基于MSP430自動脹管控制器的研制

脹管機(jī)是針對冷凝器、冷油器、加熱器、換熱器中各類管材與管板脹接需要而設(shè)計開發(fā)的一種專用設(shè)備。其控制器的基本原理是用驅(qū)動電機(jī)(又稱驅(qū)動馬達(dá)、脹管機(jī)頭)的工作電流來標(biāo)定所加載的負(fù)荷，即驅(qū)動電機(jī)在一定的工作電流值下，提供相當(dāng)數(shù)量的扭矩，而與之相當(dāng)數(shù)量的扭矩可以通過旋轉(zhuǎn)脹管器產(chǎn)生一定的膨脹量(脹力)，它是可以被測量的。因此，通過精確測量并控制驅(qū)動馬達(dá)的工作電流值，就可獲得并控制所需要的膨脹量(脹力)。
目前，市場上大多數(shù)的脹管機(jī)采用51單片機(jī)，但其缺點(diǎn)比較突出。如內(nèi)部無存儲器，必需外接Flash或EPROM存儲設(shè)置信息，這就導(dǎo)致電路比較復(fù)雜，不利于擴(kuò)展，且工作電壓范圍較窄，抗干擾能力較差。而采用MSP430F149單片機(jī)的脹管機(jī)可以有效克服這些缺點(diǎn)。

1 工作原理
圖l為系統(tǒng)的整體框圖。通過框圖來分析脹管機(jī)的工作過程：上電后，手動開關(guān)按下，這時手動檢測電路會檢測到開啟信號，并通過光電隔離(隔置強(qiáng)電流)送入單片機(jī)；此時交流電通過電流互感器把交流加在負(fù)載上，并通過整流濾波電路把交流變成直流，經(jīng)過延時電路延遲一段時間以便避開電機(jī)的啟動電流，再經(jīng)過放大處理，把電流信號輸入單片機(jī)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換并處理；同時繼電器控制主開關(guān)M-SW打開，電機(jī)啟動，面板上顯示設(shè)置的電流值和電機(jī)轉(zhuǎn)動的電流實時值：當(dāng)實際電流以檢測電流為基準(zhǔn)發(fā)生變化時，單片機(jī)通過繼電器控制換向開關(guān)D-SW換向進(jìn)行脹管或退脹操作。同時，指示燈可以顯示脹管機(jī)的工作狀態(tài)。按鍵可以設(shè)置脹力，選用電機(jī)的3種不同功率檔位。在電機(jī)空載的情況下，手動開關(guān)按下后，主開關(guān)打開，轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動，此時采集的電流信號送入單片機(jī)。經(jīng)過大約6 s，單片機(jī)把其測得的空轉(zhuǎn)電流平均值顯示出來，此時主開關(guān)斷開，轉(zhuǎn)頭停止轉(zhuǎn)動。在設(shè)置脹力時，脹力設(shè)置值必須大于電機(jī)空轉(zhuǎn)時的電流值，否則電機(jī)無法進(jìn)行脹管操作。

2 電路設(shè)計
220 V交流輸入后，通過穩(wěn)壓模塊持續(xù)輸出穩(wěn)定的+5 V和+12 V的電壓，為線路板的電源提供保證。同時使用TPS76301將+5 V電壓轉(zhuǎn)換得到+3 V電壓，為單片機(jī)供電。220 V的交流電通過光電隔離分別為控制A／D采集的繼電器555延時電路以及D-SW換向電路提供+12V的電源。
當(dāng)手動開關(guān)按下后，電源接通，單片機(jī)采集電流信號并進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。圖2為A／D信號采集電路．交流輸入通過電流互感器T1，把交流加在負(fù)載上，并通過整流濾波電路變成直流，由繼電器K5控制輸出電流信號AA／D且送入前面板，經(jīng)LM358放大處理后得到的電流信號AA／D1交由單片機(jī)MSP430進(jìn)行采集處理。繼電器K5的0端是與555延時電路的輸出端相連，并由555延時電路輸出信號來控制其工作狀態(tài)。

在脹管機(jī)開啟時有一個非常大的瞬間電流，會導(dǎo)致剛開機(jī)馬上就關(guān)機(jī)，無法正常啟動。因此，需要一個由555延時電路組成的避峰電路來避開瞬間的大電流，延遲開機(jī)時間。圖3為延時避峰電路，NE555的引腳2(TRIG)在脹管機(jī)開啟時會有一個脈沖，使得引腳3(Q)的電平變?yōu)榈碗娖?，圖2中的繼電器K5線圈通電工作，斷開連接，導(dǎo)致單片機(jī)無法進(jìn)行信號采集。同時，電容開始充電，NE555的引腳7(DIS)內(nèi)部導(dǎo)通。脈沖過后，電容通過引腳7開始放電，TRIG和THR的電壓開始降低，當(dāng)電壓降到一定程度Q變?yōu)楦唠娖?，引腳7腳內(nèi)部截止，K5停止工作，信號采集正常，避免了出現(xiàn)開機(jī)立刻關(guān)機(jī)的現(xiàn)象。