專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電氣比例閥控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣比例閥控制電路，電氣比例閥常應(yīng)用于紡織、化工、服裝機(jī)械和其他工業(yè)過(guò)程控制。
背景技術(shù)：
電氣比例閥是一種精密的由電量控制的氣壓調(diào)節(jié)閥。其工作機(jī)理為保持輸出的氣壓壓力與輸入的電信號(hào)成比例。用兩個(gè)高頻電磁閥的開(kāi)、關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)輸出壓力，是實(shí)現(xiàn)這種功能的方法之一。當(dāng)輸入電信號(hào)確定后，控制電路將測(cè)量輸出壓力是否與之符合，如果輸出高于設(shè)定，則打開(kāi)排氣閥，以降低輸出壓力；如果輸出低于設(shè)定壓力，則打開(kāi)進(jìn)氣閥，以提高輸出壓力；如果輸出壓力與設(shè)定相等，則進(jìn)氣閥與排氣閥都關(guān)閉，如果系統(tǒng)沒(méi)有消耗氣流，即使電源斷開(kāi)，壓力也是保持的。
電氣比例閥常應(yīng)用于紡織、化工、服裝機(jī)械和其他工業(yè)過(guò)程控制。由于傳統(tǒng)的電氣比例閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元器件密集，且經(jīng)常連續(xù)工作在高溫、高濕的環(huán)境下，對(duì)設(shè)計(jì)水平和制作工藝水平的要求都非常高，對(duì)工作氣源的清潔度要求也很苛刻，使得其在更廣泛應(yīng)用上難以普及而且價(jià)格昂貴。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有廠家在批量生產(chǎn)。
電氣比例閥的關(guān)鍵技術(shù)之一是傳感器和放大電路。
壓力傳感器也有多種形式，適合在電氣比例閥上應(yīng)用的壓力傳感器必須具備體積小、量程寬、精度高、線性度好、溫度穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。曾有類(lèi)似的傳感器已經(jīng)采用了激光校準(zhǔn)技術(shù)，但是后續(xù)的差分放大電路也相當(dāng)復(fù)雜。由于分立器件不可避免的離散性，生產(chǎn)過(guò)程中必須對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)仔細(xì)調(diào)整，使得生產(chǎn)成本提高，質(zhì)量卻難以保證。
電氣比例閥的關(guān)鍵技術(shù)之二是微處理器。
微處理器是電氣比例閥的心臟，要處理來(lái)自傳感器和放大器的信號(hào)、調(diào)節(jié)器給定的信號(hào)、輔助輸入信號(hào)、輔助輸出信號(hào)以及數(shù)字的開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)。要求處理器具有AD/DA轉(zhuǎn)換功能，高速，高可靠以及微型化等特征。
傳統(tǒng)的電氣比例閥一般采用內(nèi)部集成有AD轉(zhuǎn)換的8位單片機(jī)，分辨率也往往只有8位，運(yùn)行速度也不高。使得比例閥的性能或性?xún)r(jià)比受到一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有電氣比例閥的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能提高、制作方便和成本降低的電氣比例閥控制電路。
本發(fā)明所提供的一種電氣比例閥控制電路，包括傳感器部件、第一衰減濾波電路、第二衰減濾波電路、開(kāi)關(guān)電源模塊、中央控制電路、線性穩(wěn)壓電源電路和驅(qū)動(dòng)輸出模塊，其特征在于傳感器部件與第一衰減濾波電路相連，中央控制電路分別與第一衰減濾波電路、第二衰減濾波電路和驅(qū)動(dòng)輸出模塊相連，線性穩(wěn)壓電源電路分別與第二衰減濾波電路和驅(qū)動(dòng)輸出模塊相連，開(kāi)關(guān)電源模塊分別與中央控制電路和傳感器部件相連，其中傳感器部件，用于前置放大、溫度補(bǔ)償和A/D、D/A轉(zhuǎn)換等功能，直接輸出與所測(cè)壓力成比例的電壓信號(hào)；第一衰減濾波電路，將傳感器部件輸出的電壓信號(hào)經(jīng)衰減后，送往中央控制電路；第二衰減濾波電路，將來(lái)自外部調(diào)節(jié)器