一种电磁阀驱动装置的制作方法

本实用新型属于电磁阀驱动领域，具体是指一种电磁阀驱动装置。

背景技术：

阳极炭块生产焙烧过程中需要对燃气的供给进行精准的控制，在供气的过程中需要根据实际的生产情况与需求实时完成对供气的调整，而在目前的工业生产过程控制系统中，该调整的过程一般是通过电磁阀来完成。而如今的生产设备中，一般又通过继电器来对终端控制设备的电磁阀进行驱动与控制，而继电器一般都由控制系统根据生产过程参数来进行控制，进而达到控制电磁阀通断的效果。

而该控制方式的主要特点则是，电磁阀需要始终在全功率状态下进行工作，进而大大提高了产品的能耗，导致设备的发热量增大，进而大大提高了设备的故障率，需要频繁的对设备进行维护与修理，极大的提高了产品的使用成本。另外，继电器的响应时间较慢，对设备的正常生产过程有一定影响；继电器的触点在闭合或断开时会产生电弧，进而对数字信号系统造成电磁干扰，影响数字信号系统的正常使用；同时，整个设备中缺乏过载、短路保护，也没有故障指示结构，不利于对设备的使用进行保护，也难以在设备发生故障时及时对其进行维修。

综上所述，对终端控制设备电磁阀的驱动方式和装置研发，克服由于电磁阀始终处于全功率状态下工作的能耗高，发热量大，进而带来的故障率升高的问题，是非常必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述问题，提供一种电磁阀驱动装置，能够有效的降低产品的能耗与发热量，进而提高了产品的使用寿命，降低了产品的故障率，进一步降低了产品的维护频率，从而降低了企业生产资金的消耗。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种电磁阀驱动装置，包括能够接受参数信号的控制系统，对控制系统进行供电的电源系统，与控制系统相连接的逻辑电路，与逻辑电路相连接的驱动电路，与驱动电路相连接的用于控制电磁阀的功率输出控制电路，与功率输出控制电路相连接的过载保护采样电路，以及与过载保护采样电路相连接的信号整形电路。

进一步的，所述控制系统用于接受参数信号的端口上还设置有一号光电耦合隔离，在控制系统与逻辑电路之间还设置有二号光电耦合隔离，在信号整形电路与控制系统之间还设置有三号光电耦合隔离，在控制系统上还连接有故障指示灯。

再进一步的，所述信号整形电路还与逻辑电路相连接。

作为优选，所述控制系统由单片机芯片U1，一端接地、另一端与单片机芯片U1的Vcc管脚相连接的电容C1，与电容C1并联设置的电容C2，一端接地、另一端与单片机芯片U1的P3.4/RST管脚相连接的电阻R1，以及一端接+5V电源、另一端与单片机芯片U1的P3.4/RST管脚相连接的电容C3组成；其中，单片机芯片U1的Vcc管脚接+5V电源，单片机芯片U1的GND管脚接地，单片机芯片U1的P3.5/INT3管脚与一号光电耦合隔离相连接，单片机芯片U1的INT1/P3.3管脚与故障指示灯相连接；

一号光电耦合隔离由光耦U2，N极接地、P极与光耦U2的2管脚相连接的发光二极管D1，一端以光耦U2的4管脚相连接、另一端接+5V电源的电阻R3，以及一端与光耦U2的4管脚相连接、另一端与单片机芯片U1的P3.5/INT3管脚相连接的电阻R2组成；其中，光耦U2的3管脚接地，光耦U2的1管脚作为整个装置的信号输入端用于接收参数信号；

故障指示灯由发光二极管D2，一端接+5V电源、另一端与发光二极管D2的P极相连接的电阻R4组成；其中，发光二极管D2的N极与单片机芯片U1的INT1/P3.3管脚相连接。

