基于 XC866 的步進電機閥門控制系統(tǒng)

據(jù)MC Ivaine公司最近出版的《世界市場報告》，世界工業(yè)閥門市場將由2010年的440億美元，增長到2015年的520億美元。閥門市場的快速增長，對閥門控制技術(shù)提出了更高的要求。通常情況下，閥門用手動調(diào)節(jié)，然而在某些比較惡劣環(huán)境條件下，手動調(diào)節(jié)就顯得不太合適。在某些應用場合，對閥門的控制不僅僅是簡單的開關(guān)控制，還涉及到開度控制以及流量等各種關(guān)系控制。這就需要我們設計一種智能型的自動閥門控制系統(tǒng)。鑒于步進電機具有控制簡便、定位準確等特點，因此非常適合于單片機控制。近年來，利用步進電機對閥門控制的技術(shù)已經(jīng)應用到各個領域。為此，我們設計了一種利用XC866單片機控制步進電機，來調(diào)控閥門開關(guān)角度的裝置。

步進電機工作特性
步進電機一般分為永磁式(PM)、反應式（VR）和混合式（HB）三種類型。目前，二相混合式步進電機的應用最為廣泛。本設計采用的正是二相四線步進電機，步距角為1.8°，不細分。步進電動機基本原理與普通的永磁同步電動機是相通的，它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角，而步進電機的驅(qū)動電路是根據(jù)單片機產(chǎn)生的控制信號進行工作。二相步進電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 二相步進電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

由圖1可知，該步進電動機有A和B兩相繞組，由于感應子式步進電動機的特殊性。當在A、B兩相繞組中通以對稱的正旋交流電時，將產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，而如果按照的順序依次對繞組通以確定幅值的直流電，將產(chǎn)生4步一循環(huán)的步進旋轉(zhuǎn)定子磁場，步進角度為90°。為了充分利用電動機容量．增大輸出力距，二相步進電動機整步運行通常采用的通電順序。此時步進電機正轉(zhuǎn)，當通電順序反轉(zhuǎn)時，步進電機反轉(zhuǎn)。

設計方案
這里，利用英飛凌XC866單片機和外圍芯片組成的控制系統(tǒng)代替脈沖發(fā)生器和脈沖分配器,用軟件的方法控制單片機產(chǎn)生脈沖。設計一個閥門控制電壓采樣電路，用一個0～2.5V的電壓控制閥門的開關(guān)程度，0V時閥門關(guān)閉，2.5V時閥門完全打開。單片機通過定時器產(chǎn)生中斷對電壓進行采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后與前一次的數(shù)值做差。若差值超過允許的波動范圍，則單片機會根據(jù)差值的正、負號確定電機的轉(zhuǎn)向，通過計算得出相應的脈沖數(shù)；再發(fā)送脈沖，驅(qū)動步進電機的相應轉(zhuǎn)動，增大或減小閥門的開度。若電壓的差值在允許的波動范圍內(nèi)，則單片機不發(fā)送脈沖，閥門靜止不動。

1 主控芯片XC866簡介
XC866單片機是英飛凌公司推出的8位微控制器XC800系列的第一款產(chǎn)品，它具有處理能力強、運行速度快、安全性能突出、片上資源豐富、工程開發(fā)方便快捷等優(yōu)點，性價比非常突出。它的輸入/輸出口（I/O 口）可由3.3V 或5.0V 供電；內(nèi)核需2.5V 供電。主要特性包括：用來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號、帶有電機控制專用模式的捕獲/比較單元（CCU6）；具有如自動掃描和結(jié)果累加（用于抗混迭濾波或結(jié)果平均）等特性。

XC866內(nèi)部集成了高性能的8051內(nèi)核以及功能強大的外設，對于熟悉51單片機的用戶，可以在較短的時間內(nèi)熟悉其性能，并利用其豐富的外設實現(xiàn)各種相對復雜的應用。