基于C8051 F020的伺服閥溫度零漂測控系統

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

1 系統方案設計
系統進(jìn)入溫度零漂測試狀態(tài)時(shí)，由嵌入式微計算機控制，升溫信號通過(guò)光電隔離控制固體繼電器組去驅動(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轉換后的模擬三角波周期信號加在伺服閥的繞組上，驅動(dòng)伺服閥工作，使得閥的兩個(gè)負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，當差值為最小時(shí)(一個(gè)周期出現兩次最小值)，計算機由此計算出對應加在伺服閥上的電流零偏值。當循環(huán)到最高溫度后，自動(dòng)關(guān)閉加熱器，并控制電磁閥打開(kāi)水冷散熱器降溫，然后重復以上測試過(guò)程，直到降溫回到起始溫度點(diǎn)，結束測試。這中間計算機實(shí)時(shí)顯示、打印當前溫度點(diǎn)的溫度和所需要的數據，控制系統框圖如圖1所示。

2 硬件組成
C8051F020是完全集成的混合信號系統級MCU芯片(SoC)，單片內集成了構成一個(gè)單片機數據采集或控制系統所需要的幾乎所有模擬和數字外設及其他功能部件。這些外設或功能部件包括：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、溫度傳感器、定時(shí)器、內部振蕩器、RAM、Flash存儲器、看門(mén)狗等。其以“流水線(xiàn)”結構方式處理指令，運行效率高，大部分只要1個(gè)或2個(gè)系統時(shí)鐘。這極大地簡(jiǎn)化了硬件設計，可以很方便地在其外圍擴展相應調理電路組成整個(gè)硬件系統。在D／A轉換通道電路中，來(lái)自F020內部電壓基準VREF經(jīng)U1緩沖放大，作為U2負端的基準電壓，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端口初始化設置前或復位瞬間，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高響應繼電器(約1 ms)，根據指令接通和斷開(kāi)與伺服閥的連接，如圖2所示。

在A(yíng)／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)內部模擬開(kāi)關(guān)切換。
8位LED顯示、5個(gè)軟鍵盤(pán)輸入，采用了專(zhuān)用的CH452數碼管顯示驅動(dòng)和鍵盤(pán)掃描控制芯片，其外圍電路極簡(jiǎn)單，接口速度快、性能穩定，與C8051F020控制器采用4線(xiàn)串行接口，主要是以其硬件來(lái)實(shí)現其大部分功能，編程相對簡(jiǎn)單，如圖4所示。