第4期2011年4月工矿自动化Industry and M ine A ut omatio nNo.4 Apr.2011文章编号:1671-251X(2011)04-0074-03一种比例电磁铁控制电路的设计赵江辉, 王淑红(太原理工大学电气与动力工程学院,山西太原 030024)摘要:采用AT89S51单片机设计了一种比例电磁铁控制电路。
该电路首先由AD 转换电路将采集到的模拟量信号转换为数字量后输入AT89S51进行处理,AT 89S51输出的PWM 信号经功率转换电路处理后作用于比例电磁铁,从而控制比例电磁铁动作。
调试运行结果验证了该电路的有效性。
关键词:比例阀;比例电磁铁;单片机控制;压力传感器 中图分类号:TD679 文献标识码:BDesign of a Cont rol Circuit of Proport ional SolenoidZH AO Jiang hui, WA NG Shu hong(College of E lectr ical and Pow er Engineering of T aiyuan University of T echnolo gy,Taiyuan 030024,China)Abstract :T he paper introduced a design o f co ntro l circuit o f pr opo rtio nal so lenoid based on AT89S52sing le chip micr ocom puter.T he circuit uses ADC circuit to conv er t collected analog signals into dig ital sig nals for further pr ocession by AT89S51,and PWM sig nal output by AT 89S51to make propo rtio nal solenoid act after processio n of po w er conversio n circuit.The debug ging and running results show ed validity of the circuit.Key words :proportional valve,proportional so lenoid,co ntrol by single chip microcomputer,pressur e senso r 收稿日期:2010-12-20基金项目:山西省自然科学基金资助项目(2008012005-1)作者简介:赵江辉(1986-),男,山西吕梁人,硕士研究生,研究方向为电机与电器。
E m ail:w enshu i200@0 引言比例电磁铁结构简单,控制方便,容易维修,是应用非常广泛的电-机械转换器[1],其力能特性和工作可靠性对整个控制系统有十分重要的影响。
比例电磁铁在额定行程范围内的推力与线圈上的电流大小成正比,通常用作液压元件比例阀的执行元件,用于将比例控制放大器输出的电流信号变化转换成相应的位移或力信号变化,适用于DC 24V 的比例控制放大器控制系统。
比例电磁铁作为比例阀的执行元件,其力能特性的好坏直接关系到比例阀的性能输出,因此,有必要设计一种控制电路,使比例电磁铁的输出性能满足比例阀的实际工作要求。
本文采用AT89S51单片机设计了一种比例电磁铁控制电路。
该电路通过AT89S51输出的PWM 信号[2]来控制比例电磁铁动作,使其达到理想的力能输出特性。
1 电路整体设计根据可靠性、经济性、稳定性的设计原则,将比例电磁铁控制电路分为AD 转换模块、主控制器、功率转换模块和执行器件这4个功能模块,如图1所示。
其中AD 转换模块用于接收外界输入的模拟信号,输出可供主控制器接收的标准信号;主控制器模块以AT 89S51为核心,输出PWM 信号来控制功率转换模块中的开关器件,达到调整输出电流的目的,调整后的电流信号进入执行器件(本文指比例电磁铁),使其输出预期的位移与力信号。
图1 比例电磁铁控制电路组成2 电路硬件设计2.1 主控制器比例电磁铁控制电路的主控制器选用ATM EL 公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机AT 89S51,其片内含4KB 系统可编程FLASH ,采用高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚,可灵活应用于各种控制领域。
AT 89S51具有32个可编程IO 口、2个16位定时/计数器、6个中断源,具有低功耗空闲和掉电模式。
其全静态工作模式为0~33MH z,工作电压范围为4.0~ 5.5V 。
主控制器电路采用AT 89S51最小控制系统,详见参考文献[2]。
2.2 AD 转换模块AT 89S51作为控制信号发生源,要不断接收外界信号采集与转换元件(即压力传感器)传输与反馈的信号,同时根据内置的PID 控制算法[3]输出相应的控制信号来控制比例电磁铁动作。
由于外界信号大多为模拟信号,不能直接被AT 89S51接收,需要设计AD 转换模块将模拟量转换为数字信号。
该控制电路的AD 转换模块电路如图2所示。
触发器SN74AS74提供AD 转换电路的时钟与频率信号,用来保证转换的顺利进行。
SN 74LS373作为地址锁存器控制不同的输入端口地址,以保证输入的有序进行。
