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计算机测控技术本讲稿第一页，共十三页l 但是由于工业现场存在着电、磁、振动、温度等各种干各种干扰扰及各类执行器所要求的开关电压量级及功率电压量级及功率不同，所以不同，所以在接口电路中除根据需要选用不同的元器件外，还需要采用各在接口电路中除根据需要选用不同的元器件外，还需要采用各种种缓冲、隔离与驱动缓冲、隔离与驱动措施措施。如许多时候需要利用计算机控制一些高电压、大电流的负载。由于驱动能力所限，不能使用微机输出线直接驱动这些负载，此时就需要通过功率接口，将输出的低电压、小电流的信号转变成高电压、大电流的信号来进行驱动。另外，有些时候，也需要使用元器件将计算机与强电进行隔离以防止现场强电磁干扰或工频电压通过输出通道反串到测控系统中，提高抗干扰能力。常用的功率接口有隔离组件光电耦合器、继电器与晶闸管。本讲稿第二页，共十三页3.1 光电耦合器光电耦合器是一种半导体光电器件，因为它体积小、寿命长、抗干扰能力强等优点，所以应用领域十分广泛。1.原理：原理：当输入端高电平时，发光二极管发光，光线照射到光敏三极管或光敏二极管上，产生相应的电流，从输出端输出，完成了电光电的转换。由于输入电路与输出电路是绝缘的，因此可起到对输出通道的隔离作用。本讲稿第三页，共十三页 2.应用：应用：当单片机的P1.0口输出为高电平时，发光二极管处于截止状态，不发光，所以光电耦合器无电流输出，Uo输出高电平；当P1.0口输出为低电平时，发光二极管导通并发光，光信号使光敏三极管产生电流输出，Uo输出低电平。通过光电耦合器，可以间接地控制电路的开与断，达到了隔离的目的。本讲稿第四页，共十三页3.2 继电器 当系统需要对负荷比较大的设备进行启动或停止操作时，光电耦合器的负载能力就不能满足要求了。此时便可以选择使用继电器来控制，这是因为继电器的负载能力远大于光电耦合器。继电器是一种电子控制组件，通常用于自动控制系统当中。在工作时是利用较小的电流去控制较大的电流。一般在驱动大型设备时，往往利用继电器作为测控系统输出至输出驱动级之间的第一级执行机构。通过该级继电器输出，可完成从低压电流到高压电流的过渡。本讲稿第五页，共十三页1.工作原理：工作原理：继电器主要由铁芯、线圈、衔铁、触电、弹簧等组成。当在线圈两端加上一定的电压使线圈中形成一定方向的电流，由于电磁感应现象会产生相应的磁场，该磁场吸引衔铁，使衔铁克服弹簧的拉力与静触电吸合，使电路导通。当线圈两端电压消失后，电流产生的磁场也随之消失，由于没有了吸引力，因此衔铁在弹簧力的作用下将与触电分开，使电路断开。本讲稿第六页，共十三页2.应用：应用：图为带有光电耦合器的继电器接口电路。使用光电耦合器可以进一步提高系统的抗干扰能力。在图中，当P1.0为低电平时，继电器K吸合；而当P1.0输出为高电平时，继电器K释放。带有光电耦合器的继电器接口电路 本讲稿第七页，共十三页 3 固态继电器固态继电器 固态继电器(SSR)是近年发展起来的一种新型电子继电器，其输入控制电流小，用TTL、HTL、CMOS 等集成电路或加简单的辅助电路就可直接驱动，因此，它适宜于在微机测控系统中作为输出通道的控制元件；其输出利用晶体管或晶闸管驱动，无触点。与普通的电磁式继电器和磁力开关相比，它具有无机械噪声、无抖动和回跳、开关速度快、体积小、重量轻、寿命长、工作可靠等特点，并且耐冲力、抗潮湿、抗腐蚀。因此，在微机测控等领域中，SSR已逐步取代了传统的电磁式继电器和磁力开关作为开关量输出的控制元件。本讲稿第八页，共十三页 固态继电器的内部逻辑图如图所示。固态继电器由光电耦合电路、触发电路、开关电路、过零控制电路和吸收电路5部分构成。这5部分被封装在一个6面体外壳内，成为一个整体，外面有4个引脚(图中的A、B、C、D)。如果是过零型SSR，就包括“过零控制电路”部分，而非过零型SSR则没有这部分电路。本讲稿第九页，共十三页3.3 晶闸管 晶闸管又称可控硅，是一种大功率半导体器件，不但具有整流功能，还具有开关作用。利用晶闸管可以使用较小的功率控制较大的功率。同时，由于晶闸管的响应时间很短，远小于继电器，所以比较适用于高速系统。晶闸管本身体积小、重量轻、效率高，使用十分广泛。常用的晶闸管有单向晶闸管与双向晶闸管两类，还有光控晶闸管等。本讲稿第十页，共十三页1.单向晶闸管：单向晶闸管：单向晶闸管由3个PN结组成。当晶闸管的A、K两端为反向电压时，晶闸管本身不会导通；当晶闸管的A、K两端接正向电压时，如果G端出现信号使G、K两端也为正向电压时，单向晶闸管将导通。需要注意的是，由于单向晶闸管导通后，并不以G端电平作为维持条件，所以G端可以作为触发信号。另外，单向晶闸管没有自我关断能力，在导通之后，只有当A、K两端的电压下降到不足以使其导通时单向晶闸管才会回到截止状态。本讲稿第十一页，共十三页应用：应用：图示驱动脉冲直流负载的光电耦合单向晶闸管接口电路。当P1.0=0时，光电耦合导通，三极管T1截止，晶闸管T2导通，直流负载加电；反之，P1.0=1时，由于工作电源是脉冲直流，所以T2关断，直流负载断电。LD为指示灯。本讲稿第十二页，共十三页2.双向晶闸管：双向晶闸管：主电极A、K无论加正向电压还是反向电压，其控制G的触发信号无论是正向还是反向，它都能被触发导通。一般用于交流控制。驱动交流负载的光电耦合双向晶闸管接口电路如下图所示。T2为双向晶闸管。其工作原理同上。本讲稿第十三页，共十三页