Ｒｌｕｉｐｍｅｎｔ
Ｍａｎａｇｅｍｅ设ｎｔ妻Ｍ管ａｉｎ理ｔｅｎａ＆ｎｃｅ维Ｔｅ修ｃｈｎ技ｏｌｏ术ｇｙ
＆
ＲＭＣＭ■●■■■●一●■■
基于ＳＴＭ３２的电磁阀控制电路研究
Ｓｔｕｄｙ
翁寅生
ｏｎ
ＳｏｌｅｎｏｉｄＶａｌｖｅＣｏｎｔｒｏｌＣｉｒｃｕｉｔＢａｓｅｄ
ｏｎ
ＳＴＭ３２
ＷＥＮＧ
Ｙｉｎ—ｓｈｅｎｇ
中煤科工集团西安研究院，陕西西安７１００７７
Ｘｉ’ａｎ
ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏｒｐ，Ｘｉ’ａｎ７１００７７，Ｓｈａａｎｘｉ．Ｃｈｉｎａ
【摘要】介绍了一种采用ＳＴＭ３２单片机控制集成驱动芯片来控制电磁阀并检测故障的方法，然后对其硬件电路和软件进行详细的设计。实际工程应用结果表明：此电路设计可行，具有可靠性高、成本低、故障监测功能多的优点，有一定的工程实用价值。
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈ
ａｐｐｌｉｅｓ
ｔｈｅＳＴＭ３２ＭＣＵｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｒｉｖｉｎｇｃｈｉｐ
ａｎｄｔｈｅ
ＳＯａｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅ
ｄｅ－
ｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｙｅａｎｄｄｅｔｅｃｔｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｓｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，
ｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｒｅｌｅｖａｎｔ
ｓｏｆｔｗａｒｅｓｗｅｒｅ
ｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｃｉｒｃｕｉｔｉｓａｐｐｌｉｃａｂｌｅ，ｗｉｔｈｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉ—
ｌｉｔｙ，ｌｏｗ
ｃｏｓｔ．ｆａｉｌｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅ．
【关键词】控制电路；电磁阀；ＳＴＭ３２；监测
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｃｏｎｔｒｏｌ
ｃｉｒｃｕｉｔ；ｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ；ＳＴＭ３２：ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
中图分类号：Ｕ４６３．２３文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－０３３Ｘ（２０１２）０４－００８９－０４
０引言
在工程机械和其他施工机械的液压控制系统中，广泛应用着电磁阀．它是一种将电磁能转换成机械能的电磁元件。以往电磁阀的驱动电路普遍由三极管或功率ＭｏＳＦＥＴ等分立元件构成旧Ｊ。并需要自行设计故障自诊断电路，可靠性差，成本高。基于此，本文采用意法半导体公司（ＳＴ）生产的ＳＴＭ３２Ｆ１０３ｚＥＴ６芯片作为电磁阀的控制ＣＰＵ．采用集成驱动芯片Ｌ９３５２ＢＥ・］来驱动电磁阀的方法。
者数字输出信号经过隔离后控制Ｌ９３５２Ｂ，从而控制电磁阀：电磁阀的状态可通过Ｌ９３５２Ｂ输出。再经隔离后输入ＳＴＭ３２，从而使系统能实时了解电磁阀的状态。１．２控制器ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６
控制系统主控芯片ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６采用意法半导体
公司（ＳＴ）生产的基于ＡＲＭＣｏｄｅｘ—Ｍ３内核的ＳＴＭ３２系列
３２位闪存微控制器，该芯片非常适合在控制领域应用。ＳＴＭ３２在Ｃｏｄｅｘ—Ｍ３架构上进行了多项改进，在性能得到提升的同时．所有新功能都具有较低的功耗。其内核电压
１．８