的設(shè)定電壓或電流信號(hào)經(jīng)緩沖后，送往中央控制電路；中央控制電路，具有全內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換、基準(zhǔn)電壓、時(shí)鐘電路、看門(mén)狗和PWM的控制功能，接收來(lái)自第一衰減濾波電路的輸出電壓信號(hào)和來(lái)自第二衰減濾波電路的輸出電壓信號(hào)，對(duì)兩信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算決策后，以開(kāi)關(guān)量形式輸出數(shù)字信號(hào)，供驅(qū)動(dòng)輸出模塊執(zhí)行調(diào)節(jié)功能；驅(qū)動(dòng)輸出模塊，根據(jù)中央控制電路的輸出數(shù)字信號(hào)，用于打開(kāi)或關(guān)閉高速的電磁閥，調(diào)節(jié)比例閥的輸出壓力，使得輸出壓力與輸入電信號(hào)成比例；開(kāi)關(guān)電源模塊，將外部標(biāo)準(zhǔn)電壓的直流電源用DC/DC開(kāi)關(guān)方式轉(zhuǎn)換為設(shè)定值的低壓電源，供電給微處理器和傳感器；線性穩(wěn)壓電源電路，與外部總的電源、設(shè)定信號(hào)連接，提供線性穩(wěn)壓電源，向第一、第二衰減濾波電路供電。
采用了上述的技術(shù)解決方案，本發(fā)明利用高集成的電路部件實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單的電氣比例閥，其生產(chǎn)制作過(guò)程也相對(duì)簡(jiǎn)單，性能可靠，生產(chǎn)成本也可以大幅度下降，具有很高的性?xún)r(jià)比。


圖1是本發(fā)明電氣比例閥控制電路的原理圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明電氣比例閥控制電路包括傳感器部件1、第一衰減濾波電路2、第二衰減濾波電路3、開(kāi)關(guān)電源模塊5、中央控制電路4、線性穩(wěn)壓電源電路6和驅(qū)動(dòng)輸出模塊7。
傳感器部件1，用于前置放大、溫度補(bǔ)償和A/D、D/A轉(zhuǎn)換等功能，直接輸出與所測(cè)壓力成比例的電壓信號(hào)(0.5-4.5V)?？刹捎妹绹?guó)霍尼韋爾(HONEYWELL)的ASDX系列，高集成的壓力傳感器U1，適用壓力范圍0-100PSI(約0.7MPA)。
第一衰減濾波電路2，接收傳感器部件1輸出的電壓信號(hào)，把傳感器輸出的電壓信號(hào)衰減后送往中央控制電路4，與微處理器U2的AD0通道連接。第一衰減濾波電路由雙運(yùn)算放大器U5之一U5/B和R1、C3組成，其中運(yùn)算放大器U5/B可采用MOTOROLA公司的型號(hào)為L(zhǎng)M358的芯片。
第二衰減濾波電路3，來(lái)自外部調(diào)節(jié)器(可以是一個(gè)控制系統(tǒng)，也可以是一個(gè)簡(jiǎn)單電位器)的設(shè)定信號(hào)(0-10V電壓或者4-20MA電流)，在輸入電阻R4和濾波電容C4上產(chǎn)生電壓信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器U5/A運(yùn)算放大器緩沖，電阻R2衰減，電容C7濾波，進(jìn)入微處理器U2的AD1通道。其中運(yùn)算放大器U5/A與U5/B為同一塊芯片。
中央控制電路4，具有全內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換、基準(zhǔn)電壓、時(shí)鐘電路、看門(mén)狗和PWM(脈寬調(diào)制輸出)等控制功能，接收來(lái)自第一衰減濾波電路2的AD0通道電壓信號(hào)和來(lái)自第二衰減濾波電路3的AD1通道的設(shè)定信號(hào)，由內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生的固定時(shí)鐘周期，微處理器U 2對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行10位AD轉(zhuǎn)換(傳統(tǒng)的比例閥采用8位的AD轉(zhuǎn)換)、標(biāo)度變換、PID運(yùn)算后，通過(guò)OUT0和OUT1兩根數(shù)字輸出線驅(qū)動(dòng)輸出模塊7。該中央控制電路4是有微處理器U2(采用了美國(guó)ATMEL公司的ATMEGA8單片機(jī)(增強(qiáng)型的版本用美國(guó)SILICON LABS公司的C8051F330單片機(jī)))，加上極少的外圍零件(電阻R3、電感L1、電容C1和C2，其中L1是一個(gè)100微亨的電感，和C2組成濾波電路，提高模擬電源的穩(wěn)定性，R3用于芯片可靠復(fù)位，C1用于穩(wěn)定內(nèi)部基準(zhǔn)電壓)組成，以滿(mǎn)足上述控制要求。
