基于C8051F330的電動(dòng)止逆閥設(shè)計(jì)

杜金祥++杜宇軒

摘??要：設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的電路控制電動(dòng)止逆閥。該止逆閥使用了N20直流減速電機(jī)，采用C8051F330單片機(jī)作為主要控制芯片，同時(shí)，電路中采用LNK306芯片作為電源核心芯片，并采用電機(jī)控制芯片L9110控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，以解決止逆閥因力度不足而閉合不嚴(yán)的問(wèn)題。該系統(tǒng)主要有煙機(jī)電路檢測(cè)模塊、時(shí)鐘失電報(bào)警模塊和定時(shí)維護(hù)提醒模塊等。此外，考慮到電路板小型化、集約化、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等因素，采用了緊湊型電路，且使用的各類元器件具有較高的性價(jià)比。目前，該電動(dòng)止逆閥已通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)時(shí)鐘;直流減速電機(jī);煙機(jī)電路檢測(cè);電動(dòng)止逆閥

中圖分類號(hào)：TP242???????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.006

1??基于C8051F330的電動(dòng)止逆閥設(shè)計(jì)

根據(jù)我國(guó)民用住宅建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，高層住宅廚房?jī)?nèi)油煙氣體需通過(guò)排煙道集中排向室外。目前，由于所有煙機(jī)止逆閥都存在擋板密閉不嚴(yán)的問(wèn)題，導(dǎo)致上、下樓層間的油煙氣體出現(xiàn)倒灌、竄味。因此，利用煙道止逆閥防止油煙氣體倒竄、保證吸油煙機(jī)的正常運(yùn)行和防火安全等是十分必要的。

1.1??新型煙道止逆閥電路功能設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)創(chuàng)新電路產(chǎn)品是在市場(chǎng)上同類產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的各類問(wèn)題的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，具有高層建筑的排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，安裝方便，功能更加齊全，使用更加便捷。該電動(dòng)止逆閥的具體功能有以下7點(diǎn)：①煙機(jī)、止逆閥可同步開(kāi)合，實(shí)現(xiàn)了煙機(jī)、止逆閥的一體化，從而避免出現(xiàn)時(shí)間差，解決了高層建筑油煙倒灌的問(wèn)題。②實(shí)現(xiàn)了煙機(jī)、止逆閥的實(shí)時(shí)清潔提醒功能。止逆閥控制系統(tǒng)中加入了時(shí)鐘芯片，因此，該產(chǎn)品可根據(jù)用戶的使用狀況，設(shè)定個(gè)性化的維護(hù)提醒時(shí)間，當(dāng)?shù)竭_(dá)維護(hù)時(shí)間時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒用戶聯(lián)系相關(guān)專業(yè)維護(hù)人員進(jìn)行煙道清理維護(hù)工作，從而保證了煙道的暢通性和氣密性，同時(shí)也可以延長(zhǎng)煙道止逆閥的使用壽命，確保止逆閥的正常使用，并為用戶省去由于油煙累積導(dǎo)致的煙機(jī)意外損壞等問(wèn)題。③內(nèi)置備份電源，當(dāng)主電源斷電時(shí)，備用電池會(huì)自動(dòng)供電，從而保證時(shí)鐘芯片的正常運(yùn)行，保證當(dāng)下一次主電源上電時(shí)，可讀取到準(zhǔn)確的日期信息。④當(dāng)時(shí)鐘芯片備份電源電量不足時(shí)，蜂鳴報(bào)警器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，提醒用戶及時(shí)通知專業(yè)人員更換芯片電池，從而保證電路的正常運(yùn)行。⑤實(shí)現(xiàn)了止逆閥的安全敞開(kāi)功能。當(dāng)煙機(jī)維護(hù)時(shí)間結(jié)束或時(shí)鐘芯片備份電源電量不足時(shí)，為了保證煙機(jī)的正常使用，止逆閥會(huì)受到單片機(jī)的控制，使閥門處于常開(kāi)狀態(tài)。⑥為了便于維護(hù)人員的操作，本控制系統(tǒng)的單片機(jī)安裝座采用了鎖緊式固定座，在保證單片機(jī)可快速插拔的同時(shí)，還有利于延長(zhǎng)單片機(jī)在頻繁插拔情況下的使用壽命，并實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)引腳與電路板的可靠連接。⑦該電路高度集成化，設(shè)計(jì)新穎、小巧，節(jié)能環(huán)保，可直接放置于加高版的86明盒內(nèi)，可安裝在抽油煙機(jī)上的任意位置。