ｖ，芯片电压３．３ｖ，可以选择睡眠模式、待机模式，保
１控帝Ｕ系统的组成
１．１系统硬件结构与原理
电磁阀的控制电路如图１所示。在图１中，系统以ＳＴＭ３２单片机为核心．通过３片磁隔离芯片实现１０通道隔离电路，将主控芯片与集成驱动芯片Ｌ９３５２Ｂ（控制比例电磁阀时需要时钟产生电路）隔离。ＳＴＭ３２输出的ＰＷＭ或
证低功耗应用的要求；相对于ＡＲＭ系列的其他芯片，ＳＴＭ３２运行速度更快，工作频率最高可ｈ－蔓７２ＭＨｚ：８个定时器最多可以产生２８通道ＰＷＭ信号，方便用于电磁阀控制；具有ＵＳＢ、ＣＡＮ和串口等丰富的通信接口，可与多种通信接口进行通信。１３集成驱动芯片Ｌ９３５２Ｂ
集成驱动芯片Ｌ９３５２Ｂ是意法半导体公司（ｓＴ）专门为感性负载（如电磁铁、电磁阀）控制而设计的芯片。它将分立元件的驱动和监测功能都集成在一个芯片中。可以控ｆ＃ｌＪ２路比例电磁铁和２路开关电磁铁。集成的齐纳二极
ＳＴＭ３２单片机Ｈｌｏ通道隔离电路Ｈ集成驱动芯片Ｈ电磁阀
Ｉ！！壁兰竺皇堕
田１电磁阀控制电路
ＲＭＣＭ恙熊怒熊茇‰。一～山鲋
管或者续流二极管允许对感性负载进行调节。其主要特
和ＰＷＭ信号。下面以双比例电磁铁和双开关电磁铁为
例，说明其控制电路的控制方法。
征是：输出斜坡控制、短路保护、可选的过温关闭功能、开路负载监测、掉电监测、外部时钟可控、再循环控制、调节器漂移监测、调节器误差控制、调节器校正电流５ｍＡ、状
态监测、静电监测。
每个通道都由一个状态输出端口来监测．每个通道
在图２中．主控芯片ＳＴＭ３２Ｆ】０３ＺＥＴ６在控制Ｌ９３５２Ｂ时不能直接相连．这主要是因为ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６采用３．３
ｖ电源供电，而Ｌ９３５２Ｂ由５ｖ电源供电，所以两者之间需
要进行电平转换。本系统中采用ＡＤＩ（Ａｎａｌｏｇ
Ｄｅｖｉｃｅ
Ｉｎｅ）
的状态输出可用来诊断故障。通道３、４可作为电流调节器．输入的ＰＷＭ信号可改变控制目标的输出电流，所以控制比例电磁阀比较合适。４路通道内阻都为０．２ｎ，２路最大负载电流５Ａ：另２路最大负载电流２．５Ａ，能满足绝大多数电磁阀的驱动电流要求。而且较低的导通内阻保证了低功耗，数字信号和模拟信号分开传输，提高了驱动模块的抗干扰能力。所以它非常适合进行电磁阀的驱动控制。
１．４电磁阀控制电路设计
电磁阀控制电路如图２所示，由ＳＴＭ３２信号产生电
路、隔离电路、驱动电路（包括时钟电路）三部分构成。不
公司的基于其专利ｉＣｏｕ【ｐｌｅｒ磁耦隔离技术的通用型四通道数字隔离器ＡＤＵＭｌ４０２芯片。其工作电压区间为２．７～
５．５
Ｖ．可以兼容３．３
ｖＳＤ５
Ｖ系统，所以不仅可以实现电平
转换的功能．还可以进行输入和输出的磁隔离．避免驱动电路对主控芯片产生影响。它采用高速ＣＭＯＳＴ艺和芯片级的变压器技术．在性能、功耗、体积等各方面都优于光电隔离器件。４个通道相互独立，可以传输２个通道正向数据：；Ｆ１１２个通道反向数据。与ＡＲＭ端相连的电源ＶＤＤｌ和
ＧＮＤｌ接３．３ｖ电源，与Ｌ９３５２ＢＪ（［ｊ连的一端ｖＤＤ２和ＧＮＤ２接５ｖ电源，ｖＥｌ：；ＦｎＶＥ２都接高电平使能ＡＤＵＭｌ４０２。通道Ａ、Ｂ的数据从ＡＲＭ传给Ｌ９３５２Ｂ，适合ＡＲＭ发出控制电磁
管是开关型电磁阀还是比例型电磁阀，都可以采用电路进行控制，不同的只是主控芯片分别输出数字输出信号
Ｌ
ＶＤＤ２
阀的信号；通道Ｃ、Ｄ的数据从Ｌ９３５２Ｂ传给ＡＲＭ，适合Ｌ９３５２Ｂ读取电磁阀的状态信号。
ＧＮｌ）２
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３链
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１３
１５
ＧＮ叭７鬯
ＧＮＤ
ＣＬＲ
Ｑ８Ｑ９Ｑ０Ｑｌ
１７１９
２ｌ
１８
２０２２２４
２３
７４Ｈ（、４０４０
图２
ＣＬＫ
Ｓｅｌｅｃｔｏｒ
电磁阀控制电路
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｍａｎａｇｅｍｅ设ｎｔ翥Ｍ瞥ａｉｎ理ｔｅｎａ＆ｎｃｅ维Ｔｅ修ｃｈｎ技ｏｌｏ术ｇｙＲＭＣＭ■■■■●●一■■●
＆
每片Ｌ９３５２Ｂ能独立驱动４个电磁阀工作，其中通道
１、２（输Ａ．ＩＮｌ和ＩＮ２，输出ＳＴｌ和ＳＴ２、Ｑｌ和Ｑ２）可以驱动
两个功率输出通道１、２由开漏输出的ＤＭＯＳ管组成，
