基于L9352B的電磁閥控制電路設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

朱獻(xiàn)晶

南京舒普思達(dá)醫(yī)療設(shè)備有限公司（江蘇 南京 211505）

0 引言

傳統(tǒng)電磁閥控制電路的工作原理是通過集成的二極管控制一些大型工業(yè)設(shè)備，但是二極管的功能具有局限性，只能控制一些小型低配的工業(yè)設(shè)備，一定程度上限制了工業(yè)效益的最大化。而且，此控制電磁閥的方法成本高，需要大量的能源為基礎(chǔ)[1]。為此，文章通過設(shè)計電磁閥的驅(qū)動芯片、控制器和控制電路，完成了基于L9352B的電磁閥控制電路的設(shè)計，拓寬了工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。

1 基于L9352B的電磁閥控制電路設(shè)計

1.1 L9352B集成芯片的特性

L9352B作為目前最新研究生產(chǎn)的驅(qū)動芯片，主要面向的對象是電磁閥、磁鐵等構(gòu)建而成的特殊工業(yè)設(shè)備。集成驅(qū)動芯片的核心是將設(shè)備驅(qū)動功能和設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測功能集成在同一個驅(qū)動芯片內(nèi)，達(dá)到了調(diào)用工業(yè)設(shè)備負(fù)載強(qiáng)度的目的，并且驅(qū)動芯片的應(yīng)用領(lǐng)域也拓寬為任何比例的電磁閥。L9352B集成芯片還具有設(shè)備短路保護(hù)、過溫關(guān)閉功能可選、開路負(fù)載監(jiān)測、調(diào)節(jié)器誤差監(jiān)測、靜電監(jiān)測、調(diào)節(jié)電磁閥的負(fù)載能力等功能。L9352B集成芯片的工作電流為5 mA，集成驅(qū)動芯片的運(yùn)行狀態(tài)分為監(jiān)測狀態(tài)和后臺待機(jī)狀態(tài)。集成驅(qū)動芯片不同狀態(tài)下消耗的電能不同，這就降低了工業(yè)設(shè)備的能耗。

為達(dá)到設(shè)計目的，L9352B集成芯片特意在電磁閥控制電路中的并聯(lián)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)了一個端口監(jiān)測器，并將各個檢測器的結(jié)果實(shí)時發(fā)送到芯片中，然后由芯片進(jìn)行處理。集成驅(qū)動芯片最突出的特點(diǎn)是可以和電磁閥控制電路的功能相匹配，對于電磁閥控制電路的電流和電阻值，芯片通過信號控制可以改變電流的輸入與輸出值，滿足文章的設(shè)計理念。驅(qū)動芯片需要0.2 Ω阻值的電阻就可以完成驅(qū)動，節(jié)省了驅(qū)動資源，提高了芯片的工作效率[2-3]。

1.2 控制器STM32F103ZET6

為了實(shí)現(xiàn)電磁閥控制電路控制性能的最優(yōu)化，文章選擇STM32F103ZET6型號的控制器。該控制器是由Codex-M3框架進(jìn)行優(yōu)化的半導(dǎo)體式32位閃存微處理器，優(yōu)化框架的主要目的是提高控制器的控制靈敏性以及降低工作功耗。STM32F103ZET6控制器的內(nèi)核電壓為2 V，芯片電壓為3 V，運(yùn)行狀態(tài)分為待機(jī)模式和工作模式，這樣可以延長控制器的使用周期，提高控制器的使用效率。另外，控制器的內(nèi)部工作頻率為72 MHz，運(yùn)行速度快，控制器通過各個小型通信接口，可以同時實(shí)現(xiàn)控制電磁閥的多條電路和通信信號操作，因此STM-32F103ZET6控制器適合工作在控制領(lǐng)域[4]。

1.3 電磁閥控制軟件設(shè)計

為實(shí)現(xiàn)L9352B型號電磁閥控制電路控制性能的最優(yōu)化，需要設(shè)計控制軟件，負(fù)責(zé)控制調(diào)用控制器、驅(qū)動芯片等設(shè)備。文章設(shè)計的電磁閥控制軟件系統(tǒng)，其主要工作調(diào)用通過C語言實(shí)現(xiàn)，工作環(huán)境為RealView MDK-ARMVersion4.12，控制軟件編寫的所有編程命令都統(tǒng)一在軟件系統(tǒng)的執(zhí)行區(qū)域執(zhí)行，方便命令的存儲。電磁閥控制軟件的主要功能是通過自上而下的工作模式實(shí)現(xiàn)電磁閥電路的控制和安全監(jiān)測。電磁閥開關(guān)開啟后，控制軟件立即啟動，對電磁閥的控制電路進(jìn)行電路安全檢測和功能初始化，檢測電路是否存在故障，如果存在故障，則需要向電磁閥中心發(fā)出命令，請求修復(fù)；如果軟件系統(tǒng)對電磁閥控制電路的預(yù)處理沒有問題，則開啟一周期的電路控制工作。

