专利名称：数字式比例放大器的制作方法
技术领域：
本发明属于液压控制技术领域，具体涉及一种用来驱动各种电液比例阀的数 字控制式功率放大器。
背景技术：
电液比例阀在工业控制方面应用广泛，为驱动电液比例阀，需将弱电电流或 电压控制信号按一定比例放大，这一功能通常由比例放大器来完成。目前，现有 的比例放大器都采用模拟电路组成，来完成如阔芯零点调整、斜坡时间调整、增 益调整以及颤振频率调整等功能。而模拟器件存在固有的温度漂移特性，当环境 温度变化时，难以保证电液比例阀的控制精度和可靠性。此外，模拟式比例放大 器一旦制成后，功能便被限定，要改变功能必须更换电路，控制功能单一，模拟 电路的抗干扰能力也较差、信号处理复杂，与其他器件的通讯也不方便。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种数字式比例放大器， 以达到提高控制精度、增强抗干扰能力、功能修改便捷、便于信号处理和通讯、 工作可靠的目的。
为此，本发明采用以下技术方案数字式比例放大器，其特征在于它包括微 处理器、与微处理器相连的外围电路和给微处理器和外围电路供电的电源模块， 所述的微处理器至少包括存储器、A/D转换单元和PWM输出控制单元，所述的 外围电路具有电压输入端、电流输入端、PWM信号输出端和PWM输出电路， PWM信号输出端和PWM输出控制单元通过PWM输出电路相连，电压输入端 和电流输入端与A/D转换单元相连。弱电电流或电压控制信号从电压输入端和 电流输入端接入，经A/D转换单元转换成数字信号，微处理器对这些数字信号 按照需要进行阀芯零点调整、斜坡时间调整、增益调整以及颤振频率调整等处理， 通过PWM调制后输出经比例放大的电流或电压信号，来驱动电液比例阀。本发 明的信号处理和放大都采用数字电路完成，与现有技术相比，不会因环境温度变 化而影响控制特性，保证了电液比例阀的控制精度和可靠性。本方案的一些处理 功能可通过修改存储于存储器内的程序来进行改变和拓展，灵活性很强，数字电 路的信号处理方便、抗干扰能力强，且易于与其它器件进行通讯，便于远程控制。
4作为对上述技术方案的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施所述 的电压输入端依次通过一 U/U (电压/电压)转换电路和一模拟多路开关电路与 A/D转换单元相连，电流输入端则依次通过一 I/U (电流/电压)转换电路和上述 的模拟多路开关电路与A/D转换单元相连。U/U和I/U转换电路与外部指令设备 相连，把各种不同范围的外部电压和电流信号转换成模拟多路开关电路接受的电 压信号。模拟多路开关电路把通过U/U和I/U转换电路转换后的电压信号的某一 路有选择地输入给A/D转换单元。
所述的微处理器还包括数字输入输出单元，该输入输出单元通过一键盘输入 电路连接有键盘，输入输出单元还连接有显示电路。键盘用以输入相关指令和相 关功能参数，更好地符合使用要求。显示电路可以与发光二极管、数码管、显示 屏等相连，以显示阀和放大器参数调节过程中的参数。
所述的微处理器还包括逻辑控制单元，该逻辑控制单元连接有两个电平转换 电路，其中一电平转换电路设有斜坡切除信号输入端口，另一电平转换电路设有 放大器工作状态判断输出口。斜坡切除信号输入端口用以接受斜坡切除信号，并 通过电平转换电路把外部斜坡切断信号转换成微处理器接受范围内的数字信号， 经逻辑控制单元处理后控制对斜坡时间的处理。另一电平转换电路则把放大器工 作正常与否的信号转换成一定电平的数字信号后从放大器工作状态判断输出口 输出，用以监视放大器的工作。