输出带短路保护。通过内部集成的齐纳箝位二极管，可将
感性负载的过压箝位到５２Ｖ以快速关闭电磁阀。与ＤＭＯｓ类似的是内部有下拉电流源．这个电流源能确保在关闭的状态下负载开路。如果ＥＮ为低电平，则这个电
开关电磁阀，通道３、４可以驱动比例电磁阀。在Ｌ９３５２Ｂ的输入电路中，ＩＮ、ＣＬＫ、ＴＥＳＴ和ＥＮ输入引脚都是高电平有效．内部由带滞回特性的施密特触发器构成。通过Ｖｓ端口给芯片提供的供电电压．通常可以采用５Ｖ或１２Ｖ（通
常为４．８～１８ｖ，最大可达４０
流源关闭，但是开路比较器仍然有效。通道３和通道４是两
个电流可调节的通道．通过改变２ｋＨｚ的ＰＷＭ输入信号
Ｖ），ＶＣＣ和ｖＤＤ都接５Ｖ电源
（通常为４．５～５．５ｖ）。控制电磁阀的功率输出通道Ｑ端和
的占空比．可以改变目标电磁阀的电流。
对应的功率地输出通道ＰＧＮＤ端输出的电压范围为一
０．３～４０
ｖ，电磁阀接到Ｑ端和ＰＧＮＤ端，状态输出引脚ｓＴ２软件设计
电磁阀的控制软件在Ｋｅｉｌ
ＭＤＫ—ＡＲＭＶｅｒｓｉｏｎ
ｕＶｉｓｉｏｎ
状态电压范围为～０．３～６Ｖ。当给控制输入通道ｌ、２的ＩＮｌ
和ＩＮ２．端输入开关量控制信号时，就能方便地控制２路开关电磁阀工作。Ｑ１年ｔ３Ｑ２端口的最大驱动能力为２．５Ａ，可控制的开关电磁阀的最大电流不宜超过２．５Ａ；当给控制输入通道３、４的ＩＮ３５０ＩＮ４端输入ＰＷＭ控制信号时，就能方便地控制２路比例电磁阀工作；Ｑ３ｊＦＯＱ４端口的最大
驱动能力为５Ａ，可控制的比例电磁阀的最大电流不宜
４下的ＲｅａｌＶｉｅｗ
４．１２开发环境中进行开发．使用ｃ语
言编写．采用自上而下的模块化设计方法，编译后采用
ＪＵＮＫ
Ｖ８硬件仿真器和烧写软件Ｊ—Ｆｌａｓｈ
ＡＲＭＶ４．０８１下
载到ＡＲＭ中的闪存中。
下面以计算机发送控制数据给ｓＴＭ３２单片机，从而控制比例电磁阀为例来说明电磁阀的控制过程。程序流
程如图３所示。
超过５Ａ。ＥＮ为该芯片的使能端，ＡＲＭ输出的Ｖ’＿ＥＮ信号经隔离后输入到ＥＮ端，可以控带ＪＪＬ９３５２Ｂ是否工作。ＴＥＳＴ
引脚为漂移检测使能输入。ＣＬＫ为时钟输入引脚，外部
时钟ｕ１５经过１２位计数器７４ＨＣ４０４０分频后输入到Ｌ９３５２Ｂ的ＣＬＫ引脚．Ｊ１２髟ｇ线组可以选择计数器的分频系数。ＳＴｌ～ｓＴ４引脚保存着电磁阀的故障状态，经过隔离后
输入ＡＲＭ，ＡＲＭ根据输入和输出引脚的电平并结合ＳＴｘ
的电平．可以确定电磁阀出现的故障。电磁阀驱动故障
诊断如表１所示。
表１
电磁阀驱动故障论断
Ｌ
Ｌ
正常
ＬＬＬ
ＬＬＨＨＨ
Ｌ—Ｌ—
Ｍ
ＭＬＬＨＸＸＨＬＬＬＬＬＬＬＬＬ
Ｍ
负载开路，
对地短路
ＬＬＬＬ
过载，对电源短路
ＬＬ
Ｈ—Ｈ
Ｈ
Ｌ—Ｌ一一一ｘ～
ＭＭＭＭＭ
—
图３比例电磁阀控制程序流程
过温
Ｈ．ｆ
ＨＨ
一一ｘ～
一
软件程序在进行一系列初始化后，检查电磁阀有无故障．如果有故障，则发送故障代码数据，并请求处理故障，直到没有故障。之后检测串口是否接收到数据，如果有．则暂存数据并处理。然后检测电磁阀是打开还是关闭。如果是打开电磁阀，则计算根据需要打开电磁阀的开度来计算需要的ＰＷＭ占空比，再打开定时器输出ＰＷＭ；
如果是关闭电磁阀．则关闭定时器即可。最后将状态数据
再循环
Ｈ—Ｈ
一～ｘ～
吖Ｍ
时钟故障（通道３与通道４时钟丢失）
Ｌ—Ｌ～
Ⅵ
誉桊桀篇署黑筹黑篡筹
ＲＭＣＭ鞣隅曼。慧慧意洫…。～蛔
返回给计算机。
３试验分析
为了测试设计电路的性能，将设定的ＰＷＭ占空比与测得的平均电流进行对比。当占空Ｉ；ＥＤ从０到１００％变化时，平均电流，可以从０变化到稳态电流洲尺。，其中ｕ为电
源电压，尺。为电磁阀内阻。取皓２４
Ｖ，Ｒ。＝９．６
ｎ，图４给出
图５流量口与占空比Ｄ的关系
了Ｄ、，的关系曲线。可以看出，屿ｒ的比值越小，，与Ｄ的关系越接近直线；当鸭ｒ的比值较大时，占空比只能在某个
范围内取值，平均电流，才与占空ＬＥＤ成近似直线关系。占空比Ｄ的大小可通过对单片机的定时器编程来改变，＿ｒ的大小可以通过在线圈上串联电阻来改变。
来克服弹簧力，使阀芯移动。
４结语
该电路已成功应用到某大型项目中，能实现比例电磁阀和开关电磁阀的驱动控制和故障监测，使用效果良好。该电路具有电路简单、成本低、可靠性高、驱动能力强、故障监测功能多的优点，特别适合电磁阀数量多且有故障诊断的场合，具有一定的工程应用价值。叁耋窒墼；
［１］刘忠信．一种低成本的比例电磁阀控制系统ＬＪ］．－ｒ，ｊｋ仪表与自动
化装置，２００５（６）：６６－６７．
≤
