贵州航天电器股份有限公司 贵州贵阳 550009
摘要：普通加速度继电器的功能为当继电器感受到的加速度达到其某一过载值后即接通或关断。本文介绍了一种具有双过载功能的电子加速度继电器，其特点在于该继电器感受到的加速度值必须从零上升到规定的过载值1（以下简称gH）以后，再由gH值降低到规定的过载值2（以下简称gL），继电器输出端才接通并且进行延时，当延时时间达到规定值T后，继电器输出端自动断开。该继电器通过加速度传感器MMA7341L感受加速度信号，并将其输出信号分别与两个基准参考电压通过比较器的进行比较，比较后的两个信号作为单片机控制信号，通过单片机的高低电平输出来控制固体继电器开关电路的接通或关断，并进行相应延时。该加速度继电器的过载值、延时时间以及延时类型均可通过电路和单片机程序进行调整。本文设计的双过载加速度继电器采用全密封固态化设计，无常规机械运动部件，具有灵敏度高、性能稳定、环境适应性强等优点，可供各种型号系统做火工品点火控制或作为加速度敏感器件使用。
关键词：加速度继电器；延时继电器；过载开关
引言
加速度继电器（过载开关）是感受加速度并完成制动的一类开关器件，它以加速度值的大小作为输入控制信号，输出开关信号。加速度继电器作为一种火工品点火控制或加速度敏感器件，已经在航空、航天、兵器、车辆、地质物探等领域得到广泛应用。传统的加速度继电器通常只以某一个加速度值为过载分界点，当继电器感受到的加速度值达到这一过载加速度值后，继电器输出开关信号。随着多样化和智能化技术的不断发展，传统的单过载加速度继电器已经不能满足市场的多样化应用需求。
基于市场发展和用户需求，本文设计了一种具有延时功能的双过载加速度继电器，该继电器感受到的加速度值须从零上升到gH，再由gH下降到gL，继电器输出端才接通并且进行延时，延时完成后继电器自动断开。本文设计的加速度继电器采用全固态化设计，内部无常规机械运动部件，具有灵敏度高、性能稳定、环境适应性强等优点，可供各种型号系统做火工品点火控制或作为加速度敏感器件使用。
1 整体设计
本文设计的双过载加速度继电器主要由加速度感应电路、基准信号电路、信号比较电路、控制电路、固体电子开关电路等几部分组成。
本文选用加速度传感器MMA7341L作为加速度感应器件，该器件在感受到一定的加速度值后会输出相应的电压信号，将该电压信号与基准电压信号通过比较器进行比较后，输出给单片机，通过单片机内置程序对输入的加速度信号进行判别，单片机在识别到规定的加速度信号值后将输出端置高或置低，并通过单片机输出的高低电平控制固体开关模块的接通或关断。该加速度继电器的整体框图如图1所示。
图1 整体框图
2 电路设计
2.1加速度感应电路
本文设计的加速度传感器的两个过载加速度值gH和gL分别为(9±1)g和(2±0.5)g。传感器MMA7341L根据g-select的高低可以分为±3g和±11g两个档位，根据(9±1)g的设计要求，本文设计时选用了传感器MMA7341L的±11g档位，即设计时将g-select端接入高电平使用。该加速度继电器的额定输入电压为5Vd.c.，而传感器MMA7341L的额定工作电压为3.3V，因此，设计时选用了一个5 Vd.c 输入，3.3 Vd.c输出的电源芯片SPX1117-3.3对传感器的输入电压进行调整。同时为了滤除噪音，提高继电器的可靠性，分别在电压调整芯片两端和传感器的输入输出端各并联了一个去耦降噪电容，由电压调整器和传感器构成的加速度感应模块电路如图2所示。
产生基准电压信号1和基准电压信号2的电路图分别如图3和图4所示。
2.3 信号比较电路
比较器的两个输入端一个称为同相输入端，另一个称为反相输入端，当同向输入端电压高于反向输入端时，比较器输出高电平，反之，比较器输出低电平。
加速度传感器的输出信号XOUT与基准电压信号通过比较器进行比较可以控制比较器的高低电平输出状态，通过比较器的输出状态可以对加速度信号值进行识别。由于有两个加速度信号和两个基准电压信号要分别进行比较，需要两个独立比较器。为了节约成本，减小空间，本文设计时选用了一个自身具有两个独立比较器的芯片ER193，该芯片的额定工作电压为±5Vd.c.，能够直接接5V供电电源使用。如图5所示为信号比较电路，该电路工作时，如果传感器输出的信号XOUT值大于基准电压信号值，比较器A路输出OUTA为低电平，如果传感器输出信号XOUT值小于基准电压信号值2，比较器B路输出OUTB为低电平，反之。
图6 控制电路
2.4 控制电路
本文设计的双过载加速度继电器工作时，其感受到的加速度需从零上身到9g，再由9g下降到2g时，固体电子开关才输出接通信号并进行延时。为了实现该功能，设计时选用了一款单片机AT89C2051，通过单片机程序对两组比较器的输出信号OUTA、OUTB进行判定，上电时，首先将单片机所有输出端置高电平，然后开始对P1.6端口接收到的信号OUTA进行识别，当P1.6接收到低电平信号时，表示传感器感受到的加速度已经从零上升到9g以上，接下来单片机开始对P1.5进行扫描，当P1.5扫描到低电平信号时，表示加速度信号已经从9g降低到2g，此时，将P1.4置电平，通过P1.4驱动固体电子开关接通，同时单片机程序开始计时，计时到200ms后，将P1.4置高电平，固体电子开关断开。固体开关接通、关断控制电路如图6所示。
2.5 固体电子开关电路
为了避免常规机械运动部件带来的可靠性不高，抗冲击、振动能力差等缺点，本文采用固体电子开关作为该加速度继电器的开关器件，图7所示为本文采用的固体电子开关电路图。
4 结论
本文设计的双过载加速度继电器原理结构简单，同一继电器可以对两个加速度信号进行采集，并具有延时自动断开功能。该继电器的加速度值和延时时间均可根据需要进行调整，具有可调性，适应范围较广。另外，该产品采用全固态化设计，内部无常规机械运动零部件，具有灵敏度高、性能稳定、环境适应性强等优点，该加速度继电器内部固体开关接通后进行延时自动断开的功能的实现，尤其适用于各种型号系统做火工品点火控制使用。
参考文献
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论文作者:唐国先,李强
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/29
标签：加速度论文; 继电器论文; 信号论文; 电压论文; 单片机论文; 传感器论文; 固体论文; 《基层建设》2017年第14期论文;