PIC32單片機在氣相色譜儀中應用方案，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)設備，用在工業(yè)控制系統中調整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調節閥等。電磁閥是用電磁效應進(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(lái)實(shí)現預期的控制，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(lèi)：直動(dòng)式、分步直動(dòng)式和先導式。本設計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(xiàn)圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門(mén)打開(kāi);斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門(mén)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模塊設計與實(shí)現

本系統需要控制多個(gè)電磁閥，作為氣相色譜儀靈敏度，極性，粗條細調等等一系列功能的實(shí)現。本模塊的設計如圖2-5所示，通過(guò)三極管共射放大電路放大驅動(dòng)信號，共四路分別驅動(dòng)四個(gè)電磁閥。本設計只需要定時(shí)控制電磁閥的開(kāi)關(guān)，三極管驅動(dòng)已經(jīng)可以達到系統要求，故不必用繼電器電路來(lái)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(guò)流經(jīng)三極管后負極為GND，故不能形成回路，為了解決這一問(wèn)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單片機系統供電的干擾。

圖4 電磁閥控制電路圖

圖5 回路二極管電路圖

3.4電機控制模塊設計

3.4.1直流電機原理及其控制方式

直流電動(dòng)機的工作原理[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(guò)線(xiàn)圈abcd，從電刷 B 流出，根據電磁力定律，載流導體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導體受到的力形成了一個(gè)轉矩，使得轉子逆時(shí)針轉動(dòng)。如果轉子轉到如圖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(xiàn)圈中的流動(dòng)方向是dcba，從電刷 B 流出。此時(shí)載流導體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)生的轉矩仍然使得轉子逆時(shí)針轉動(dòng)。

圖6 直流電動(dòng)機的原理圖

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

直流電機的控制一般采用繼電器、晶閘管等控制，此處需要控制電機的啟動(dòng)、停止和正反轉，但控制頻率不高，且不要求調速，故選用繼電器控制。每個(gè)電機采用兩個(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。

3.4.2模塊設計與實(shí)現

在本控制模塊中直流電機用于控制按摩椅后背的前后移動(dòng)和腿部的上下移動(dòng)，需要較為平穩的運動(dòng)，故采用24V直流電機。由于系統不需要調速，只需控制電機的正反轉，故采用繼電器控制電源即可滿(mǎn)足要求。電機正反轉的實(shí)現是通過(guò)電源反接實(shí)現的，所以直流電機的兩根電源線(xiàn)都要有接電源正負的機會(huì )，每個(gè)電機需要兩個(gè)繼電器來(lái)控制兩根電源線(xiàn)，只有這樣才能有效地控制電機的正反轉。

圖7 電機控制電路圖

如圖2-8所示，接通過(guò)繼電器K1閉合接通電源，K2斷開(kāi)接地，電機1正轉，繼電器K1斷開(kāi)接地，K2閉合接通電源，電機1反轉，其他狀態(tài)電機停止;同理，K3、K4控制電機2正轉、反轉和停止。電機控制電路中并聯(lián)電容是為了讓電機產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)力矩，這樣電機通電后能夠確保自動(dòng)轉起來(lái)。另外，直流電機在旋轉時(shí)，轉子的電流是經(jīng)電刷和整流子接觸，供給轉子繞組，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其他模塊設計

3.5.1壓力流量傳感器模塊設計模塊設計與實(shí)現

兩路流量表模擬信號輸入：流量1：(氮氣/氫氣);流量2：(氮氣/氫氣);

兩路傳感器采用霍尼韋爾AWM3100V，3PIN，工作電壓10V，無(wú)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(xiàn)性正比例變化，注意氮氣/氫氣比例不同需要修正，空氣=氮氣=1.0;氫氣=0.7

兩路壓力表(霍尼韋爾26PCF，4PIN，工作電壓10V，可測量壓力范圍0-100psi和輸入氣體流量成線(xiàn)性正比例變化，滿(mǎn)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按鍵電路設計

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

3.5.3蜂鳴器電路設計

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

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