PIC32單片機(jī)在氣相色譜儀中應(yīng)用方案，軟硬件協(xié)同

3.3.1電磁閥原理及其作用

電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。電磁閥是用電磁效應(yīng)進(jìn)行控制，主要的控制方式由三極管、繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。

電磁閥從原理上分為三大類：直動(dòng)式、分步直動(dòng)式和先導(dǎo)式。本設(shè)計(jì)要控制的電磁閥為直動(dòng)式電磁閥其原理如圖2-4所示：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開;斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。

圖3 單電控直動(dòng)式電磁閥動(dòng)作原理圖

1-電磁鐵;2-閥芯

3.3.2模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)需要控制多個(gè)電磁閥，作為氣相色譜儀靈敏度，極性，粗條細(xì)調(diào)等等一系列功能的實(shí)現(xiàn)。本模塊的設(shè)計(jì)如圖2-5所示，通過三極管共射放大電路放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)，共四路分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)電磁閥。本設(shè)計(jì)只需要定時(shí)控制電磁閥的開關(guān)，三極管驅(qū)動(dòng)已經(jīng)可以達(dá)到系統(tǒng)要求，故不必用繼電器電路來控制。有電磁閥控制部分的電路圖可以看出電磁閥的供電方式為正極為VCC2，但通過流經(jīng)三極管后負(fù)極為GND，故不能形成回路，為了解決這一問題在GND和GND2之間加一個(gè)大電流二極管，如圖2-6所示，這樣既能使電磁閥正常工作，又保證了電磁閥工作對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)供電的干擾。

圖4 電磁閥控制電路圖

圖5 回路二極管電路圖

3.4電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)

3.4.1直流電機(jī)原理及其控制方式

直流電動(dòng)機(jī)的工作原理[8]如下：如圖2-7(a)所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如圖2-7(b)所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動(dòng)方向是dcba，從電刷 B 流出。此時(shí)載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖6 直流電動(dòng)機(jī)的原理圖

外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。通電線圈在磁場(chǎng)中受力的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，在越過平衡位置時(shí)換向器改變線圈中電流的方向從而使其能連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)下去。 實(shí)際中的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的繞組不是由一個(gè)線圈構(gòu)成，而是由多個(gè)線圈連接而成，以減少電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。

直流電機(jī)的控制一般采用繼電器、晶閘管等控制，此處需要控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止和正反轉(zhuǎn)，但控制頻率不高，且不要求調(diào)速，故選用繼電器控制。每個(gè)電機(jī)采用兩個(gè)直流12V繼電器分別控制雙相電源，使其啟動(dòng)、停止和正反轉(zhuǎn)。

3.4.2模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在本控制模塊中直流電機(jī)用于控制按摩椅后背的前后移動(dòng)和腿部的上下移動(dòng)，需要較為平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)，故采用24V直流電機(jī)。由于系統(tǒng)不需要調(diào)速，只需控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，故采用繼電器控制電源即可滿足要求。電機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)是通過電源反接實(shí)現(xiàn)的，所以直流電機(jī)的兩根電源線都要有接電源正負(fù)的機(jī)會(huì)，每個(gè)電機(jī)需要兩個(gè)繼電器來控制兩根電源線，只有這樣才能有效地控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

圖7 電機(jī)控制電路圖

如圖2-8所示，接通過繼電器K1閉合接通電源，K2斷開接地，電機(jī)1正轉(zhuǎn)，繼電器K1斷開接地，K2閉合接通電源，電機(jī)1反轉(zhuǎn)，其他狀態(tài)電機(jī)停止;同理，K3、K4控制電機(jī)2正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。電機(jī)控制電路中并聯(lián)電容是為了讓電機(jī)產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)力矩，這樣電機(jī)通電后能夠確保自動(dòng)轉(zhuǎn)起來。另外，直流電機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的電流是經(jīng)電刷和整流子接觸，供給轉(zhuǎn)子繞組，在工作時(shí)，接觸點(diǎn)有火花，并產(chǎn)生電磁波，并聯(lián)電容也可以消除或減小電磁干擾。

3.5其他模塊設(shè)計(jì)

3.5.1壓力流量傳感器模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

兩路流量表模擬信號(hào)輸入：流量1：(氮?dú)?氫氣);流量2：(氮?dú)?氫氣);

兩路傳感器采用霍尼韋爾AWM3100V，3PIN，工作電壓10V，無氣體輸入時(shí) Output voltage=1.00_+0.5VDC，輸出電壓和輸入氣體流量成線性正比例變化，注意氮?dú)?氫氣比例不同需要修正，空氣=氮?dú)?1.0;氫氣=0.7

兩路壓力表(霍尼韋爾26PCF，4PIN，工作電壓10V，可測(cè)量壓力范圍0-100psi和輸入氣體流量成線性正比例變化，滿量程是輸出100mv,靈敏度1mv/psi)

圖8 壓力流量控制電路圖

3.5.2按鍵電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)共采用31個(gè)按鍵，按鍵較多，故采用掃描芯片節(jié)約IO資源，同時(shí)在主控板上留有線控器接口，可以在必要時(shí)進(jìn)行功能擴(kuò)展，可隨時(shí)改為矩陣式鍵盤。提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可升級(jí)性。

3.5.3蜂鳴器電路設(shè)計(jì)

蜂鳴器電路是用來報(bào)警或提示用的，蜂鳴器采用5V直流蜂鳴器，采用三極管驅(qū)動(dòng)，控制電路圖如下

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