煺脚霉睁
占空ＥＥＤ／％
图４平均电流Ｊ与占空比Ｄ的关系
［２］翁寅生．基于ＤｓＰ的履带式摊铺机行驶控制系统研究［Ｄ］．西安：
长安大学，２００７．
流ｉＱ与占空比Ｄ的曲线关系如图５所示，占空比越
［３］连长震，李建秋，周明，等．电控燃油喷射用高速电磁阀驱动方
大．比例电磁阀的流量越大。当占空比较小时，存在流量死区：当占空比较大时，存在流量饱和现象。这是因为施加给阀的控制信号是一系列矩形电压信号，它在电磁阀线圈上产生的电流随着占空比Ｄ的增大而缓慢增大，而且电流需要增大到一定的程度，才能产生足够的电磁力
式研究ＬＪ］．汽车工程，２００２，２４（４）：３１０—３１３．［４］李
宁．基ｑ－ＭＤＫ的ＳＴＭ３２处
器开发应用［Ｍ］．北京：北京航
空航天大学出版社，２００８．
收稿日期：２０１１－０８－０３
［责任编辑：谭忠华］
ｒ………………………～………………一…………一一１
１
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中国公路机械网简介ｌ
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中国公路机械网（ｗｗｗ．ｍａｄｍ—ｃｈｉｎａ．ｃｏｍ）是我国最早成立的公路行业大型门户网站之一。它依托《筑路机械与施｛
ｌ工机械化》、《中国公路学报》、《交通运输工程学报》、《长安大学学报》等公路交通行业知名杂志，借助广泛的信息资ｉｌ源和专业的采编制作，力图为业内提供全面、及时、系统、准确、专业及个性化的信息服务和资料检索。网站开辟了；；包括最新行业动态、最新技术动态、热门企业动态、行业设备数据分析、业内展会信息、项目招标公告、最新机械设ｌｌ备等在内的十余个特色栏目，浏览人数与日俱增，已成为公路施工、公路养护、公路科研、筑养路机械生产及工程技｛
；术人员的参考资料之重要来源。
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ｌ中国公路机械网以及时满足用户的需求为最高目标，将在保持自身资源优势和广泛听取广大用户的意见和建｝
５议的基础上，不断更新各功能模块，使网站更加贴近用户的实际需求，为促进筑养路机械行业的发展尽最大努力。｛
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基于STM32的电磁阀控制电路研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
翁寅生， WENG Yin-sheng
中煤科工集团西安研究院,陕西西安,710077筑路机械与施工机械化
Road Machinery & Construction Mechanization2012,29(4)
1. 张然. 徐科军. 杨双龙. 梁利平. 王刚. 石磊. Zhang Ran. Xu Kejun. Yang Shuanglong. Liang Liping. Wang Gang. Shi Lei 采用梳状带通滤波的电磁流量计信号处理系统[期刊论文]-电子测量与仪器学报2012,26(2)
2. 孙泽刚 一种基于单片机的节水节能型热水器管路控制系统[期刊论文]-煤矿机电2012(3)
3. 刘彦杰. 安鹏慧. LIU Yan-jie. AN Peng-hui 基于单片机控制的耐潮试验装置设计方案[期刊论文]-环境技术2007,25(1)4. 许碧周 基于单片机控制的节水装置[期刊论文]-科技资讯2010(7)
5. 刘莉莉. 来帅 智能化太阳能供暖控制系统的设计[期刊论文]-甘肃科技2012,28(8)
6. 黄皎. 许晓娟. 陆晓春. 任姣. 刘海荣 嵌入式电磁流量计智能监控终端的设计[期刊论文]-自动化仪表2012,33(4)7. 刘韬. 王耀才. 王致杰. 洪溜荣. 孟江 基于单片机控制的电机车自动道岔控制系统[期刊论文]-煤矿机械2003(12)8. 胡敏. 谭敏. 张伟 基于单片机控制的熏疗装置研究[期刊论文]-科技资讯2009(3)9. 张春光. 石淼 基于嵌入式系统的PCM电液集成阀[期刊论文]-电气自动化2004,26(6)10. 黄亚萍 基于STM32的USB读卡器的设计[期刊论文]-现代商贸工业2012,24(7)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zljxysgjxh201204027.aspx
