比例电磁铁与单片机的接口电路
一种比例电磁铁控制电路的设计
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。
基于ARM电液比例控制液压实验台
基于ARM电液比例控制液压实验台摘要:传统的电液比例控制系统虽然价格低廉,但是其使用性能不高,针对这种情况,本文提出了一种基于ARM的电液比例控制液压系统。
本系统采用ARM内核微控制器LPC2292和电机驱动芯片LMD18200作为核心的硬件电路,并对uC/OS-II操作系统在ARM上的移植过程进行简要说明。
关键词:ARM 电液比例控制液压uC/OS-II电液比例控制系统具有安装方便、系统的控制精度高、抗污染能力较强等优点,使得该系统在工程机械中倍受亲睐,引用领域越来越多。
8位和16位的单片机是传统电液比例控制系统中常用的控制器,这种控制器受到单片机运算和处理数据能力低的影响,系统的运算速度、安全性、可靠性都比较差。
针对以上缺点,本文选用了飞利浦公司研发生产的ARM内核微处理器LPC2292作为控制器,驱动器选用了专用的电机芯片LMD18200,操作系统采用了uC/OS-II,使电液比例控制系统的稳定性、可靠性和运算速率得到显著的提高。
1 系统的工作原理电液比例控制系统的工作原理是:系统依据外界输入的电信号的强弱,按照比例连续的控制液压系统的压力大小、流量多少以及流动方向等相关方面的参数。
比例电磁铁和电液比例阀是构成电液比例控制系统的最重要的部件,在比例电磁铁和电液比例阀的基础上附加一些辅助执行机构来构成完整的系统。
开环控制是在工程机械中常常采用的控制方法,只将电流采用闭环系统以达到输出量稳定的效果。
人们对电液进行比例控制最常用的技术是PWM技术,PWM技术的实质是通过调节占空比的方法来达到改变电磁铁平均电流的目的,这是提高电液比例控制阀灵敏度和减少电磁铁的死区比例最有效可行的方法,由于比例电磁铁和电液比例阀是构成电液比例控制系统的最重要的部件,所以也就有效提高了整个电液比例控制系统的灵敏度和控制精度。
2 硬件设计为了满足电液比例控制系统的功能需求,整个系统的控制电路由FLASH、SRAM、模拟输入装置、数字输入装置、键盘输入、LCD 显示器、总线、数字输出等组成。
有一种用直流比例电磁铁驱动的比例电磁阀
有一种用直流比例电磁铁驱动的比例电磁阀，依靠输入电信号的强度变化，使比例电磁铁产生的磁阻拉力通过与弹簧的力平衡直接控制阀心的位置，阀心不仅可以换位，而且换位的行程还可以连续地或按比例地变化，因而连通油口间的通流面积也可以连续地或按比例地变化，所以这种比例电磁阀不仅可以控制执行元件的运动方向，而且还可以控制其运动速度。
但它存在的不足之处是：这种比例电磁阀当遇到电源因故中断时，阀的现有工作状态不能保持下来，这种缺乏"记忆"功能的比例电磁阀常会使一些连续作业的自动化机械或自动生产线造成系统失灵或引发事故。
在图1中的电路是否符合这些要求，同时只占用一个小型表面贴装足迹。
U2是350mA的驱动器，带有内置模拟和PWM调光控制（MAX16804可），通常用于驱动高亮度发光二极管。
在此应用中，它的开漏输出（OUT）和电流检测端子（CS）的直接连接到电磁铁终端。
电磁阀最大电流由R6设置。
该电路驱动直流电磁铁范围从6V到40V直流注册，只用电磁铁的6V至40V直流电源。
这是测试使用的是LEDex 24V的拉线圈，额定电流高达二百九十毫安。
图1 这种小型，表面贴装，数字驱动电路提供了一个比例电磁铁驱动器。
U1的（MAX5474）是一个32抽头，非易失，线性变化数字电位器。
作为一个可变电阻连接，其内部形成一个100kΩ的可变电阻与R5分压器产生一个在U2的DIM输入为0V至3.17V模拟电压。
激活后通过抑制SW1的电位器和设置使用SW2的变动的方向（打开了，为下关闭），你可以增加此与各SW3的切换（SW1的关闭）电压。
第三个步骤可用，因此32压和释放的SW3的循环遍历范围从0V至3.17V.公式1给出了在滑动端的位置上在点心（的VDIM）近似电压：VDIM ≈ 5V（（N - 1）3225.8Ω）/（（N - 1）3225.8Ω + R5）（Eq. 1）其中R5的=56.2kΩ，N是N个抽头步骤（0≤n时≤32）。
基于单片机STC12C2052AD的比例遥控系统
基于单片机STC12C2052AD的比例遥控系统刘晓燕摘要:本设计介绍了采用带A/D转换的单片机STC12C2052AD设计实现的比例遥控系统。
该系统主要包括发射机电路和接收机电路。
