全数字电动机执行器的开发与应用 [日期：2004-12-7] 来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：余君兰 袁 艳 张泰山 [字体：电子电器设备厂的9610R系列的全电子式电动执行器的电机驱动电路基础上所做出的进一步的改进。我们将控制部分用基于80C196单片机的数字控制代替原有的模拟控制，以提高具控制的精度与运行的可靠性。同时，为方便调试，增加了红外遥控的功能和基于CAN总线的通信功能，以适应现代工业控制的需要。

1 原全电子式电动执行器的特点

原9610R系列的全电子式电动执行器是以220V交流单向电源作为驱动电源，驱动电机采用单向交流电机，位置反馈采用高性能导电塑料电位器。

伺服放大器的原理如图1所示。

①当UY=0时，

K_=Uo/Ux=-[(R4+R5)/R5]×(R6/R1)

②当Ux=0时，

K+=Uo/UY=[R3/(R2+R3)]×[(R4+R5)/R5]×(1+R6/R1)

根据线性叠加原理，Uo=K+UY+K_UX。

由上可知，由于电阻很难做到完全匹配，所以原9610R电动执行器存在着电机正反转不对称的问题。电机驱动电路如图2所示。

图2中，Uo为从伺服放大器来的电压信号，当Uo>0.7V时，电机正转；当Uo<-0.7V时，电机反转。C1为控制电机制动的电容。

重新设计的全数字电动执行器对电机的驱动电路进行了改进，用±12V的开关量信号的时间长短来控制电机的正反转，并实现了电动执行器的制功与反向截止功能。新的电机驱动电路如图3所示。

图3中，Ukp和Ukn分别为80C196的两个高速输出引脚，T2-1/T2-2、T3-1/T3-2、T4-1/T4-2、T5-1/T5-2、T6-1/T6-2、T7-1/T7-2分别为6个光电隔离器。当Uk为+5V高电平时，T2-1/T2-2导通，从而T*-1/T6-2导通使电机正转；当Uk由高电平到低电平的瞬间，T4-1/T4-2瞬间导通，使得T7-1/T7-2瞬间导通，电机瞬间反转，电容放电结束后电机停止；同理，当Uk为0V低电平时，电机反转。这样便实现了电机正反向控制。

led数码管显示阀位的给定值与反馈值以及阀位的状态与控制方式；同时，以改进的4～20mA恒流电路直接将阈位反馈信号转换成4～20mA的信号送至室内模拟二次表显示，以保证其模拟与数字控制的兼容性。利用80C196KC内部的A/D转换口，将阀位反馈与阀位模拟给定信号转换成10位的数字信号，用软件判断阀位故障（堵转，超限），进行故障处理（报警或停机），在控制输出端与故障处理端用MOC3061光电隔离将单片机系统与电机驱动电路隔离开来，达到抗干扰的目的。

选用1838红外遥控接收解码一体化集成芯片，接收来自遥控器的红外遥控信号。CAN控制器采用Philips的SJA1000集成芯片，CAN总线驱动选用82C250集成芯片，在SJA1000与CAN总线驱动82C250之间用6N137快速光隔进行光电隔离处理，与单片机接口实现单片机与上位机的通信功能。

各部分的主要硬件电路介绍如下。

（1）改进的4～20mA恒流电路

整个恒流电路，由1片集成的4通道运放LM324和6个精密电阻、1个可调电阻、1个瓷片电容及1个二极管组成，电路结构非常简单，电路如图5所示。图5中，R1=R2=R3=R4=R5=100kΩ,R6=200Ω,R7为0～100Ω可调电阻。

从图5电路可知：在R2、R3、R4、R5这四个电阻匹配得比较好的情况下，U1-U2=U1，通过调节R7使得R6+R7=250Ω,从而Io=U1/250Ω达到使1～5V电压转换成4～20mA的目的，且不论输出端的负载如何变化，这种关系都不会发生变化，达到恒流的目的。为为使该恒流电路可带的负载尽量大，集成运放LM324的电源最好用+18V电源。

（2）红外遥控接收电路

作为电动执行机构，在工业过程控制应用时，常常会遇到安装位置不便于调试的情况。采用红外遥控调可以说是一个很好的解决方案，可以免去常规调试所需要做的一些工作，比如打开控制盒盖进行调试线路更改等等。红外遥控接收芯片采用红外遥控接收解码一体化集成芯片1838。电路如图6所示。

