摘要：针对井下作业仪器要具有耐高温、体积小、功耗低、延时控制的特点，开发了一种井下电机延时控制器。该控制器可以实现延时控制要求，在地上设置延时参数后送入井下，实现仪器到达井下后在规定的时间进行正转、反转及调速。该控制器以AT89C2051单片机为核心，采用L298N集成驱动芯片控制电机的正、反转及调速，选用专用电平转换芯片MAX232完成TTL电平与RS232C电平的转换，实现单片机与计算机之间的通信，通过计算机串口或者键盘送入延时时间。该控制器具有结构简单、体积小、功耗低和使用方便等特点。
关键词：控制器；单片机；直流电机；延时；模块
井下作业仪器仪表一般采用碱性电池或者电池组供电，因此要求仪器仪表低功耗；而且仪器仪表都放置在套管内部，为了省电并节省有限的空间，一般不会加上散热装置，因此要求其必须具有体积小、耐高温的特点。在有些场合，要求在地上设置好启动正转和反转的时间，然后把该控制器和电机一起放置套管内并置于井下。针对井下作业仪器要具有耐高温、体积小、功耗低、延时控制的特点，开发了一种井下电机延时控制器。
1 设计思路
控制器以AT89C2051单片机为核心，该单片机引脚少、体积小、成本低、低功耗，适用于便携式仪器；直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便地实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。H桥电路就是4个三极管或者场效应管组成的对称的电路，每2组对角线管子导通，就可实现电机顺、逆时针方向的转动，场效应管具有低功耗、耐高温、稳定性好等优良特性，特别适合井下环境。现在市场已经有H桥集成驱动芯片，比如L298N、L297N、D772N、D882N等，该设计采用了L298N集成驱动芯片，无需外加驱动电路，其内部具有2个完全相同的PWM功率放大回路。在控制室里用PC机就可实现对设备的控制，而不需直接到现场去操作；同时设计了现场应急键盘，如PC机与设备通信出现故障，可在维修通信线路时，采用现场的键盘对设备进行控制。为减小主板体积和功耗，键盘显示电路与主板分开。
采用AT89C2051单片机，通过控制延时程序，从而实现从AT89C51的任意输出口输出不同占空比的脉冲波形。由公式
知，只要改变占空比（α为占空比），U0（电机两端的电压）就随着改变。本系统采用固定T改变t1的方法来实现占空比的调整。可通过设定不同的初值t1，从而改变占空比α，进而达到控制电机转速的目的。
2 硬件配置
（1）系统供电电路。供电系统将电池组电压经L7805稳压器件变换到5 V的直流工作电源上，用于给单片机系统及其他外围电路的Vcc端供电，其中VS给电机提供电源。
（2）串口通信电路。利用AT89C2051单片机的串行口与计算机的串行口COM1或COM2进行串行通信。由于单片机和计算机的逻辑电平不一样，因此在应用中必须把微处理器的信号电平（TTL电平） 转换为RS2232C电平。这里选用专用电平转换芯片MAX232，完成TTL电平与RS232V电平的转换，实现单机与计算机之间的通信。通过计算机可设置演示参数及占空比参数。
（3）键盘显示电路。系统选用HD7279键盘显示管理芯片。显示电路采用共阴极数码管LED，并采用动态显示方式。在本系统中采用4×4行列式键盘控制直流电机的加速、减速、正转、反转等功能，同时可通过按键设置延时参数和占空比等。
3 软件设计
本控制系统软件模块主要包括系统主程序模块、七段码显示器模块、键盘模块、接受PC机命令模块和PWM电机转速调节模块。系统主程序模块采用设置多个标志寄存器的方法，使得系统通过查询预设的标志位进入相应的子程序。七段码显示器模块采用动态显示，六位七段码循环显示，利用人眼的暂态效应，达到显示六位的效果。键盘模块采用的行列扫描法，分别送出高低四位，采集低高四位，合在一起得键码值。接受PC机命令模块在串口通信中断后存储字符，并分析处理该字符，发送相应控制指令。PWM电机转速调节模块给电机驱动模块送入高低电平，改变占空比。
4 结语
采用性价比较好的AT89C2051单片机为核心的电路将更多的任务由软件实现，这样可以用更少的端口实现控制，从而减小了控制器体积。本控制器可通过计算机串口或者键盘送入延时时间；可根据延时时间控制电机的正转和反转。采用PWM技术控制电机的转速，能够实现在井上设置延时时间及占空比，电机在井下根据延时时间进行正转和反转，解决了井下无法更改电机转向的问题。该控制器具有结构简单、体积小、功耗低和使用方便等特点