驅(qū)動(dòng)輸出模塊7，由電磁閥J1、J2、三極管T1、T2、二極管D2、D3、電阻R5、R6、電容C8所組成U4，J1和J2連接電磁閥的線圈，D2，D3用于電磁閥關(guān)斷時(shí)續(xù)流。C8用于24V電源濾波。其根據(jù)中央控制電路的輸出信號(hào)，即當(dāng)OUT0輸出為高電平、OUT1為低電平時(shí)，電磁閥J1失電關(guān)閉，流過(guò)電阻R6的電流，使得三極管T2導(dǎo)通，J2放氣電磁閥得電，閥體內(nèi)有壓力的氣體向外部大氣釋放，達(dá)到降低比例閥輸出壓力的目的；當(dāng)控制決策讓OUT1為高電平、OUT0為低電平，則J2放氣電磁閥關(guān)閉，J1充氣電磁閥打開(kāi)，外部氣源(氣源壓力高于比例閥最高輸出壓力0.1MP以上)向比例閥充氣，使得比例閥的輸出壓力升高；當(dāng)OUT0和OUT1都輸出低電平，則兩個(gè)閥門(mén)都關(guān)閉。控制這些輸出高電平在每個(gè)周期中所占的時(shí)間寬度，可以調(diào)節(jié)輸出壓力的精細(xì)程度和穩(wěn)定性。電磁閥J1、J2可采用德國(guó)NAIS高頻先導(dǎo)閥。具有體積小，響應(yīng)快，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。配合無(wú)放大氣路的結(jié)構(gòu)，適用于小容量的負(fù)載。如果要驅(qū)動(dòng)較大的汽缸或者氣囊，則需要配合具有氣流放大功能的閥座。本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例采用了美國(guó)MAC公司的大口徑高頻電磁閥，使用無(wú)氣流放大的簡(jiǎn)單閥座，就可以滿(mǎn)足很大部分的應(yīng)用，既提高了可靠性，也降低了生產(chǎn)成本。
開(kāi)關(guān)電源模塊5，將外部的24V電源轉(zhuǎn)換為5V或3V的低壓電源，供微處理器和傳感器用。該開(kāi)關(guān)電源模塊具有效率高，體積小，不發(fā)熱，響應(yīng)快等特點(diǎn)，而電氣比例閥的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，就是一旦工作中斷電，要求輸出氣壓仍然能夠保持不變，本方案的快速響應(yīng)性能可以滿(mǎn)足這一要求，一般的線性電路就難以做到。該開(kāi)關(guān)電源模塊5用MOTOROLA公司的型號(hào)為34063DC/DC開(kāi)關(guān)芯片U3。
線性穩(wěn)壓電源電路6，與外部總的電源、設(shè)定信號(hào)連接，由U6、電容C5和C6組成的線性穩(wěn)壓電路，從24V電源中獲取12V的穩(wěn)定電壓，向運(yùn)算放大器U5供電。其中二極管D1防止電源極性接反而損壞其他電路。U6可采用型號(hào)為78L12的微型芯片。
綜上所述，本發(fā)明采用了高集成的傳感器部件，避免了應(yīng)用設(shè)計(jì)上小信號(hào)放大的精度和溫度穩(wěn)定性的難點(diǎn)；中央控制電路的微處理器其內(nèi)置的10位高速AD轉(zhuǎn)換器使得其分辨率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的8位分辨率的單片機(jī)，8K FLASH的程序空間，允許用戶(hù)采用高級(jí)語(yǔ)言編程，可大大提高程序質(zhì)量，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間；開(kāi)關(guān)電源模塊，獲得了高質(zhì)量的低壓電源，而且效率高，體積小，不發(fā)熱；驅(qū)動(dòng)輸出模塊采用高頻先導(dǎo)閥，具有體積小，響應(yīng)快，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。尤其電氣比例閥有一個(gè)重要指標(biāo)就是一旦工作中斷電，要求氣壓仍然保持不變，本發(fā)明可以做到這一點(diǎn)，而一般的線性電路就難以做到。