其中，发射机电路采用多个电位器(即可变电阻)分压作为比例控制信号,通过对发射端单片机的软件编程实现对输出的多路经过A/D转换后的数字信号进行编码并由串行口送到发射模块发射；接收机电路的任务则是把接收到的信号进行适当放大并从中解调出编码信号，然后通过对接收端单片机的软件程序设计将该信号转换成相应的电动机驱动控制信号，从而完成对模型的方向和速度的控制。
关键词：单片机比例遥控A/D转换The proportional remote control system based on the microcomputer STC12C2052ADLiu Xiao Yan(The Information Science and Technology College of the Southwest Jiao Tong University, Chengdu 610031, Sichuan) Abstract:The proportional remote control system based on the microcomputer STC12C2052AD that with A/D converter introduced in this design. The system includes transmitter circuit and receiver circuit. The multi-channel input proportional control signals produced by a number of potentiometer (variable resistor) were converted into digital signals and encoded by the program in the microcomputer, and then sent to the transmitter module to launch through the serial port; the receiver circuit was mainly responsible for appropriate magnify and demodulate the encoding signals from the transmitter, then convert the signals to corresponding electromotor driver signals, consequently achieve the direction and speed control.Key words:MCU proportional remote control A/D converter引言远程控制技术又称为遥控技术，是指实现对被控目标的遥远控制，在工业控制、家用电器、无线电运动以及儿童玩具等领域都有非常广泛的应用。
第二章 比例电磁铁
2.2.1
图2-2普通螺线管型电磁铁
1.非工作间隙；2.工作间隙；3.外壳；4.激磁线圈；5.档铁；6.衔铁
普通甲壳型螺线管电磁铁如图2-2所示，由外壳3、挡铁5、衔铁6、激磁线圈4组成。当线圈通有直流电I时，线圈便在铁芯中产生磁场，并形成闭合的磁力线路。电磁铁存在两个气隙，一个工作气隙2，另一个非工作气隙1。在电磁铁吸合过程中形成两个变化的磁通，即主磁通∮和变化的磁通∮L。衔铁6所受到的吸力主要由两部分组成。主磁通产生的力称为端面力，而漏磁通产生的力称为螺管力。对图示结构这两个力的方向是一致的。这两个力的合力就构成了总的电磁力。
位置调节型比例电磁铁在比例方向阀和比例流量阀上，可控制阀口开度，用在比例压力阀上，可获得精确的输出力。这种比例电磁铁具有很高的定位精度，负载刚度大，抗干扰能力强。由于这类比例电磁铁是一个位置反馈系统，故要与配套的比例放大器一起使用。
（1）位置调节型比例电磁铁结构图
图2-12位置调节型比例电磁铁结构图
（6）能承受液压系统高压，抗干扰性好。
(4)比例电磁铁的概述
a.比例控制的核心是比例阀。比例阀的输入单元是电－机械转换器，它将输入信号转换成机械量。
b.比例电磁铁根据法拉第电磁感应原理设计,能使其产生的机械量(力或力矩和位移)与输入电信号(电流)的大小成比例，再连续地控制液压阀阀芯的位置，实现连续地控制液压系统的压力、方向和流量。
(2-1)
式中B0——等效气隙处的磁感应强度（T）；
S0——等效气隙端面积（m2）；
μ0——空气导磁率，其值为（H/m）。
（2）磁势方程
磁势方程反映了电磁铁正常工作时所需要的激磁势值，利用磁势方程可求出线圈所需要的激磁安匝数：
(2-2)
式中Rp,Rg——气隙磁阻和导磁体磁阻。
基于STC89C51的电磁比例阀控制系统的设计
ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｓ ｄ ｏ ｈｅ Ｓ ｏ ｔ ｏ ｙ ｔｍ ｂａ ｅ ｎ ｔ ＴＣ８ ９Ｃ５１