作为优选，所述逻辑电路由与非门芯片U3，D触发器U4，光耦U5，一端与与非门芯片U3的B管脚相连接、另一端与D触发器U4的Q管脚相连接的电阻R9，一端接地、另一端与与非门芯片U3的VCC管脚相连接的电容C4，一端接地、另一端与D触发器U4的VCC管脚相连接的电容C5，一端与D触发器U4的Q＇管脚相连接、另一端与三号光电耦合隔离相连接的电阻R10，一端接+5V电源、另一端与D触发器U4的PRE管脚相连接的电阻R13，一端与D触发器U4的PRE管脚相连接、另一端与光耦U5的4管脚相连接的电阻R14，一端与光耦U5的1管脚相连接、另一端与光耦U5的2管脚相连接的电阻R15，一端与光耦U5的2管脚相连接、另一端与单片机芯片U1的INT4/P3.0管脚相连接的电阻R16，一端接+5V电源、另一端与D触发器U4的CLR管脚相连接的电阻R17，一端与D触发器U4的CLK管脚相连接的电阻R18，以及一端接地、另一地与D触发器U4的D管脚相连接的电阻R19组成；其中，与非门芯片U3的A管脚与二号光电耦合隔离相连接，与非门芯片U3的VCC管脚接+5V电源，与非门芯片U3的GND管脚接地，D触发器U4的VCC管脚接+5V电源，D触发器U4的GND管脚接地，光耦U5的3管脚接地，光耦U5的1管脚接+5V电源；

二号光电耦合隔离由光耦U2，一端与光耦U2的3管脚相连接、另一端接地的电阻R7，一端与光耦U2的3管脚相连接、另一端与与非门芯片U3的A管脚相连接的电阻R8，串接在光耦U2的1管脚和2管脚之间的电阻R6，以及一端与光耦U2的2管脚相连接、另一端与单片机芯片U1的INT0/P3.3管脚相连接的电路R5组成；其中，光耦U2的4管脚接+5V电路，光耦U2的1管脚接+5V电源；

三号光电耦合隔离由光耦U6，一端接+5V电源、另一端与光耦U6的4管脚相连接的电阻R11、以及一端与光耦U6的4管脚相连接、另一端与单片机芯片U1的P3.1管脚相连接的电阻R12组成；其中，光耦U6的2管脚接地，光耦U6的3管脚接地，光耦U6的1管脚与电阻R10相连接。

作为优选，所述驱动电路由三极管Q1，串接在三极管Q1的基极与发射极之间的电阻R21，一端与三极管Q1的基极相连接、另一端与与非门芯片U3的Y管脚相连接的电阻R20，以及一端接地、另一端与三极管Q1的集电极相连接的电阻R22组成；其中，三极管Q1的发射极接+8V电源。

作为优选，所述功率输出控制电路由端子U7，MOS管Q2，N极与端子U7的9管脚相连接、P极与端子U7的6管脚相连接的TVS管D7，与TVS管D7并联设置的电容C6，N极与端子U7的9管脚相连接、P极经保险丝F1后与端子U7的7管脚相连接的二极管D3，N极与二极管D3的P极相连接、P极与TVS管D7的P极相连接的二极管D6，N极与二极管D3的N极相连接、P极与端子U7的端子U7的8管脚相连接的二极管D4，N极与二极管D4的P极相连接、P极与二极管D6的P极相连接的二极管D5，以及一端与MOS管Q2的栅极相连接、另一端与三极管Q1的集电极相连接的电阻R23组成；其中，MOS管Q2的漏极与端子U7的10管脚相连接，端子U7的1管脚与光耦U2的1管脚相连接。

作为优选，所述过载保护采样电路由P极接地、N极与MOS管Q2的源极相连接的TVS管D8，以及与TVS管D8并联设置的大功率采样电阻R24组成。

作为优选，所述信号整形电路由三极管Q3，三极管Q4，一端与三极管Q4的基极相连接、另一端与TVS管D8的N极相连接的电阻R25，一端与三极管Q3的发射极相连接、另一端与三极管Q4的集电极相连接的电阻R26，一端与三极管Q3的基极相连接、另一端与三极管Q4的集电极相连接的电阻R27，以及一端与三极管Q3的集电极相连接、另一端经电阻R29后与三极管Q4的发射极相连接的电阻R28组成；其中，三极管Q3的发射极接+5V电源，电阻R28和电阻R29的连接点接地，三极管Q3的集电极经电阻R18后与D触发器U4的CLK管脚相连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型设置有一号光电耦合隔离、二号光电耦合隔离以及三号光电耦合隔离，其主要作用是保护控制系统，避免电流信号直接冲击控制系统，同时还能很好的避免各个电路之间相互干扰，进而更好的保护了单片机芯片的运行稳定性与运行安全性。

