基于A(yíng)VR單片機atmega32的PID和PWM液體流量控制系統研究

圖2-1

3硬件部分
3.1 PWM驅動(dòng)電路

單片機輸出的PWM脈沖信號分別經(jīng)7406和7407輸入到Q1，Q2的G極，在每個(gè)PWM周期的高電平區間，Q1導通，Q2截止，電磁閥導通。在每個(gè)PWM周期的低電平區間，Q1截止從而切斷了電源，電磁閥的感應電動(dòng)勢經(jīng)Q2內部續流二極管形成回路。此時(shí)Q2的G極為高電平但是由于二極管的鉗位作用使開(kāi)關(guān)二極管關(guān)閉，因此通過(guò)調整單片機的PWM波就可以實(shí)現電磁閥輸入電壓占空比的調節，從而實(shí)現對流量的調節。
3.2 比例電磁閥
比例電磁閥在上世紀60年代末就已經(jīng)得到了應用，最初是用于液壓控制系統。隨著(zhù)單片機和集成電路的發(fā)展，其逐漸應用到各種液體的流量控制中。比例型電磁鐵的工作原理如下：線(xiàn)圈通電后，軛鐵和銜鐵內部產(chǎn)生磁通并產(chǎn)生電磁吸力，將銜鐵吸向軛鐵，同時(shí)銜鐵上的彈簧受到壓縮，當銜鐵上的電磁力和彈簧力平衡時(shí)，銜鐵停止位移。比例型電磁鐵的吸力在有效行程范圍內和線(xiàn)圈的電流或電壓大小具有線(xiàn)形關(guān)系。因此通過(guò)調解輸入的電流或者電壓就可以控制其開(kāi)口的大小，從而達到變量控制的目的。本系統采用的比例電磁閥特性曲線(xiàn)如圖3-1所示：（Kvs代表比例電磁閥最大開(kāi)口時(shí)的流量，Kv代表對應某一電壓或者電流值時(shí)的流量值）。

4. 軟件部分
4.1 PWM波的產(chǎn)生
設計采用單片機atmega32產(chǎn)生PWM信號。atmega32的定時(shí)/計數器的PWM模式可以分成快速PWM和頻率（相位）調整PWM兩大類(lèi)。 本設計采用快速PWM模式，快速PWM可以的到比較高頻率的PWM輸出，響應比較快，因此具有很高的 實(shí)時(shí)性。此時(shí)計數器僅工作在單程正向計數方式，計數器的上限值決定PWM的頻率，而比較匹配寄存器的值決定了占空比的大小?？焖貾WM模式的控制寄存器設置如下：
//輸出端口初始化
PORTD=0x44;
DDRD=0x20;
//T/C1初始化
TCCR1A=0xC3;/*比較匹配時(shí)OC1A輸出高電平，在top值時(shí)清零ICP下降沿捕捉，
時(shí)鐘1/8分頻（暫定），即工作在反相pwm模式*/
TCCR1B=0x0A;//10位快速pwm模式
TCNT1H=0x00;//start at 0
TCNT1L=0x00;