基于WiFi的电液伺服阀控制器硬件电路设计
利用EP4CE22F17C8实现无线输液监控系统硬件设计
利用EP4CE22F17C8实现无线输液监控系统硬件设计作者：于洋来源：《电子技术与软件工程》2015年第11期摘要 Cyclone Ⅳ系列的FPGAS以其低成本、低功耗、高宽带在无线、工业、通信领域得到了广泛应用。
本文以EP4CE22F17C8为核心处理器设计无线输液自动监测及报警系统硬件电路，以实现液位低某个位置时自控监测并以编码的方式通过无线射频电路传输液位信号至护士站，完成液位自动监测与报警。
该硬件电路的设计极大地保护了临床输液病人安全，降低了值班护士的工作量，具有较强的使用价值。
同时，无线输液自动监测及报警系统的设计，对于Cyclone Ⅳ系列的FPGAS嵌入式处理器的设计与应用具有重要的借鉴价值。
【关键词】Cyclone Ⅳ Qsys NiosII EP4CE22F17C8Cyclone Ⅳ系列的FPGA以最低成本、最低功耗理念的基础上推出的低成本、高容量的FPGAs，以满足带宽成本敏感性的市场需求。
该系列有两类芯片：Cyclone Ⅳ E和Cyclone ⅣGX，前者提供核电压为1.0V和1.2V。
Cyclone Ⅳ系列FPGA拥有6K-150K逻辑单元、最高至6.3Mb的内部存储容量，其18*18乘法器数量最多可达360个；M9K存储模块可提供9kbit的嵌入式SRAM，并可配置为多个数据宽度的存储模块，如真实双端口的×1、×2、×4、×8/9、×16/18；全局时钟高达30个，8个PLLs连接5个输出时钟；该系列芯片支持SDR、DDR、DDR2 SDRAM、和QDRII SRAM，可以利用Memory Controller MegaCore function完成存储器界面的设计。
封装形式为FBGA的EP4CE22F17C8是Cyclone Ⅳ E系列的FPGAs嵌入式处理器，支持Rs OCT或单端口的Rs，可实现可编程的总线保持、上拉电阻、时延、速率转换控制以优化信号完整性；其配置方式包括AS、AP、PS、FPP和JTAG，通过选择EPCS和并行FLASH采取相应的配置数据方式，以实现上电数据自动加载；该芯片支持速率等级8。
无线电液控制研究论文
无线电液控制研究论文一、无线电液控制技术基本原理无线电液控制技术的基本工作原理：首先，无线电液控制系统将操作者或机器的控制指令进行数字化处理（包括对信号的滤波，A/D转化等处理），变为易于处理的数字信号；其次，对数字指令信号进行编码处理；再次，指令信号在经发射系统进行数字调制后，通过发射天线以无线电波的方式传递给远处的接收系统。
最后，接收系统通过接收天线把带控制指令的无线电波接收下来，经过解调和解码，转换为控制指令，实现对各种类型阀的进行控制。
由于无线电液控制技术在工程机械领域占有重要地位，它也越来越受到各国的重视，都投入了很多的技术力量和资金进行研究开发。
虽然红外遥控也可以实现电液控制技术的远程遥控，但是由于红外遥控存在对工作背景要求高、能耗高、传输距离短（一般不会超过10米），且必需在同一直线上，中间不能有任何障碍物以及易受工业热辐射影响等缺点，使得无线电液控制技术成为当前研究的主要方向。
二、无线电液控制技术的研究现状及趋势（一）无线电液控制技术的研究现状最初，遥控电液控制系统都是采用有线遥控方式进行的。
早在60年代初期，人们就能利用拖缆遥控装置来控制液压机械上的手动、电液多路阀，操作时通过拖缆遥控装置上的双向单轴摇杆输出线性比例信号来控制电液比例多路阀，线控盒摇杆的信号完全能模拟液压多路阀上手动拉杆的动作。
虽然这种方式也可以使操作人员在作业区外对机械设备进行操作控制，但是由于控制信号在电缆线中的衰减，使得遥控的距离有限，同时由于电缆线的存在，影响了操作的灵活性，而且数米长的电缆经常是生产事故中的主要根源。
[2]随着无线电技术的成熟，把无线电技术引入电液控制系统成为了可能。
由于无线电液控制技术是通过无线电波来传递控制指令，完全消除了拖缆式遥控装置所带来的故障隐患。
但是一开始的无线电液控制系统都只能发射简单的指令，如：打开/关闭等指令。
进入70年代后，随着大规模集成电路及专用微处理器的出现，开发出了可靠性更高的手持式无线遥控系统。
基于WiFi的电液伺服阀控制器硬件电路设计
