專利名稱：數(shù)字式比例放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液壓控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用來驅(qū)動(dòng)各種電液比例閥的數(shù) 字控制式功率放大器。
背景技術(shù)：
電液比例閥在工業(yè)控制方面應(yīng)用廣泛，為驅(qū)動(dòng)電液比例閥，需將弱電電流或 電壓控制信號(hào)按一定比例放大，這一功能通常由比例放大器來完成。目前，現(xiàn)有 的比例放大器都采用模擬電路組成，來完成如闊芯零點(diǎn)調(diào)整、斜坡時(shí)間調(diào)整、增 益調(diào)整以及顫振頻率調(diào)整等功能。而模擬器件存在固有的溫度漂移特性，當(dāng)環(huán)境 溫度變化時(shí)，難以保證電液比例閥的控制精度和可靠性。此外，模擬式比例放大 器一旦制成后，功能便被限定，要改變功能必須更換電路，控制功能單一，模擬 電路的抗干擾能力也較差、信號(hào)處理復(fù)雜，與其他器件的通訊也不方便。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種數(shù)字式比例放大器， 以達(dá)到提高控制精度、增強(qiáng)抗干擾能力、功能修改便捷、便于信號(hào)處理和通訊、 工作可靠的目的。
為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案數(shù)字式比例放大器，其特征在于它包括微 處理器、與微處理器相連的外圍電路和給微處理器和外圍電路供電的電源模塊， 所述的微處理器至少包括存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換單元和PWM輸出控制單元，所述的 外圍電路具有電壓輸入端、電流輸入端、PWM信號(hào)輸出端和PWM輸出電路， PWM信號(hào)輸出端和PWM輸出控制單元通過PWM輸出電路相連，電壓輸入端 和電流輸入端與A/D轉(zhuǎn)換單元相連。弱電電流或電壓控制信號(hào)從電壓輸入端和 電流輸入端接入，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，微處理器對(duì)這些數(shù)字信號(hào) 按照需要進(jìn)行閥芯零點(diǎn)調(diào)整、斜坡時(shí)間調(diào)整、增益調(diào)整以及顫振頻率調(diào)整等處理， 通過PWM調(diào)制后輸出經(jīng)比例放大的電流或電壓信號(hào)，來驅(qū)動(dòng)電液比例閥。本發(fā) 明的信號(hào)處理和放大都采用數(shù)字電路完成，與現(xiàn)有技術(shù)相比，不會(huì)因環(huán)境溫度變 化而影響控制特性，保證了電液比例閥的控制精度和可靠性。本方案的一些處理 功能可通過修改存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器內(nèi)的程序來進(jìn)行改變和拓展，靈活性很強(qiáng)，數(shù)字電 路的信號(hào)處理方便、抗干擾能力強(qiáng)，且易于與其它器件進(jìn)行通訊，便于遠(yuǎn)程控制。
4作為對(duì)上述技術(shù)方案的完善和補(bǔ)充，本發(fā)明進(jìn)一步采取如下技術(shù)措施所述 的電壓輸入端依次通過一 U/U (電壓/電壓)轉(zhuǎn)換電路和一模擬多路開關(guān)電路與 A/D轉(zhuǎn)換單元相連，電流輸入端則依次通過一 I/U (電流/電壓)轉(zhuǎn)換電路和上述 的模擬多路開關(guān)電路與A/D轉(zhuǎn)換單元相連。U/U和I/U轉(zhuǎn)換電路與外部指令設(shè)備 相連，把各種不同范圍的外部電壓和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬多路開關(guān)電路接受的電 壓信號(hào)。模擬多路開關(guān)電路把通過U/U和I/U轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)的某一 路有選擇地輸入給A/D轉(zhuǎn)換單元。
所述的微處理器還包括數(shù)字輸入輸出單元，該輸入輸出單元通過一鍵盤輸入 電路連接有鍵盤，輸入輸出單元還連接有顯示電路。鍵盤用以輸入相關(guān)指令和相 關(guān)功能參數(shù)，更好地符合使用要求。顯示電路可以與發(fā)光二極管、數(shù)碼管、顯示 屏等相連，以顯示閥和放大器參數(shù)調(diào)節(jié)過程中的參數(shù)。