ＱＮ Ｈａ ｇｎ ， Ｕ Ｈ ｎ ， ｕ Ｆ —ｈｎ ， ｔ １ Ｉ ｉ ａｇ Ｓ ａｇ Ｙ ｕｓｅｇ ｅ ａ． —
（ ｃｏｌ ｆ ｃａｉａ ａｄＥｅｔ ｎｃＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｓ ａｄｎ ｉ ｚｕＵ ｉ ｒ ｔ， ｉ ｎ２０ ０ ， ｈ ａ Ｓｈｏ ｏ ｈｎｃｌ ｎ ｌ ｒ ｉ ｎｉ ｅｉ ， ｈ ｏｇＪ ｎｈ ｎｖ ｓｙ Ｊ ａ ５ １ １ Ｃ ｉ ） Ｍｅ ｃｏ ｎ ｎ ｎ ａ ｅｉ ｎ ｎ
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第２ ３卷 第 ３ 期
２０ ０ ８拒
山 东 建 筑 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ Ｆ ＨＡＮＤＯＮ Ｏ Ｓ Ｇ ＪＡＮＺ Ｕ ＶＥ Ｉ Ｙ Ｉ ＨＵ ＮＩ ＲＳＴ
Ｖｏ１２ Ｎｏ ３ ．３ ．
６月 Ｊｎ ｕｅ来自２ ０ ０８Ｄ Ａ ｈ ｎ ｉ ｇ ｃｒ ｕ ｔｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ／ ｃ ａ ｇ ｎ ｉｃ ｉ ｏ ｏ ｅ ｆＤＡＣ ８ ２ ａ ｄ ４～２ ｍＡ ｐ ｒ ａ ｅ ｔｃｒ ｕ ｔｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ Ａ ４ ．Ｔ ｅ ０ ３ ｎ ０ ｅ ｍ ｎ ｎ ｉ ｉ ｏ ｏｅ ｆ ｃ ７ １ ｈ
Ａｂｓｒ ｃ Ｔｈ ｓ ｔｘ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｌｃｒ ｍａ ｎｅｉ ｒ ｐ ｒｉｎ ｖ ｌ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ＴＣ８ ｔ ａ ｔ： ｉ ｅ ｔｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈ ｅｅ ｔｏ ｇ ｔｃ ｐ ｏ ｏ ｔｏ ａｖ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ Ｓ ９Ｃ５１ ｓｎ ｌ ｈｉ ｐ ｄ ｍｉｒ ｃ ｍｐ ｅ ．Ｔ ｅ ｈ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔｏ ～２ ｉ ｇ ｅ ｃ ｐ ｅ ｃ ｏ ｏ ｕｔｒ ｏ ｍｅ ｔｔ ｅｒ ｑ ｉｅ ｎ ｆ ４ ０ｍＡ ｅ ｍａ ｅ ｔｔ ｏ ｐ ｒ ｎ ｎ ｏ ｆ ｗ，ｄ ｓｇ ｄ ａ ｅｔ ｅ ｌ ｅ ｉｎｅ ｒ ｈ
大功率高频响比例电磁铁推拉储能式PWM驱动电路研究
大功率高频响比例电磁铁推拉储能式PWM驱动电路研究大功率高频响比例电磁铁推拉储能式PWM驱动电路研究摘要：本文研究了一种大功率高频响比例电磁铁推拉储能式PWM驱动电路，该电路采用了储能元件来提高驱动电磁铁的效率和稳定性。
通过实验验证，该电路在大功率和高频率工作条件下具有较好的稳定性和响应速度，适用于工业自动化领域的电磁铁驱动系统。
关键词：大功率；高频响比例；电磁铁驱动；储能式PWM 1. 引言电磁铁是一种重要的工业自动化装置，广泛应用于机械、仪表控制、电力等领域。
随着自动化技术的发展，对电磁铁驱动系统的要求越来越高，特别是在大功率和高频率工作条件下。
传统的PWM驱动电路在大功率和高频率条件下往往存在效率低、响应慢、稳定性差等问题。
因此，研究一种适用于大功率高频响比例驱动电磁铁的储能式PWM驱动电路具有重要的理论和实际意义。
2. 系统结构本文设计了一种大功率高频响比例电磁铁推拉储能式PWM驱动电路，其主要包括储能元件、H桥电路、比例控制电路和PWM控制电路四个部分。
2.1 储能元件储能元件是电磁铁驱动系统的核心部件，用于存储能量和提供稳定的电压输出。
本文采用了储能电感元件，其具有更高的储能效率和更快的响应速度。
2.2 H桥电路H桥电路是电磁铁的驱动器，用于控制电磁铁的正、反向运动。
本文采用了高功率的MOSFET管来构建H桥电路，以提供足够的功率输出和响应速度。
2.3 比例控制电路比例控制电路是根据输入控制信号的幅度来调整电磁铁的推力或拉力的大小。
本文采用了滑动模式控制方法，通过调整占空比来控制电磁铁的推拉力大小。
2.4 PWM控制电路PWM控制电路根据比例控制电路输出的信号，通过改变PWM信号的频率和占空比，来控制电磁铁的推拉速度和响应时间。
本文采用了基于STM32单片机的PWM控制电路，具有高精度和快速响应的特点。