以上通過(guò)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明電氣比例閥控制電路的設(shè)計(jì)原理和基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了舉例說(shuō)明，所以本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的基本精神和原理的情況下，任何等效的和類(lèi)似的改變都包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電氣比例閥控制電路，包括傳感器部件、第一衰減濾波電路、第二衰減濾波電路、開(kāi)關(guān)電源模塊、中央控制電路、線性穩(wěn)壓電源電路和驅(qū)動(dòng)輸出模塊，其特征在于傳感器部件與第一衰減濾波電路相連，中央控制電路分別與第一衰減濾波電路、第二衰減濾波電路和驅(qū)動(dòng)輸出模塊相連，線性穩(wěn)壓電源電路分別與第二衰減濾波電路和驅(qū)動(dòng)輸出模塊相連，開(kāi)關(guān)電源模塊分別與中央控制電路和傳感器部件相連，其中傳感器部件，用于前置放大、溫度補(bǔ)償和A/D、D/A轉(zhuǎn)換等功能，直接輸出與所測(cè)壓力成比例的電壓信號(hào)；第一衰減濾波電路，將傳感器部件輸出的電壓信號(hào)經(jīng)衰減后，送往中央控制電路；第二衰減濾波電路，將來(lái)自外部調(diào)節(jié)器的設(shè)定電壓或電流信號(hào)經(jīng)緩沖后，送往中央控制電路；中央控制電路，具有全內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換、基準(zhǔn)電壓、時(shí)鐘電路、看門(mén)狗和PWM的控制功能，接收來(lái)自第一衰減濾波電路的輸出電壓信號(hào)和來(lái)自第二衰減濾波電路的輸出電壓信號(hào)，對(duì)兩信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算決策后，以開(kāi)關(guān)量形式輸出數(shù)字信號(hào)，供驅(qū)動(dòng)輸出模塊執(zhí)行調(diào)節(jié)功能；驅(qū)動(dòng)輸出模塊，根據(jù)中央控制電路的輸出數(shù)字信號(hào)，用于打開(kāi)或關(guān)閉高速的電磁閥，調(diào)節(jié)比例閥的輸出壓力，使得輸出壓力與輸入電信號(hào)成比例；開(kāi)關(guān)電源模塊，將外部標(biāo)準(zhǔn)電壓的直流電源用DC/DC開(kāi)關(guān)方式轉(zhuǎn)換為設(shè)定值的低壓電源，供電給微處理器和傳感器；線性穩(wěn)壓電源電路，與外部總的電源、設(shè)定信號(hào)連接，提供線性穩(wěn)壓電源，向第一、第二衰減濾波電路供電。
全文摘要
一種電氣比例閥控制電路，包括傳感器部件，用于前置放大、溫度補(bǔ)償和A/D、D/A轉(zhuǎn)換，直接輸出與所測(cè)壓力成比例的電壓信號(hào)；中央控制電路，具有全內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換、基準(zhǔn)電壓、時(shí)鐘電路、看門(mén)狗、PWM等控制功能。接收傳感器部件發(fā)出的測(cè)量電壓信號(hào)，和由外部調(diào)節(jié)器導(dǎo)入的設(shè)定(電壓/電流)信號(hào)，并對(duì)這些模擬量信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、標(biāo)度變換和PID控制運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果以開(kāi)關(guān)量形式輸出數(shù)字信號(hào)，供輸出模塊執(zhí)行調(diào)節(jié)功能；開(kāi)關(guān)電源模塊，提供高質(zhì)量的低壓電源；驅(qū)動(dòng)輸出模塊接收來(lái)自微處理器的數(shù)字信號(hào)，用于調(diào)節(jié)輸出壓力，使之與輸入電信號(hào)成比例。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單的電氣比例閥，其生產(chǎn)制作過(guò)程也相對(duì)簡(jiǎn)單，性能可靠，生產(chǎn)成本也可以大幅度下降，具有很高的性?xún)r(jià)比。
文檔編號(hào)G05D16/20GK1848016SQ20051002510
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日
發(fā)明者潘承農(nóng) 申請(qǐng)人:上海威士機(jī)械有限公司