基于C8051F330的電動止逆閥設(shè)計

杜金祥++杜宇軒

摘??要：設(shè)計了一個新型的電路控制電動止逆閥。該止逆閥使用了N20直流減速電機，采用C8051F330單片機作為主要控制芯片，同時，電路中采用LNK306芯片作為電源核心芯片，并采用電機控制芯片L9110控制電機正反轉(zhuǎn)，以解決止逆閥因力度不足而閉合不嚴的問題。該系統(tǒng)主要有煙機電路檢測模塊、時鐘失電報警模塊和定時維護提醒模塊等。此外，考慮到電路板小型化、集約化、經(jīng)濟性、實用性等因素，采用了緊湊型電路，且使用的各類元器件具有較高的性價比。目前，該電動止逆閥已通過多次實驗驗證。

關(guān)鍵詞：實時時鐘;直流減速電機;煙機電路檢測;電動止逆閥

中圖分類號：TP242???????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.006

1??基于C8051F330的電動止逆閥設(shè)計

根據(jù)我國民用住宅建筑設(shè)計規(guī)范，高層住宅廚房內(nèi)油煙氣體需通過排煙道集中排向室外。目前，由于所有煙機止逆閥都存在擋板密閉不嚴的問題，導致上、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、保證吸油煙機的正常運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

該設(shè)計創(chuàng)新電路產(chǎn)品是在市場上同類產(chǎn)品在實際應(yīng)用中出現(xiàn)的各類問題的基礎(chǔ)上設(shè)計的，具有高層建筑的排煙系統(tǒng)設(shè)計，安裝方便，功能更加齊全，使用更加便捷。該電動止逆閥的具體功能有以下7點：①煙機、止逆閥可同步開合，實現(xiàn)了煙機、止逆閥的一體化，從而避免出現(xiàn)時間差，解決了高層建筑油煙倒灌的問題。②實現(xiàn)了煙機、止逆閥的實時清潔提醒功能。止逆閥控制系統(tǒng)中加入了時鐘芯片，因此，該產(chǎn)品可根據(jù)用戶的使用狀況，設(shè)定個性化的維護提醒時間，當?shù)竭_維護時間時，會自動發(fā)出報警信號，提醒用戶聯(lián)系相關(guān)專業(yè)維護人員進行煙道清理維護工作，從而保證了煙道的暢通性和氣密性，同時也可以延長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致的煙機意外損壞等問題。③內(nèi)置備份電源，當主電源斷電時，備用電池會自動供電，從而保證時鐘芯片的正常運行，保證當下一次主電源上電時，可讀取到準確的日期信息。④當時鐘芯片備份電源電量不足時，蜂鳴報警器會自動啟動，提醒用戶及時通知專業(yè)人員更換芯片電池，從而保證電路的正常運行。⑤實現(xiàn)了止逆閥的安全敞開功能。當煙機維護時間結(jié)束或時鐘芯片備份電源電量不足時，為了保證煙機的正常使用，止逆閥會受到單片機的控制，使閥門處于常開狀態(tài)。⑥為了便于維護人員的操作，本控制系統(tǒng)的單片機安裝座采用了鎖緊式固定座，在保證單片機可快速插拔的同時，還有利于延長單片機在頻繁插拔情況下的使用壽命，并實現(xiàn)了單片機引腳與電路板的可靠連接。⑦該電路高度集成化，設(shè)計新穎、小巧，節(jié)能環(huán)保，可直接放置于加高版的86明盒內(nèi)，可安裝在抽油煙機上的任意位置。

1.2??電機選型

根據(jù)安裝的實際要求和相關(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。

2??控制系統(tǒng)電路設(shè)計

本控制系統(tǒng)電路設(shè)計主要包含系統(tǒng)電源電路設(shè)計和主要芯片間通信電路設(shè)計。圖1為止逆閥控制系統(tǒng)的電氣原理框圖，簡要表達了各個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

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、時鐘芯片、電機控制芯片（電機正常工作所需的電壓、電流）、采樣電路和基準電壓電路。

C8051F330單片機的工作電壓為2.7～3.6?V，典型工作電流6.4?mA;時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題，使電路更加小巧、簡便，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)計所選原件的特點，選取的拓撲方式為高端降壓型直接反饋方式。基本原理電路的特點有以下5點：①輸出與輸入共用參考點;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??煙機開閉信號采集電路設(shè)計

煙機采用了220?V交流電，如果直接采集煙機的電壓信號，而不通過復(fù)雜的轉(zhuǎn)換電路輸入單片機的通用I/O口，則會遠超過通用I/O的輸入范圍。因此，選擇了基于電流檢測的采樣電路——霍爾效應(yīng)測電流和串聯(lián)采樣電阻測電壓法。在此次設(shè)計中，采用了L121015-01型霍爾電流傳感器，將煙機火線穿過檢測孔，根據(jù)火線中的電流通斷產(chǎn)生一定的壓降，并將壓降信號反饋給單片機，從而檢測煙機的開閉情況，實現(xiàn)對止逆閥的實時控制。煙機采樣電路如圖5所示。

圖5??煙機采樣電路圖

3.4??C8051F330單片機電路設(shè)計

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

L9110是為控制和驅(qū)動電機設(shè)計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，可實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)控制，從而降低外圍器件的成本，提高整機的可靠性。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時鐘芯片電路設(shè)計

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

3.6??備份電源電壓檢測電路設(shè)計

3.6.1??使用比較器的原因

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

3.6.2??比較器的檢測方法

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

3.6.3??通過分壓電路配置基準電壓

電路參數(shù)設(shè)置可通過下式計算：

.??（1）

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

4??止逆閥控制系統(tǒng)程序設(shè)計

4.1??電機控制程序設(shè)計

電機控制程序設(shè)計的流程圖如圖9所示。

圖9??電動止逆閥總程序流程圖

4.2??控制程序設(shè)計

while（YJ_open==0）

{ INA=1; ???//電機正轉(zhuǎn)

INB=0;

delaydj（11）;

INA=0;

while（YJ_open==0）;??//等待煙機關(guān)閉

delaydj（30）;

INB=1;??????????//煙機反轉(zhuǎn)

INA=0;

delaydj（11）;

INB=0;}

5??結(jié)束語

根據(jù)用戶的實際應(yīng)用需求和相關(guān)技術(shù)要求，設(shè)計了止逆閥控制電路，重點研究了煙機電路檢測、時鐘失電報警和煙道定時維護提醒等問題，實現(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)計了包括煙機信號檢測、失電報警和定時維護提醒等相關(guān)功能，并通過了多次實驗驗證。

參考文獻

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作者簡介：杜金祥（1963—），男，山西沁源人，工程師，現(xiàn)從事計算機科學與技術(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