概 述
流動注射分析技術可對液體樣品進行快速測定,具有重現性好、自動化程度高等優點 ,在農業、環保、醫藥、食品、冶金等*域得到廣泛應用
[ 1] 。
在使用
蠕動泵做驅動裝置的流動注射分析系統中,
蠕動泵的運行狀況 , 特別是泵速的穩定性, 直接影響著系統的測量精度。步進電機運行速度及運行方向容易控制, 起動和停止迅速, 步距精確, 適合作
蠕動泵的驅動裝置。我們設計了一種步進電機控制電路 ,可以提高蠕動泵泵速的穩定性,減少脈動對測量精度的影響, 取代傳統可逆電機控制電路和步進電機環形分配器控制電路
[ 2] 。
2 控制原理
當步進電機運行方式確定之后, 步進電機的轉速只和步進脈沖頻率有關 ,步進脈沖頻率越高 ,步進電機的轉速越高。因此, 控制步進脈沖的頻率就可以控制步進電機的轉速。以往一般采用定時器或者軟件分頻的方法控制脈沖的頻率, 其脈沖線性度差 , 而且頻率越高, 誤差越大。
利用集成電路AD654 與可編程邏輯器件(GAL)
配合,可產生頻率連續可調的步進脈沖信號,實現步進電機的無級調速。
2 .1 V/F 集成電路芯片 AD654
AD654 是一種將電壓信號轉換為頻率輸出(V/ F)的集成電路芯片 , 具有較低的功耗 , 靜態時只需要 2mA 的電流。電路結構和引腳功能如圖 1 所示。它的內部包含一個輸入放大器、一個精確的振蕩器系統和一個具有較大輸出電流的電壓輸出口。
圖 1 AD654 集成電路結構圖
管腳號及功能:1.可變頻率輸出口 2.邏輯公共端 3.RC 振蕩器的電阻接入端 4.電壓輸入端 5.電源負端 6 , 7. RC 振蕩器的電容輸入端 8.電源正端
AD654 能較好地適應各種供電系統, 電源從 5V 到 36V ,或者 ±5 ～ ±18V 都可以 , 便于在各種系統中應用。由于輸入放大器的低溫度漂移(一般在 4μV/ ℃)和高達 250MΨ的輸入阻抗 ,所以它能夠接
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收熱電偶或者應變儀之類直接傳送過來的小信號。 |
時只有 0 .03 %, 溫度系數為±50mg/L/ ℃。 |
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與其他大多數V/F 變換器不同 ,AD654 提供的是方 |
2 .2 速度控制 |
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波輸出,能夠驅動 11 個 TTL 負載或光電耦合器等負 |
控制電路如圖 2 所示。電阻R2 與電位器W1 串 |
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載。只需要簡單的外圍 RC 電路就能實現寬范圍的 |
聯后與電容 C1 |
組成 AD654 的 RC 振蕩系統。其 1 |
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頻率輸出(**高可達 500kHz), 線性度誤差在 250kHz |
腳是集電極開路, 外接上拉電阻 R3 。 |
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AD654 輸出脈沖的頻率 f 可按下面的公式計算:
其中 , VIN為 AD654 的4 腳輸入電壓。
從式(1)可以看出, 改變 AD654 輸出脈沖頻率的辦法有三種, 一是改變 4 腳的外部輸入電壓 VIN , 二是改變電位器 W1 的阻值, 三是改變電容 C1 的電容量。因此輸出固定脈沖時, 需要事先設定好這三個參數;輸出線性變化脈沖時 ,只需要連續改變其中一個參數或者多個參數。
在圖 2 所示控制電路中 ,根據實際需要的轉速范圍 ,事先調整好電位器 W1 和電容 C1 的參數 , 使 AD654 的輸出脈沖頻率與輸入電壓 VIN 成正比 。為了接收上位計算機發出的電流信號(0 ～ 20mA), 在電路中設置了電阻 R3 ,這樣就能夠在AD654 的 4 腳得到連續變化的輸入電壓, 實現步進脈沖的連續輸出,進行無級調速。如果上位計算機發來的是電壓信號 ,則不需要設置電阻 R1 ;如果是手動調節, 可通過外接一個調節電位器來改變 AD654 的輸入電壓 , 實現速度調節。
2 .3 可編程邏輯器件的應用
蠕動泵控制電路中使用的是一臺額定電壓為
24V 、額定電流為 4A 的三相反應式步進電機 。這種步進電機的工作方式有三種 ,即單三拍、雙三拍和六拍。步進電機在六拍工作方式時, 具有較好的平滑性 ,能產生較大的旋轉力矩 ,比其他兩種工作方式有更好的高頻性能
[ 3] 。因此控制電路中步進電機采用六拍工作方式。
步進電機工作方式通過可編程邏輯器件實現,如圖 2 所示。電路中的 U2 是一種低價格的通用可編程邏輯器件(GAL),作為步進電機脈沖分配器 ,實現對步進電機的控制, 并且把 AD654 產生的脈沖輸出作為GAL 芯片的時鐘輸入 ,從而實現無級調速。
在編制GAL 芯片的應用程序時 , 定義 3 腳為使能端,用來控制步進電機的啟停 ;定義 5 腳為方向控制端 ,用來控制步進電機正反向運行。因此我們的程序里有兩個控制子程序, 當 3 端為高電平輸入時,其中一個子程序啟動 , 輸出的脈沖信號使步進電機正轉 ,另一個程序啟動時步進電機反轉。由于 3 、5腳輸入端只需要普通的高低電位就能實現, 同時 AD654 亦能接收計算機通過數模轉換器發出的模擬信號 ,因此該控制電路很容易與計算機控制系統連接 ,實現智能化控制。
如果要實現手動控制, 可外加兩個控制開關 ,實現啟停和方向控制。
16 分析儀器 2002 年第4 期
3 功率放大電路
GAL 產生的脈沖驅動信號經光耦隔離后 , 必須進行功率放大, 才能驅動步進電機。由于恒頻脈寬調制功率放大電路不但有較好的高頻特性, 而且可有效地減少步進電機的噪聲, 降低功耗, 因此, 在基于步進電機的蠕動泵控制電路中采用了恒頻脈寬調制功放電路,如圖 3 所示。
圖 3 功率放大電路
需要說明的是 , 利用圖 3 中的電位器 W2 可在一定范圍內調節步進電機的驅動力矩, 以適應蠕動泵泵管數量的不同和所需壓力的不同。
4 結束語
應用集成電路 AD654 與可編程邏輯器件設計的蠕動泵步進電機控制電路 ,具有電路結構簡單、成本低廉、調試方便的特點,不僅能實現蠕動泵的平穩運行 ,而且能進行無級調速。由于具有良好的智能化接口, 為提高流動注射分析系統的測量精度和流動注射分析過程的自動化程度創造了良好條件。