(2)本实用新型设置有故障指示灯，可以在发生故障时及时的对故障进行指示，以使得相关人员能够及时的对产品进行维修，极大的提高了生产的安全性以及设备的使用效果。

(3)本实用新型性的价比高，针对性强，制造成本和维护成本都很低，易于批量生产，而且性能稳定，拥有很高的实用价值和推广价值，适于在市场上大范围的推广应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型的控制系统的电路结构图。

图3为本实用新型的逻辑电路的电路结构图。

图4为本实用新型的驱动电路的电路结构图。

图5为本实用新型的功率输出控制电路的电路结构图。

图6为本实用新型的过载保护采样电路的电路结构图。

图7为本实用新型的信号整形电路的电路结构图。

图8为本实用新型的PWM驱动控制信号图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种电磁阀驱动装置，包括控制系统、电源系统、逻辑电路、驱动电路、功率输出控制电路、过载保护采样电路以及信号整形电路。

其中控制系统能够接受参数信号，逻辑电路与控制系统相连接，驱动电路与逻辑电路相连接，功率输出控制电路与驱动电路相连接且用于控制电磁阀，过载保护采样电路与功率输出控制电路相连接，信号整形电路与过载保护采样电路相连接，电源系统对整个装置中的各个电路进行全面供电，其供电的电压为DC+5V或DC+8V或AC220V。

电源系统将220V的交流电转化为+5V或+8V的直流电的具体电路为本领域的常规技术手段，本领域的技术人员可以毫无疑义的选用现有的电路达到该目的，在此便不进行赘述。

所述控制系统用于接受参数信号的端口上还设置有一号光电耦合隔离，在控制系统与逻辑电路之间还设置有二号光电耦合隔离，在信号整形电路与控制系统之间还设置有三号光电耦合隔离，在控制系统上还连接有故障指示灯。

一号光电耦合隔离、二号光电耦合隔离以及三号光电耦合隔离的主要作用是保护控制系统，避免电流信号直接冲击控制系统，进而更好的保护了单片机芯片的运行稳定性与运行安全性。

设置故障指示灯可以在发生故障时及时的对故障进行指示，以使得相关人员能够及时的对产品进行维修，极大的提高了生产的安全性以及设备的使用效果。

所述信号整形电路还与逻辑电路相连接。

如图2所示，所述控制系统由单片机芯片U1，电阻R1，电容C1，电容C2以及电容C3组成。

连接时，电容C1的一端接地、另一端与单片机芯片U1的Vcc管脚相连接，电容C2与电容C1并联设置，电阻R1的一端接地、另一端与单片机芯片U1的P3.4/RST管脚相连接，电容C3的一端接+5V电源、另一端与单片机芯片U1的P3.4/RST管脚相连接。

其中，单片机芯片U1的Vcc管脚接+5V电源，单片机芯片U1的GND管脚接地，单片机芯片U1的P3.5/INT3管脚与一号光电耦合隔离相连接，单片机芯片U1的INT1/P3.3管脚与故障指示灯相连接；

一号光电耦合隔离由光耦U2，电阻R2，电阻R3，以及发光二极管D1组成。

连接时，发光二极管D1的N极接地、P极与光耦U2的2管脚相连接，电阻R3的一端以光耦U2的4管脚相连接、另一端接+5V电源，电阻R2的一端与光耦U2的4管脚相连接、另一端与单片机芯片U1的P3.5/INT3管脚相连接。