所述的微處理器還包括邏輯控制單元，該邏輯控制單元連接有兩個(gè)電平轉(zhuǎn)換 電路，其中一電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)有斜坡切除信號(hào)輸入端口，另一電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)有 放大器工作狀態(tài)判斷輸出口。斜坡切除信號(hào)輸入端口用以接受斜坡切除信號(hào)，并 通過電平轉(zhuǎn)換電路把外部斜坡切斷信號(hào)轉(zhuǎn)換成微處理器接受范圍內(nèi)的數(shù)字信號(hào)， 經(jīng)邏輯控制單元處理后控制對(duì)斜坡時(shí)間的處理。另一電平轉(zhuǎn)換電路則把放大器工 作正常與否的信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定電平的數(shù)字信號(hào)后從放大器工作狀態(tài)判斷輸出口 輸出，用以監(jiān)視放大器的工作。
所述的微處理器還包括接口控制單元，該接口控制單元連接有CAN總線驅(qū) 動(dòng)電路和RS232接口電路，CAN總線驅(qū)動(dòng)電路設(shè)有CAN總線連接口， RS232 接口電路則設(shè)有RS232接口 。 CAN總線連接口和RS232接口分別用于連接具有 同類接口的設(shè)備，便于進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，從而實(shí)現(xiàn)閥的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)和控制。
所述的存儲(chǔ)器包括RAM和Flash存儲(chǔ)器，控制程序存儲(chǔ)于Flash存儲(chǔ)器中， 用以控制控制器工作。
所述的電源模塊中設(shè)有電壓輸出電路，把電源模塊輸出電壓轉(zhuǎn)換成各種檔次 的參考電壓進(jìn)行輸出，以留作測試或者作為其他元器件(如電子手柄)的電源。
所述數(shù)字式比例放大器板卡式結(jié)構(gòu)，板卡具有前面板，前面板上設(shè)有發(fā)光二 極管、數(shù)碼管、鍵盤接口以及RS232標(biāo)準(zhǔn)接口，板卡的尾部設(shè)有32針D型連接 器。發(fā)光二極管、數(shù)碼管與顯示電路相連，鍵盤接口用以連接鍵盤，其他接口如CAN總線連接口、斜坡切除信號(hào)輸入端口、放大器工作狀態(tài)判斷輸出口以及 PWM信號(hào)輸出端、電流電壓輸入端等都設(shè)于32針D型連接器上。板卡接口不 占空間，安裝方便。
所述的微處理器為基于ARM (Advanced RISC Machines,進(jìn)階精簡指令集 機(jī)器)架構(gòu)的32位嵌入式微處理器，處理能力強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。
有益效果本發(fā)明通過采用嵌入式數(shù)字技術(shù)，通過比例閉環(huán)控制技術(shù)，有效 提高了控制精度和可靠性，信號(hào)處理方便，抗干擾能力強(qiáng)，且能進(jìn)行通訊，便于 遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)與控制；采用數(shù)字軟件算法代替模擬硬件電路，控制功能豐富，只需具 體軟件程序的再編寫，而無需對(duì)硬件進(jìn)行任何改動(dòng)即可應(yīng)用于其他類型的電液比
例閥；采用了鍵盤、發(fā)光二極管和數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)閥參數(shù)調(diào)整過程中的可顯示以及 故障自診斷和報(bào)警，用戶界面友好；數(shù)字技術(shù)還便于采用密碼保護(hù)技術(shù)，用戶參 數(shù)更安全，避免無意的或者未經(jīng)授權(quán)的參數(shù)更改。