1.2??電機(jī)選型

根據(jù)安裝的實(shí)際要求和相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，采用了體積小、性能較好的JA12-N20減速馬達(dá)。

2??控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)主要包含系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)和主要芯片間通信電路設(shè)計(jì)。圖1為止逆閥控制系統(tǒng)的電氣原理框圖，簡(jiǎn)要表達(dá)了各個(gè)元器件之間的電氣關(guān)系。

圖1??止逆閥控制系統(tǒng)電氣原理框圖

3??電源電路設(shè)計(jì)

3.1??電源模塊選型

止逆閥控制系統(tǒng)的主要供電部分是單片機(jī)、時(shí)鐘芯片、電機(jī)控制芯片（電機(jī)正常工作所需的電壓、電流）、采樣電路和基準(zhǔn)電壓電路。

C8051F330單片機(jī)的工作電壓為2.7～3.6?V，典型工作電流6.4?mA;時(shí)鐘芯片的工作電壓為1.0～5.5?V，典型工作電流為0.25?μA;電機(jī)的工作電壓為12?V，工作電流為120?mA，堵轉(zhuǎn)電流為200?mA;采樣電路和基準(zhǔn)電壓均采用3.3?V供電，工作電流量較少。綜上所述，維持止逆閥控制系統(tǒng)正常工作的條件為：12?V的直流電壓，210?mA的直流電流。

常見(jiàn)的電源電路均采用了變壓器，而變壓器的體積通常比較大。為了解決變壓器占空間較大的問(wèn)題，使電路更加小巧、簡(jiǎn)便，本控制電路的電源采用了高效、節(jié)能、低成本的電壓轉(zhuǎn)換芯片——LNK306，該芯片屬于可交直流轉(zhuǎn)換的電源轉(zhuǎn)換芯片。具體的電路圖如圖2所示。

圖2??AC-DC6V電源電路

根據(jù)電路設(shè)計(jì)所選原件的特點(diǎn)，選取的拓?fù)浞绞綖楦叨私祲盒椭苯臃答伔绞??；驹黼娐返奶攸c(diǎn)有以下5點(diǎn)：①輸出與輸入共用參考點(diǎn);②相比于-Vin，該電路為正輸出;③電壓降低-Vo

3.2??6?V直流轉(zhuǎn)3.3?V直流

將6?V直流轉(zhuǎn)換成3.3?V直流采用了最常用的直流電壓轉(zhuǎn)換芯片ams1117-3.3.?在輸入和輸出兩端分別并上濾波電解電容10?μF25?V和22?μF16?V，可起到穩(wěn)壓效果，具體如圖3和圖4所示。

圖3??固定輸出3.3?V穩(wěn)壓電路圖????????圖4??電源模塊電路圖

3.3??煙機(jī)開(kāi)閉信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)

煙機(jī)采用了220?V交流電，如果直接采集煙機(jī)的電壓信號(hào)，而不通過(guò)復(fù)雜的轉(zhuǎn)換電路輸入單片機(jī)的通用I/O口，則會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)通用I/O的輸入范圍。因此，選擇了基于電流檢測(cè)的采樣電路——霍爾效應(yīng)測(cè)電流和串聯(lián)采樣電阻測(cè)電壓法。在此次設(shè)計(jì)中，采用了L121015-01型霍爾電流傳感器，將煙機(jī)火線穿過(guò)檢測(cè)孔，根據(jù)火線中的電流通斷產(chǎn)生一定的壓降，并將壓降信號(hào)反饋給單片機(jī)，從而檢測(cè)煙機(jī)的開(kāi)閉情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)止逆閥的實(shí)時(shí)控制。煙機(jī)采樣電路如圖5所示。

圖5??煙機(jī)采樣電路圖

3.4??C8051F330單片機(jī)電路設(shè)計(jì)