3. 实验结果与分析通过对该电路的实验测试，得出以下结论：3.1 储能电感元件能够有效提高储能功率和响应速度，在大功率和高频率条件下具有较好的稳定性。
基于PWM控制的电液比例阀控制系统的设计
产生 16 位精度的 PWM 波形需要将 PCA 的捕 捉/ 比较模块配置为高速输出工作方式 。每个捕捉/ 比较模 块 都 有 一 个 16 位 的 模 块 寄 存 器 ( 8 位 的 PCA0CP Hn 和 8 位的 PCA0CPL n) ,在高速输出工 作方式中 ,每当 PCA 计数器 PCA0L 和 PCA0 H 的 值与该模块寄存器 PCA0CPL n 和 PCA0CP Hn 中 的常数值相等时 ,就使 CEXn 引脚上的逻辑电平发 生一次变化 (取反) ,同时触发一次中断 ,使该模块的 中断 标 志 位 CCFn 被 置 1 ; 如 果 响 应 这 个 中 断 , CCFn 必须用软件清 0 。根据高速输出工作方式的 工作原理 ,可以知道 ,当条件匹配时 ,在 CEXn 引脚 上会产生 1 次正跳变或 1 次负跳变 ,同时触发 1 次 中断 。如果在正跳变时 ,将 PWM 高电平计数值装 入16 位的 PCA0CPL n 和 PCA0CP Hn 模块寄存器 中 ; 而 在 负 跳 变 时 , 将 0000 H 装 入 16 位 的 PCA0CPL n 和 PCA0CP Hn 模 块 寄 存 器 中 , 在 CEXn 引脚上可以得到 16 位的 PWM 输出 。PCA 的中断服务程序可以在上升沿状态或下降沿状态实
关键词 :电液比例阀 ; PWM ; 控制系统 ; 单片机 ; C8051 F010 ; PCA 中图分类号 :TP271. 8 文献标识码 :B
收稿日期 :2009 - 08 - 25 作者简介 :纵慧慧 (1984 - ) ,女 ,安徽萧县人 ,中国矿业大学信电 学院在读硕士研究生 ,研究方向为控制理论应用 。E2mail :ahzo了自动测试 ,实时性 强 ,可随时处理充电电源由于欠压和欠流对电池造 成的影响 ,防止了手工测试的误操作 。
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2001年9月
第3期
河 北 工 程 技 术 高 等 专 科 学 校 学 报
JOU RNAL O F H EBE I EN G I N EER I N G AND T ECHN I CAL COLL EGE
Sep.2001
N o.3
文章编号:1008-3782(2001)03-0026-02
比例电磁铁与单片机的接口电路
刘洪恩
(河北工程技术高等专科学校电气工程系,河北沧州 061001)
摘要:介绍了比例电磁铁的性能参数及其特性,设计了一个由单片机控制的实用接口电路。
关键词:比例电磁铁;单片机;D A转换;驱动电路
中图分类号:TM57413 文献标识码:A
比例电磁铁(以下简称电磁铁)的动力头在其额定行程范围内的推力与通入其线圈的电流成正比,通常作为动力元件去连续、按比例地控制液压系统的运动力、速度和方向,也可在其它需要作用力自动控制的装置上作为线性动力元件,如自动油门控制等。
当电磁铁与单片机一起构成一个自动控制系统时,由于电磁铁的工作电压较高,工作电流较大(如GP45242A的最高工作电压为20V,最大工作电流为018A),又是模拟控制,因此须在单片机与电磁铁之间设计相应的接口电路,即D A转换和驱动电路。
1 比例电磁铁性能参数及特性曲线
表1所示为德国比索(B SO)控制技术有限公司生产的GP系列比例电磁铁的主要性能参数;图1为GP45242A型电磁铁的特性曲线。
表1 GP系列比例电磁铁性能参数
型号额定行程
mm
额定推力
N
额定电流
A
常温电阻
8
额定功率
W
力滞环
%
GP35242A GP45242A GP61242A 2
3
4
50
80
145
0168
018
115
2416
1915
1010
1114
1411
2218
3
3
3
图1 GP45242A型特性曲线
2 电磁铁与单片机接口电路
收稿日期:2000206226
作者简介:刘洪恩(19632),男,河北盐山人,河北工程技术高等专科学校讲师、工程师。
接口电路如图2、图3所示。
图2 单片机与D A 接口电路
图3 电磁铁驱动电路
图2为单片机8031与D A 转换芯片I C 1(DA C 0832)的接口电路,图中0832的W R 2,XFER 接地,CS 和W R 1由单片机控制,以单缓冲方式工作。
8031执行如下两条指令即可在W R 1和CS 上产生低电平信号,将数字
量输送到I C 1并通过I C 2-1(LM 324)转换成相应的模拟电压(0～5V )。