1.4 電磁閥控制電路設(shè)計

電磁閥的功能由電路控制，文章設(shè)計的控制電路主要包括隔離電路、驅(qū)動電路、信號產(chǎn)生電路三部分，3個整體電路的分布為隔離電路在驅(qū)動電路和信號電路的中間。由于驅(qū)動電路和信號產(chǎn)生電路的工作電壓分別為3 V和4 V，隔離電路的工作電壓為3～6 V，若驅(qū)動電路和信號產(chǎn)生電路相連就會造成電路短路，因此需要隔離電路進(jìn)行分壓[5]。電磁閥隔離電路的每個支路引腳由靈敏觸發(fā)器構(gòu)成，具有高電平性能，可分流電磁閥的輸入輸出電壓，穩(wěn)定控制電路的運(yùn)行。驅(qū)動電路設(shè)置4個獨(dú)立串聯(lián)的支路，分別用以傳輸電磁閥控制數(shù)據(jù)和命令數(shù)據(jù)，每個串聯(lián)的控制電路通過電磁閥的ARM架構(gòu)將電路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信號的格式輸出傳給L9352B電磁閥，然后控制命令通過電磁閥的驅(qū)動電路通過ARM架構(gòu)傳給電路，發(fā)出控制。信號產(chǎn)生電路的工作是識別和轉(zhuǎn)換電磁閥發(fā)出的控制信號，信號轉(zhuǎn)發(fā)過程中帶有電路保護(hù)，一旦出現(xiàn)電路短路，電磁閥立刻將負(fù)載電壓調(diào)節(jié)到25 V，強(qiáng)推關(guān)閉電磁閥，避免安全事故的發(fā)生?？刂齐娐穲D如圖1所示。

圖1 控制電路圖

電磁閥控制電路的工作過程：首先將控制電路接入穩(wěn)定的電源中，各個電路進(jìn)行基礎(chǔ)運(yùn)行驅(qū)動，控制電路自動獲取電磁閥的輸出功率和信號輸出端的電壓范圍，將電磁閥的各個引腳與控制電路的各個引腳相連接，平衡隔離電路、驅(qū)動電路和信號產(chǎn)生電路的電平值，形成一個閉合的環(huán)路；然后啟動芯片、控制器和電磁閥軟件控制系統(tǒng)；最后根據(jù)電磁閥設(shè)備的實(shí)時需要，發(fā)出電流、電壓的調(diào)節(jié)命令，控制電路接收命令，進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

綜上所述，L9352B電磁閥控制電路的3個支路電路相互配合，傳輸命令，執(zhí)行控制，完成電磁閥內(nèi)電流、電壓的調(diào)節(jié)，保證電磁閥工作的穩(wěn)定性[6]。

2 基于L9352B的電磁閥控制電路測試

通過以上對L9352B型號的電磁閥控制電路的驅(qū)動芯片、控制器、控制軟件和控制電路的研究分析，文章設(shè)計出一個新型的L9352B的電磁閥控制電路，為驗(yàn)證該電磁閥控制電路的控制性能，需要測試控制電路。即選擇兩個相同型號的電磁閥，分別將電磁閥設(shè)備連接到文章研究的控制電路和傳統(tǒng)的控制電路中，另一邊連接計算機(jī)，用于記錄電磁閥控制電路的工作數(shù)據(jù)和檢測電路安全狀態(tài)，避免出現(xiàn)電路事故，保證設(shè)備和工作人員的安全。設(shè)計控制兩個電磁閥工作電路的電流值由3 A降至2 A和電路各個支路的電阻值由0.2 Ω提高到0.4 Ω兩個任務(wù)，并且在電磁閥設(shè)備中設(shè)計一個電壓故障，通過觀察兩個電磁閥控制電路的控制效果，分析電磁閥控制電路的性能。

工作人員對兩種控制電路預(yù)處理后，開啟電源，立即向兩個電磁閥控制電路輸入任務(wù)命令。工作人員在控制電路運(yùn)行期間實(shí)時觀察計算機(jī)的電路安全監(jiān)測情況，同時等待電磁閥控制電路的任務(wù)輸出結(jié)果，一旦出現(xiàn)意外，立即關(guān)閉電源停止操作。最終測試電磁閥控制電路的任務(wù)執(zhí)行結(jié)果為文章研究的基于L9352B型號的電磁閥控制電路的任務(wù)執(zhí)行時間為5 min，其中解決設(shè)置的電路故障為2 min；而傳統(tǒng)的電磁閥控制電路的任務(wù)執(zhí)行時間為10 min，解決設(shè)置的電路故障時間為5 min。而且，基于L9352B型號的電磁閥控制電路對電磁閥電流和電阻值的調(diào)節(jié)控制效果好，過程中沒有出現(xiàn)短路故障，而傳統(tǒng)的控制電路在任務(wù)執(zhí)行時出現(xiàn)一次3 s的短路情況，降低了電磁閥設(shè)備的工作周期。綜合上述測試數(shù)據(jù)，基于L9352B的電磁閥控制電路的控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)的電磁閥控制電路，具有可行性。

形成該結(jié)果的關(guān)鍵是基于L9352B的電磁閥控制電路在對電磁閥控制電路初始化時，電路的工作頻率低于正常的電路。以此參數(shù)作為故障診斷的切入點(diǎn)，查看控制電路的時鐘信號和有效負(fù)載電流，發(fā)現(xiàn)其中電磁閥控制電路的時鐘信號出現(xiàn)區(qū)域性丟失。因?yàn)殡娐返墓ぷ麟妷呵闆r由時鐘信號反映，則可以快速檢測出電磁閥控制電路的電壓短路故障，并快速調(diào)節(jié)電路電壓值以解決問題，完成對電路電流和電阻的控制調(diào)節(jié)任務(wù)。

3 結(jié)束語

文章通過研究電磁閥的控制器、驅(qū)動芯片、電路基本組成和控制思想，設(shè)計了一個新型的基于L9352B電磁閥控制電路，旨在實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的高效利用。為了驗(yàn)證該電磁閥控制電路的性能，文章進(jìn)行了試驗(yàn)測試。經(jīng)過試驗(yàn)證明，基于L9352B電磁閥控制電路可以實(shí)時調(diào)控電磁閥控制電路的電流、電壓等參數(shù)值，具有可行性和實(shí)用價值。