基于STM32的双通道压电点胶阀控制系统

杨少波 孙先松

摘 要：压电点胶阀对点胶量和胶点的一致性控制有着巨大优势，本文主要对压电阀的控制系统做出了详细研究。主控芯片采用STM32F103ZET6，嵌入式实时系统采用UCOSIII。本系统能对压电阀控制参数做出精确设置，以使本系统能够在不同的场合下使用，如：上升时间、开阀时间、下降时间、闭阀时间和撞击力度等参数。本系统主要通过一对互补带死区的PWM波来对压电阀做出精确控制，控制精度可以达到1us。

关键词：STM32;嵌入式系统;UCOSIII;ARM;PWM

中图分类号：TP391        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）17-0286-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

现代科技的发展迅速使得很多的电子产品应用广泛，线路板是现在大型、复杂设备工作时的重要载体，在生产线中的线路板点胶环节必不可少，以实现电子元件的加固、密封和隔离。为满足对点胶速度和点胶精度都要求较高的场合，压电点胶阀成为首选。为了进一步加快点胶速度，市面上有很大一部分点胶机使用的是双阀点胶，为了满足市场需求，降低应用成本，本文对双通道压电阀控制系统做了深入研究。

1 系统硬件组成介绍此系统的组成方式如图1所示。此设计主要由三个部分组成，系统控制芯片、大功率驱动电路、压电阀。各个部分的详细分析如下：

1）系统控制芯片为STM32F103ZET6，此芯片是基于ARM Cortex-M3核心的32位微控制器，LQFP-144封装，此芯片具有较大的片内FLASH和和片内RAM，非常适合大型的程序编写。此芯片主频最高可达72M，数据、指令分别走不同的流水线，以确保CPU运行速度达到最大化，能够满足此系统的要求。此芯片有着较多的定时器和DMA资源，其中的2个高级定时器分别控制两个通道的压电阀。

2）大功率驱动电路主要由大功率驱动芯片IR2113S组成，此芯片采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，具有独立的低端和高端输入通道;悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V;输出的电源端输出的电源端;逻辑电源电压范围为5～15V，可方便地与TTL，CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量;工作频率高，可达500kHz;开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns，此模块的电路图如图2所示。

此芯片的HIN和LIN分别为高端输入和低端输入，这两个引脚接到一组互补且带死区的PWM波上，用来控制一个压电阀。压电阀接到图2的1、2端上。

3）压电阀主要由压电堆组成，给压电堆两端加上或不加电压来控制压电阀的关闭。若干片压电陶瓷片使用物理串联，电学并联或者串联连接叫压电叠堆。压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料——压电效应，压电陶瓷除具有压电性外， 还具有介电性、弹性等， 已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。

2 系统软件设计

为了方便程序开发，本系统采用的嵌入式实时操作系统为UCOS，主要使用了UCOS的消息功能和软定时器的使用。UCOS是Micrium公司出品的RTOS类实时操作系统，UCOS目前有两个版本：UCOSII和UCOSIII，本系统使用的是UCOSIII。 UCOSIII是一个可裁剪、可剥夺型的多任务内核，而且没有任务数限制。UCOSIII提供了实时操作系统所需的所有功能，包括资源管理、同步、任务通信等。

本系统的软件主要有三部分组成，分别是操作界面设计、压电阀参数调整、压电阀参数的保存。完成此三个部分之后，便可实现通过操作界面来修改压电阀参数，并将修改后的参数保存下来，以便系统重启之后仍可以读出上次的参数设置。

2.1 操作界面模块

为了方便显示和参数输入，对于不同的功能设计不同的界面，主要有三个界面，分别是状态显示界面、参数设置界面和模式选择界面。通道1和通道2界面完全一样。

状态显示界面如图3所示。

此界面主要用于系统状态显示，显示当前系统是否工作;当前工作模式是打点还是打线;如果是打点模式，触发一次打多少个点。

参数设置界面如图4所示。

参数设置界面主要用于打点参数的设置，包括开阀时间、关阀时间、上升时间、下降时间、撞击力度等待。此系统还带有参数保存功能，方便下次参数的调用。

模式选择界面如图5所示。

此界面用于选择此系统的工作模式，有打点和打线两种n工作模式。当设置为打点模式时，还可以设置触发一次打多少个点。此系统还有记录压电阀打点个数功能，可以让使用人员了解压电阀的使用情况，以便做出相应处理。

2.2 参数调整模块

2.3 参数保存模块

每次调整参数之后变要将参数保存下来，以便下次开始时调用。每次调整参数后调用setPWMConfigBufferByText（u8 ifSave）将参数保存在IIC器件中，此器件具有掉电不丢失特性，适合参数的保存。

3结果测试

本系统最核心的模块就是驱动压电堆的一组互补带死区的PWM波形，打一个点分为三个阶段，分别是上升阶段、开阀阶段、下降阶段。

上升阶段波形如图6所示。

开阀阶段波形如图7所示。

下降阶段波形如图8所示。

4结论与展望

本系统能够稳定高效的运行，满足实用需求，同时本系统也有需要提高的地方，如：界面设计过于单调、缺乏对阀体温度的检测。增加对阀的温度检测后，当阀体温度过高时，则强制停止压电阀的使用，能够极大地提升对压电阀的保护。

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