现代商贸工业２０１８年第３２期２１５㊀基金项目:武汉市教育局市属高校产学研项目 基于W i F i 的智能电液伺服阀控制器设计阶段性研究成果,课题编号:C X Y ２０１６３９.作者简介:李媛(１９８０－),女,汉族,湖北武汉人,武汉城市职业学院讲师,主要研究方向:工业自动化技术.图６㊀S J A １００初始化５㊀系统测试系统测试就是随整个系统进行可行性调试.最后通过L a bV I E W 上位机软件制作通信界面,并显示测试结果.通过多次试验可得出结论:电压采集精度为ʃ５m V ,温度采集精度为ʃ１ħ,电流采集精度为ʃ５m A .可知该系统工作稳定可靠,满足最初的设计要求.６㊀结论动力电池数据此采集系统完成了对电池电压㊁温度和电流的采集,完成了均衡,并把采集到的信息通过C A N 总线传输给整车控制器,完成了系统的硬件和软件设计.通过实验并得出以下结论:(１)通过串联电池的方法采集单体电压和总电压,简单精确,利用霍尔传感器和温度传感器进行电流和温度的采集,实现了对信息稿精度的采集.(２)在系统的设计过程中使用了L T C ６８０２,可实现均衡,使得监测系统更为安全可靠,同时也加入了软件和硬件滤波的措施,从而使得系统信号采集更为稳定㊁准确和抗干扰能力强等优点,总电压并未使用单体电压的直接叠加,使总电压这个数据更加准确可靠.参考文献[１]TT a k e i s h i ．P e r s p e c t i v e o n e n e r g y f o r v e h i c l e s f r o mt h e v i e w po i n t o f e n e r g y r e s o u r c e s ．E n v i r o n m e n t a n d e c o n o m y [J ]．J ．S o c ．A u t o ．J a pa n ,１９９５,４９(１):２８Ｇ３３．[２]S t e v e nGc h a l k ,J a m e s s F M i l l e r ．K e y c h a l l e n ge s a n dr e c e n t p r o Ｇg r e s s i nb a t t e r i e s ,f u e l c e l l s ,a n dh y d r og e n s t o r a ge f o r c l e a n e n e r Ｇg y s ys t e m s ．J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e s ,２００６,１５９(１):７３Ｇ８０．[３]刘小诗．动力电池测试平台数据采集系统设计[D ]．北京:北京交通大学,２０１４．[４]杨润宇．宽量程高精度电池数据采集系统的研究[D ]．北京:北京交通大学,２０１２．[５]G r e g o r y L ．P l e t t ．S i g m a －P o i n t K a l m a nF i l e r i n g f o rB a t t e r y Ma n Ｇa g c －m e n tS y s t e m so fL iP B－B a s e d H E V B a t t e r y Pa c k s [J ]．J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e s ,２００６,８２６(１):１Ｇ１３．[６]房继业．电动汽车B M S 中电池单体电压采集及其均衡方案研究[D ]．安徽:合肥工业大学,２０１３．[７]林如意,黄继业,高明煜等．H E V 动力电池组数据采集系统设计[J ]．电子器件,２０１１,(１０):５７７Ｇ５７９．[８]刘晓诗．动力电池测试平台数据采集系统设计[D ]．北京:北京交通大学,２０１４．基于W i F i 的电液伺服阀控制器硬件电路设计李㊀媛(武汉城市职业学院机电工程学院,湖北武汉４３００６４)摘㊀要:设计基于S TM ３２F １０３R C T ６单片机的液压伺服控制系统,合理解决电液伺服阀在系统中的柔性化设计问题.给出了W i F i 的电液伺服阀控制器硬件各单元的设计电路.关键词:控制;通讯;电路中图分类号:T B ㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀d o i :１０．１９３１１/j ．c n k i ．１６７２Ｇ３１９８．２０１８．３２．