基于51单片机的智能负载监控系统设计

李佩佩宋潇

（河南科技大学电子信息工程学院，河南洛阳471003）

1.引言

在智能控制技术快速发展的今天，单片机智能控制技术广泛地应用于工业控制、智能控制、仪表的检测、家用电器甚至电子玩具等各个领域。它具有体系小、功能多、价格低廉、使用方便、系统设计灵活等多种优点。本设计就是利用单片机控制继电器的工作状态和发光二极管的工作状态来对电路的负载情况进行智能检测和控制。

2.基本原理

本系统设计要求就是利用AT89C51单片机对电路的异常现象进行智能监控。当负载发生异常时，切断负载上电压，当负载恢复正常时，自动对负载提供电压。即用电流互感器先对电流进行采样，将交流220V上的大电流信号转化为小电流信号；然后通过电流——电压转换，将负载上的电流值转换为单片机可以处理的0～5V的电压值；再将从互感器传来的电压值送给A/D数模转换器，将模拟值转换为数字值，以便CPU能够处理。将模数转换模块电路处理后的信息传给CPU（即AT89C51单片机），AT89C51单片机将对接收的信号进行计算，算出负载正常工作时对应的电压值；将采样到的电压信号与基准电压信号比较，以实现后继对继电器等的控制；为实现固态继电器自动闭合，CPU每隔1分钟开启继电器对电流进行采样，若采样电流值仍不正常，则对其进行定时采样。

监控系统的原理框图如下所示：

图1 负载监控系统原理图

3.电路实现

用AT89C51单片机芯片对负载工作情况进行智能监控，保证当负载发生异常时（负载电流过大或者过小），通过控制固态继电器，切断负载上电压；当负载恢复正常时，自动控制固态继电器接通电路，对负载提供电压。通过对单片机编写控制程序，实现智能自动控制。通过设置的指示灯可以观测到负载的工作情况。通过KEIL C51和Protus联调实现仿真，经过测试，当电路负载出现故障时，P1.0输出低电平，P1.1输出低电平，P1.3输出高电平（D1灯亮），低电平有效，测试图2如下所示：

图2 负载出现故障

当电路负载无故障时，即正常，P1.0输高电平，P1.1输出高电平（D2灯亮），P1.3输出低电平，低电平有效，测试图3如下所示：

图3 负载正常

4.结束语

本文介绍了以MSC-51单片机作为控制单元的一款能对电路的负载情况智进行能化监控的控制系统。经过总体设计分工、软件硬件设计、硬件仿真、软件程序调试，可以保证当负载发生异常时（负载电流过大或者过小），通过控制固态继电器，切断负载上电压；当负载恢复正常时，自动控制固态继电器接通电路，对负载提供电压，实现智能自动控制。

[1]W.D.Brogan，《Modern Control Theory》，Prentice Hall Inc，1985.

[2]崔玮编.protel-99E电路原理图与电路板设计教程[M].北京：海洋出版社，2005.

[3]李叶紫、王喜斌、胡元军、孙东辉.MCS-51单片机应用教程[M].北京：清华大学出版社，2004.

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