圖1是本發(fā)明的電路原理框圖。 圖2是本發(fā)明的軟件流程示意圖。 圖3是本發(fā)明的板卡結(jié)構(gòu)框圖(主視圖)。 圖4是圖3的左視圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示的數(shù)字式比例放大器，以基于ARM架構(gòu)的32位嵌入式微處理 器為核心，微處理器包括大容量的RAM和Flash存儲(chǔ)器、接口控制單元、A/D 轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字輸入輸出單元、邏輯控制單元和PWM輸出控制單元，電液比例 閥的具體應(yīng)用程序存儲(chǔ)于Flash中，其中包括電流閉環(huán)PID調(diào)節(jié)、閥芯零位調(diào)整、 斜坡時(shí)間調(diào)整、增益調(diào)整以及顫振信號(hào)頻率調(diào)整等。外圍電路主要包括U/U和 1/U轉(zhuǎn)換電路、模擬多路開關(guān)電路、PWM輸出電路、CAN總線驅(qū)動(dòng)電路、RS232 接口電路、電平轉(zhuǎn)換電路、鍵盤輸入電路以及顯示電路。
接口控制單元與外圍的CAN總線驅(qū)動(dòng)電路和RS232接口電路相連，實(shí)現(xiàn)與 其他具有相同總線接口的設(shè)備通訊以及閥調(diào)節(jié)參數(shù)的上位機(jī)設(shè)置。A/D轉(zhuǎn)換單元 與外圍的模擬多路開關(guān)電路相連，實(shí)現(xiàn)某一路模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，模擬 多路開關(guān)電路連接有多路U/U或I/U轉(zhuǎn)換電路。數(shù)字輸入輸出單元與外圍的鍵盤輸入電路以及顯示電路相連，實(shí)現(xiàn)閥和放大器參數(shù)的調(diào)整與顯示。PWM輸出控 制單元與外圍的PWM輸出電路相連，實(shí)現(xiàn)PWM功率輸出。邏輯控制單元與電 平轉(zhuǎn)換電路相連，實(shí)現(xiàn)斜坡時(shí)間調(diào)整外部切斷信號(hào)與放大器工作正常與否信號(hào)的 邏輯判斷。電源模塊與外部24VDC電源、微處理器和各種外圍電路相連，把外 部24VDC電壓轉(zhuǎn)換成微處理器和外圍電路需要的各種工作電壓，且電源模塊還 帶有電壓輸出電路，把電源模塊輸出電壓轉(zhuǎn)換成各種檔次的參考電壓進(jìn)行輸出， 以留作測試或者作為其他元器件(如電子手柄)的電源。
顯示電路可連接發(fā)光二極管和數(shù)碼管組合顯示的虛擬儀表，提供給用戶強(qiáng)大 的人機(jī)交互能力，參數(shù)調(diào)節(jié)可實(shí)時(shí)顯示，支持故障自診斷和報(bào)警功能，用戶參數(shù) 和指令可通過上位機(jī)遠(yuǎn)程設(shè)定和發(fā)出；控制程序中可采用密碼保護(hù)技術(shù)，未授權(quán) 用戶只能對(duì)參數(shù)和指令進(jìn)行瀏覽，只有授權(quán)用戶才能進(jìn)行各種參數(shù)的修改。
本發(fā)明的軟件流程圖如圖2所示，系統(tǒng)上電后，軟件首先對(duì)32位ARM微 處理器進(jìn)行硬件初始化，之后進(jìn)入相應(yīng)通道采樣子程序，包括指令采樣和反饋電 流采樣；模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，進(jìn)行各種參數(shù)調(diào)整子程序，包括零點(diǎn)補(bǔ)償、遮 蓋補(bǔ)償、斜坡時(shí)間調(diào)整、顫振頻率調(diào)整和增益調(diào)整等；信號(hào)經(jīng)過各種調(diào)整后進(jìn)入 PWM輸出子程序，主要完成信號(hào)經(jīng)過以上各種調(diào)整后的PID閉環(huán)調(diào)節(jié)以及PWM 輸出；然后進(jìn)入按鍵、顯示子程序，主要根據(jù)按鍵輸入完成調(diào)整參數(shù)的修改以及 顯示，最后進(jìn)入總線驅(qū)動(dòng)子程序，完成參數(shù)的遠(yuǎn)程調(diào)整與指令輸入。
本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示，呈板卡結(jié)構(gòu)，按鍵5、發(fā)光二極管3、 數(shù)碼管4和RS232標(biāo)準(zhǔn)接口 6安裝在前面板1上，D型連接器2安裝在板卡8 的尾部，可以很方便地與其他設(shè)備相連。
權(quán)利要求