１０９㊀㊀电液伺服控制装置主要完成的功能是将控制中心发出的指令通过无线输入电压信号与反馈信号比较后的偏差信号加以放大和运算,输出一个与偏差信号电压成一定函数关系的控制电流,驱动电液伺服阀.该控制器的硬件电路包括W i F i 通讯模块㊁A \D ㊁D \A ㊁功率放大电路等模块,其电液伺服控制装置总体框图如图１.图１㊀电液伺服控制装置设计框图１㊀电源单元电源系统的稳定性会直接影响到了整个系统的稳定性.在本系统中,S TM ３２芯片需要３．３V 电源,外围器件均使用的ʃ５V ㊁１０V ㊁ʃ１２电源.为了使系统简化,整个系统输入电源采用１０V 直流线性电源.３．３V 是在５V 的基础上,使用L M １１１７三端固定电压３．３V 芯片得到的.L M １１１７输出电流为１A ,输入电压范围４．７５V~１２V ,输出电压在３．２６７V~３．３３３V 之间,在各种接口电路及开关电源中应用广泛,３．３V 供电电路如图２所示.工程管理与技术现代商贸工业２０１８年第３２期２１６㊀㊀图２㊀３．３V 供电电路２㊀处理器(M C U )主控器选择S TM ３２F １０３R C T ６芯片,选择该芯片的原因是该处理器基于A R M ３２位的C o r t e x T M－M ３的内核,拥有４８K B 的S R AM 和２５６K B 的F L A S H ,２个基本定时器㊁４个通用定时器㊁２个高级定时器㊁２个D MA 控制器(共１２个通道)㊁３个S P I ㊁２个I I C ㊁５个串口㊁１个U S B ㊁１个C A N ㊁３个１２位A D C ㊁１个１２位D A C ㊁１个S D I O 接口及５１个通用I O 口.本课题选用此芯片则不需要再扩展其它内存,大部分需求该芯片均可完成,因此选择该芯片作为主控器.要想使该芯片正常工作必须包含电源电路㊁晶振电路㊁复位电路㊁调试电路(J T A G ),称之为S TM ３２的最小工作系统.最小工作系统如图３.图３㊀S TM ３２最小系统结构图(１)复位电路.当系统在运行过程中,有时受到环境干扰出现程序异常时,可以按下复位按钮,将系统恢复到初始状态,让内部程序从头开始执行.其电路如图４.图４㊀S TM ３２复位电路(２)时钟电路.时钟电路主要由系统时钟和R T C (实时时钟).系统时钟主要作为C o r t e x T M－M ３处理器和S TM ３２外设的驱动时钟,一般称为高速外部振荡器(H S E O S C ).它可以来源于石英/陶瓷共振体提供.R T C 实际上就是一个独立的定时器R T C 模块拥有一组连续计数的计数器,在相应软件配置下,可提供时钟日历的功能.修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期.在本课题需要对有实时时钟,因此需要对其配置.其电路图如图５.图５㊀时钟电路(３)调试电路.为了让S TM ３２能运行起来,还需要硬件调试端口,这样才可以使用仿真器链接S TM ３２.S TM ３２的C o r e S i gh t 调试系统支持两种标准接口:５针的J T A G 端口和２针的S WD 串行接口.S WD 与J T A G 模式相比,S WD 在高速模式下更加可靠,在大数据量的情况下J T A G 下载程序会失败,S WD 发生的几率就会小很多.而且,基本上使用J T A G 仿真模式情况下都可以之际使用S WD 模式.因此,本课题的调试电路选择S WD 模式的调试电路,其电路图如图６.图６㊀S WD 调试电路３㊀A /D 单元电液伺服阀控制装置只针对唯一的伺服阀进行控制,A /D 单元主要是采集伺服阀内部位移传感器的信号,进行滤波㊁放大和调零.其原理框图如图７.图７㊀A \D 单元原理框图(１)位移信号.本系统主要采集的是电液伺服阀位移传感器(L V D T )的信号.L V D T 由初㊁次级线圈和可移动的磁芯组成.初级线圈由外部参考正弦波信号源激励,两个次级线圈产生感应电动势,感应电动势大小与磁芯位置有关.当活动磁芯在零位时,两个次级线圈互感系数相等,感应电动势相等;当活动磁芯移动时,两个次级线圈的互感系数发生变化,感应电动势不相等,两个次级线圈为反向串联连接,因此感应电动势不等,即磁芯位置变化时会产生电压输出.总而言之,L V D T 是一种将机械信号转换成电信号的装置,其输入信号是机械位移,输出的电压信号与机械位移信号成正比.