蠕动泵步进电机控制电路

蠕动泵步进电机控制电路 14分析仪器2002年第4期 大学机电系(硕士),主要从事电子,计算机控制科研及项目开发工作. Asinglechipcomputercontrolledconductivitymeterbasedonconductance-frequencytransformation?ChenWenxiang,Hong Bahai(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,XiamenUniversity,Xiamen,361005) Aportableconductivitymetercontrolledbysinglechipcomputerwasdesigned.Theinstrumentusesconductance-frequency transformationmethodtomeasuretheconductivityofsolution.Thecircuitryissimpleandreliable.Anotherfeatureoftheinstrument isthatthetemperaturecompensationisrealisedbychangingcountingtimeofthetimingcounter.ThetheoreticalbasesandtheL1sage oftemperaturecompensationarenarrated. 蠕动泵步进电机控制电路 贲洪奇.林清森.刘繁明 (1.哈尔滨工业大学电气工程系,哈尔滨,150001;2.哈尔滨工程大学控制工程系,哈 尔滨,150001) 摘要介绍了一种用于流动注射分析的蠕动泵步进电机控制电路.控制电路中采用 了集成电路AD654和 可编程逻辑器件(GAL),可实现无级调速.步进电机工作平稳,容易与计算机连接. 该控制电路结构简单,成本低 廉,易于实现,实际运行效果良好. 关键词流动注射分析蠕动泵步进电机控制电路 l概述 流动注射分析技术可对液体样品进行快速测 定,具有重现性好,自动化程度高等优点,在农业,环 保,医药,食品,冶金等领域得到广泛应用…1. 在使用蠕动泵做驱动装置的流动注射分析系统 中,蠕动泵的运行状况,特别是泵速的稳定性,直接 影响着系统的测量精度.步进电机运行速度及运行 方向容易控制,起动和停止迅速,步距精确,适合作 蠕动泵的驱动装置.我们设计了一种步进电机控制 电路,可以提高蠕动泵泵速的稳定性,减少脉动对测 量精度的影响,取代传统可逆电机控制电路和步进 电机环形分配器控制电路_2J. 2控制原理 当步进电机运行方式确定之后,步进电机的转 速只和步进脉冲频率有关,步进脉冲频率越高,步进 电机的转速越高.因此,控制步进脉冲的频率就可 以控制步进电机的转速.以往一般采用定时器或者 软件分频的方法控制脉冲的频率,其脉冲线性度差, 而且频率越高,误差越大. 利用集成电路AD654与可编程逻辑器件 ((L)配合,可产生频率连续可调的步进脉冲信号, 实现步进电机的无级调速. 2.1v/F集成电路芯片AD654 AD654是一种将电压信号转换为频率输出(V/ F)的集成电路芯片,具有较低的功耗,静态时只需 要2mA的电流.电路结构和引脚功能如图1所示. 它的内部包含一个输人放大器,一个精确的振荡器 系统和一个具有较大输出电流的电压输出口 图1AD654集成电路结构图 管脚号及功能:1.可变频率输出口2.逻辑公共端 3.R(,振荡器的电阻接入端4.电压输入端5.电源负端 6,7.RC振荡器的电容输入端8.电源正端 AD654能较好地适应各种供电系统,电源从 5V到36V,或者?5,?18V都可以,便于在各种系 统中应用.由于输入放大器的低温度漂移(一般在 4V)和高达250MQ的输人阻抗,所以它能够接 2002年第4期分析仪器15 收热电偶或者应变仪之类直接传送过来的小信号. 与其他大多数v/F变换器不同,AD654提供的是方 波输出,能够驱动11个1vrL负载或光电耦合器等 负载.只需要简单的外围RC电路就能实现宽范围 的频率输出(最高可达500kHz),线性度误差存 250kI-Iz时只有0.03%,温度系数为?50mg/L/*C. 2.2速度控制 控制电路如图2所示.电阻R2与电位器Wl 串联后与电容Cl组成AD654的RC振荡系统.其 外接上拉电阻. 1脚是集电极开路, 图2控制电路原理图 AD654输出脉冲的频率,'可按下面的公式计 算: = (1) 其中,N为AD654的4脚输入电压. 从式(1)可以看出,改变AD654输出脉冲频率 的有三种,一是改变4脚的外部输入电压V,N, 二是改变电位器w.