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51单片机的比例电磁铁控制手艺

作者:电磁铁 [字体: ]

比例电磁铁作为履行元件,是电机一体化的关头产物之一,普遍利用于各类自动化控制体系中;比例电磁铁的推力大,结构简略,保护便利,本钱低廉,是利用很是普遍的电—机械转换器[1];比例电磁铁的特色及工作的靠得住性,对于全部控制体系存在非常主要的影响,是决定控制体系品德的关头部件之一。比例电磁铁作为电—机械转换元件,其功效是将比例控制放大器输给的电流旌旗灯号,转换成位移或者力旌旗灯号输出。
  比例电磁铁适用于直流电压为24 V比例控制放大器的控制线路中,作为延续地、按比例地控制体系履行元件的活动、速度和标的目标的动力元件。比例电磁铁在其额外行程范围内的推力与通入其线圈的电流成正比,可在其他须要感化力自动控制的拆卸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路组成一个自动控制体系时, 由于电磁铁的工作电压较高, 工作电流较大,是以单片机与比例电磁铁之间接口电路的设计是一个关头。
  随着微电子手艺和计较机手艺的成长,比例电磁铁的需求量一日千里,在各个控制范围都有益用。下面先容比例电磁铁的控制手艺。
1 PWM驱动的根基事理及特色
  PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)手艺是操纵半导体开关器件的导通和关断,把直流电压酿成电压脉冲列,并经过进程控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期来到达变压、变频目标的一种控制手艺[2]。也就是用脉冲宽度不等的一系列等幅值的矩形脉冲去迫近一个所须要的电流或电压旌旗灯号。
  PWM驱动电路,是普遍利用于高精度控制体系的驱动情势。这类电路能够实现宽范围的速度和地位控制,较之惯例驱动体例存在没有可对比的利益。 PWM驱动电线路路简略、快速性好、线性度好、效力高的利益,使其普遍利用于丈量、通讯、功率控制与变换的很多范围中。本设计操纵PWM驱动电路所需大功率可控器件少、调速范围宽、快速性好、效力高,功耗低的特色,用C8051F005单片机直接输出的PWM旌旗灯号经过驱动电路,而后配合合适的控制算法(PID算法或模糊控制算法等)去控制比例电磁铁,可实现离合器的切确控制,对于电控离合器控制体系的研讨有很好的参考价值。
2  比例电磁铁与单片机接口电路
2.1  单片机概述
  本控制体系采取的单片机是美国Silabs公司推出的C8051F005型单片机[3]。它是完整集成的同化旌旗灯号体系级MCU芯片,有1个真实的12位多通道ADC、1个可编程增益放大器、2个12位DAC、2个电压比力器、1个电压基准、1个存在32 KB Flash存储器并与8051兼容的微控制器内核,还有硬件实现的(不是在用户软件中用位操纵摹拟)I2C/SMBus、UART、SPI串行接口和1个存在5个捕捉/比力模块的可编程计数器/按时器阵列(PCA),以及4个通用的16位按时器和4字节宽的通用数字I/O端口。C8051F005有2 304字节的RAM,履行速度可达25 MIPS;存在片内VDD监视器、WDT和时钟振荡器,是真正能自力工作的片上体系,能有用地打点摹拟和数字外设。Flash存储器还存在在体系从头编程才能,可用于非易失性数据存储,并许可现场更新8051固件。MCU可以封闭任何一个或全数外设,以降落功耗。
  C8051F005型单片机可在产业温度范围(-45~+85 ℃)内用2.7~3.6 V的电压工作。端口I/O、RST和JTAG引脚都允许5 V的输入旌旗灯号电压。
2.2  PWM旌旗灯号输出及比例电磁铁驱动电路
  C8051F005 MCU有一个片内可编程计数器/按时器阵列PCA。PCA包罗1个专用的16位计数器/按时器时候基准和5个可编程的捕捉/比力模块。时候基准的时钟可所以下面的4个时钟源之一:体系时钟/12、体系时钟/4、按时器0溢出或外部时钟输入(ECI)。
  每个捕捉/比力模块都有自己的I/O线(CEXn线),当许可它工作时,CEXn线经过进程功效选择开关连到端口的某个引脚。每个捕捉/比力模块都有4种工作体例:边沿触发捕捉、软件按时器、高速输出、脉冲宽度调制(PWM)。PCA捕捉/比力模块的I/O和外部时钟输入可以经过进程数字穿插开关连到 MCU的端口I/O引脚。