程序: M OV R 0,#0FEH
M OV @R 0,A
图3为电磁铁的驱动电路。
图中由变压器TR 将220V 市电降压后经整流滤波提供直流电源;由三端可调集成稳压器I C 3(LM 317)为电磁铁提供所需的可变电压U 0,这里以I C 3调整端的电压U A 控制其输出电压
U 0,U 0=1.25+U A (V )。
为使LM 317输出的可变电压范围覆盖电磁铁的工作电压范围(0
～20V ),须将D A 输出的0
～5V 模拟电压由运放I C 2-2进行放大,电压放大倍数为A V =20 5=4倍,I C 2-2的输出端电压U A 接到I C 3的调整端上。
这样,对应于0～5V ,D A 转换电压时电磁铁上可变电压的变化范围是1125
～21V 。
另外,LM 317加装散热片后最大输出电流可达115A ,完全可以满足电磁铁正常工作所要求的电压范围和功率要求。
图中二极管D 1用于保护LM 317内部调整管;D 2为续流二级管,用于泄放电磁铁产生的反电势。
本接口电路采用三端可调集成稳压器构成驱动电路,具有稳定性好、精度高、驱动能力强、成本低等优点。
3 建议
由于铁磁材料的磁滞特性,使电磁铁存在力滞环(3%～5%),所以在要求高精度控制的场合需采用闭环
控制,由软件进行修正。
(下转第33页)7
2 第3期 刘洪恩:比例电磁铁与单片机的接口电路
图2 截割头工作臂运动示意图
计算结果说明,在一次横向截割的过程中,截割头后移了016m 。
与此同时,在水平方向,截割头移动的距离仅为
L =R tan 5=4.2×tan31°=215m
4 结论
综上分析,截齿沿圆锥螺旋线的切线方向装设不甚合理。
据此情况,对悬臂式煤巷掘进机截割头上截齿装设角度,提出两点意见:
1)截割头前端的正切刀仍按螺旋线方向排列;
2)圆锥面上的镐形刀,应改为沿圆锥截圆的切线方向装设或尽量减小与截圆方向夹角。
经工厂的实践证明,按此观点装设的截齿角度,在运行中取得了良好的效果。
参 考 文 献
[1] 北京矿学院1数学手册[M ]1北京:科学出版社,1980.
A nalysis on the In stallati on 2A ng le of
the Can tilever 2Style Coal M ine
D ibb ling Cu tting 2Gear
J I Guang 2p ing ,ZHAN G R u i 2sh i ,Yang X i 2jun
(H eilongjiang Co llege of Science and Engineering co llege ,J iam usi 154002,Ch ina )
Abstract :W e b rougn t fo rw ard the reasonab le view po in t abou t i m p rovem en t on cu tting 2gear 2in stalla 2ti on 2angle ,by m athem atical analysis on the can tilever 2style coal m ine dibb ling cu tting 2gear 2angle .
Key W ords :dibb le ;cu tting 2gear 2angle ;directi on co sine
(责任编辑:郭书俊)
(上接第27页)
参 考 文 献
[1] 胡汉才1单片机原理及其接口技术[M ]1北京:清华大学出版社,19961
In terface C ircu it of R ati o E lectrom agnet
w ith M icrocon tro ller
L I U Hong 2en
(D epartm ent of E lectrical Engineering ,H ebei Engineering and T echnical Co llege ,Cangzhou 061001,Ch ina )
Abstract :T h is p ap er p resen ts p erfo rm ance p aram eters and its p rop erty ,a p ractical in terface circu it con tro lled by m icrocon tro ller is designed .
Key words :rati o electrom agnet ;m icrocon tro ller ;D A change ;driving circu it
(责任编辑:顾锡元)
3
3 第3期 姬广平等:悬臂式煤巷掘进机截齿装设角度的分析。