基于C8051F330的電動止逆閥設計

杜金祥++杜宇軒

摘??要：設計了一個新型的電路控制電動止逆閥。該止逆閥使用了N20直流減速電機，采用C8051F330單片機作為主要控制芯片，同時，電路中采用LNK306芯片作為電源核心芯片，并采用電機控制芯片L9110控制電機正反轉，以解決止逆閥因力度不足而閉合不嚴的問題。該系統主要有煙機電路檢測模塊、時鐘失電報警模塊和定時維護提醒模塊等。此外，考慮到電路板小型化、集約化、經濟性、實用性等因素，采用了緊湊型電路，且使用的各類元器件具有較高的性價比。目前，該電動止逆閥已通過多次實驗驗證。

關鍵詞：實時時鐘;直流減速電機;煙機電路檢測;電動止逆閥

中圖分類號：TP242???????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.006

1??基于C8051F330的電動止逆閥設計

根據我國民用住宅建筑設計規范，高層住宅廚房內油煙氣體需通過排煙道集中排向室外。目前，由于所有煙機止逆閥都存在擋板密閉不嚴的問題，導致上、下樓層間的油煙氣體出現倒灌、竄味。因此，利用煙道止逆閥防止油煙氣體倒竄、保證吸油煙機的正常運行和防火安全等是十分必要的。

1.1??新型煙道止逆閥電路功能設計

該設計創新電路產品是在市場上同類產品在實際應用中出現的各類問題的基礎上設計的，具有高層建筑的排煙系統設計，安裝方便，功能更加齊全，使用更加便捷。該電動止逆閥的具體功能有以下7點：①煙機、止逆閥可同步開合，實現了煙機、止逆閥的一體化，從而避免出現時間差，解決了高層建筑油煙倒灌的問題。②實現了煙機、止逆閥的實時清潔提醒功能。止逆閥控制系統中加入了時鐘芯片，因此，該產品可根據用戶的使用狀況，設定個性化的維護提醒時間，當到達維護時間時，會自動發出報警信號，提醒用戶聯系相關專業維護人員進行煙道清理維護工作，從而保證了煙道的暢通性和氣密性，同時也可以延長煙道止逆閥的使用壽命，確保止逆閥的正常使用，并為用戶省去由于油煙累積導致的煙機意外損壞等問題。③內置備份電源，當主電源斷電時，備用電池會自動供電，從而保證時鐘芯片的正常運行，保證當下一次主電源上電時，可讀取到準確的日期信息。④當時鐘芯片備份電源電量不足時，蜂鳴報警器會自動啟動，提醒用戶及時通知專業人員更換芯片電池，從而保證電路的正常運行。⑤實現了止逆閥的安全敞開功能。當煙機維護時間結束或時鐘芯片備份電源電量不足時，為了保證煙機的正常使用，止逆閥會受到單片機的控制，使閥門處于常開狀態。⑥為了便于維護人員的操作，本控制系統的單片機安裝座采用了鎖緊式固定座，在保證單片機可快速插拔的同時，還有利于延長單片機在頻繁插拔情況下的使用壽命，并實現了單片機引腳與電路板的可靠連接。⑦該電路高度集成化，設計新穎、小巧，節能環保，可直接放置于加高版的86明盒內，可安裝在抽油煙機上的任意位置。

1.2??電機選型

根據安裝的實際要求和相關技術規范要求，采用了體積小、性能較好的JA12-N20減速馬達。

2??控制系統電路設計

本控制系統電路設計主要包含系統電源電路設計和主要芯片間通信電路設計。圖1為止逆閥控制系統的電氣原理框圖，簡要表達了各個元器件之間的電氣關系。

圖1??止逆閥控制系統電氣原理框圖

3??電源電路設計

3.1??電源模塊選型

止逆閥控制系統的主要供電部分是單片機、時鐘芯片、電機控制芯片（電機正常工作所需的電壓、電流）、采樣電路和基準電壓電路。

C8051F330單片機的工作電壓為2.7～3.6?V，典型工作電流6.4?mA;時鐘芯片的工作電壓為1.0～5.5?V，典型工作電流為0.25?μA;電機的工作電壓為12?V，工作電流為120?mA，堵轉電流為200?mA;采樣電路和基準電壓均采用3.3?V供電，工作電流量較少。綜上所述，維持止逆閥控制系統正常工作的條件為：12?V的直流電壓，210?mA的直流電流。

常見的電源電路均采用了變壓器，而變壓器的體積通常比較大。為了解決變壓器占空間較大的問題，使電路更加小巧、簡便，本控制電路的電源采用了高效、節能、低成本的電壓轉換芯片——LNK306，該芯片屬于可交直流轉換的電源轉換芯片。具體的電路圖如圖2所示。

圖2??AC-DC6V電源電路

根據電路設計所選原件的特點，選取的拓撲方式為高端降壓型直接反饋方式。基本原理電路的特點有以下5點：①輸出與輸入共用參考點;②相比于-Vin，該電路為正輸出;③電壓降低-Vo

