【文章內(nèi)容簡介】 25Vdd26RA5/AN427RA428RC129RC030RC6/TX131RC7/RX132RC233RC334RC435RC536PB7/ICSPDAT/IOC37Vdd38OSC139OSC240Vss41PB6/ICSPCLK/IOC42RB5/IOC43RB4/IOC44RB3/IOC45RB2/IOC46RB1/IOC47RB0/INT/IOC48RD749RD650RD551RD452RD353RD254RD155Vss56Vdd57RD058RE759RE660RE561RE462RE363RE264P3PIC16F1947CLKDATVppRG0_PWMPosition~380V_PU~380V_DISCI_Ctrl_INDGNDForwardFallbackVCCDefaultPhaseLostMessageSensitivityOSC1OSC2DemarcateProsconsLOS_ONLOS_OFFLCD_SCELCD_RSTLCD_D/CLCD_DNLCD_SCLKOpenCloseDistanceLocaleStopFullyOpenLEDFullyClosedLEDWarnerTSCLSCLSOTSOIR_SMTC230pXT1C130pR51MDGNDOSC1OSC2123456P4ICSPDATCLKVppVCCDGNDR410KC4104C3104VCCDGNDGNDC5104C6104VCCL1330uHPIC16F1947 System 圖 22 PIC 最小系統(tǒng) 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)需要三種不同值的電源，即單片機(jī)需要 +5V 電源，繼電器和 LM358 需要 +12V電源 ,420mA 電流反饋輸出電路需要 +24V 電源。本系統(tǒng)選用 LM781 LM7824 和 LM2575三種電源穩(wěn)壓芯片。對(duì)于 LM7812 和 LM7824 都比較了解，它們分別輸出 +12V 和 +24V，屬于線性穩(wěn)壓芯片，但轉(zhuǎn)換效率不高。而 LM2575 屬于開關(guān)穩(wěn)壓芯片，轉(zhuǎn)換效率可高達(dá) 88%，有 、 5V、 12V、 15V 及 ADJ 多個(gè)電壓檔次。在設(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)應(yīng)注意電感、輸入輸出電容和二極管的選擇，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)中電感曲線圖選擇 330uH 的電感；輸入電容應(yīng)大于 47uf，并要求盡量靠近電路，本系統(tǒng)選擇 100uf，而輸出電容選擇 330uf/25V；二極管選擇 1N5819， IN5819 在與 LM2575 使用時(shí) ,IN5819 的作用是為電感器在 LM2575 關(guān)斷期間提供通路，而不是穩(wěn)壓。 LM7812 使用介紹 即使采用運(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，仍有不少外接元件．還要注意共模電壓的允許值和輸入端的保護(hù)，使 用復(fù)雜。從圖 23 也可以看出，該電路中除兩個(gè)電容外 (Ci取 )，其余所有元件都可以實(shí)現(xiàn)集成化，這就是當(dāng)前已經(jīng)廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電路 —— 集成三端穩(wěn)壓器。它具有體積小、可靠性高、使用靈活、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。安徽理工 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 23 是 LM78系列穩(wěn)壓器的外形、管腳和接線圖，其內(nèi)部電路也是串聯(lián)負(fù)反饋型穩(wěn)壓電路。這種穩(wěn)壓器只有輸入端 ○ 1 、公共端 ○ 2 和輸出端 ○ 3 三個(gè)引出端，故稱為集成三端穩(wěn)壓器。 LM7824 的原理與 LM7812 的原 理相同。 LM 78 XXU oC oC i1 32U i+ +LM 78121 2 3( a ) ( b ) u i+ uo+C iI o~ 220 VLM 78 D1D 2D 3D 4C o+12310 μ F / 16 V （ C） 圖 23 LM7812 應(yīng)用電路 LM7525 使用介紹 LM2575 系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 1A 集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)部集成了一個(gè)固定的振蕩器， 只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內(nèi)部有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等；芯片可提供外部控制引腳 ， 是傳統(tǒng)三端式穩(wěn)壓集成電路的理想替代產(chǎn)品。