其中，光耦U2的3管脚接地，光耦U2的1管脚作为整个装置的信号输入端用于接收参数信号；在光耦U2的1管脚上还可以连接一个限流电阻以更好的保护光耦U2，且光耦U2的3管脚与发光二极管D1的N极所接地不同。

故障指示灯由发光二极管D2，以及电阻R4组成。

连接时，电阻R4的一端接+5V电源、另一端与发光二极管D2的P极相连接；发光二极管D2的N极与单片机芯片U1的INT1/P3.3管脚相连接。

单片机芯片U1上电复位后初始化INT1/P3.3管脚控制故障指示灯常灭；初始化INT0/P3.2管脚为高电平断开二号光电耦合隔离U2对电磁阀的驱动信号；同时，控制INT4/P3.0管脚输出600ms的低电平后变成高电平，进而通过光耦U5复位D触发器U4。一号光电耦合隔离接收到系统参数信号，会使P3.5/INT3管脚由高电平变为低电平，同时作为输入指示灯的发光二极管D1常亮进行信号输入指示；单片机芯片U1接收到P3.5/INT3管脚的引脚中断后，如果INT0/P3.2引脚为高电平，则控制INT0/P3.2管脚输出驱动电磁阀信号；同时控制INT1/P3.3管脚输出低电平，从而控制故障指示灯常亮进行电磁阀工作输出指示。在单片机芯片U1工作后，如果发生了过载、短路，则光耦U6会使P3.1引脚由高电平变为低电平；单片机U1接收到P3.1管脚的引脚中断后，控制P3.2/INT0管脚变为高电平，断开对电磁阀的驱动信号；同时控制INT1/P3.3管脚输出1HZ的高低电平，进而使故障指示灯发生闪烁的故障指示。

输出的驱动电磁阀信号先是全功率使电磁阀吸合，随后输出PWM使电磁阀保持工作状态。

参数信号进入该控制系统中，该控制系统则会对进入的参数信号进行比较与分析，从而产生一个相应的PWM驱动控制的生产控制信号。

如图3所示，所述逻辑电路由与非门芯片U3，D触发器U4，光耦U5，电容C4，电容C5，电阻R9，电阻R10，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19组成。

连接时，电阻R9的一端与与非门芯片U3的B管脚相连接、另一端与D触发器U4的Q管脚相连接，电容C4的一端接地、另一端与与非门芯片U3的VCC管脚相连接，电容C5的一端接地、另一端与D触发器U4的VCC管脚相连接，电阻R10的一端与D触发器U4的Q＇管脚相连接、另一端与三号光电耦合隔离相连接，电阻R13的一端接+5V电源、另一端与D触发器U4的PRE管脚相连接，电阻R14的一端与D触发器U4的PRE管脚相连接、另一端与光耦U5的4管脚相连接，电阻R15的一端与光耦U5的1管脚相连接、另一端与光耦U5的2管脚相连接，电阻R16的一端与光耦U5的2管脚相连接、另一端与单片机芯片U1的INT4/P3.0管脚相连接，电阻R17的一端接+5V电源、另一端与D触发器U4的CLR管脚相连接，电阻R18的一端与D触发器U4的CLK管脚相连接，电阻R19的一端接地、另一地与D触发器U4的D管脚相连接。

其中，与非门芯片U3的A管脚与二号光电耦合隔离相连接，与非门芯片U3的VCC管脚接+5V电源，与非门芯片U3的GND管脚接地，D触发器U4的VCC管脚接+5V电源，D触发器U4的GND管脚接地，光耦U5的3管脚接地，光耦U5的1管脚接+5V电源；

二号光电耦合隔离由光耦U2，电阻R5，电阻R6，电阻R7，以及电阻R8组成。

连接时，电阻R7的一端与光耦U2的3管脚相连接、另一端接地，电阻R8的一端与光耦U2的3管脚相连接、另一端与与非门芯片U3的A管脚相连接，电阻R6串接在光耦U2的1管脚和2管脚之间，电路R5的一端与光耦U2的2管脚相连接、另一端与单片机芯片U1的INT0/P3.3管脚相连接；

