，并作用于所述继电器105。在具体实施例中，所述驱动模块103可以由达林顿阵列（ULN2003）构成。

所述供电模块104，与所述继电器105和单片机相连接，用于根据单片机的电源总控输出，对所述继电器105供电。在具体实施例中，所述供电模块104可以由供电电路和继电器保护电路两部分组成，其中，供电电路包含三极管和场效应管，用于放大单片机的电源总控输出；继电器保护电路包含至少两个续流二极管，用于保护继电器线圈。

所述继电器105，与所述驱动模块103、供电模块104及继电器检测模块106相连接，用于在所述供电模块104提供电能的状态下启动，并根据所述驱动模块103输出的驱动信号对外部电路进行调节。

所述继电器检测模块106，与所述继电器105和单片机相连接，用于实时监测监视继电器线圈的实际电平高低，并将监测数据发送至单片机。在具体实施例中，所述继电器检测模块106可以由至少3个电压比较器（LM239）构成。

所述继电器控制端口107，与单片机和所述锁存模块相连接，用于接收单片机IO口的控制信号，并将具有控制所述继电器105工作的该控制信号发送至所述锁存模块102。

所述复位信号端口108，与单片机和所述逻辑模块101相连接，用于根据单片机的输出提供防止继电器上电后误动的复位信号，作为第一级信号输出至所述逻辑模块101进行逻辑判断，从而控制所述锁存模块102的工作状态。

所述使能信号IO端口109，与单片机和所述逻辑模块101相连接，用于根据单片机的输出提供使能信号，作为第一级信号输出至所述逻辑模块101进行逻辑判断，从而控制所述锁存模块102的工作状态。

具体实施例

本发明所述带电源使能的电磁式继电器控制装置包括：逻辑模块101、锁存模块102、驱动模块103、供电模块104、继电器105、继电器检测模块106、继电器控制端口107、复位信号端口108以及使能信号IO端口109；其中，

所述逻辑模块101由两个非门和一个与门组成；所述锁存模块102由74HC573（总线锁存器）组成；所述驱动模块103由达林顿阵列（ULN2003）构成；所述供电模块104由供电电路和继电器保护电路两部分组成，其中，供电电路包含三极管和场效应管，用于放大单片机的电源总控输出；继电器保护电路包含至少两个续流二极管，用于保护继电器线圈；所述继电器105可以是电磁式继电器，当然这里对采用何种继电器不做具体限定，对于本领域技术人员来说，任何一种继电器均可应用于本发明；所述继电器检测模块106由至少3个电压比较器（LM239）构成；所述继电器控制端口107为至少三个IO口；所述复位信号端口108输出复位信号；所述使能信号IO端口109输出锁存器使能信号。

本发明整体装置与单片机相连接，这里对采用何种单片机不做限定，对于本领域技术人员来说，任何一种适合于本发明的单片机均可应用于本发明中，包括89C51系列、89S51系列等等。

实现继电器线圈状态反校、总控开关功能：单片机控制继电器，通过对所述继电器控制端口107赋值控制信号这3个IO口，并对所述使能信号IO端口109置低电平，经所述逻辑模块101中的非门和与门后输出高电平，使能所述锁存模块102（74HC573）控制信号锁存，锁存后的控制信号再通过驱动模块103达林顿阵列（ULN2003）驱动后到所述继电器105的继电器线圈；同时单片机通过所述继电器检测模块106的电压比较器（LM239）对继电器线圈的实际电平高低进行监测判断，如果单片机的检测端口的电平高低与相应的所述继电器控制端口107的3个IO口的赋值相反，说明继电器以及控制回路正常，单片机再对所述供电模块104置高电平后，三极管导通，场效应管导通，则继电器正常供电后按照预期输出；否则对所述供电模块104置低电平后三极管截止，场效应管截止，则继电器未供电不动作。

实现上电防误动功能：本发明所述高可靠性的单片机控制继电器装置为防止单片机在复位期间，所述继电器控制端口107状态为高阻状态不确定而导致的继电器误动。所述复位信号端口108输出的复位信号/RST在上电期间为低电平，经所述逻辑模块101的非门输出高电平，禁止总线锁存器（74HC573）输出，电路中的相应电阻将所述继电器105的继电器线圈拉为低电平禁止输出；所述复位信号端口108输出的复位信号/RST在上电后为高电平，经所述逻辑模块101的非门输出低电平，使能总线锁存器（74HC573），从而可以正常控制继电器输出。

