基于SB0800的数字式比例阀控制器设计

Techniques of Automation &Applications基于SB0800的数字式比例阀控制器设计*张蕾,刘海龙（湖南铁道职业技术学院，湖南株洲412001）摘要:本文介绍了一种基于集成芯片SB0800的比例阀恒流驱动设计方案，并对其硬件与软件进行设计，该方案采用数字化设计，对整个系统采用闭环控制，并运用高PWM 驱动比例电磁铁。

整个系统具有结构简单，性能稳定，调试方便等优点。

关键词:比例阀；SB0800；恒流驱动中图分类号：TP273文献标志码:A文章编号:1003-7241(2019)08-0152-04Design of Digital Proportional Valve Controller Based on SB0800ZHANG Lei,LIU Hai -long(Hunan Railway Professional Technology College,Zhuzhou 412001China )Abstract:This paper introduces a design scheme of proportional valve constant current drive based on integrated chip SB0800,anddesigns its hardware and software.The scheme adopts digital design,adopts closed -loop control of the whole system and uses high PWM driving proportional electromagnet.The whole system has the advantages of simple structure,stable per-formance,convenient debugging and so on.Key words:proportional valve;SB0800;constant current drive*基金项目：湖南铁道职业技术学院校级课题（编号K201722）收稿日期:2018-02-051引言传统的比例阀驱动电路普遍由三极管或功率MOS-FET 管等分立元件构成，采用PWM 控制方式，并需要自行设计故障诊断电路，可靠性差，温升高，成本高，调试不方便[1]，所以驱动效果不是很理想，不易满足当前液压控制系统在线调试、网络诊断和分布式控制的要求。

基于此，本文采用基于SPI 通信的阀集成驱动芯片MC34SB0800设计了一种比例阀控制器，实现电液比例阀的数字化驱动，经验证驱动效果良好[2-3]。

2电液比例控制原理与要求液压控制系统中两个最重要的被控参数是压力与流量，而控制上述两个参数的最基本手段是对流阻进行控制。

目前生产上实用的可控流阻结构形式主要是机—液控制式的间隙型流阻。

它利用控制固体部件的运动或变形来实现对流阻的控制，而这种运动或变形大多采用电磁式设计，利用电磁力与弹簧力相互平衡原理来改变可控流阻的液阻。

完成这一功能的电磁铁亦称作比例电磁铁。

由于它结构尺寸一般比较大，所以运动惯性和磁滞也大，存在粘滞摩擦等影响比例阀性能响应的因素。

为了减小磁滞和摩擦力对比例阀性能的响应，通常需要在控制信号中叠加颤振信号，比如正弦波或三角波，其频率一般为100Hz～200Hz，振幅约为额定控制信号的10%～20%[4]。

3控制器总体设计控制器工作在液压控制系统中作为一个子节点进行设计，其与主系统其它节点通信采用CAN 总线模式。

采用Atmel 公司的AT90CAN128单片机作为主控制芯片，并采用新型的高度模拟集成化的阀驱动芯片SB0800来实现比例电磁铁的驱动控制，单片机与SB0800之间通过SPI 接口进行通信。

该控制器具有4个经过调节的低边驱动器，电流高达2.25A；具有4个PWM 低边驱动器，高达5kHz，可承受高152Techniques of Automation &Applications达5A 的最大电流；具有负载开路检测、过流关断保护、过热保护、Vds 状态实时监控、电流调节错误提示等功能。

可以驱动电液比例阀、开关型电磁阀以及继电器等感性负载。

图1控制器总体框图3.1比例阀驱动芯片SB0800MC34SB0800(文中简称SB0800)是飞思卡尔的一种集成的阀门控制器，具有很好的抗干扰能力，八通道低边驱动。

工作于从机模式，芯片内部由各种集成的模块组成，其中包括：SPI 通信模块、可以直接在片上执行控制和诊断功能；监控模块，支持广泛安全监控的嵌入式监测，提供自恢复功能；数据寄存器组模块，可以接收主机传送过来的控制参数；恒流和PWM 模块，可产生不同频率的PWM 占空比信号；PI 调节模块，可通过主机设定KP 和KI 参数，对系统做PI 调节。

