基于51单片机设计的比例电磁铁控制技术

根据系统设计需要，通过修改PCA0CPH0可以得到不同占空比的PWM信号。

本控制系统采用C8051F005 单片机的PCA由软件实现8位分辨率的PWM输出。PWM信号通过CEXn线由功能选择开关连到MCU的端口I/O引脚输出，PWM输出信号通过驱动电路可驱动比例电磁铁。模块的捕捉/比较寄存器PCA0CPLn和PCA0CPHn中存放PWM输出信号占空比高电平时间值。如果需要改变占空比，可在运行中改变PCA0CPHn的值，比例电磁铁的推杆位移与PCA0CPHn的值成比例。

在驱动电路中需要将PWM输出的电压信号转换为比例电磁铁的控制电流信号，而且要保证较好的比例特性关系。利用场效应管的转移特性[4]，当场效应管的漏源极之间的电压VDS保持不变时，漏极电流ID与栅源之间电压VGS的关系称为“转移特性”，其表达式为：

本控制电路采用了大功率场效应晶体管IRL3803，其电流输出足够驱动比例电磁铁的动作。IRL3803的漏极电流ID和栅源电压VGS具有很好的线性关系，将栅极与C8051F005单片机的P0.0口（通过软件编程PCA选择的PWM信号输出引脚），将IRL3803的漏极与比例电磁铁相连。本电路中，比例电磁铁是GP80，其额定吸力是120 N，行程为8 mm，额定电压为24 V。

在进行控制时，通过改变输入到比例电磁铁开关电信号“占空比”来实现控制电流的大小。占空比越大，通过电磁铁线圈的控制电流越大，控制输出的位移也越大。

比例电磁铁驱动电路如图1所示。在驱动电路中，R1是限流电阻，使IRL3803管导通；D1是导向二极管，给IRL3803管提供正确的电压极性；二极管D2起保护作用，避免过压时损坏比例电磁铁。比例电磁铁由24 V电压直接供电。

结语

C8051F005单片机的集成度高，外围电路少，其高速执行指令的特性能精确控制比例电磁铁；C8051F005内核与普通51系列兼容，且指令简单易学，可缩短系统开发周期。比例电磁铁作为电—机械转换器件，已经得到广泛的应用。基于C8051F005单片机的比例电磁铁控制系统能达到精度高、稳定性好的要求，硬件电路简单、工作可靠。在应用系统中，根据需要直接由单片机的I/O口输出固定占空比或可变占空比PWM信号，配以一定的控制算法，软件编程清晰且容易实现，具有很好的推广价值。

参考文献
[1] 路甬祥.液压气动手册[M].北京:机械工业出版社,2002.
[2] 金英,潘再平.脉宽调制控制方法研究 [J].科技通报,2005(1):3033.
[3] 张迎新,等.C8051F系列SOC单片机原理及应用[M].北京:北京理工大学出版社,2001.
[4] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M]. 第2版.北京:高等教育出版社,1999.
[5] 王尚勇,杨青.柴油机电子控制技术[M].北京:机械工业出版社,2005.