的阻值,三是改变电容Cl的电 容量.因此输出固定脉冲时,需要事先设定好这三 个参数;输出线性变化脉冲时,只需要连续改变其中 一 个参数或者多个参数. 在图2所示控制电路中,根据实际需要的转速 范围,事先调整好电位器wl和电容Cl的参数,使 AD654的输出脉冲频率与输入电压V,N成正比. 为了接收上位计算机发出的电流信号(0,20mA), 在电路中设置了电阻,这样就能够在AD654的4 脚得到连续变化的输入电压,实现步进脉冲的连续 输出,进行无级调速.如果上位计算机发来的是电 压信号,则不需要设置电阻R.;如果是手动调节,可 通过外接一个调节电位器来改变AD654的输入电 压,实现速度调节. 2.3可编程逻辑器件的应用 蠕动泵控制电路中使用的是一台额定电压为 24V,额定电流为4A的三相反应式步进电机.这种 步进电机的工作方式有三种,即单三拍,双三拍和六 拍.步进电机在六拍工作方式时,具有较好的平滑 性,能产生较大的旋转力矩,比其他两种工作方式有 更好的高频性能_3J.因此控制电路中步进电机采 用六拍工作方式. 步进电机工作方式通过可编程逻辑器件实现, 如图2所示.电路中的U2是一种低价格的通用可 编程逻辑器件(GAL),作为步进电机脉冲分配器,实 现对步进电机的控制,并且把AD654产生的脉冲输 出作为GAL芯片的时钟输入,从而实现无级调速. 在编制GAL芯片的应用程序时,定义3脚为使 能端,用来控制步进电机的启停;定义5脚为方向控 制端,用来控制步进电机正反向运行.因此我们的 程序里有两个控制子程序,当3端为高电平输入时, 其中一个子程序启动,输出的脉冲信号使步进电机 正转,另一个程序启动时步进电机反转.由于3,5 脚输入端只需要普通的高低电位就能实现,同时 AD654亦能接收计算机通过数模转换器发出的模 拟信号,因此该控制电路很容易与计算机控制系统 连接,实现智能化控制. 如果要实现手动控制,可外加两个控制开关,实 现启停和方向控制. 16分析仪器2002年第4期 3功率放大电路 GAL产生的脉冲驱动信号经光耦隔离后,必须 进行功率放大,才能驱动步进电机.由于恒频脉宽 调制功率放大电路不但有较好的高频特性,而且可 有效地减少步进电机的噪声,降低功耗,因此,在基 于步进电机的蠕动泵控制电路中采用了恒频脉宽调 制功放电路,如图3所示. 图3功率放大电路 需要说明的是,利用图3中的电位器w2可在 一 定范围内调节步进电机的驱动力矩,以适应蠕动 泵泵管数量的不同和所需压力的不同. 4结束语 应用集成电路AD654与可编程逻辑器件设计 的蠕动泵步进电机控制电路,具有电路结构简单,成 本低廉,调试方便的特点,不仅能实现蠕动泵的平稳 运行,而且能进行无级调速.由于具有良好的智能 化接口,为提高流动注射分析系统的测量精度和流 动注射分析过程的自动化程度创造了良好条件? 参考文献 1李永生,承慰才编.流动注射分析技术.北京:北京大 学出版社.1986 2张强等.制造技术与机床,1996,(1): 3余永权等编.单片机应用系统的功率接口技术.北京: 北京航空航天大学出版社,1992 收稿日期:2OO20114 贲洪奇,男,37岁,副教授,主要从事电力电子技术及单片机技术的研究和应用. Steppermotorcontrollingcircuitforperistalticpump.BenH(mgqi.,LinQingsen,LiuFanming(1.DepartmentrJ,Electrh' Engineering.HarbinInstituterJ,'Technology,Harbin,150001;2.I)e/xlrtmentoJ(~ntrollingEngineering,HarbinEngineering University,Harbin,150001) Acircuitforcontrollingsteppermotorusedfordrivingperistalticpumpinflowinjectionanalysisisdescribed.Theintegrated circuitAD654andtheprogramnmblelogicdevice(GAL)areusedtorealizesteplessspeedchange.Thesteppermotorworkssmoothly andiseasytobeconnectedwithcomputer.Theconstructionofthecircuitissimple,thecostislowandtheperformanceis satisfactory.