全数字电动机执行器的开发与应用 [日期：2004-12-7] 来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：余君兰 袁 艳 张泰山 [字体：电子电器设备厂的9610R系列的全电子式电动执行器的电机驱动电路基础上所做出的进一步的改进。我们将控制部分用基于80C196单片机的数字控制代替原有的模拟控制，以提高具控制的精度与运行的可靠性。同时，为方便调试，增加了红外遥控的功能和基于CAN总线的通信功能，以适应现代工业控制的需要。

1 原全电子式电动执行器的特点

原9610R系列的全电子式电动执行器是以220V交流单向电源作为驱动电源，驱动电机采用单向交流电机，位置反馈采用高性能导电塑料电位器。

伺服放大器的原理如图1所示。

①当UY=0时，

K_=Uo/Ux=-[(R4+R5)/R5]×(R6/R1)

②当Ux=0时，

K+=Uo/UY=[R3/(R2+R3)]×[(R4+R5)/R5]×(1+R6/R1)

根据线性叠加原理，Uo=K+UY+K_UX。

由上可知，由于电阻很难做到完全匹配，所以原9610R电动执行器存在着电机正反转不对称的问题。电机驱动电路如图2所示。

图2中，Uo为从伺服放大器来的电压信号，当Uo>0.7V时，电机正转；当Uo<-0.7V时，电机反转。C1为控制电机制动的电容。

重新设计的全数字电动执行器对电机的驱动电路进行了改进，用±12V的开关量信号的时间长短来控制电机的正反转，并实现了电动执行器的制功与反向截止功能。新的电机驱动电路如图3所示。

图3中，Ukp和Ukn分别为80C196的两个高速输出引脚，T2-1/T2-2、T3-1/T3-2、T4-1/T4-2、T5-1/T5-2、T6-1/T6-2、T7-1/T7-2分别为6个光电隔离器。当Uk为+5V高电平时，T2-1/T2-2导通，从而T*-1/T6-2导通使电机正转；当Uk由高电平到低电平的瞬间，T4-1/T4-2瞬间导通，使得T7-1/T7-2瞬间导通，电机瞬间反转，电容放电结束后电机停止；同理，当Uk为0V低电平时，电机反转。这样便实现了电机正反向控制。

led数码管显示阀位的给定值与反馈值以及阀位的状态与控制方式；同时，以改进的4～20mA恒流电路直接将阈位反馈信号转换成4～20mA的信号送至室内模拟二次表显示，以保证其模拟与数字控制的兼容性。利用80C196KC内部的A/D转换口，将阀位反馈与阀位模拟给定信号转换成10位的数字信号，用软件判断阀位故障（堵转，超限），进行故障处理（报警或停机），在控制输出端与故障处理端用MOC3061光电隔离将单片机系统与电机驱动电路隔离开来，达到抗干扰的目的。

选用1838红外遥控接收解码一体化集成芯片，接收来自遥控器的红外遥控信号。CAN控制器采用Philips的SJA1000集成芯片，CAN总线驱动选用82C250集成芯片，在SJA1000与CAN总线驱动82C250之间用6N137快速光隔进行光电隔离处理，与单片机接口实现单片机与上位机的通信功能。

各部分的主要硬件电路介绍如下。

（1）改进的4～20mA恒流电路

整个恒流电路，由1片集成的4通道运放LM324和6个精密电阻、1个可调电阻、1个瓷片电容及1个二极管组成，电路结构非常简单，电路如图5所示。图5中，R1=R2=R3=R4=R5=100kΩ,R6=200Ω,R7为0～100Ω可调电阻。

从图5电路可知：在R2、R3、R4、R5这四个电阻匹配得比较好的情况下，U1-U2=U1，通过调节R7使得R6+R7=250Ω,从而Io=U1/250Ω达到使1～5V电压转换成4～20mA的目的，且不论输出端的负载如何变化，这种关系都不会发生变化，达到恒流的目的。为为使该恒流电路可带的负载尽量大，集成运放LM324的电源最好用+18V电源。

（2）红外遥控接收电路

作为电动执行机构，在工业过程控制应用时，常常会遇到安装位置不便于调试的情况。采用红外遥控调可以说是一个很好的解决方案，可以免去常规调试所需要做的一些工作，比如打开控制盒盖进行调试线路更改等等。红外遥控接收芯片采用红外遥控接收解码一体化集成芯片1838。电路如图6所示。