基于AVR单片机的发电机负荷缸多路遥控开关量数字遥控并编解码的实现

负荷缸是船舶电力核心发电机性能的负荷试验必备的重要工装设备，通过负荷试验，可以检验发电机长期工作的性能稳定的情况(静态特性)和对突加突卸负荷的应变能力(动态特性)

AVR单片机具有高性能低价格的优点，在本文中利用AVR单片机对发电机负荷缸的多路远程遥控开关量进行采集监控并进行数字信号编解码，用2芯的电缆取代原来40芯的粗电缆传输控制信号，有效地解决了工作中遇到的问题。

1 问题的提出

我们通过把由发电机供电的通电极板放到负荷缸水电阻中，用充气升降极板和补给水调节水电阻大小的方法控制试验发电机所带负荷的大小，对发电机的性能进行试验。体积庞大的负荷缸一般放置在码头，在船舶发电机的负荷试验中需要在船舶配电板处控制负荷缸的各个部件，所以我们在船舶配电板处安装了负荷缸遥控台，通过一条40芯约100 m长的多芯电缆连接负荷缸和遥控台。控制线路连接如图1所示。

在多年的使用经验中发现存在以下问题：

(1)因为电缆芯线繁多，工人接线时往往出现接错线的问题，导致遥控台没法正常工作，需耗费时间进行调试。

(2)这条多芯的电缆非常大，在每次试验安装的时候需要耗费很多人力进行拉放。

(3)经过长期多次的使用，会出现电缆芯线折断无法正常使用的现象，导致在试验期间需花费人力进行检查。

鉴于以上存在的问题，我们提出了以下的设想：寻找一种方法对这些多路遥控开关信号进行编码传送，然后在另一端进行解码，使得可以用两芯或较少的芯线来取代这条多芯电缆。

2 解决方案

对于以上遥控台和负荷缸连接原理图，因为在遥控台上由负荷缸供电的低水位回传信号指示灯等可以容易地改为由遥控台端供电，而在负荷缸端只提供开关量信号，于是实际的问题便变成了实现一种对多路遥控开关和返回开关量信号进行编码。刚开始考虑到采用T型电阻网络对这些开关进行采样，用A／D，D／A转换的方法实现，但为了保证信号长距离传输的可靠性，决定用数字信号的方式对这些开关量进行编解码，随着技术的进步使这种设想成为可能，经过综合比较，我们决定选用功能强大，价格便宜的ATMEL Mega8单片机对这些开关信号进行编解码和信号传输控制。

DIP封装的ATMEL Mega8单片机只有28个管脚，除掉电源和用于单片机之间通信必要的串行端口引脚，实际可用来做信号采集和输出的管脚远远不够，然而ATMEL Mega8单片机的12 MHz的高速运行速度相对于开关动作的速度来说极其快速，通过74SL244缓冲器和74SL273锁存器共用单片机管脚，在程序中控制缓冲器使能端，控制锁存器时钟信号的方法扩展单片机I／O口。

负荷缸端单片机具体连接如图2所示。

图2中2个74SL273锁存器和1个74SL244缓冲器共用单片机PB和Pc端口低四位管脚，单片机通过PB4，PD3，PB5管脚分别控制第一个、第二个锁存器的时钟脉冲输入端和缓冲器和使能端。我们在程序中设置单片机PB和PC端口低四位管脚为输入状态，控制74SL244缓冲器的使能端为低电平，并屏蔽两个74SL273锁存器的时钟输入，从而通过74SL244缓冲器采集负荷缸工作状态开关信号；在程序中设置单片机PB和PC端口低四位管脚为输出状态，控制74SL244缓冲器的使能端为高电平，并让单片机给其中一个74SL273锁存器的加上时钟输人信号，从而通过74SL273锁存器输出一组开关状态控制信号。