1、數(shù)字式比例放大器，其特征在于它包括微處理器、與微處理器相連的外圍電路和給微處理器和外圍電路供電的電源模塊，所述的微處理器至少包括存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換單元和PWM輸出控制單元，所述的外圍電路具有電壓輸入端、電流輸入端、PWM信號(hào)輸出端和PWM輸出電路，PWM信號(hào)輸出端和PWM輸出控制單元通過PWM輸出電路相連，電壓輸入端和電流輸入端與A/D轉(zhuǎn)換單元相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式比例放大器，其特征在于所述的電壓輸 入端依次通過一 U/U轉(zhuǎn)換電路和一模擬多路開關(guān)電路與A/D轉(zhuǎn)換單元相連，電 流輸入端則依次通過一I/U轉(zhuǎn)換電路和上述的模擬多路開關(guān)電路與A/D轉(zhuǎn)換單元 相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式比例放大器，其特征在于所述的微處理 器還包括數(shù)字輸入輸出單元，該輸入輸出單元通過一鍵盤輸入電路連接有鍵盤， 輸入輸出單元還連接有顯示電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式比例放大器，其特征在于所述的微處理 器還包括邏輯控制單元，該邏輯控制單元連接有兩個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，其中一電平 轉(zhuǎn)換電路設(shè)有斜坡切除信號(hào)輸入端口，另一電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)有放大器工作狀態(tài)判 斷輸出口。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的數(shù)字式比例放大器，其特征在于所 述的微處理器還包括接口控制單元，該接口控制單元連接有CAN總線驅(qū)動(dòng)電路 和RS232接口電路，CAN總線驅(qū)動(dòng)電路設(shè)有CAN總線連接口 ， RS232接口電 路則設(shè)有RS232接口。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5任一項(xiàng)所述的數(shù)字式比例放大器，其特征在于所述的 存儲(chǔ)器包括RAM和Flash存儲(chǔ)器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6任一項(xiàng)所述的數(shù)字式比例放大器，其特征在于所述的 電源模塊中設(shè)有電壓輸出電路。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字式比例放大器，其特征在于所述數(shù)字式比 例放大器板卡式結(jié)構(gòu)，板卡具有前面板，前面板上設(shè)有發(fā)光二極管、數(shù)碼管、鍵 盤接口以及RS232標(biāo)準(zhǔn)接口，板卡的尾部設(shè)有32針D型連接器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式比例放大器，其特征在于所述的微處理器為基于ARM架構(gòu)的32位嵌入式微處理器。
全文摘要
數(shù)字式比例放大器，屬于液壓控制技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)存在控制精度和可靠性低、功能修改不便等缺陷，本發(fā)明包括微處理器、與微處理器相連的外圍電路和給微處理器和外圍電路供電的電源模塊，所述的微處理器至少包括存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換單元和PWM輸出控制單元，所述的外圍電路具有電壓輸入端、電流輸入端、PWM信號(hào)輸出端和PWM輸出電路，PWM信號(hào)輸出端和PWM輸出控制單元通過PWM輸出電路相連，電壓輸入端和電流輸入端與A/D轉(zhuǎn)換單元相連。有效提高了控制精度和可靠性，信號(hào)處理方便，抗干擾能力強(qiáng)，且能進(jìn)行通訊，便于遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)與控制，只需具體軟件程序的再編寫，而無需對(duì)硬件進(jìn)行任何改動(dòng)即可應(yīng)用于其他類型的電液比例閥。
文檔編號(hào)H03F3/20GK101645692SQ20081006341
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者帆 楊 申請(qǐng)人:帆 楊