Ｒｌｕｉｐｍｅｎｔ
Ｍａｎａｇｅｍｅ设ｎｔ妻Ｍ管ａｉｎ理ｔｅｎａ＆ｎｃｅ维Ｔｅ修ｃｈｎ技ｏｌｏ术ｇｙ
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ＲＭＣＭ■●■■■●一●■■
基于ＳＴＭ３２的电磁阀控制电路研究
Ｓｔｕｄｙ
翁寅生
ｏｎ
ＳｏｌｅｎｏｉｄＶａｌｖｅＣｏｎｔｒｏｌＣｉｒｃｕｉｔＢａｓｅｄ
ｏｎ
ＳＴＭ３２
ＷＥＮＧ
Ｙｉｎ—ｓｈｅｎｇ
中煤科工集团西安研究院，陕西西安７１００７７
Ｘｉ’ａｎ
ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏｒｐ，Ｘｉ’ａｎ７１００７７，Ｓｈａａｎｘｉ．Ｃｈｉｎａ
【摘要】介绍了一种采用ＳＴＭ３２单片机控制集成驱动芯片来控制电磁阀并检测故障的方法，然后对其硬件电路和软件进行详细的设计。实际工程应用结果表明：此电路设计可行，具有可靠性高、成本低、故障监测功能多的优点，有一定的工程实用价值。
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈ
ａｐｐｌｉｅｓ
ｔｈｅＳＴＭ３２ＭＣＵｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｒｉｖｉｎｇｃｈｉｐ
ａｎｄｔｈｅ
ＳＯａｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅ
ｄｅ－
ｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｙｅａｎｄｄｅｔｅｃｔｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｓｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，
ｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｒｅｌｅｖａｎｔ
ｓｏｆｔｗａｒｅｓｗｅｒｅ
ｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｃｉｒｃｕｉｔｉｓａｐｐｌｉｃａｂｌｅ，ｗｉｔｈｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉ—
ｌｉｔｙ，ｌｏｗ
ｃｏｓｔ．ｆａｉｌｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅ．
【关键词】控制电路；电磁阀；ＳＴＭ３２；监测
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｃｏｎｔｒｏｌ
ｃｉｒｃｕｉｔ；ｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ；ＳＴＭ３２：ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
中图分类号：Ｕ４６３．２３文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－０３３Ｘ（２０１２）０４－００８９－０４
０引言
在工程机械和其他施工机械的液压控制系统中，广泛应用着电磁阀．它是一种将电磁能转换成机械能的电磁元件。以往电磁阀的驱动电路普遍由三极管或功率ＭｏＳＦＥＴ等分立元件构成旧Ｊ。并需要自行设计故障自诊断电路，可靠性差，成本高。基于此，本文采用意法半导体公司（ＳＴ）生产的ＳＴＭ３２Ｆ１０３ｚＥＴ６芯片作为电磁阀的控制ＣＰＵ．采用集成驱动芯片Ｌ９３５２ＢＥ・］来驱动电磁阀的方法。
者数字输出信号经过隔离后控制Ｌ９３５２Ｂ，从而控制电磁阀：电磁阀的状态可通过Ｌ９３５２Ｂ输出。再经隔离后输入ＳＴＭ３２，从而使系统能实时了解电磁阀的状态。１．２控制器ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６
控制系统主控芯片ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６采用意法半导体
公司（ＳＴ）生产的基于ＡＲＭＣｏｄｅｘ—Ｍ３内核的ＳＴＭ３２系列