实现继电器状态锁存功能：本发明所述高可靠性的单片机控制继电器装置中所述复位信号端口108输出的复位信号/RST在上电后为高电平，经所述逻辑模块101的非门输出低电平，使能总线锁存器（74HC573），所述使能信号IO端口109状态为高阻状态不确定，经所述逻辑模块101的非门和与门后输出低电平，通过总线锁存器（74HC573）逻辑可以保持上一状态；并且所述供电模块104中的供电电路端口状态为高阻状态，三极管导通，场效应管导通，则继电器可以维持供电，从而达到继电器继续保持上一状态即维持原来的状态，不误动的目的。

与现有技术相比，本发明所述一种带电源使能的电磁式继电器控制装置达到了如下效果：

1）本发明实现了继电器线圈状态返校、总控开关、上电防误动及继电器状态所存等功能；

2）本发明可以保证单片机、控制回路及继电器异常的情况下，系统可以可靠的运行；

3）本发明有效提高控制回路抗干扰、元件故障自动检测和自锁等性能，大大提高了系统的可靠性。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种单片机控制继电器装置，与单片机相连接应用于外部电路上，其特征在于，包括：逻辑模块、锁存模块、驱动模块、供电模块、继电器、继电器检测模块、继电器控制端口、复位信号端口以及使能信号IO端口；其中，

所述逻辑模块，与所述锁存模块、复位信号端口以及使能信号IO端口相连接，用于接收所述复位信号端口的复位信号和使能信号IO端口的使能控制信号，并将两个信号进行逻辑判断，输出至锁存模块；

所述锁存模块，与所述逻辑模块、继电器控制端口及驱动模块相连接，用于针对所述继电器控制端口输出的控制信号和所述逻辑模块输出的信号进行锁存，并将锁存后的信号输出至所述驱动模块；

所述驱动模块，与所述锁存模块和继电器相连接，用于接收所述锁存模块输出的锁存后的信号进行驱动放大，并作用于所述继电器；

所述供电模块，与所述继电器和单片机相连接，用于根据所述单片机的电源总控输出，对所述继电器供电；

所述继电器，与所述驱动模块、供电模块及继电器检测模块相连接，用于在所述供电模块提供电能的状态下启动，并根据所述驱动模块输出的驱动信号对外部电路进行调节；

所述继电器检测模块，与所述继电器和单片机相连接，用于实时监测监视继电器线圈的实际电平高低，并将监测数据发送至单片机；

所述继电器控制端口，与所述单片机和锁存模块相连接，用于接收该单片机IO口的控制信号，并将具有控制所述继电器工作的该控制信号发送至所述锁存模块；

所述复位信号端口，与所述单片机和所述逻辑模块相连接，用于根据该单片机的输出提供防止继电器上电后误动的复位信号，并作为第一级信号输出至所述逻辑模块进行逻辑判断，控制所述锁存模块的工作状态；

所述使能信号IO端口，与所述单片机和所述逻辑模块相连接，用于根据单片机的输出提供使能信号，作为第一级信号输出至所述逻辑模块进行逻辑判断，控制所述锁存模块的工作状态。

2.如权利要求1所述的一种单片机控制继电器装置，其特征在于，所述逻辑模块进一步为由非门和与门构成。

3.如权利要求1所述的一种单片机控制继电器装置，其特征在于，所述锁存模块进一步由高集成电路芯片构成。

4.如权利要求1所述的一种单片机控制继电器装置，其特征在于，所述驱动模块进一步由达林顿阵列构成。

5.如权利要求1所述的一种单片机控制继电器装置，其特征在于，所述供电模块进一步由供电电路和继电器保护电路两部分组成，其中，所述供电电路包含三极管和场效应管，用于放大所述单片机的电源总控输出；所述继电器保护电路包含至少两个续流二极管，用于所述保护继电器线圈。

6.如权利要求5所述的一种单片机控制继电器装置，其特征在于，所述供电电路进一步包括：三极管和场效应管。

7.如权利要求5所述的一种单片机控制继电器装置，其特征在于，所述继电器保护电路进一步包括：至少两个续流二极管。

8.如权利要求1所述的一种单片机控制继电器装置，其特征在于，所述继电器检测模块由至少3个电压比较器构成。