3.2??6?V直流轉3.3?V直流

將6?V直流轉換成3.3?V直流采用了最常用的直流電壓轉換芯片ams1117-3.3.?在輸入和輸出兩端分別并上濾波電解電容10?μF25?V和22?μF16?V，可起到穩壓效果，具體如圖3和圖4所示。

圖3??固定輸出3.3?V穩壓電路圖????????圖4??電源模塊電路圖

3.3??煙機開閉信號采集電路設計

煙機采用了220?V交流電，如果直接采集煙機的電壓信號，而不通過復雜的轉換電路輸入單片機的通用I/O口，則會遠超過通用I/O的輸入范圍。因此，選擇了基于電流檢測的采樣電路——霍爾效應測電流和串聯采樣電阻測電壓法。在此次設計中，采用了L121015-01型霍爾電流傳感器，將煙機火線穿過檢測孔，根據火線中的電流通斷產生一定的壓降，并將壓降信號反饋給單片機，從而檢測煙機的開閉情況，實現對止逆閥的實時控制。煙機采樣電路如圖5所示。

圖5??煙機采樣電路圖

3.4??C8051F330單片機電路設計

C8051F330單片機供電電路的電壓為3.3?V，經C31和C32電容濾波后，連接至6號引腳，5號引腳接地。C8051F330供電電路如圖6所示。

L9110是為控制和驅動電機設計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件。將分立電路集成在單片IC中，可實現電機正反轉控制，從而降低外圍器件的成本，提高整機的可靠性。L9110芯片電路連線圖如圖7所示。

圖6??C8051F330供電電路圖???????????圖7??L9110連線圖

3.5??DS1302時鐘芯片電路設計

Vcc1為電路中的主電源，CR1220為備份電源。當Vcc2>Vcc1+0.2?V時，由?Vcc2向DS1302供電;當?Vcc2

3.6??備份電源電壓檢測電路設計

3.6.1??使用比較器的原因

比較器可檢測備份電源的電壓，從而避免時鐘芯片因外部失電或備份電源電量不足而導致工作失常。

3.6.2??比較器的檢測方法

設定2.05?V的基準電壓值，并比較備份電源電壓值與基準電壓值，從而提示用戶備份電源的電量是否足夠維持時鐘芯片的正常運作。

3.6.3??通過分壓電路配置基準電壓

電路參數設置可通過下式計算：

.??（1）

式（1）中：V基準為通過分壓電路配置出的基準電壓;Vcc為基準電壓配置;R41和R42為配置參數。

4??止逆閥控制系統程序設計

4.1??電機控制程序設計

電機控制程序設計的流程圖如圖9所示。

圖9??電動止逆閥總程序流程圖

4.2??控制程序設計

while（YJ_open==0）

{ INA=1; ???//電機正轉

INB=0;

delaydj（11）;

INA=0;

while（YJ_open==0）;??//等待煙機關閉

delaydj（30）;

INB=1;??????????//煙機反轉

INA=0;

delaydj（11）;

INB=0;}

5??結束語

根據用戶的實際應用需求和相關技術要求，設計了止逆閥控制電路，重點研究了煙機電路檢測、時鐘失電報警和煙道定時維護提醒等問題，實現了電路的小型化、智能化、集成化。本程序控制電路由電子控制芯片和電子元器件等組成，設計了包括煙機信號檢測、失電報警和定時維護提醒等相關功能，并通過了多次實驗驗證。

參考文獻

[1]潘琢金，孫德龍.C8051F單片機應用解析[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.

[2]張萌，和湘，姜斌.單片機應用系統開發綜合實例[M].北京：清華大學出版社，2007.

[3]張媛媛，徐雪松，何怡剛.基于C8051F的SMBus串行通信的原理和實現[J].微型機與應用，2004（11）.

————————

作者簡介：杜金祥（1963—），男，山西沁源人，工程師，現從事計算機科學與技術方面的研究。

〔編輯：張思楠〕

The?Electric?Stop?Inverse?Valve?Design?based?on?C8051F330

Du?Jinxiang，?Du?Yuxuan

Abstract：?The?design?of?a?new?type?control?circuit?of?the?electric?check?valve.?The?check?valve?using?N20?dc?gear?motor，?using?C8051F330?microcontroller?as?the?main?control?chip，?at?the?same?time，?the?circuit?uses?the?LNK306?chip?as?the?core?chip?of?power，?and?the?use?of?motor?control?chip?L9110?reversing?motor?control，?in?order?to?solve?the?non-return?valve?because?of?insufficient?and?closes?lax?problem.?The?system?is?mainly?a?smoke?detection?module，?clock?circuit?power?loss?alarm?module?and?timing?maintenance?reminding?module?etc..?In?addition，?taking?into?account?the?circuit?board?miniaturization，?intensive，?economical，?practical?and?other?factors，?using?a?compact?circuit，?and?use?various?components?with?higher?price.?At?present，?the?electric?check?valve?have?been?validated?by?several?experiments.

Key?words：?real?time?clock;?DC?motor;?ventilator?circuit?detection;?electric?check?valve