３２位闪存微控制器，该芯片非常适合在控制领域应用。ＳＴＭ３２在Ｃｏｄｅｘ—Ｍ３架构上进行了多项改进，在性能得到提升的同时．所有新功能都具有较低的功耗。其内核电压
１．８
ｖ，芯片电压３．３ｖ，可以选择睡眠模式、待机模式，保
１控帝Ｕ系统的组成
１．１系统硬件结构与原理
电磁阀的控制电路如图１所示。在图１中，系统以ＳＴＭ３２单片机为核心．通过３片磁隔离芯片实现１０通道隔离电路，将主控芯片与集成驱动芯片Ｌ９３５２Ｂ（控制比例电磁阀时需要时钟产生电路）隔离。ＳＴＭ３２输出的ＰＷＭ或
证低功耗应用的要求；相对于ＡＲＭ系列的其他芯片，ＳＴＭ３２运行速度更快，工作频率最高可ｈ－蔓７２ＭＨｚ：８个定时器最多可以产生２８通道ＰＷＭ信号，方便用于电磁阀控制；具有ＵＳＢ、ＣＡＮ和串口等丰富的通信接口，可与多种通信接口进行通信。１３集成驱动芯片Ｌ９３５２Ｂ
集成驱动芯片Ｌ９３５２Ｂ是意法半导体公司（ｓＴ）专门为感性负载（如电磁铁、电磁阀）控制而设计的芯片。它将分立元件的驱动和监测功能都集成在一个芯片中。可以控ｆ＃ｌＪ２路比例电磁铁和２路开关电磁铁。集成的齐纳二极
ＳＴＭ３２单片机Ｈｌｏ通道隔离电路Ｈ集成驱动芯片Ｈ电磁阀
Ｉ！！壁兰竺皇堕
田１电磁阀控制电路
ＲＭＣＭ恙熊怒熊茇‰。一～山鲋
管或者续流二极管允许对感性负载进行调节。其主要特
和ＰＷＭ信号。下面以双比例电磁铁和双开关电磁铁为
例，说明其控制电路的控制方法。
征是：输出斜坡控制、短路保护、可选的过温关闭功能、开路负载监测、掉电监测、外部时钟可控、再循环控制、调节器漂移监测、调节器误差控制、调节器校正电流５ｍＡ、状
态监测、静电监测。
每个通道都由一个状态输出端口来监测．每个通道
在图２中．主控芯片ＳＴＭ３２Ｆ】０３ＺＥＴ６在控制Ｌ９３５２Ｂ时不能直接相连．这主要是因为ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＺＥＴ６采用３．３
ｖ电源供电，而Ｌ９３５２Ｂ由５ｖ电源供电，所以两者之间需
要进行电平转换。本系统中采用ＡＤＩ（Ａｎａｌｏｇ
Ｄｅｖｉｃｅ
Ｉｎｅ）
的状态输出可用来诊断故障。通道３、４可作为电流调节器．输入的ＰＷＭ信号可改变控制目标的输出电流，所以控制比例电磁阀比较合适。４路通道内阻都为０．２ｎ，２路最大负载电流５Ａ：另２路最大负载电流２．５Ａ，能满足绝大多数电磁阀的驱动电流要求。而且较低的导通内阻保证了低功耗，数字信号和模拟信号分开传输，提高了驱动模块的抗干扰能力。所以它非常适合进行电磁阀的驱动控制。
１．４电磁阀控制电路设计
电磁阀控制电路如图２所示，由ＳＴＭ３２信号产生电
路、隔离电路、驱动电路（包括时钟电路）三部分构成。不
公司的基于其专利ｉＣｏｕ【ｐｌｅｒ磁耦隔离技术的通用型四通道数字隔离器ＡＤＵＭｌ４０２芯片。其工作电压区间为２．７～
５．５
Ｖ．可以兼容３．３
ｖＳＤ５
Ｖ系统，所以不仅可以实现电平
转换的功能．还可以进行输入和输出的磁隔离．避免驱动电路对主控芯片产生影响。它采用高速ＣＭＯＳＴ艺和芯片级的变压器技术．在性能、功耗、体积等各方面都优于光电隔离器件。４个通道相互独立，可以传输２个通道正向数据：；Ｆ１１２个通道反向数据。与ＡＲＭ端相连的电源ＶＤＤｌ和
ＧＮＤｌ接３．３ｖ电源，与Ｌ９３５２ＢＪ（［ｊ连的一端ｖＤＤ２和ＧＮＤ２接５ｖ电源，ｖＥｌ：；ＦｎＶＥ２都接高电平使能ＡＤＵＭｌ４０２。通道Ａ、Ｂ的数据从ＡＲＭ传给Ｌ９３５２Ｂ，适合ＡＲＭ发出控制电磁
管是开关型电磁阀还是比例型电磁阀，都可以采用电路进行控制，不同的只是主控芯片分别输出数字输出信号
Ｌ
ＶＤＤ２
阀的信号；通道Ｃ、Ｄ的数据从Ｌ９３５２Ｂ传给ＡＲＭ，适合Ｌ９３５２Ｂ读取电磁阀的状态信号。
ＧＮｌ）２
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３链
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１８
２０２２２４
２３
７４Ｈ（、４０４０
图２
ＣＬＫ
Ｓｅｌｅｃｔｏｒ
电磁阀控制电路
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｍａｎａｇｅｍｅ设ｎｔ翥Ｍ瞥ａｉｎ理ｔｅｎａ＆ｎｃｅ维Ｔｅ修ｃｈｎ技ｏｌｏ术ｇｙＲＭＣＭ■■■■●●一■■●
＆
每片Ｌ９３５２Ｂ能独立驱动４个电磁阀工作，其中通道
１、２（输Ａ．ＩＮｌ和ＩＮ２，输出ＳＴｌ和ＳＴ２、Ｑｌ和Ｑ２）可以驱动
