基于STM32的雙通道壓電點膠閥控制系統

楊少波 孫先松

摘 要：壓電點膠閥對點膠量和膠點的一致性控制有著巨大優勢，本文主要對壓電閥的控制系統做出了詳細研究。主控芯片采用STM32F103ZET6，嵌入式實時系統采用UCOSIII。本系統能對壓電閥控制參數做出精確設置，以使本系統能夠在不同的場合下使用，如：上升時間、開閥時間、下降時間、閉閥時間和撞擊力度等參數。本系統主要通過一對互補帶死區的PWM波來對壓電閥做出精確控制，控制精度可以達到1us。

關鍵詞：STM32;嵌入式系統;UCOSIII;ARM;PWM

中圖分類號：TP391? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）17-0286-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

現代科技的發展迅速使得很多的電子產品應用廣泛，線路板是現在大型、復雜設備工作時的重要載體，在生產線中的線路板點膠環節必不可少，以實現電子元件的加固、密封和隔離。為滿足對點膠速度和點膠精度都要求較高的場合，壓電點膠閥成為首選。為了進一步加快點膠速度，市面上有很大一部分點膠機使用的是雙閥點膠，為了滿足市場需求，降低應用成本，本文對雙通道壓電閥控制系統做了深入研究。

1 系統硬件組成介紹此系統的組成方式如圖1所示。此設計主要由三個部分組成，系統控制芯片、大功率驅動電路、壓電閥。各個部分的詳細分析如下：

1）系統控制芯片為STM32F103ZET6，此芯片是基于ARM Cortex-M3核心的32位微控制器，LQFP-144封裝，此芯片具有較大的片內FLASH和和片內RAM，非常適合大型的程序編寫。此芯片主頻最高可達72M，數據、指令分別走不同的流水線，以確保CPU運行速度達到最大化，能夠滿足此系統的要求。此芯片有著較多的定時器和DMA資源，其中的2個高級定時器分別控制兩個通道的壓電閥。

2）大功率驅動電路主要由大功率驅動芯片IR2113S組成，此芯片采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS制造工藝，具有獨立的低端和高端輸入通道;懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達500V;輸出的電源端輸出的電源端;邏輯電源電壓范圍為5～15V，可方便地與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有±5V的偏移量;工作頻率高，可達500kHz;開通、關斷延遲小，分別為120ns和94ns，此模塊的電路圖如圖2所示。

此芯片的HIN和LIN分別為高端輸入和低端輸入，這兩個引腳接到一組互補且帶死區的PWM波上，用來控制一個壓電閥。壓電閥接到圖2的1、2端上。

3）壓電閥主要由壓電堆組成，給壓電堆兩端加上或不加電壓來控制壓電閥的關閉。若干片壓電陶瓷片使用物理串聯，電學并聯或者串聯連接叫壓電疊堆。壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的信息功能陶瓷材料——壓電效應，壓電陶瓷除具有壓電性外， 還具有介電性、彈性等， 已被廣泛應用于醫學成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等。

2 系統軟件設計

為了方便程序開發，本系統采用的嵌入式實時操作系統為UCOS，主要使用了UCOS的消息功能和軟定時器的使用。UCOS是Micrium公司出品的RTOS類實時操作系統，UCOS目前有兩個版本：UCOSII和UCOSIII，本系統使用的是UCOSIII。 UCOSIII是一個可裁剪、可剝奪型的多任務內核，而且沒有任務數限制。UCOSIII提供了實時操作系統所需的所有功能，包括資源管理、同步、任務通信等。

本系統的軟件主要有三部分組成，分別是操作界面設計、壓電閥參數調整、壓電閥參數的保存。完成此三個部分之后，便可實現通過操作界面來修改壓電閥參數，并將修改后的參數保存下來，以便系統重啟之后仍可以讀出上次的參數設置。

2.1 操作界面模塊

為了方便顯示和參數輸入，對于不同的功能設計不同的界面，主要有三個界面，分別是狀態顯示界面、參數設置界面和模式選擇界面。通道1和通道2界面完全一樣。

狀態顯示界面如圖3所示。

此界面主要用于系統狀態顯示，顯示當前系統是否工作;當前工作模式是打點還是打線;如果是打點模式，觸發一次打多少個點。

參數設置界面如圖4所示。

參數設置界面主要用于打點參數的設置，包括開閥時間、關閥時間、上升時間、下降時間、撞擊力度等待。此系統還帶有參數保存功能，方便下次參數的調用。

模式選擇界面如圖5所示。

此界面用于選擇此系統的工作模式，有打點和打線兩種n工作模式。當設置為打點模式時，還可以設置觸發一次打多少個點。此系統還有記錄壓電閥打點個數功能，可以讓使用人員了解壓電閥的使用情況，以便做出相應處理。

2.2 參數調整模塊

2.3 參數保存模塊

每次調整參數之后變要將參數保存下來，以便下次開始時調用。每次調整參數后調用setPWMConfigBufferByText（u8 ifSave）將參數保存在IIC器件中，此器件具有掉電不丟失特性，適合參數的保存。

3結果測試

本系統最核心的模塊就是驅動壓電堆的一組互補帶死區的PWM波形，打一個點分為三個階段，分別是上升階段、開閥階段、下降階段。

上升階段波形如圖6所示。

開閥階段波形如圖7所示。

下降階段波形如圖8所示。

4結論與展望

本系統能夠穩定高效的運行，滿足實用需求，同時本系統也有需要提高的地方，如：界面設計過于單調、缺乏對閥體溫度的檢測。增加對閥的溫度檢測后，當閥體溫度過高時，則強制停止壓電閥的使用，能夠極大地提升對壓電閥的保護。

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【通聯編輯：唐一東】