ADC0809芯片接收外界压力传感器的电压等模拟量,通过不同的端口地址将模拟量转换为数字信号后输入AT 89S51。
2.3 功率转换模块由于比例电磁铁的运动特性是靠电流的变化做往返直线运动,所以控制电路的功率转换模块采用H 型桥式功率电路[4](见图3),通过电流方向的变化实现比例电磁铁运动方向的变化。
图2 AD 转换模块电路图3中,功率开关器件采用IR 公司生产的IR640系列MOSFET 管,驱动芯片采用IR2110。
IR2110兼有光耦隔离(体积小)和电磁隔离(速度快)的优点,是中小功率变换装置中驱动器件的首选。
IR2110为双通道驱动器,由AT89S51输出的PWM 信号经过隔离放大后输入IR2110的H IN 和LIN 端口,经过处理后由H O 和LO 端口输出,以驱动IR640。
为了保证电路的稳定性与信号响应的精度,在IR640两端加上稳压二极管与大电阻,以起到降低振荡和减少电流的作用。
由于IR640内部的续流二极管在高频开关动作下恢复时间不理想,故在IR640的漏源两端加上一个快速恢复二极管,图3 功率转换模块电路75 2011年第4期赵江辉等:一种比例电磁铁控制电路的设计用来保证功率转换模块电路的可靠运行。
当IR2110的SD端口为低电平时,在输入端H IN、LIN的上升沿时刻对应的输出端H O、LO有输出信号;当SD端口为高电平时,H O和IO口将同时关断,起到保护功率管和比例电磁铁的作用。
由于IR640需要足够高的栅极电压,因此,设计了自举电路,对于Q1来说,其自举电路由IR640两端的快恢复二极管D1和电容组成,通过C4的充放电功能达到抬高栅极电压的目的。
3 结语根据比例电磁铁输出量与其电流大小成比例的特性,采用AT89S51设计了一种比例电磁铁控制电路,通过不断地调试运行,达到了预期的目的,即通过调整输入电流的大小控制比例电磁铁力与位移的输出,具有较好的实际用途。
参考文献:[1] 王兆安,刘进军.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2009.[2] 张毅刚,彭喜元,姜守达,等.新编M CS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003. [3] 许小庆,权龙,李斌.开关型电磁铁控制比例伺服阀的方法及实验研究[J].中国电机工程学报,2009(21):93 98.[4] 霍孟友,张光远.基于T M S320LF2407的直流直线电机控制系统设计[J].电加工与模具,2005(3):19 22.第4期 2011年4月工矿自动化Industry and M ine A ut omatio nNo.4Apr.2011文章编号:1671-251X(2011)04-0076-03 DOI:CNKI:32-1627/TP.20110329.0949.013基于单片机的电振给料控制电路的设计武志军(朝阳328转播台,辽宁朝阳 122000)摘要:针对电振给料控制电路中的触发电路采用单结晶体管触发方式和专用集成电路触发方式存在的问题,设计了一种基于单片机的电振给料控制电路;详细介绍了该电路的硬件结构及软件设计。
Proteus仿真结果验证了该电路的正确性。
关键词:电振给料;控制电路;触发电路;单片机;Pro teus仿真;ST C12C4052AD中图分类号:TD67 文献标识码:B 网络出版时间:2011-03-2909:49网络出版地址:http://w /kcms/detail/32.1627.TP.20110329.0949.013.htmlDesign of Control Circuit of Electric Vibrating FeedingBased on Sing le chip M icrocomputerWU Zhi jun(Chaoyang328T ranslator Station,Chaoy ang122000,China)Abstract:In view of problem s caused by trigger modes of unijunction transistor and specific integr ated cir cuit used in trig ger circuit of control cir cuit of electric v ibrating feeding,a contr ol circuit o f electric vibrating feeding based o n single chip m icrocomputer w as desig ned.H ardw are str ucture and softw ar e desig n of the circulit w ere intro duced in details.T he Proteus simulatio n r esult proved cor rectness of the cir cuit.Key words:electr ic vibrating feeding,co ntro l circuit,tr ig ger circuit,sing le chip microcomputer, Proteus sim ulation,ST C12C4052AD收稿日期:2011-01-11作者简介:武志军(1961-),男,辽宁朝阳人,高级工程师,现主要从事电子技术应用和广播电视技术方面的工作。