由于芯片内部集成了上述的模块，所以整个电路具有数字化的特点，与以往的模拟信号控制的电路大不相同。

SB0800电流调节驱动器内部原理如下图2所示。

如图2所示，集成芯片SB0800内部为闭环控制[5]系统。

其前向通路为：通过SPI 通信接口收到目标电流参数，包括电流大小与频率；然后电流调节模块对目标电流值进行PI 调节；最后这些参数控制PWM 模块经SB0800的LSDx 输出一定占空比的PWM 恒定值电流。

反馈通路为：输出电流在低边驱动器F1打开期间，其一小部分电流被电流镜像电路（F4和F5）转移为内部检测电阻R 的对地电压降，这是与输出电流成比例关系的，然后通过内部信号调理电路和ADC 采样完成负反馈。

3.2SB0800驱动电路设计控制器SB0800驱动电路如图3所示。

如图3所示，主控制芯片采用Atmel 公司的AT90CAN128单片机，本控制器作为一个CAN 节点，其与上位主系统通信采用CAN 总线通信，单片机与SB0800之间通过SPI 接口通信，将上位机系统发送的CAN 数据通过单片机的SPI 通信传给SB0800内部寄存器来控制比例电磁阀的工作状态。

由于采用的是新型高度集成化的阀专用驱动芯片，芯片本身具有高边电源接地保护，即SB0800实时监测高边NMOS 的Vds 电压，一旦发生电源短路及过流故障，立即关闭NMOS 管及低边驱动器。

3.3系统软件实现软件是基于AT90CAN128硬件平台，在AVR 嵌入式开发环境中开发完成的。

SB0800的低边驱动器通道电流子函数如下所示：void LSD1_on(void){TxAddr10.field.MSG_ID_10=10;//LSD1的mes-sage 10.TxAddr10.field.LSD1=455;//1A 目标电流值=>(1023*目标电流值(mA))/2250OCTAL_InsertParity(&(TxAddr10.Raw_u16));图2SB0800内部原理简图153Techniques of Automation &Applications//message 10奇偶校验data1_SPI=(TxAddr10.Raw_u16>>8);//SPI 高8位数据data2_SPI=(TxAddr10.Raw_u16);//SPI 低8位数据OCTAL_CSB=0;//片选信号=0SPI1_return=OUT_SPI(data1_SPI);//发送高8位写命令、接收高8位读的信息值SPI2_return=OUT_SPI(data2_SPI);//发送低8位写命令、接收低8位读的信息值OCTAL_CSB=1;//片选信号=1OCTAL_CSB=0;//片选信号=0SPI1_return=OUT_SPI(data1_SPI);//发送高8位写命令、接收高8位读的信息值SPI2_return=OUT_SPI(data2_SPI);//发送低8位写命令、接收低8位读的信息值OCTAL_CSB=1;//片选信号=1}4验证调试在液压控制系统中测试该控制器实际驱动效果。

图4是在某液压控制系统中对某型液压比例阀进行控制试验。

输出给定驱动电流与液压压力关系曲线如图4所示。

由图4可以知道，该比例阀驱动电流在50mA～650mA 范围内与压力曲线线性度良好，且阀驱动控制存在磁滞，但通过软件优化控制后可以实现精确的电流与流量调节。

满足大部分液压控制系统要求。

5结束语图3SB0800驱动电路设计图4某液压阀驱动电流与压力曲线154Techniques of Automation &Applications该控制器能实现比例电磁阀和开关电磁阀的驱动控制和故障保护，试验验证效果良好，该驱动电路具有结构简单、可靠性高、驱动能力强、发热量小的优点，特别适合电磁阀数量多且需故障保护的场合，具有一定的实际工程应用价值。

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析系统的关键帧提取精确度与召回率明显由于传统运动视频分析方式。

5结束语总而言之，为了有效保障体育训练指导的科学性与完善性，必须采取措施提高指导工作效率与质量，据此，设计并开发新型体育训练中运动视频分析系统势在必行。

通过进行系统总体设计，在此基础上进行系统的细节部分设计，最终进行性能测试，实践结果证明，此系统的可靠性与稳定性良好，其不仅能够对体育训练的全过程中进行准确全面描述，还提高视频关键帧提取的准确性与全面性，且召回率非常高，将其应用到运动训练指导工作中去，实用性与应用价值十分突出。

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