  由PCA输出8位PWM旌旗灯号(占空比可变)法式以下:
  $ include (c8051F005.inc)
  ORG 0000H
  LJMP MAIN
  ORG 0073H;按时器3的中断入口
  LJMP INTERT33
MAIN:
  MOV WDTCN, #0DEH;制止看门狗按时器
  MOV WDTCN, #0ADH
  MOV OSCICN, #84H;选择内部振荡器为12 MHz
  MOV XBR0, #08H;选择CEX0引脚连到P0.0
  MOV XBR2, #40H;许可功效选择开关
  ORL PRT0CF, #00000001B;选择P0.0为推拉体例
  MOV TMR3RLL, #0B0H;给按时器3低字节赋初值
  MOV TMR3RLH, #0A0H;给按时器3高字节赋初值
  MOV PCA0CPH0, #0FFH;给PCA捕捉模块高字节赋初值
  MOV PCA0CPL0, #0FFH;给PCA捕捉模块低字节赋初值
  MOV PCA0MD, #08H;选择PCA的时钟源为体系时钟,制止CF中断
  MOV PCA0CPM0, #42H;选择8位脉宽调制输出体例,并启动开端
  MOV PCA0CN, #40H;许可PCA工作
  MOV IE, #080H;CPU开中断
  MOV EIE2, #1;T3开中断
  MOV TMR3CN, #00000110B;启动T3工作,T3利用体系时钟源
  SJMP $
INTERT33:
  MOV A, TMR3CN;断根T3的标识表记标帜位TF3
  ANL A, #7FH
  MOV TMR3CN, A
  DEC PCA0CPH0;占空比的转变
  RETI
  依照体系设计须要,经过进程点窜PCA0CPH0可以获得分歧占空比的PWM旌旗灯号。
  本控制体系采取C8051F005 单片机的PCA由软件实现8位辩白率的PWM输出。PWM旌旗灯号经过进程CEXn线由功效选择开关连到MCU的端口I/O引脚输出,PWM输出旌旗灯号经过进程驱动电路可驱动比例电磁铁。模块的捕捉/比力存放器PCA0CPLn和PCA0CPHn中寄存PWM输出旌旗灯号占空比高电平常平凡间值。若是须要转变占空比,可在运行中转变PCA0CPHn的值,比例电磁铁的推杆位移与PCA0CPHn的值成比例。
  在驱动电路中须要将PWM输出的电压旌旗灯号转换为比例电磁铁的控制电流旌旗灯号,而且要保证较好的比例特色关系。操纵场效应管的转移特色[4],就地效应管的漏源极之间的电压VDS连结不变时,漏极电流ID与栅源之间电压VGS的关系称为“转移特色”.
  本控制电路采取了大功率场效应晶体管IRL3803,其电流输出足够驱动比例电磁铁的动作。IRL3803的漏极电流ID和栅源电压VGS存在很好的线性关系,将栅极与C8051F005单片机的P0.0口(经过进程软件编程PCA选择的PWM旌旗灯号输出引脚),将IRL3803的漏极与比例电磁铁相连。本电路中,比例电磁铁是GP80,其额外吸力是120 N,行程为8 mm,额外电压为24 V。
  在进行控制时,经过进程转变输入到比例电磁铁开关电旌旗灯号“占空比”来实现控制电流的巨细。占空比越大,经过进程电磁铁线圈的控制电流越大,控制输出的位移也越大。
  比例电磁铁驱动电路如图1所示。在驱动电路中,R1是限流电阻,使IRL3803管导通;D1是导向二极管,给IRL3803管供应准确的电压极性;二极管D2起庇护感化,防止过压时破坏比例电磁铁。比例电磁铁由24 V电压直接供电。
结语
  C8051F005单片机的集成度高,外围电路少,其高速履行指令的特性能切确控制比例电磁铁;C8051F005内核与通俗51系列兼容,且指令简略易学,可缩短体系开辟周期。比例电磁铁作为电—机械转换器件,已经获得普遍的利用。基于C8051F005单片机的比例电磁铁控制体系能到达精度高、不变性好的请求,硬件电路简略、工作靠得住。在利用体系中,依照须要直接由单片机的I/O口输出固定占空比或可变占空比PWM旌旗灯号,配以必定的控制算法,软件编程清楚且轻易实现,存在很好的推行价值。

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