两个功率输出通道１、２由开漏输出的ＤＭＯＳ管组成，
输出带短路保护。通过内部集成的齐纳箝位二极管，可将
感性负载的过压箝位到５２Ｖ以快速关闭电磁阀。与ＤＭＯｓ类似的是内部有下拉电流源．这个电流源能确保在关闭的状态下负载开路。如果ＥＮ为低电平，则这个电
开关电磁阀，通道３、４可以驱动比例电磁阀。在Ｌ９３５２Ｂ的输入电路中，ＩＮ、ＣＬＫ、ＴＥＳＴ和ＥＮ输入引脚都是高电平有效．内部由带滞回特性的施密特触发器构成。通过Ｖｓ端口给芯片提供的供电电压．通常可以采用５Ｖ或１２Ｖ（通
常为４．８～１８ｖ，最大可达４０
流源关闭，但是开路比较器仍然有效。通道３和通道４是两
个电流可调节的通道．通过改变２ｋＨｚ的ＰＷＭ输入信号
Ｖ），ＶＣＣ和ｖＤＤ都接５Ｖ电源
（通常为４．５～５．５ｖ）。控制电磁阀的功率输出通道Ｑ端和
的占空比．可以改变目标电磁阀的电流。
对应的功率地输出通道ＰＧＮＤ端输出的电压范围为一
０．３～４０
ｖ，电磁阀接到Ｑ端和ＰＧＮＤ端，状态输出引脚ｓＴ２软件设计
电磁阀的控制软件在Ｋｅｉｌ
ＭＤＫ—ＡＲＭＶｅｒｓｉｏｎ
ｕＶｉｓｉｏｎ
状态电压范围为～０．３～６Ｖ。当给控制输入通道ｌ、２的ＩＮｌ
和ＩＮ２．端输入开关量控制信号时，就能方便地控制２路开关电磁阀工作。Ｑ１年ｔ３Ｑ２端口的最大驱动能力为２．５Ａ，可控制的开关电磁阀的最大电流不宜超过２．５Ａ；当给控制输入通道３、４的ＩＮ３５０ＩＮ４端输入ＰＷＭ控制信号时，就能方便地控制２路比例电磁阀工作；Ｑ３ｊＦＯＱ４端口的最大
驱动能力为５Ａ，可控制的比例电磁阀的最大电流不宜
４下的ＲｅａｌＶｉｅｗ
４．１２开发环境中进行开发．使用ｃ语
言编写．采用自上而下的模块化设计方法，编译后采用
ＪＵＮＫ
Ｖ８硬件仿真器和烧写软件Ｊ—Ｆｌａｓｈ
ＡＲＭＶ４．０８１下
载到ＡＲＭ中的闪存中。
下面以计算机发送控制数据给ｓＴＭ３２单片机，从而控制比例电磁阀为例来说明电磁阀的控制过程。程序流
程如图３所示。
超过５Ａ。ＥＮ为该芯片的使能端，ＡＲＭ输出的Ｖ’＿ＥＮ信号经隔离后输入到ＥＮ端，可以控带ＪＪＬ９３５２Ｂ是否工作。ＴＥＳＴ
引脚为漂移检测使能输入。ＣＬＫ为时钟输入引脚，外部
时钟ｕ１５经过１２位计数器７４ＨＣ４０４０分频后输入到Ｌ９３５２Ｂ的ＣＬＫ引脚．Ｊ１２髟ｇ线组可以选择计数器的分频系数。ＳＴｌ～ｓＴ４引脚保存着电磁阀的故障状态，经过隔离后
输入ＡＲＭ，ＡＲＭ根据输入和输出引脚的电平并结合ＳＴｘ
的电平．可以确定电磁阀出现的故障。电磁阀驱动故障
诊断如表１所示。
表１
电磁阀驱动故障论断
Ｌ
Ｌ
正常
ＬＬＬ
ＬＬＨＨＨ
Ｌ—Ｌ—
Ｍ
ＭＬＬＨＸＸＨＬＬＬＬＬＬＬＬＬ
Ｍ
负载开路，
对地短路
ＬＬＬＬ
过载，对电源短路
ＬＬ
Ｈ—Ｈ
Ｈ
Ｌ—Ｌ一一一ｘ～
ＭＭＭＭＭ
—
图３比例电磁阀控制程序流程
过温
Ｈ．ｆ
ＨＨ
一一ｘ～
一
软件程序在进行一系列初始化后，检查电磁阀有无故障．如果有故障，则发送故障代码数据，并请求处理故障，直到没有故障。之后检测串口是否接收到数据，如果有．则暂存数据并处理。然后检测电磁阀是打开还是关闭。如果是打开电磁阀，则计算根据需要打开电磁阀的开度来计算需要的ＰＷＭ占空比，再打开定时器输出ＰＷＭ；
如果是关闭电磁阀．则关闭定时器即可。最后将状态数据
再循环
Ｈ—Ｈ
一～ｘ～
吖Ｍ
时钟故障（通道３与通道４时钟丢失）
Ｌ—Ｌ～
Ⅵ
誉桊桀篇署黑筹黑篡筹
ＲＭＣＭ鞣隅曼。慧慧意洫…。～蛔
返回给计算机。
３试验分析
为了测试设计电路的性能，将设定的ＰＷＭ占空比与测得的平均电流进行对比。当占空Ｉ；ＥＤ从０到１００％变化时，平均电流，可以从０变化到稳态电流洲尺。，其中ｕ为电
源电压，尺。为电磁阀内阻。取皓２４
Ｖ，Ｒ。＝９．６
ｎ，图４给出
图５流量口与占空比Ｄ的关系
了Ｄ、，的关系曲线。可以看出，屿ｒ的比值越小，，与Ｄ的关系越接近直线；当鸭ｒ的比值较大时，占空比只能在某个
范围内取值，平均电流，才与占空ＬＥＤ成近似直线关系。占空比Ｄ的大小可通过对单片机的定时器编程来改变，＿ｒ的大小可以通过在线圈上串联电阻来改变。
来克服弹簧力，使阀芯移动。
４结语
该电路已成功应用到某大型项目中，能实现比例电磁阀和开关电磁阀的驱动控制和故障监测，使用效果良好。该电路具有电路简单、成本低、可靠性高、驱动能力强、故障监测功能多的优点，特别适合电磁阀数量多且有故障诊断的场合，具有一定的工程应用价值。叁耋窒墼；
［１］刘忠信．一种低成本的比例电磁阀控制系统ＬＪ］．－ｒ，ｊｋ仪表与自动
