智能型电子仪表泵的研制

　　一、引　　言

　　电子仪表泵(又称微量电磁计量泵,国外则称之为化工仪表泵)主要用在试验室及化工工业用于输送微量化学药液,例如电子仪表泵的应用之一就是pH值的控制等。电子仪表泵工作原理是:利用管形线圈在泵体中形成磁路,这样在泵体与柱塞之间的空隙处就会产生吸力—即电磁力。通过控制管形线圈中的电流通与断,来驱动柱塞在一定的往复频率(0~120/min)下来回运动,然后再通过隔膜泵头(柱塞与隔膜是连在一起的)将化学药液从泵头的入口处输送到泵头的出口处。在机械结构确定以后,柱塞每一个往复周期,其输送的量是一定的。这样我们就可以通过改变柱塞运动的往复频率来控制化学药液输送的流量,或通过设定往复次数(0~9999,也可根据需要进行扩展),让其在一定的往复频率下来进行计量控制。电子仪表泵泵体结构见图1所示。

　　弹簧⑥的作用是:当切断管形线圈电流后,柱塞能靠弹簧的弹性回到起始位置上。行程调节⑦指的是通过机械方式调节柱塞行程大小(0~100%),这样就可以改变在一个往复周期里仪表泵所能输送的流量。电子仪表泵有两种工作方式:一种是开环方式———通过手动方式设定往复频率(定速控制方式)或往复次数(定量控制方式);另一种是闭环控制方式———通过传感器检测被测物理量的变化如电流变化,来动态调节电子仪表泵工作的往复频率,以达到自动控制的目的。

　　二、单片机的选型及其控制线路

　　电子仪表泵属机电一体化产品,其控制部分与泵体是做在一起的,因此要求选择的单片机只进行少量的外部线扩展就能完成其控制功能。

　　MC6805R3是我们选择的一类单片机。MC6805R3有4个8位输入输出口:PA口、PB口、PC口、PD口,其中PB口在输出时有10mA的灌电流,可以直接驱动数码管;PD口的PD0~PD3与AN0~AN3的4路8位A/D模拟输入复用;PD4、PD5与A/D转换参考电压端VRL、VRH复用。因此在实现闭环自动控制应用中就不需要外扩A/D转换芯片。

　　电子仪表泵控制线路图见图2所示。

　　从图2中我们看到MC6805R3工作在单片方式下,因此电子仪表泵控制单元和显示单元就可以做的很紧凑,这样整个控制线路板就可以安装在泵体之中。

　　这里我们简单介绍一下往复频率和往复次数的参数设定方法。MC6805R3有4路A/D模拟输入,其中AN0已用作电流环闭环控制,那末剩下的AN1、AN2、AN33路模拟输入就可以用作往复频率和往复次数这两个参数的设定。具体方法如下:

　　(1)往复频率设置　将AN1作为往复频率设置的模拟通道,这里往复频率设置范围为0~120/min。AN1模拟输入为0~5V,经A/D转换为0~255,将其右移一位变成0~127,这样只要将120以上的数字全数视为120,即可实现往复频率的设置。在设置时先按下微动按钮S1激活往复频率的设置,松开微动按钮S1则将已设置的往复频率值送往单片机的内存。采用AN1作为往复频率的设置途径,可以保证在掉电后,单片机还可以读取这个往复频率的设定值,这在定速控制方式中起到记忆作用。