PIC32单片机在气相色谱仪中应用方案，软硬件协同

作者：时间：2016-09-12来源：网络收藏

3.3.1电磁阀原理及其作用

电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。电磁阀是用电磁效应进行控制，主要的控制方式由三极管、继电器控制。这样，电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。

电磁阀从原理上分为三大类：直动式、分步直动式和先导式。本设计要控制的电磁阀为直动式电磁阀其原理如图2-4所示：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开;断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。

图3 单电控直动式电磁阀动作原理图

1-电磁铁;2-阀芯

3.3.2模块设计与实现

本系统需要控制多个电磁阀，作为气相色谱仪灵敏度，极性，粗条细调等等一系列功能的实现。本模块的设计如图2-5所示，通过三极管共射放大电路放大驱动信号，共四路分别驱动四个电磁阀。本设计只需要定时控制电磁阀的开关，三极管驱动已经可以达到系统要求，故不必用继电器电路来控制。有电磁阀控制部分的电路图可以看出电磁阀的供电方式为正极为VCC2，但通过流经三极管后负极为GND，故不能形成回路，为了解决这一问题在GND和GND2之间加一个大电流二极管，如图2-6所示，这样既能使电磁阀正常工作，又保证了电磁阀工作对单片机系统供电的干扰。

图4 电磁阀控制电路图

图5 回路二极管电路图

3.4电机控制模块设计

3.4.1直流电机原理及其控制方式

直流电动机的工作原理[8]如下：如图2-7(a)所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如图2-7(b)所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。

图6 直流电动机的原理图

外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。通电线圈在磁场中受力的作用而转动，在越过平衡位置时换向器改变线圈中电流的方向从而使其能连续的转动下去。实际中的直流电动机转子上的绕组不是由一个线圈构成，而是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动。

直流电机的控制一般采用继电器、晶闸管等控制，此处需要控制电机的启动、停止和正反转，但控制频率不高，且不要求调速，故选用继电器控制。每个电机采用两个直流12V继电器分别控制双相电源，使其启动、停止和正反转。

3.4.2模块设计与实现

在本控制模块中直流电机用于控制按摩椅后背的前后移动和腿部的上下移动，需要较为平稳的运动，故采用24V直流电机。由于系统不需要调速，只需控制电机的正反转，故采用继电器控制电源即可满足要求。电机正反转的实现是通过电源反接实现的，所以直流电机的两根电源线都要有接电源正负的机会，每个电机需要两个继电器来控制两根电源线，只有这样才能有效地控制电机的正反转。

图7 电机控制电路图

如图2-8所示，接通过继电器K1闭合接通电源，K2断开接地，电机1正转，继电器K1断开接地，K2闭合接通电源，电机1反转，其他状态电机停止;同理，K3、K4控制电机2正转、反转和停止。电机控制电路中并联电容是为了让电机产生一个启动力矩，这样电机通电后能够确保自动转起来。另外，直流电机在旋转时，转子的电流是经电刷和整流子接触，供给转子绕组，在工作时，接触点有火花，并产生电磁波，并联电容也可以消除或减小电磁干扰。

3.5其他模块设计

3.5.1压力流量传感器模块设计模块设计与实现

两路流量表模拟信号输入：流量1：(氮气/氢气);流量2：(氮气/氢气);

两路传感器采用霍尼韦尔AWM3100V，3PIN，工作电压10V，无气体输入时 Output voltage=1.00_+0.5VDC，输出电压和输入气体流量成线性正比例变化，注意氮气/氢气比例不同需要修正，空气=氮气=1.0;氢气=0.7

两路压力表(霍尼韦尔26PCF，4PIN，工作电压10V，可测量压力范围0-100psi和输入气体流量成线性正比例变化，满量程是输出100mv,灵敏度1mv/psi)