C8051F005单片机的比例电磁铁控制技术
根据系统设计需要,通过修改PCA0CPH0可以得到不同占空比的PWM信号。
本控制系统采用C8051F005单片机的PCA由软件实现8位分辨率的PWM输出。PWM信号通过CEXn线由功能选择开关连到MCU的端口I/O引脚输出,PWM输出信号通过驱动电路可驱动比例电磁铁。模块的捕捉/比较寄存器PCA0CPLn和PCA0CPHn中存放PWM输出信号占空比高电平时间值。如果需要改变占空比,可在运行中改变PCA0CPHn的值,比例电磁铁的推杆位移与PCA0CPHn的值成比例。
在驱动电路中需要将PWM输出的电压信号转换为比例电磁铁的控制电流信号,而且要保证较好的比例特性关系。利用场效应管的转移特性[4],当场效应管的漏源极之间的电压VDS保持不变时,漏极电流ID与栅源之间电压VGS的关系称为“转移特性”,其表达式为:
本控制电路采用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具有很好的线性关系,将栅极与C8051F005单片机的P0.0口(通过软件编程PCA选择的PWM信号输出引脚),将IRL3803的漏极与比例电磁铁相连。本电路中,比例电磁铁是GP80,其额定吸力是120 N,行程为8 mm,额定电压为24 V。
在进行控制时,通过改变输入到比例电磁铁开关电信号“占空比”来实现控制电流的大小。占空比越大,通过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管提供正确的电压极性;二极管D2起保护作用,避免过压时损坏比例电磁铁。比例电磁铁由24 V电压直接供电。
图1 比例电磁铁驱动电路
结语
C8051F005单片机的集成度高,外围电路少,其高速执行指令的特性能精确控制比例电磁铁;C8051F005内核与普通51系列兼容,且指令简单易学,可缩短系统开发周期。比例电磁铁作为电—机械转换器件,已经得到广泛的应用。基于C8051F005单片机的比例电磁铁控制系统能达到精度高、稳定性好的要求,硬件电路简单、工作可靠。在应用系统中,根据需要直接由单片机的I/O口输出固定占空比或可变占空比PWM信号,配以一定的控制算法,软件编程清晰且容易实现,具有很好的推广价值。
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