該系列分為 LM157 LM2575 及 LM2575HV 三個(gè)系列，其中 LM1575 為軍品級(jí)產(chǎn)品， LM2575 為標(biāo)準(zhǔn)電壓產(chǎn)品， LM2575HV 為高電壓輸入產(chǎn)品。每一種產(chǎn)品系列均提供 、 5V、 12V、 15V 及可調(diào)（ ADJ）等多個(gè)電壓檔次產(chǎn)品。 下圖為 LM7525 的管腳定義圖和典型應(yīng)用圖： 安徽理工 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 24 LM7525 管腳圖和典型應(yīng)用圖 系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu) C7470uF/50VC14100uF/50VC9104C16104C18100ufC10104C8100uF/25VC17104C1510uF/50VVCCGNDGND12V+12VGND1D21N5819L3330uHC19330uF/25VC20104+24VGND1123IN OUTGNDU1 78M12123IN OUTGNDU3 78241 2345IN OUTGNDFBON/OFFU4LM257512~3~4+12RB1DF04S~3~4+12RB2DF04SC11100ufD11N5819L2330uHC12330uF/25VC131041 2345IN OUTGNDFBON/OFFU2LM25755 圖 25 系統(tǒng)電源模塊 仿真結(jié)果 用 Multisim 仿真得到結(jié)果如下圖，原理圖中 LM2575 用 LM7805 替代（庫中沒找到LM2575）。 安徽理工 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 26 電源仿真結(jié)果 安徽理工 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 PWM 轉(zhuǎn) 420mA 輸出電流模塊 需求分析 電動(dòng)執(zhí)行器需要輸出 420mA 的工控標(biāo)準(zhǔn)電流。出于成本壓縮的考慮，要避免使用價(jià)格昂貴的 DA 芯片或者帶有 DA輸出的 MCU，并且 DA 芯片占用 I/O 口數(shù)量。爭取采用常規(guī)單片機(jī)的內(nèi)部資源配合簡單的外部電路，實(shí)現(xiàn)輸出 420mA 電流的功能。本電路可以滿足上述條件，并經(jīng)初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此方案可行。 電路原理圖 R3470VCCR810KR156KR220KR7100R/1%R61KC847323148U5ALM358C1247312JP1420mA_OUTA1K2E3C4U6TLP5211C710uF/50VQ2MMBT3904Q1MMBT3904KARefU7TL431AD21N4148W+24V+24V+24V+24VGND1GND1C9104C10104C11104GND1+24VRG0_PWM 圖 27 PWM 轉(zhuǎn) 420mA 電路圖 電路結(jié)構(gòu)原理分析 由單片機(jī)產(chǎn)生輸出的 PWM 信號(hào)，經(jīng)過光耦隔離器，放大器，穩(wěn)壓管，濾波電路，得到一個(gè)由 PWM 占空比和穩(wěn)壓 管穩(wěn)壓值決定的可調(diào)的電壓值，之后由反饋電路將此電壓等效的加在采樣電阻兩端，這樣在采樣電阻中就可以得到可調(diào)的 420mA 電流。（匹配電路相關(guān)參數(shù)，使采樣支路中的三極管穩(wěn)定工作） P W M光 隔 、 放 大限 壓 、 濾 波電 壓電 壓 跟 隨電 阻 采 樣4 2 0 m A 圖 28 PWM 轉(zhuǎn) 420mA 電路結(jié)構(gòu)圖 簡化分析計(jì)算 假設(shè)： PWM 波的占空比為（ 1ξ） 標(biāo)定電壓值為 V431(此電路中 TL431 的反向穩(wěn)定電壓值為 ) 則：在 TL431 的兩端得到的電壓波形如下圖所示 安徽理工 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 29 TL431 兩端電壓波形圖 由電路分析和試驗(yàn)檢測知，上圖 中的占空比為ξ。 上述電壓在經(jīng)過 RC 濾波之后得到ξ V431 的直流電壓信號(hào)。隨后的反饋電路將此電壓值等效的加在電阻 R7上，則在 R7中流過的電流為： I = ξ V431/R7 此電流即為電路的輸出電流。 可調(diào)線性度 輸出電流為 420mA 時(shí)的占空比ξ的可調(diào)范圍： Δξ = ξ 20mA ξ 4mA = I20 R7/V431 I4 R7/V431 = （（ I20 I4） /V431 ） R7 可見，ξ的可調(diào)范圍Δξ正比于采樣電阻 R7。 