化装置，２００５（６）：６６－６７．
≤
煺脚霉睁
占空ＥＥＤ／％
图４平均电流Ｊ与占空比Ｄ的关系
［２］翁寅生．基于ＤｓＰ的履带式摊铺机行驶控制系统研究［Ｄ］．西安：
长安大学，２００７．
流ｉＱ与占空比Ｄ的曲线关系如图５所示，占空比越
［３］连长震，李建秋，周明，等．电控燃油喷射用高速电磁阀驱动方
大．比例电磁阀的流量越大。当占空比较小时，存在流量死区：当占空比较大时，存在流量饱和现象。这是因为施加给阀的控制信号是一系列矩形电压信号，它在电磁阀线圈上产生的电流随着占空比Ｄ的增大而缓慢增大，而且电流需要增大到一定的程度，才能产生足够的电磁力
式研究ＬＪ］．汽车工程，２００２，２４（４）：３１０—３１３．［４］李
宁．基ｑ－ＭＤＫ的ＳＴＭ３２处
器开发应用［Ｍ］．北京：北京航
空航天大学出版社，２００８．
收稿日期：２０１１－０８－０３
［责任编辑：谭忠华］
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中国公路机械网简介ｌ
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中国公路机械网（ｗｗｗ．ｍａｄｍ—ｃｈｉｎａ．ｃｏｍ）是我国最早成立的公路行业大型门户网站之一。它依托《筑路机械与施｛
ｌ工机械化》、《中国公路学报》、《交通运输工程学报》、《长安大学学报》等公路交通行业知名杂志，借助广泛的信息资ｉｌ源和专业的采编制作，力图为业内提供全面、及时、系统、准确、专业及个性化的信息服务和资料检索。网站开辟了；；包括最新行业动态、最新技术动态、热门企业动态、行业设备数据分析、业内展会信息、项目招标公告、最新机械设ｌｌ备等在内的十余个特色栏目，浏览人数与日俱增，已成为公路施工、公路养护、公路科研、筑养路机械生产及工程技｛
；术人员的参考资料之重要来源。
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ｌ中国公路机械网以及时满足用户的需求为最高目标，将在保持自身资源优势和广泛听取广大用户的意见和建｝
５议的基础上，不断更新各功能模块，使网站更加贴近用户的实际需求，为促进筑养路机械行业的发展尽最大努力。｛
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基于STM32的电磁阀控制电路研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
翁寅生， WENG Yin-sheng
中煤科工集团西安研究院,陕西西安,710077筑路机械与施工机械化
Road Machinery & Construction Mechanization2012,29(4)
1. 张然. 徐科军. 杨双龙. 梁利平. 王刚. 石磊. Zhang Ran. Xu Kejun. Yang Shuanglong. Liang Liping. Wang Gang. Shi Lei 采用梳状带通滤波的电磁流量计信号处理系统[期刊论文]-电子测量与仪器学报2012,26(2)
2. 孙泽刚 一种基于单片机的节水节能型热水器管路控制系统[期刊论文]-煤矿机电2012(3)
3. 刘彦杰. 安鹏慧. LIU Yan-jie. AN Peng-hui 基于单片机控制的耐潮试验装置设计方案[期刊论文]-环境技术2007,25(1)4. 许碧周 基于单片机控制的节水装置[期刊论文]-科技资讯2010(7)
5. 刘莉莉. 来帅 智能化太阳能供暖控制系统的设计[期刊论文]-甘肃科技2012,28(8)
6. 黄皎. 许晓娟. 陆晓春. 任姣. 刘海荣 嵌入式电磁流量计智能监控终端的设计[期刊论文]-自动化仪表2012,33(4)7. 刘韬. 王耀才. 王致杰. 洪溜荣. 孟江 基于单片机控制的电机车自动道岔控制系统[期刊论文]-煤矿机械2003(12)8. 胡敏. 谭敏. 张伟 基于单片机控制的熏疗装置研究[期刊论文]-科技资讯2009(3)9. 张春光. 石淼 基于嵌入式系统的PCM电液集成阀[期刊论文]-电气自动化2004,26(6)10. 黄亚萍 基于STM32的USB读卡器的设计[期刊论文]-现代商贸工业2012,24(7)
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