如何保证在断电重启后仍然不会有二个继电器吸合,是电路的关键。
一般情况下,几乎任何时刻都有一个继电器处于吸合状态,例如2号。若不进行处理,掉电后2号继电器仍然是吸合的,重新上电后,那么从1号开始吸合,这样就有1、2号两个继电器同时吸合了,而这是不允许的。
解决办法,就是在失电时,利用电源电容仍然保留电源电压并能正常工作一段时间的特点,让吸合的继电器释放掉,这样在掉电期间所有的继电器都是处于断开的状态,重新上电就不会出问题了。
实现的办法,是利用HC132的另外一路输入。正常情况下该输入为正,探测到掉电则转为负,这样所有HC132的输出都强制为正,吸合的继电器就被释放了。事实上,掉电之前只有一个HC132的输出为负,也就是导通的那个。掉电处理只让这一个继电器翻转,而且是电容放电,不额外吸收电源的能量。因此也可以看出,掉电后所有的100uF电容均处于放电状态。
掉电的探测,可以查看防反二极管的电压是否为0或反了过来。正常情况下这个二极管是正偏的,一旦负偏,就可以用一个施密特触发器门产生这个负跳跃。
当然,最简单的,应该是这个:
正常情况下,HC132的输入高于Vcc的2/3,这样HC132的输入为正,输出也为正。当VMC电压因为表的关闭或者BNC插头拔下后,两个电阻的分压值很快下降,门电路翻转,输出为低电位。
这部分同时做了一个上电延时。
LED显示部分。由于耗电原因,LED只能闪光显示。每一路一个LED,切换到该路时,短暂闪光。
短暂闪光必须用电容(47uF),而限流要有电阻(1k),这些并非每路一对,而是整个电路公用两对。
LED显然是不能公用的,而且由于是单向电流器件,必须用反向二极管进行泄放,因此1N4148也不能公用了。
奇数、偶数法,是流出时间让电容充电,交替进行。
这样的功能,也限制了扫描器的路数,必须是偶数个的。
至于这电路的耗电问题,一方面看,1k的电阻是继电器62.5欧的1/16,并联后造成的附加瞬时负载很小,不会对继电器吸合和系统可靠性造成影响。另一方面,47uF的电容是继电器的100uF的一半,因此造成耗电增大50%,但这仅仅是增大了充电时间,限制了测量最小重复周期。目前看,用3458A在不加LED的情况下做到NPLC=10都没有问题,即间隔0.2秒。如果这个是限制的话,可以把47uF电容减少到例如22uF甚至10uF,影响就很小了,带来的不便是闪光时间短、亮度低。
有人说,何必那么复杂,上电的时候把所有的Reset并联,给个复位不就行了?
其一,这电路并不复杂。其二,所有的Reset并联后,根本就没有那么大的能量来驱动了。不要忘记,整个系统是VMC取电的,驱动继电器要一个一个来,而且要至少间隔1秒,才能积累足够的能量。
还有人问,用单片机不是来的更简单吗?的确简单一些,可以省掉延时部分(用软延时)。用单片机的缺点是:
A、耗电比74HC的大,尽管也有低耗电的
B、成本偏高,尤其是多个I/O脚的。用2片4017加上延时,3元钱解决问题。
C、单片机需要编程、灌程序,存在工序复杂、管理不方便等问题。
还有人提议,能否用VMC做延时模二和,倍频后驱动4017,这样可以隔一个用一个,就不用延时了。这种方法的问题是,不好同步。
当然,当电路装配完成后,最初的继电器状态是随机的,很有可能多个同时导通。不要紧,先不要接基准,而是先接表(VMC),让扫描器空转一圈后再掉电,所有的继电器就都是释放状态了。这个时候,就可以接基准了。当然要注意,扫描器最好是固定,使用中严禁搬动。否则磁保持继电器可能会因为强烈震动而翻转。我自己是打算装入机架,这样就万无一失了。
采用4017很大的麻烦,输出脚是乱的,没有次序。曾经想用HC393+HC138,这样输出很规矩,但HC138是负逻辑,配合HC132太麻烦,而且没有或非的施密特触发器,因此仍然采用了4017。
另外,最后的推动电路图上用了8总线的74HC240,每路2个门并联,驱动能力很强。其实最好采用一面进一面出,方便布线,例如HC573。可惜我手边只有HC574,是脉冲触发的,不是电平转换的,不能用。因此只好先用HC240,其输入和输出是相间的,也比较别扭。
最后,这个N×1开关,实际上是N×2的了,因为多余的一个触点可以完全利用上。制作
制作顺序
1、列出主要元件清单
如果路数不够16,则相应元件数量自然要减少
2、用面包板验证单元电路,例如延时部分、失电释放等。
这个步骤是不能省略的,除非可以仿真。
3、然后,采用洞洞板做一个样品。
元件全部搞定后,放在板上布一下局
组装完毕,布局和元件与最开始的设计有所区别,驱动用了HC240而不是HC14,由于有3个空闲门,地方也富裕,因此路数从16路扩充到17路。实际上,两个4017串联,最大就是17分频。巧了,这17也是一行256字符能容纳的最多8.5为数据列(另有时间、温度),也是板子的最大容量了。
4、调试。出现的问题和解决:
A、大部分继电器不工作、电流大。原因:HC240的输出使能没有接
B、两个继电器的Set、Reset接反。这个问题不大,可以在接线的时候反过来,但影响测试,还是重新接了线
C、掉电的时候,如果是正常关机,则继电器释放没问题。但若把线断开,则继电器不释放。原因是肖特基管漏电有几微安,500k和200k电阻不足以让其压降下降,改为150k+50k解决问题。
D、在第8个继电器吸合的时候掉电,继电器8可以释放,但继电器9吸合了!查原因,是驱动与非门没有接掉电线
E、直接用4V电源开关的时候,每次继电器依次动作,但继电器10不动作。查逻辑没问题,焊下电容没问题,换了继电器还是不行,最后只能是认为HC240不好了。当然,真正工作还没发现问题,包括继电器10吸合的时候掉电,都可以释放。
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