但當(dāng)占空比過大時(shí)， PWM 輸出不穩(wěn)定，并且考慮 器件存在的自身誤差對(duì)電路的影響而要留有一定的余量，最大占空比ξ 20mA 應(yīng)控制在 87%97%為宜。 遠(yuǎn)方電流及閥位采樣 遠(yuǎn)方電流采樣 閥門有兩種控制方式，即現(xiàn)場控制和遠(yuǎn)方控制。在遠(yuǎn)方控制的時(shí)候，遠(yuǎn)方會(huì)輸入420mA 的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，從而控制閥門的開閥和關(guān)閥。當(dāng)輸入電流信號(hào)時(shí)，經(jīng)過I/V 轉(zhuǎn)換電路，再經(jīng)過三級(jí)濾波電路，得到采樣電壓值，從而將采樣得到的電壓值送入單片機(jī)的 ADC 接口進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的結(jié)果為數(shù)字量，不同的電流信號(hào)對(duì)應(yīng)不同的數(shù)字量，再利用軟件算法轉(zhuǎn)換為閥位顯示在液晶上。 4 2 0 m A 電 流 I / V 變 換 電 路 濾 波單 片 機(jī) / A D采 樣 圖 210 遠(yuǎn)方電流 AD 采樣框圖 安徽理工 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 R20220R/1%R2120K12JP2420mA_IN23148U8ALM358C46473GNDGNDD61N4733C42473I_Ctrl_IN12VGNDC4410uF/16VR5020KC15473GNDR5220KR5420KC64473GND 圖 211 電流采樣電路 輸入的電流信號(hào)經(jīng)過濾波、電壓跟隨、濾波、穩(wěn)壓最終送入單片機(jī)進(jìn)行處理，其中1N4733 的作用保護(hù)單片機(jī)的，將電壓穩(wěn)定在 。 閥位電阻采樣 電動(dòng)執(zhí)行器在開閥關(guān)閥的過程中，閥位電阻器阻值將會(huì)隨之發(fā)生變化，從而導(dǎo)致 其對(duì)應(yīng)的電壓會(huì)發(fā)生變化，以下采樣電路就是將變化的電壓送入單片機(jī)的 AD 轉(zhuǎn)換接口，轉(zhuǎn)換為不同的數(shù)值量，再利用軟件算法講不同的數(shù)字量對(duì)應(yīng)不同的閥門開度，即閥位值，在液晶上顯示出來。 123JP3potentiometerVCCGNDR1920K657U8BLM358C45473GNDD51N4733C41473GNDPositionR1810R/1%C4310uF/16VR5120KC63473GNDR5320KR5520KC65473GND 圖 212 閥位采樣電路 輸入的電流信號(hào)經(jīng)過濾波、電壓跟隨、濾波、穩(wěn)壓最終送入單片機(jī)進(jìn)行處理。 限位及力矩開關(guān)信號(hào) 電動(dòng)執(zhí)行器的開關(guān)限位和過力矩都屬于機(jī)械式的，由于選用常閉式開關(guān)，則當(dāng)頂開開限位開關(guān)時(shí)，表示閥門已經(jīng)到了全關(guān)的位置，此時(shí)控制器發(fā)出命令停止閥門動(dòng)作，開限位同理。閥門在動(dòng)作的過程中，有可能會(huì)發(fā)生過力矩，此時(shí)應(yīng)立即停止閥門動(dòng)作，從而保護(hù)電機(jī)。系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了檢測過力矩信號(hào)電路，當(dāng)發(fā)生過力矩時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)過力矩安徽理工 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 信號(hào)送入單片機(jī)，單片機(jī)接收到信號(hào)好后，立即執(zhí)行停止閥門動(dòng)作命令，當(dāng)閥門停止后，即使你再次按原來的方向控制閥門， 此時(shí)閥門不會(huì)動(dòng)作，而只有當(dāng)你反轉(zhuǎn)一下才能解除過力矩信號(hào)，這種關(guān)系是在軟件中涉及到的，目的是為了保護(hù)電機(jī)。同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)斷電后再次上電，按原來方向控制也不會(huì)動(dòng)作，因?yàn)檐浖性O(shè)置了力矩?cái)嚯姳Ｗo(hù)功能，即當(dāng)過力矩時(shí)已經(jīng)將過力矩信號(hào)寫入了 EEPROM 存儲(chǔ)器中，即使掉電也不會(huì)丟失過力矩信號(hào)，只要在上電的時(shí)候讀一次存儲(chǔ)過力矩信號(hào)的 EEPROM，就會(huì)相應(yīng)執(zhí)行停止按原來方向動(dòng)作的命令。 104C53104C52104C55104