１㊁２输出＋１０V~－１０V 的电压信号,３㊁４脚需要外加正弦振荡信号,如图８.图８㊀L V D T 原理图(２)滤波电路.L V D T 输出为＋１０V~－１０V 的电压信号,其滤波电路如图９,此电路的传递函数为G (s)＝－R ４R ２R ４C １s ＋１,属于一阶惯性环节,利用R ４和C １将其输入信号中不需要的高频信号滤掉,从而消除高频信号对系统的影响.图９㊀滤波电路原理图(３)调零电路.电液伺服阀受到现场环境或是伺服阀的设计偏差,当输入信号为零时,电液伺服阀会产生一个较小输出信号,导致整个控制系统的控制出现偏差,从而降低系统精度因此,在信号输入到A D 前,加入调零电路其电路原理图如图１０.现代商贸工业２０１８年第３２期２１７㊀图１０㊀调零电路原理图(４)A /D 单元电路.本装置采集仅完成一路A D 采集,虽然采集通道少,但是数据读取频率高,数据量大,如利用芯片内部的A D C 不能完全满足要求.因此,我们利用外部扩展A D 模块来完成位移传感器的信号采集.通过A D ９７６A 芯片转换后数字量的电压为５V .S TM ３２为３．３V ,虽然S TM ３２的I O 口都支持T T L 电平,但是I O口的总电流不能超过限定值,不能将其与A D ９７６A 的数字接口直接相连,需要进行电平转换.本课题中我们选用７４L V C ４２４５A .４㊀D /A 单元图１１㊀D /A 单元图将D A 输出的控制信号与调零信号和颤振信号通过加法器进行混合,通过功率放大器将电流信号放大去驱动电液伺服阀,实现对电液伺服阀的控制.(１)颤振电路.颤振电路是由于电液伺服阀中的阀芯与阀套间存在一定的静摩擦力,使得电液伺服阀存在一定大小的分辨率,当输入电流的变化值小于电液伺服阀的分辨率时,其输出流量不变,而且,油液的污染会使得电液伺服阀的分辨率增大.电液伺服阀在工作时受到静摩擦力的影响,会引起极限环振荡或静态误差,从而降低系统对低频信号的响应.为了减小静摩擦力干扰的影响,其电路设计如图１２.图１２㊀颤振信号原理图(２)调零电路.此单元所用的调零电路与A D 单元中的相同,电路设计如图９.(３)D A 模块.D A 模块选用了D A C ７６２５模数转换芯片.该芯片即可使用单电源或双电源,本设计中控制电液伺服阀的信号为ʃ１０V ,因此选用双电源的方式,输出电压的计算式如下:V O U T＝V R E F L ＋(V R E F H －V R E F L )∗N４０９６通过计算,V R E F L 表示低参考电压接－５V 电源,V R E F L 表示高参考电压接＋５V 电源,因此,D A 输出的电压的范围在ʃ１０V .由于S TM ３２为３２位单片机,D A C ７６２５为１２位数模转换芯片,S TM ３２上的I O 引脚可直接与D A C ７６２５的D B 接口相连.当该芯片的C S 引脚为低电平时,此芯片被选中,将数据传输给D A 转换芯片后将RW 引脚置为低电平,从而完成对电液伺服阀的电压控制.其电路设计如图１３.图１３㊀D A 模块电路(４)功率放大电路.D A C ７６２５输出的模拟信号输出电流和功率都较小,难以驱动电液伺服阀,因此,需要使用功率放大电路来放大输出电流和功率.其电路设计如图１４.图１４㊀功率放大电路５㊀W i F i 单元W i F i 单元采用W S UM １０２A 的芯片,该芯片稳定性高,抗干扰性强,使用方便,无需设计复杂的配合回来,其设计电路如图１５.图１５㊀W i F i 单元电路６㊀总结本电液伺服阀控制器已经试运行了两年,工作状态稳定,将W i F i 技术和S TM ３２技术应用于电液伺服控制系统中,快速实现电液伺服系统中电液伺服阀的个数的增减,方便了客户的使用.参考文献[１]L M １１１７－X X X J ３１A L o w D r o p o u tP o s i t i v eV o l t a g eR e gu l a t o r [M ]．C Y S t e c hE l e c t r o n i c sC o r p ,２００７:４７Ｇ４８．[２]刘小初．三级电液伺服阀特性及其控制技术研究[D ]．哈尔滨:哈尔滨工业大学,２０１０．[３]吴根茂,丘敏芳等．新编实用电液比例技术[M ]．杭州:浙江大学出版社,２００６．。
电动阀门控制器硬件电路设计
