基于单片机的电液比例控制系统设计

摘要：随着微电子技术、智能技术、传感与检测技术等的快速发展以及向工程机械领域的不断渗透，现代工程机械正处于机电液一体化的崭新的发展时代。其中，电液比例控制系统具有控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，其应用领域日益拓宽。本文采用C8051F040微控制器为核心设计与开发的电压比例控制器，相对于传统的单片机所构成的电液比例控制系统，具有更高的稳定性、可靠性和实时响应能力。因此，其更能适应我国工程机械领域的应用环境。本文首先阐述了电液比例控制系统的发展历史，特点，以及分类情况。其次，介绍了整个控制系统的功能，并详细介绍了以C8051F040微控制器为核心的系统的硬件结构。接着，详细阐述了控制器与电液比例阀的接口电路，即由电机驱动芯片LMD18200构成的驱动电路的原理与设计。最后，本文讨论了整个系统软件部分的设计情况。

关键词：电液比例控制，C8051F,LMD18200,PID

Based on SCM electrohydraulic proportional control system design

Student:Liu Xin

Tutor:Cai Peizhong

(Oriental Science & Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Abstract:With the rapid development of micro-electronics, intellectual technology, sensing and detection technology and the continuous penetration of them into the field of engineering mechanisms, modern engineering mechanism is in a new age of the integration of mechanism, electrics and hydraulic pressure. Electro-hydraulic proportional control system has a lot of advantages，such as the high control accuracy, the flexible installation and use, the strong resistance on contamination and so on ,so that the application of electro-hydraulic proportional control system has increasingly broadened. The Electro-Hydraulic proportional control system that based on C8051F040 controller in this paper has higher stability and dependability and real-time responsive capacity, compared to that based on traditional singlechips. Therefore, it can adapt to the application environment of the modern engineering mechanism better than other control systems in our country.Firstly, it is described the development history, basic

principle and the classification of the Electro-hydraulic proportional control system in this paper.Secondly, this paper introduces the function of the whole control system and the basic hardware structure which is based on the C8051F040 controller in detail.Then, this paper elaborates the principle and the design process of the driver of the electro-hydraulic proportional control system which is consisted of the motor-driven chip LMD18200.At the last of this paper, it discusses the design of the program of the whole electro-Hydraulic proportional control system.

Key Words:Electro-hydraulic proportional control, C8051F, LMD18200, PID

1 前言

1.1 课题背景及目的

现代微电子技术的发展，特别是计算机技术的普及和发展，为实现各类工艺过程的最佳控制提供了技术基础。因此，工程控制的应用已逐步从航天，航空和军事领域普及到民用工业部门。

工程机械是为国民经济建设和社会发展提供各类机械装备和生产制造技术以创造财富和提高社会文明水准的重要工程领域，是与人类社会活动关系十分密切，应用非常广泛的工程领域。改革开放20多年来，国民经济突飞猛进，国家基础建设蓬勃发展，带动着国内工程机械的需求，推动着工程机械的发展。近十年来随着技术的引进、消化、吸收，国内工程机械有了长足的进步，产品质量、可靠性、外观都有较大幅度的提高，但同国外工程机械比较来看，还存在较大差距。

虽然工程机械在我国起步较早，但由于众多方面的原因，国产水平一直止步不前。作为在工程机械领域中中广泛用到的电液比例阀及其控制器，我国大都采用的是进口设备，这就带来了工程机械成本高昂以及不太适用国内施工条件的技术问题。国内目前有部分院校已经开展了这方面的研究，例如浙江大学的流控所在流体控制方面的技术研究一直处于世界先进水平，吉林工业大学在实践方面也做出了一些成果，他们开发出了用于装载机的计算机电液比例控制模块。本课题中，如果我们能将嵌入式电液比例控制系统成功地运用到工程机械这一领域，不但是一项技术创新，而且可以在使用国产的各种比例阀和传感器的基础上，提高控制系统的可靠性与灵敏快速性。这样就可以减少工程设备的硬件投资与设备的管理维护费用，使其成本比同类国际产品低，可靠性比国内同类产品高，更适合我国工程机械领域的现状，从而为工程机械的机电液一体化开辟了广阔前景[1]。

1.2 国内外电液控制研究状况

对于电液比例控制技术，国内不仅已开展相关的研究而且已经达到广泛的实际应用，但目前国内的制造和技术水平还落后于国际水平。我国的电液控制技术起步较晚，始于上世纪六十年代，到七十年代中期才开始发展。国内自主开发的计算机电液比例控制与监控系统由于技术不成熟，在工程机械上的开发应用才刚刚起步。在相关技术方面，厂家要么采用的是机械、液压控制，要么全套引自国外厂家的产品，整体的技术水平以及创新能力还不是很强。总的来看，我国电液