所述的微处理器还包括接口控制单元，该接口控制单元连接有CAN总线驱 动电路和RS232接口电路，CAN总线驱动电路设有CAN总线连接口， RS232 接口电路则设有RS232接口 。 CAN总线连接口和RS232接口分别用于连接具有 同类接口的设备，便于进行远程通讯，从而实现阀的远程调节和控制。
所述的存储器包括RAM和Flash存储器，控制程序存储于Flash存储器中， 用以控制控制器工作。
所述的电源模块中设有电压输出电路，把电源模块输出电压转换成各种档次 的参考电压进行输出，以留作测试或者作为其他元器件(如电子手柄)的电源。
所述数字式比例放大器板卡式结构，板卡具有前面板，前面板上设有发光二 极管、数码管、键盘接口以及RS232标准接口，板卡的尾部设有32针D型连接 器。发光二极管、数码管与显示电路相连，键盘接口用以连接键盘，其他接口如CAN总线连接口、斜坡切除信号输入端口、放大器工作状态判断输出口以及 PWM信号输出端、电流电压输入端等都设于32针D型连接器上。板卡接口不 占空间，安装方便。
所述的微处理器为基于ARM (Advanced RISC Machines,进阶精简指令集 机器)架构的32位嵌入式微处理器，处理能力强，应用广泛。
有益效果本发明通过采用嵌入式数字技术，通过比例闭环控制技术，有效 提高了控制精度和可靠性，信号处理方便，抗干扰能力强，且能进行通讯，便于 远程调节与控制；采用数字软件算法代替模拟硬件电路，控制功能丰富，只需具 体软件程序的再编写，而无需对硬件进行任何改动即可应用于其他类型的电液比
例阀；采用了键盘、发光二极管和数码管，实现阀参数调整过程中的可显示以及 故障自诊断和报警，用户界面友好；数字技术还便于采用密码保护技术，用户参 数更安全，避免无意的或者未经授权的参数更改。
图1是本发明的电路原理框图。 图2是本发明的软件流程示意图。 图3是本发明的板卡结构框图(主视图)。 图4是图3的左视图。
具体实施方式
如图1所示的数字式比例放大器，以基于ARM架构的32位嵌入式微处理 器为核心，微处理器包括大容量的RAM和Flash存储器、接口控制单元、A/D 转换单元、数字输入输出单元、逻辑控制单元和PWM输出控制单元，电液比例 阀的具体应用程序存储于Flash中，其中包括电流闭环PID调节、阀芯零位调整、 斜坡时间调整、增益调整以及颤振信号频率调整等。外围电路主要包括U/U和 1/U转换电路、模拟多路开关电路、PWM输出电路、CAN总线驱动电路、RS232 接口电路、电平转换电路、键盘输入电路以及显示电路。
接口控制单元与外围的CAN总线驱动电路和RS232接口电路相连，实现与 其他具有相同总线接口的设备通讯以及阀调节参数的上位机设置。A/D转换单元 与外围的模拟多路开关电路相连，实现某一路模拟信号到数字信号的转换，模拟 多路开关电路连接有多路U/U或I/U转换电路。数字输入输出单元与外围的键盘输入电路以及显示电路相连，实现阀和放大器参数的调整与显示。PWM输出控 制单元与外围的PWM输出电路相连，实现PWM功率输出。逻辑控制单元与电 平转换电路相连，实现斜坡时间调整外部切断信号与放大器工作正常与否信号的 逻辑判断。电源模块与外部24VDC电源、微处理器和各种外围电路相连，把外 部24VDC电压转换成微处理器和外围电路需要的各种工作电压，且电源模块还 带有电压输出电路，把电源模块输出电压转换成各种档次的参考电压进行输出， 以留作测试或者作为其他元器件(如电子手柄)的电源。
显示电路可连接发光二极管和数码管组合显示的虚拟仪表，提供给用户强大 的人机交互能力，参数调节可实时显示，支持故障自诊断和报警功能，用户参数 和指令可通过上位机远程设定和发出；控制程序中可采用密码保护技术，未授权 用户只能对参数和指令进行浏览，只有授权用户才能进行各种参数的修改。