C8051F330單片機(jī)供電電路的電壓為3.3?V，經(jīng)C31和C32電容濾波后，連接至6號(hào)引腳，5號(hào)引腳接地。C8051F330供電電路如圖6所示。

L9110是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件。將分立電路集成在單片IC中，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，從而降低外圍器件的成本，提高整機(jī)的可靠性。L9110芯片電路連線圖如圖7所示。

圖6??C8051F330供電電路圖???????????圖7??L9110連線圖

3.5??DS1302時(shí)鐘芯片電路設(shè)計(jì)

Vcc1為電路中的主電源，CR1220為備份電源。當(dāng)Vcc2>Vcc1+0.2?V時(shí)，由?Vcc2向DS1302供電;當(dāng)?Vcc2

3.6??備份電源電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

3.6.1??使用比較器的原因

比較器可檢測(cè)備份電源的電壓，從而避免時(shí)鐘芯片因外部失電或備份電源電量不足而導(dǎo)致工作失常。

3.6.2??比較器的檢測(cè)方法

設(shè)定2.05?V的基準(zhǔn)電壓值，并比較備份電源電壓值與基準(zhǔn)電壓值，從而提示用戶備份電源的電量是否足夠維持時(shí)鐘芯片的正常運(yùn)作。

3.6.3??通過(guò)分壓電路配置基準(zhǔn)電壓

電路參數(shù)設(shè)置可通過(guò)下式計(jì)算：

.??（1）

式（1）中：V基準(zhǔn)為通過(guò)分壓電路配置出的基準(zhǔn)電壓;Vcc為基準(zhǔn)電壓配置;R41和R42為配置參數(shù)。

4??止逆閥控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

4.1??電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖9所示。

圖9??電動(dòng)止逆閥總程序流程圖

4.2??控制程序設(shè)計(jì)

while（YJ_open==0）

{ INA=1; ???//電機(jī)正轉(zhuǎn)

INB=0;

delaydj（11）;

INA=0;

while（YJ_open==0）;??//等待煙機(jī)關(guān)閉

delaydj（30）;

INB=1;??????????//煙機(jī)反轉(zhuǎn)

INA=0;

delaydj（11）;

INB=0;}

5??結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)用戶的實(shí)際應(yīng)用需求和相關(guān)技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了止逆閥控制電路，重點(diǎn)研究了煙機(jī)電路檢測(cè)、時(shí)鐘失電報(bào)警和煙道定時(shí)維護(hù)提醒等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了電路的小型化、智能化、集成化。本程序控制電路由電子控制芯片和電子元器件等組成，設(shè)計(jì)了包括煙機(jī)信號(hào)檢測(cè)、失電報(bào)警和定時(shí)維護(hù)提醒等相關(guān)功能，并通過(guò)了多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

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作者簡(jiǎn)介：杜金祥（1963—），男，山西沁源人，工程師，現(xiàn)從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方面的研究。

〔編輯：張思楠〕

The?Electric?Stop?Inverse?Valve?Design?based?on?C8051F330

Du?Jinxiang，?Du?Yuxuan

Abstract：?The?design?of?a?new?type?control?circuit?of?the?electric?check?valve.?The?check?valve?using?N20?dc?gear?motor，?using?C8051F330?microcontroller?as?the?main?control?chip，?at?the?same?time，?the?circuit?uses?the?LNK306?chip?as?the?core?chip?of?power，?and?the?use?of?motor?control?chip?L9110?reversing?motor?control，?in?order?to?solve?the?non-return?valve?because?of?insufficient?and?closes?lax?problem.?The?system?is?mainly?a?smoke?detection?module，?clock?circuit?power?loss?alarm?module?and?timing?maintenance?reminding?module?etc..?In?addition，?taking?into?account?the?circuit?board?miniaturization，?intensive，?economical，?practical?and?other?factors，?using?a?compact?circuit，?and?use?various?components?with?higher?price.?At?present，?the?electric?check?valve?have?been?validated?by?several?experiments.

Key?words：?real?time?clock;?DC?motor;?ventilator?circuit?detection;?electric?check?valve