其中，光耦U2的4管脚接+5V电路，光耦U2的1管脚接+5V电源；

三号光电耦合隔离由光耦U6，电阻R11，电阻R12组成。光耦U6的2管脚和3管脚所接地不同。

连接时，电阻R11的一端接+5V电源、另一端与光耦U6的4管脚相连接、电阻R12的一端与光耦U6的4管脚相连接、另一端与单片机芯片U1的P3.1管脚相连接；

其中，光耦U6的2管脚接地，光耦U6的3管脚接地，光耦U6的1管脚与电阻R10相连接。

光耦U5在控制系统上电复位时，控制D触发器U4的PRE管脚产生600ms的低电平，从而控制D触发器复位。D触发器复位后，Q＇管脚输出低电平，从而光耦U6通过电阻R12、R11给单片机芯片U1的P3.1管脚高电平；Q管脚输出高电平，通过电阻R9给与非门U3的B管脚高电平。单片机芯片U1INT0/P3.2管脚输出低电平，通过电阻R5、R6控制光耦U2通过电阻R7、R8输出高电平给与非门U3的A管脚。与非门U3的A管脚和B管脚同时为高电平时，Y管脚输出低电平，从而控制电磁阀开启。因为D触发器U4的D管脚通过电阻R19接地，当出现过载、短路故障时，D触发器U4的CLK管脚会接收一个低电平转成高电平的上升沿，从而控制Q管脚输出低电平，进而与非门U3的Y管脚输出高电平，断开电磁阀的开启，保护电路；Q＇管脚输出高电平，从而光耦U6通过电阻R12、R11给单片机U1P3.1管脚低电平，提示发生了故障指示。

如图4所示，所述驱动电路由三极管Q1，电阻R20，电阻R21，电阻R22组成。

连接时，电阻R21串接在三极管Q1的基极与发射极之间，电阻R20的一端与三极管Q1的基极相连接、另一端与与非门芯片U3的Y管脚相连接，电阻R22的一端接地、另一端与三极管Q1的集电极相连接；

其中，三极管Q1的发射极接+8V电源。

利用三极管Q1的开关特性，当与非门U3的Y管脚输出低电平时，通过电阻R20、R21的偏置导通三极管Q1，进而在三极管Q1的集电极端提供8V左右的MOS管开启电压。

如图5所示，所述功率输出控制电路由端子U7，MOS管Q2，二极管D3，二极管D4，二极管D5，二极管D6，TVS管D7，保险丝F1，以及电阻R23组成。

连接时，TVS管D7的N极与端子U7的9管脚相连接、P极与端子U7的6管脚相连接，电容C6与TVS管D7并联设置，二极管D3的N极与端子U7的9管脚相连接、P极经保险丝F1后与端子U7的7管脚相连接，二极管D6的N极与二极管D3的P极相连接、P极与TVS管D7的P极相连接，二极管D4的N极与二极管D3的N极相连接、P极与端子U7的端子U7的8管脚相连接，二极管D5的N极与二极管D4的P极相连接、P极与二极管D6的P极相连接，电阻R23的一端与MOS管Q2的栅极相连接、另一端与三极管Q1的集电极相连接；

其中，MOS管Q2的漏极与端子U7的10管脚相连接，端子U7的1管脚与光耦U2的1管脚相连接。该端子U7的2管脚与6管脚接地不同。

端子U7的7管脚和8管脚的AC 220V，经过保险丝F1的保护，通过由二极管D3、D4、D5和D6组成的整流桥为电磁阀提供工作电压。当三极管Q1的集电极提供8V左右开启电压时，MOS管Q2导通，从而电磁阀动作；反之MOS管Q2不导通，电磁阀不动作。

该功率输出控制电路通过端子的19管脚以及20管脚与电磁阀相连接，在需要时才会接通电磁阀的电源，其他时候则不对电磁阀进行供电，从而避免了电磁阀始终处于全功率状态下，极大的降低了电磁阀的发热量，同时还很好的降低了电磁阀的耗电量以及故障率，进一步降低了企业的生产与维护成本，提高了企业的生产效率。