本发明的软件流程图如图2所示，系统上电后，软件首先对32位ARM微 处理器进行硬件初始化，之后进入相应通道采样子程序，包括指令采样和反馈电 流采样；模拟量转换成数字量后，进行各种参数调整子程序，包括零点补偿、遮 盖补偿、斜坡时间调整、颤振频率调整和增益调整等；信号经过各种调整后进入 PWM输出子程序，主要完成信号经过以上各种调整后的PID闭环调节以及PWM 输出；然后进入按键、显示子程序，主要根据按键输入完成调整参数的修改以及 显示，最后进入总线驱动子程序，完成参数的远程调整与指令输入。
本发明的外形结构如图3、图4所示，呈板卡结构，按键5、发光二极管3、 数码管4和RS232标准接口 6安装在前面板1上，D型连接器2安装在板卡8 的尾部，可以很方便地与其他设备相连。
权利要求
1、数字式比例放大器，其特征在于它包括微处理器、与微处理器相连的外围电路和给微处理器和外围电路供电的电源模块，所述的微处理器至少包括存储器、A/D转换单元和PWM输出控制单元，所述的外围电路具有电压输入端、电流输入端、PWM信号输出端和PWM输出电路，PWM信号输出端和PWM输出控制单元通过PWM输出电路相连，电压输入端和电流输入端与A/D转换单元相连。
2、 根据权利要求1所述的数字式比例放大器，其特征在于所述的电压输 入端依次通过一 U/U转换电路和一模拟多路开关电路与A/D转换单元相连，电 流输入端则依次通过一I/U转换电路和上述的模拟多路开关电路与A/D转换单元 相连。
3、 根据权利要求1所述的数字式比例放大器，其特征在于所述的微处理 器还包括数字输入输出单元，该输入输出单元通过一键盘输入电路连接有键盘， 输入输出单元还连接有显示电路。
4、 根据权利要求1所述的数字式比例放大器，其特征在于所述的微处理 器还包括逻辑控制单元，该逻辑控制单元连接有两个电平转换电路，其中一电平 转换电路设有斜坡切除信号输入端口，另一电平转换电路设有放大器工作状态判 断输出口。
5、 根据权利要求1至4任一项所述的数字式比例放大器，其特征在于所 述的微处理器还包括接口控制单元，该接口控制单元连接有CAN总线驱动电路 和RS232接口电路，CAN总线驱动电路设有CAN总线连接口 ， RS232接口电 路则设有RS232接口。
6、 根据权利要求5任一项所述的数字式比例放大器，其特征在于所述的 存储器包括RAM和Flash存储器。
7、 根据权利要求6任一项所述的数字式比例放大器，其特征在于所述的 电源模块中设有电压输出电路。
8、 根据权利要求7所述的数字式比例放大器，其特征在于所述数字式比 例放大器板卡式结构，板卡具有前面板，前面板上设有发光二极管、数码管、键 盘接口以及RS232标准接口，板卡的尾部设有32针D型连接器。
9、 根据权利要求1所述的数字式比例放大器，其特征在于所述的微处理器为基于ARM架构的32位嵌入式微处理器。
全文摘要
数字式比例放大器，属于液压控制技术领域。现有技术存在控制精度和可靠性低、功能修改不便等缺陷，本发明包括微处理器、与微处理器相连的外围电路和给微处理器和外围电路供电的电源模块，所述的微处理器至少包括存储器、A/D转换单元和PWM输出控制单元，所述的外围电路具有电压输入端、电流输入端、PWM信号输出端和PWM输出电路，PWM信号输出端和PWM输出控制单元通过PWM输出电路相连，电压输入端和电流输入端与A/D转换单元相连。有效提高了控制精度和可靠性，信号处理方便，抗干扰能力强，且能进行通讯，便于远程调节与控制，只需具体软件程序的再编写，而无需对硬件进行任何改动即可应用于其他类型的电液比例阀。
文档编号H03F3/20GK101645692SQ20081006341
公开日2010年2月10日 申请日期2008年8月7日 优先权日2008年8月7日
发明者帆 杨 申请人:帆 杨