2.2.1 控制器硬件组成.......................................................................................................6 2．2．2 智能阀门控制器主要实现的功能.......................................................................7
2、The characteristics analysis of the hardware system of intelligent valve positioner was carried on．Based on mathematical modeling，the dynamic and static characteristics analysis of the main module of the designed intelligent Valve positioner were carried 011 ． The principle of operation of various parts of the module and the influence to the function of positioner control system were explained by theory．
电液伺服控制器的电路设计及精度研究故障诊断控制器
电液伺服控制器的电路设计及精度研究李永建王少萍摘要：本文针对目前电液伺服控制器中电液伺服阀显示电路影响其驱动电路设计的问题，提出了用电流式模拟表头加继电器方法，代替了采样电路加电压式模拟表头，改善了线性度和精度；针对一般的传感器调理电路增益调节范围小，线性度不好的问题，本文采用了一种新的电路增加了放大倍数和改善了线性度；本文还介绍了一种根据实际情况把电位计和固定电阻结合的方法，提高了电位计在电路中的精度。
关键词：电液伺服阀驱动电路调理电路精度The circuit design of electro-hydraulic servo controller and Accuracy researchAbstract:This paper aimed at issue of electro-hydraulic servo controller servo valve display circuit affecting their driving circuit at present, using Current analog Head and Relay , insteading of sampling circuit and voltage analog Head, improved the linearity and precision；Gain adjustment of the sensor conditioning circuits aimed at the general scope of the small, poor linearity. In this paper, a new amplifier circuit to increase and improve the linearity；It also introduces a method according to the actual situation to put a fixed resistance combination of potentiometer,and it improved the accuracy of circuit.Key words:electro-hydraulic Servo Valve；Driving Circuit；Conditioning circuit；Accuracy近年来电液伺服控制技术的发展非常迅速，覆盖从民用机械到精确打击武器等关键国民经济领域。
基于无线网络的嵌入式阀门远程控制器设计
信 技 术 相 结合 ， 没计 了 具 有 无线 网络 功 能 的 嵌 入 式 阀 门远 程 控 制 器 。通 过 设 计 控 制 信 号双 路 冗 余 输 出 、 输 出 信 号 反 馈， 实 现 了 阀 门控 制 器 输 出 故 障 自诊 断功 能 ； 结 合 心跳 包 机 制 ， 设 计 了 网 络故 障处 理 程 序 ， 实 现 了 网络 故 障 白诊 断 和 自 愈 功 能 。现 场 测试 结 果 表 明 ， 设 计 的 阀 门远 程 控 制 器 输 出信 号 准 确 、 控制可靠 、 通信稳定 、 能 够有 效 实 现 设 计 功 能 。