如图6所示，所述过载保护采样电路由TVS管D8，大功率采样电阻R24组成。

连接时，TVS管D8的P极接地、N极与MOS管Q2的源极相连接，大功率采样电阻R24与TVS管D8并联设置。

电磁阀动作时，负载电流会在大功率采样电阻R24上产生电压信号，从而提供给信号整形电路。TVS管D8起到保护大功率采样电阻的作用，防止电阻R24上电压过大，击穿损坏。

如图7所示，所述信号整形电路由三极管Q3，三极管Q4，电阻R25，电阻R26，电阻R27，电阻R28，以及电阻R29组成。

连接时，电阻R25的一端与三极管Q4的基极相连接、另一端与TVS管D8的N极相连接，电阻R26的一端与三极管Q3的发射极相连接、另一端与三极管Q4的集电极相连接，电阻R27的一端与三极管Q3的基极相连接、另一端与三极管Q4的集电极相连接，电阻R28的一端与三极管Q3的集电极相连接、另一端经电阻R29后与三极管Q4的发射极相连接；

其中，三极管Q3的发射极接+5V电源，电阻R28和电阻R29的连接点接地，三极管Q3的集电极经电阻R18后与D触发器U4的CLK管脚相连接。此处三极管Q3的发射极所接的+5V电源是电源+8V电源经过稳压芯片78L05后输出的电源，与控制系统中单片机芯片U1以及功率输出控制电路中段子U7所接的+5V电源不同。

三极管Q3和三极管Q4经过电阻R25、R26、R27、R28和R29的偏置电路，对过载、短路信号进行整形放大；在三极管Q3的集电极通过电阻R18在D触发器U4的CLK管脚形成一个5V左右的上升沿，从而给逻辑电路过载、短路信号。

通过该装置驱动电磁阀驱动的方法，包括以下运行步骤：

(1)通过功率输出控制电路将电磁阀驱动装置连接在电磁阀上；

(2)通过计算机将参数信号通过一号光电耦合隔离实时导入控制系统的单片机芯片中；

(3)控制系统根据导入的参数信号生成PWM驱动控制信号，并通过二号光电耦合隔离输出；

生成的PWM驱动控制信号的初始的脉宽较宽，以使得电磁阀能够拥有足够的驱动力进行吸合，在电磁阀吸合后则周期性的输出脉宽较低的PWM驱动控制信号，以使得电磁阀能够保持吸合状态；

如图8所示，t1为电磁阀吸合的启动阶段的PWM驱动控制信号的脉宽，t2为维持吸合时的PWM驱动控制信号脉宽，t3为维持吸合时PWM驱动控制信号的周期。其中，t1的驱动控制信号能够保证电磁阀的吸合，并极大的提高电磁阀的吸合速度，进而提升了电磁阀的响应速度；t2的PWM驱动控制信号能够保证电磁阀保持吸合状态，而在t3的周期中重复t2的PWM驱动控制信号能够使得电磁阀始终维持吸合，进而极大的降低了电磁阀的工作压力，避免了电磁阀始终在最大负荷运行，提高了电磁阀的使用寿命，极大的降低了电磁阀损坏的几率。

(4)输出的PWM驱动控制信号通过逻辑电路进入驱动电路，最终被放大后的PWM驱动信号通过功率输出控制电路发送给电磁阀，进而完成电磁阀的吸合；

(5)在电磁阀运行时发生过载或短路的故障时，过载保护采样电路将采集到功率输出控制电路的输出电流信号，通过采样电阻转成电压信号，并将该电压信号通过信号整形放大电路的整形后发送到逻辑电路中以切断逻辑电路向驱动电路发送的PWM驱动控制信号，进而断开电磁阀驱动，同时逻辑电路还会将该过载或短路信号通过三号光电耦合隔离反馈给控制系统；

(6)控制系统在接收到该过载或短路信号后控制故障指示灯闪烁，以向外界提示自身运行的错误促使相关人员及时进行维修。

如上所述，便可很好的实现本实用新型。