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恒壓閥控制系統硬件設計

2021

12/08 13:18:50
奧特曼 www.baohuzhigongsi.com
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  恒壓閥控制系統采用模塊化思想設計系統的硬件模塊,主要包括主控模塊、存儲模塊、數據采集模塊、電機驅動模塊、通信模塊、電磁閥和限位開關模塊,總體結構如圖2所示。


  1、主控模塊和存儲模塊


  設計系統的主控模塊采用來自三星公司的嵌入式芯片S3C2440A,該芯片的內核為ARM920T,擁有低功耗、高處理運算性能。芯片使用 MMU,AMBA 總線體系結構以及哈佛結構,并集成了 SDRAM 控制器、FLASH 控制器、SPI 控制器等硬件外設。


  系統為 S3C2440A 部署了由 2 片 HY57V561620 并聯構成的 64MB SDRAM,并且將采集到的壓力數據保存到 4GB 的SD卡中。嵌入式芯片 S3C2440 中集成了SD 控制器 ,系統采用SD總線模式驅動SD卡。S3C2440 處理器在 SD 模式中通過 5 根信號線同 SD 卡完成信息的交流,并且為各信號線配置 10kΩ的上拉電阻。


  2、采集模塊設計


 ?。?)壓力變送器的選擇。系統通過來自于森納士公司的 ME 系列壓力變送器,采集計量泵的壓力值。變送器通過 A/D 轉換電路,實現壓力信號的模/數變換,將輸出的 4~20 mA 電流信號調整至 0.5~2.5 V 的區間中。


 ?。?)光電編碼器的選擇與連接。系統采用光電編碼器獲取步進電機的轉速,將電機主軸的輸出位移量變換成 ARM 處理器能夠分析的脈沖數字量。設計的光電編碼器包括光柵盤以及光電探測部件。在小型恒壓控制系統中,光電碼盤同步進電機同軸連接并以相同的速度運動,采用發光二極管等電子器件構成的檢測部件獲取脈沖信號。對光電編碼器輸出的脈沖頻率進行分析,能夠獲取電機的轉速,完成電機轉速的有效檢測,同時采用 ARM 控制器對電機的脈沖數和脈沖頻率進行管理,完成電機轉速的準確管理,實現總體系統壓力的平穩控制。


  3、通信模塊設計


  因為串口的通信協議簡便,在通信領域中具有較高的應用價值。因此,系統使用串口 RS 232完成目標板同PC機間的通信。S3C2440處理器中集成了 3個 UART控制器,并且將 UART0當成通信端口。S3C2440芯片通過TTL電平設置 5V,0V 描述邏輯正和邏輯負,而 PC 機的COM端口采用 RS 232電平設置 10V,-10V描述邏輯負和邏輯正。因此 S3C2440 芯片和PC機間應通過SP3232EEN 芯片進行電平變換,完成系統的通信。


  4、電機驅動模塊設計


 ?。?)步進電機工作原理。系統采用 ARM 控制器產生脈沖信號管理步進電機,控制器傳遞出一個脈沖信號,則電機依據設置的方向變換相應的角度。步進電機的運動狀態同控制器產生的脈沖頻率和脈沖數具有較高的關聯性。因此,調整 ARM 控制器的脈沖頻率,可對電機的轉速進行調整,而調整控制器的脈沖數量,可對電機的變換角度進行調整。ARM 控制器對步進電機進行控制過程中應設計功率放大電路,但是該電路的開發成本較高。因此,為了提高步進電機的控制效率,系統在電機驅動模塊中設計了具有細分控制技術的步進電機驅動器。步進電機驅動器包括脈沖分配電路、功率驅動電路、保護電路等器件,可對電機的電流、電壓和功率進行細化控制。當電機驅動器采集到 ARM 控制器的方向信號以及脈沖信號后,脈沖分配電路依據設置的通電手段形成電機相勵磁繞組的通斷信號,對電機進行調整。功率驅動電路將 ARM 控制器產生的低功率信號變換成可驅動電機運動的高功率信號。保護電路避免步進電機出現電壓和電流過高的問題,確保電機的順利運行。設計的控制系統采用二相混合式步進電機,以及 SD20806型兩相混合式步進電機驅動器。


 ?。?)PWM 調速原理。系統實現恒壓控制,需要對步進電機的轉速進行調整。系統對 PWM 定時器的原始值進行控制,確保脈沖頻率發生變化,進而調整電機的轉速。系統的主控芯片S3C2440中存在5個定時器,其中的4 個定時器具有 PWM 調速功能。


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