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电液位置伺服控制系统设计方法
电液位置伺服控制系统设计方法电液位置伺服系统是最基本和最常用的一种液压伺服系统，如机床工作台的位置、板带轧机的板厚、带材跑偏控制、飞机和船舶的舵机控制、雷达和火炮控制系统以及振动试验台等。
在其它物理量的控制系统中，如速度控制和力控制等系统中，也常有位置控制小回路作为大回路中的一个环节电液位置伺服系统主要是用于解决位置跟随的控制问题，其根本任务就是通过执行机构实现被控量对给定量的及时和准确跟踪，并要具有足够的控制精度。
电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。
它由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂。
因此，电液伺服控制系统的设计及仿真受到越来越多的重视。
液压伺服系统的基本设计步骤○1分析整理所需的设计参数，明确设计要求；○2拟定控制方案，构成控制系统原理图；○3确定动力元件参数（如供油压力、执行元件规格、伺服阀容量）和其他组成元件；○4分析计算系统的静、动态特性，确定回路放大系数和设计校正措施等。
○5根据技术要求设计出系统以后，需要检查所设计的系统是否满足全部性能指标，如不满足，可通过调整参数或改变系统结构（即校正）等方法重复设计过程，直至满足要求为止。
因为设计是试探性的，所以设计方法具有很大的灵活性，在设计中结合MATLAB的SIMULINK软件进行仿真，对系统的参数进行调整和可靠性作进一步验证，最终可以得出比较可靠的电液伺服系统。
(一)组成控制系统原理图由于系统的控制功率比较小、工作台行程比较大，所以采用阀控液压马达系统。
系统方块原理如图1（二）由静态计算确定动力元件参数，选择位移传感器和伺服放大器1．绘制负载轨迹图负载力由切削力c F ，摩擦力f F 和惯性力a F 三部分组成。
摩擦力具有“下降”特性，为了简化，可认为与速度无关，是定值，取最大值f F = 1500N 惯性力按最大加速度考虑a max F 800t m a N ==假定系统是在最恶劣的负载条件下工作(即所有负载力都在存在，且速度最大)下工作，则总负载力为max f F F F F =l c a =++400+1500+800=2700N2.选取供油压力 5s P 6310Pa =⨯3.求取液压马达排量设齿轮减速比'm i=/2m θθ=，丝杠导程21.210/t m r -=⨯，则所需液压马达力矩为22700 1.210 2.58222L L F t T N m i ππ-⨯⨯===⋅⨯ 取L s 2P =P 3，则液压马达弧度排量为-63L 5s 3T 3 2.58D ==0.610m /2P 26310m rad ⨯=⨯⨯⨯ 液压马达每转排量为-63-632D 20.610m / 3.710m /m m Q r r ππ==⨯⨯=⨯计算出的液压马达排量需标准化。
电液伺服加载控制器的设计
以及 控制器 自身 产生 ， 通过面板 开关 实现 ， 令可 以根 指 据需 要设定 为 时间或位 移 的函数 ；
舵机 是飞行 器姿 态 控制 的关 键部 件 ， 舵 机 系统 对 进 行综合 检测并 全面评 价各项 性能指 标是保 证舵 机有 效 并可靠 运行 的重要 环 节 ， 而舵 机 的带载 试 验是 重 点 的试 验 内容 。负载模 拟器是舵 机地 面试验设 备 的重要
的 电液伺 服加 载控制 器 。 １ 控 制器原理 方案设 计
⑦ 具 有 通信 功 能 ， 通过 Ｒ ４５４ ２总 线 、 Ｃ Ｎ Ｓ８／ ２ 或 Ａ
总线 、 或模 拟及 ｒ Ｌ接 口电路 的形式 与测 控系 统进 行 ｒ ｒ
通信 ， 而实现 远程监 控 的功能 ； 从 ⑧ 显示 功能 ， 于控制 器参 数 的设 置 以及 状 态 的 用
３ ８
液压 与 气动
２１ ０ 第 ７期 １年
电 液 伺 服 加 载 控 制 器 的 设 计
郭 栋 ，付 永领 ，祁 晓野
Ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆｅ ｅ ｔｏ ｙ ｒ ｕ ｉ ｅ ｖ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔｏｌ ｒ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｌ ｃｒ ｈ ｄ ａ ｌｃ ｓ ｒ ｏ ｌ ａ ｉ ｇ ｃ ｎ ｒ ｌｅ
力， 又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能， 特 别适用于大流量的测控系统 ， 可以实现较复杂的算法
收稿 日期 ：０ １ ３２ ２ １－ －９ ０ 作者简介 ： 郭栋（ ９６ ） 男 ， １７ 一 ， 辽宁锦州人 ， 士 ， 博 主要从事液 压测控技术方面的科研 和教学工作 。
③ 控 制信 号输 出精度 ０ ５ ； ．％
监视 ； ・
⑨ 具有 过载 、 限位保 护 功能 、 中断功 能 、 位功 急 复 能、 声光报 警功 能 。
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基于WiFi的电液伺服阀控制器硬件电路设计
设计基于STM32F103RCT6 单片机的液压伺服控制系统，合理解决电液伺服阀在系统中的柔性化设计问题。
给出了WiFi的电液伺服阀控制器硬件各单元的设计电路。
标签：控制；通讯；电路
电液伺服控制装置主要完成的功能是将控制中心发出的指令通过无线输入电压信号与反馈信号比较后的偏差信号加以放大和运算，输出一个与偏差信号电压成一定函数关系的控制电流，驱动电液伺服阀。
该控制器的硬件电路包括WiFi 通讯模块、A＼＼D、D＼＼A、功率放大电路等模块，其电液伺服控制装置总体框图如图1。
1 电源单元
电源系统的稳定性会直接影响到了整个系统的稳定性。
在本系统中，STM32芯片需要3.3V电源，外围器件均使用的±5V、10V、±12电源。
为了使系统简化，整个系统输入电源采用10V直流线性电源。
3.3V是在5V的基础上，使用LM1117三端固定电压3.3V芯片得到的。
LM1117输出电流为1A，输入电压范围4.75V～12V，输出电压在3.267V～3.333V之间，在各种接口电路及开关电源中应用广泛，3.3V供电电路如图2所示。
2 处理器（MCU）
主控器选择STM32F103RCT6芯片，选择该芯片的原因是该处理器基于ARM32位的CortexTM-M3的内核，拥有48KB的SRAM和256KB的FLASH，2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器（共12个通道）、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口及51个通用IO口。
本课题选用此芯片则不需要再扩展其它内存，大部分需求该芯片均可完成，因此选择该芯片作为主控器。
要想使该芯片正常工作必须包含电源电路、晶振电路、复位电路、调试电路（JTAG），称之为STM32的最小工作系统。
最小工作系统如图3。
（1）复位电路。
当系统在运行过程中，有时受到环境干扰出现程序异常时，可以按下复位按钮，将系统恢复到初始状态，让内部程序从头开始执行。
其电路如图4。
（2）时钟电路。
时钟电路主要由系统时钟和RTC（实时时钟）。
系统时钟主要作为CortexTM-M3处理器和STM32外设的驱动时钟，一般称为高速外部振荡器（HSE
OSC）。
它可以来源于石英/陶瓷共振体提供。
RTC实际上就是一个独立的定时器RTC模块拥有一组连续计数的计数器，在相应软件配置下，可提供时钟日历的功能。
修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期。
在本课题需要对有实时时钟，因此需要对其配置。
其电路图如图5。
（3）调试电路。
为了让STM32能运行起来，还需要硬件调试端口，这样才可以使用仿真器链接STM32。
STM32的CoreSight调试系统支持两种标准接口：5针的JTAG端口和2针的SWD串行接口。
SWD与JTAG模式相比，SWD在高速模式下更加可靠，在大数据量的情况下JTAG下载程序会失败，SWD发生的几率就会小很多。
而且，基本上使用JTAG仿真模式情况下都可以之际使用SWD模式。
