基于C8051 F020的伺服閥溫度零漂測控系統(tǒng)

以高性能單片機(jī)C8051F020為核心控制芯片的自動(dòng)測控系統(tǒng)，能自動(dòng)測溫，到測溫點(diǎn)自動(dòng)輸出線性電流、自動(dòng)采集負(fù)載壓力等，并進(jìn)行計(jì)算、顯示及打印測試數(shù)據(jù)，其可靠性、精度、效率都大大提高。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
系統(tǒng)進(jìn)入溫度零漂測試狀態(tài)時(shí)，由嵌入式微計(jì)算機(jī)控制，升溫信號通過光電隔離控制固體繼電器組去驅(qū)動(dòng)油箱里11個(gè)功率是kW級的加熱管快速升溫。到某個(gè)測溫點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)輸出經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換后的模擬三角波周期信號加在伺服閥的繞組上，驅(qū)動(dòng)伺服閥工作，使得閥的兩個(gè)負(fù)載腔的壓力值隨控制電流大小呈差動(dòng)變化。壓力的變化作用在壓力變送器上，經(jīng)A／D不斷采樣比較，當(dāng)差值為最小時(shí)(一個(gè)周期出現(xiàn)兩次最小值)，計(jì)算機(jī)由此計(jì)算出對應(yīng)加在伺服閥上的電流零偏值。當(dāng)循環(huán)到最高溫度后，自動(dòng)關(guān)閉加熱器，并控制電磁閥打開水冷散熱器降溫，然后重復(fù)以上測試過程，直到降溫回到起始溫度點(diǎn)，結(jié)束測試。這中間計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示、打印當(dāng)前溫度點(diǎn)的溫度和所需要的數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件組成
C8051F020是完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片(SoC)，單片內(nèi)集成了構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其他功能部件。這些外設(shè)或功能部件包括：模擬多路選擇器、ADC、可編程增益放大器、DAC、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、定時(shí)器、內(nèi)部振蕩器、RAM、Flash存儲(chǔ)器、看門狗等。其以“流水線”結(jié)構(gòu)方式處理指令，運(yùn)行效率高，大部分只要1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘。這極大地簡化了硬件設(shè)計(jì)，可以很方便地在其外圍擴(kuò)展相應(yīng)調(diào)理電路組成整個(gè)硬件系統(tǒng)。在D／A轉(zhuǎn)換通道電路中，來自F020內(nèi)部電壓基準(zhǔn)VREF經(jīng)U1緩沖放大，作為U2負(fù)端的基準(zhǔn)電壓，U3正端接F020的DA單級性輸出，經(jīng)一階低通濾波器、緩沖放大處理后變?yōu)?～±5V輸出信號。由于偏移電路的存在，芯片D／A端口初始化設(shè)置前或復(fù)位瞬間，將產(chǎn)生－5mA的瞬間電流，對伺服閥產(chǎn)生不良的沖擊。為避免這一情況的發(fā)生，用一路I／O經(jīng)光電隔離后去控制一只OM－RON高響應(yīng)繼電器(約1 ms)，根據(jù)指令接通和斷開與伺服閥的連接，如圖2所示。

在A／D采集通道電路中，模擬輸入信號經(jīng)一階低通濾波器，緩沖倒相后輸出，如圖3所示，有三路相同的電路，經(jīng)內(nèi)部模擬開關(guān)切換。
8位LED顯示、5個(gè)軟鍵盤輸入，采用了專用的CH452數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤掃描控制芯片，其外圍電路極簡單，接口速度快、性能穩(wěn)定，與C8051F020控制器采用4線串行接口，主要是以其硬件來實(shí)現(xiàn)其大部分功能，編程相對簡單，如圖4所示。