电磁驱动微运动的测量与控制方法.docx

摘要在微运动系统中，驱动器是实施微运动的关键部件，为了实现高精度的微运 动，驱动器必须具备高运动精度和高定位精度，因此驱动器技术是微运动系统的 核心技术。概括国内外微运动系统驱动器技术，从驱动原理和方式上看，主要驱 动形式有压电驱动、静电驱动、形状记忆合金驱动和电磁驱动等。这次我的毕业设计的主要内容是：采用电磁驱动、电感传感器和PID控制 方法，设计一套一维电磁式微驱动器的测量与控制系统，该驱动器的运动范围是 5mm分辨率是l|nmo本次毕业设计第1章介绍了电磁驱动国内外研究的现状和开展趋势介绍了 电磁驱动的研究意义。第2章介绍了电磁驱动系统总体框图对电磁铁驱动理论和 电感传感器理论进行了分析。第3章设计了电感传感器的信号采集电路和基于 AD698的电感传感器信号调理电路，对AT89c51做了简要的介绍，设计出了基 于AD7705与89C51的AD转换电路和基于ZLG7290与89C51的显示电路的硬 件设计。设计了电磁驱动的功率放大电路。第4章对前面所做的工作和工作过程 的感想做了小结。此次毕业设计主要要完成的有：电磁驱动器的设计，电压放大，A/D、LED 显示管的选用以及单片机和它们的连接，简单的单片机编程，PID控制方法和原 理等内容。关键词：微机电系统；电磁驱动器；单片机；控制测量；硬件设计浙江理工大学本科毕业设计（论文）第2章系统总体方案设计2.1电磁驱动系统原理总体框图图2-1系统总体方案图系统总体方案如图2-1所示，电磁铁通电使铁芯磁化，吸引运动机构移动。 运动机构的移动（运动范围0-5mm）改变了电感传感器的空气间隙从而改变电 感值。电感值的变化会在信号处理电路上用输出电压表现出来。测得的电压变化 量接入A/D转换片，转换后得到的数字量送入单片机处理并显示结果。这样就 可以把电磁驱动铁芯的实际位移测量出来，将所要得到的位移与实际需要量进行 比拟后送PID控制局部根据得到的电压信号来判断实际位移量是否符合预想值 并进行调节，精度为1微米。最后控制电磁铁的来对实际位移量来调节。电磁驱动微运动的测量与控制2. 2电磁铁驱动的理论分析图2-1电磁铁原理图电磁铁的引力公式为心股2式中B为电磁场磁通密度以为导磁率S为磁极截面面积电磁铁引力：F = G线圈电流与磁通密度关系为(1 、B = NI N为线圈的匝数/为磁路长度为磁性材料导磁率空气导磁率d为空气隙长度/为电流强度由于0 >>那么图2-1电磁铁原理图电磁铁的引力公式为心股2式中B为电磁场磁通密度以为导磁率S为磁极截面面积电磁铁引力：F = G线圈电流与磁通密度关系为(1 、B = NI N为线圈的匝数/为磁路长度为磁性材料导磁率空气导磁率d为空气隙长度/为电流强度由于0 >>那么(2-1)(2-2)B = NW d(2-3)浙江理工大学本科毕业设计（论文）(2-4)(2-4)N2I2/llS2d2(2-5)改变电流后空气隙长度发生变化，衔铁发生移动从而实现了微位移运动2. 3电感传感器理论分析图2-3电感传感器如下图的自感传感器，当衔铁产生位移时，气隙厚度。发生变化导致电感L发生变化。磁路中的交变磁通为(2-6)线圈感生电动势eL=-L = -Ndtd(t)dt(2-7)得线圈电感Rm 40 A(2-8)r NgL 2b电磁驱动微运动的测量与控制第3章系统具体设计方案电感传感器信号采集电路设计电感传感器的等效电路图如图3-1所示:图3-1电感传感器等效电路自感式传感器将被测量变化转换成电感变化，接入不同的电路，将电感变化 转换成电压（或电流）的幅值、频率或相位的变化。实际应用中调频和调相电路 较少，主要用调幅电路。经常用的是电桥式。图32电感传感器信号采集电路如图3-2所示，4与Z2为与传感器并联的两个电阻，另两相邻臂为变压器二次绕组，耦合电压各为u/2.空载时输出电压为Z U U Z Z)(3-1)j/M - !-!-Z + Z,22 Z + Z,14乙浙江理工大学本科毕业设计（论文）当Z = Z2=Z,处于平衡状态时，输出电压4=0。当衔铁偏离零点位置时,Z1=Z + AZ, Z2 =Z AZ,代入式(3-1),有(3-2)八 u AZ=2 Z传感器线圈阻抗Z=R+jcoL,其变化AZ是由损耗电阻变化AR和感抗变化3AL两局部组成，即(3-3)代入（3-2）式并考虑到电感线圈品质因数。=叱/氏，有uO =Ur2-2/ AL不 + 不r2 +(* 2 R r2 +(l)2 l2(1 + 1/*1 坪、ALr()+。2 R L(3-4)提高激励频率f,使Q较大，1/。2可忽略,(3-5)(3-6)八 u NLx2 L再由式（3-2）可知，（3-4）式可以写为。X U32电感传感器信号调理电路设计电感位移传感器具有灵敏度及分辨力高、线性度好、工作可靠、寿命长等 优点，作为一种精密的位移检测部件在很多领域有着广泛的应用。在位置自动测 控系统中，通常采用微机或来处理位移信号并进行控制，这就要设计与传感器配 套的信号变送电路，将电感式位移传感器输出的交变信号转变为与位移成正比的 直流信号，经转换后输入微机中。电磁驱动微运动的测量与控制1 210 IT T3-VSEXC1 EXC2 LEV1 LEV2 FREQ1 FREQ2 BFILT1 BFILT2 -BIN +BLNT -jXDSI+VS OFFSET 1 OFFSET?SIGREF SIG OUT FEEDB OUT FLLTAFLLTAFLLT2 -ACONW 4-ACONfP +ATST2423212019 叵 亘Ta13AD698图33 AD698管脚图AD698是一种完整的单片式线位移差动传感器信号调节系统。提供了用单 片电路来调理线性可变差动变压器信号的完整解决方案，只需附加极少量的无源 元件可实现位置的机械变量到直流电压的转换。Z1BT2 一4 ,VS+VSEXC1OFFSET 1EXC20FFSET2LEV1SIGREFLEV2SIG OUTFREQ1FEEDBFREQ2OUTFILTBFILT1AFILT1BFILT2AFILT2-BIN-ACOM?-BIN-ACORD-AIN.AIN图3-4 AD698信号调理电路图10浙江理工大学本科毕业设计(论文)3. 