因此，本课题的调试电路选择SWD模式的调试电路，其电路图如图6。
3 A/D单元
电液伺服阀控制装置只针对唯一的伺服阀进行控制，A/D单元主要是采集伺服阀内部位移传感器的信号，进行滤波、放大和调零。
其原理框图如图7。
（1）位移信号。
本系统主要采集的是电液伺服阀位移传感器（LVDT）的信号。
LVDT 由初、次级线圈和可移动的磁芯组成。
初级线圈由外部参考正弦波信号源激励，两个次级线圈产生感应电动势，感应电动势大小与磁芯位置有关。
当活动磁芯在零位时，两个次级线圈互感系数相等，感应电动势相等；当活动磁芯移动时，两个次级线圈的互感系数发生变化，感应电动势不相等，两个次级线圈为反向串联连接，因此感应电动势不等，即磁芯位置变化时会产生电压输出。
总而言之，LVDT是一种将机械信号转换成电信号的装置，其输入信号是机械位移，输出的电压信号与机械位移信号成正比。
1、2输出+10V～-10V的电压信号，3、4脚需要外加正弦振荡信号，如图8。
（2）滤波电路。
LVDT输出为+10V～-10V的电压信号，其滤波电路如图9，此电路的传递函数为G（s）=-R4R2R4C1s+1，属于一阶惯性环节，利用R4和C1将其输入信号中不需要的高频信号滤掉，从而消除高频信号对系统的影响。
（3）调零电路。
电液伺服阀受到现场环境或是伺服阀的设计偏差，当输入信号为零时，电液伺服阀会产生一个较小输出信号，导致整个控制系统的控制出现偏差，从而降低系统精度因此，在信号输入到AD前，加入调零电路其电路原理图如图10。
（4）A/D单元电路。
本装置采集仅完成一路AD采集，虽然采集通道少，但是数据读取频率高，数据量大，如利用芯片内部的ADC不能完全满足要求。
因此，我们利用外部扩展AD模块来完成位移传感器的信号采集。
通过AD976A芯片转换后数字量的电压为5V。
STM32为3.3V，虽然STM32的IO口都支持TTL电平，但是IO口的总电流不能超过限定值，不能将其与AD976A的数字接口直接相连，需要进行电平转换。
本课题中我们选用74LVC4245A。
将DA输出的控制信号与调零信号和颤振信号通过加法器进行混合，通过功率放大器将电流信号放大去驱动电液伺服阀，实现对电液伺服阀的控制。
（1）颤振电路。
颤振电路是由于电液伺服阀中的阀芯与阀套间存在一定的静摩擦力，使得电液伺服阀存在一定大小的分辨率，当输入电流的变化值小于电液伺服阀的分辨率时，其输出流量不变，而且，油液的污染会使得电液伺服阀的分辨率增大。
电液伺服阀在工作时受到静摩擦力的影响，会引起极限环振荡或静态误差，从而降低系统对低频信号的响应。
为了减小静摩擦力干扰的影响，其电路设计如图12。
（2）调零电路。
此单元所用的调零电路与AD单元中的相同，电路设计如图9。
（3）DA模块。
DA模块选用了DAC7625模数转换芯片。
该芯片即可使用单电源或双电源，本设计中控制电液伺服阀的信号为±10V，因此选用双电源的方式，输出电压的计算式如下：
通过计算，VREFL表示低参考电压接-5V电源，VREFL表示高参考电压接+5V电源，因此，DA输出的电压的范围在±10V。
由于STM32为32位单片机，DAC7625为12位数模转换芯片，STM32上的IO引脚可直接与DAC7625的DB接口相连。
当该芯片的CS引脚为低电平时，此芯片被選中，将数据传输给DA转换芯片后将RW引脚置为低电平，从而完成对电液伺服阀的电压控制。
其电路设计如图13。
（4）功率放大电路。
DAC7625输出的模拟信号输出电流和功率都较小，难以驱动电液伺服阀，因此，需要使用功率放大电路来放大输出电流和功率。
其电路设计如图14。
5 WiFi单元
WiFi单元采用WSUM102A的芯片，该芯片稳定性高，抗干扰性强，使用方便，无需设计复杂的配合回来，其设计电路如图15。
6 总结
本电液伺服阀控制器已经试运行了两年，工作状态稳定，将WiFi技术和STM32技术应用于电液伺服控制系统中，快速实现电液伺服系统中电液伺服阀的个数的增减，方便了客户的使用。
参考文献
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[2]刘小初.三级电液伺服阀特性及其控制技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.
[3]吴根茂，丘敏芳等.新编实用电液比例技术[M].杭州：浙江大学出版社，2006.。