3 51单片机技术AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低 电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000 次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器 组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其外形 及引脚排列如下图：1-2348 9 10*15 匹 17 18 IT" 20P10P11P12P13P14P15P16P17RESETRXD TXD INTOIMT1TOT1RI)X2XIGNI)VCC403938_P07 EAAT ALEFPSEN36际27 262J423?一AT89C51图3-5 AT89C51引脚图VCC：供电电压GND：接地。P0 ： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。11电磁驱动微运动的测量与控制当P0 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻抗输入。P0能够用于外部程序数据 存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 作为原 码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1 ： P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接 收输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 作为第八位地址接收。P2 ： P2 为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出4个TTL门电流，当P2 被写力”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作 为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于 内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行 存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址力”时，它利用内部上拉优势，当 对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 : P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入, 由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故P3 口也 可作为AT89c51的一些特殊功能口，如下表所示：管脚备选功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INTO （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （记时器。外部输入）P3.5T1 （记时器1外部输入）P3.6/WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高 电平时间。12浙江理工大学本科毕业设计(论文)ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址 的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端 以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/60因此它可用作 对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器 时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此 时，ALE只有在执行MOVX, MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被 略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个 机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信 号将不出现。/EA/VPP ：当/EA保持低电平时，那么在此期间外部程序存储器 (0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内 部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编 程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP) oXTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反 向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石英振荡和陶瓷 振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部 时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但 必须保证脉冲的高低电平要求的宽度3.4 A/D转换电路设计系统要求工作台运动范围是0-5mm,当工作台运动到5mm时，对应的w0=10V,即0-10V的输出电压劭代表工作台0-5mm的运动范围。在考虑精度要求时，A/D转换电路的分辨率至关重要。此次设计所要求的iRm测量精度就要通过A/D转换来实现。最小分辨力计算公式如下“叫最小分辨率=最小分辨率=1 1一2 500013电磁驱动微运动的测量与控制其中n表示A/D转换电路的位数。需选用至少13位A/D转换芯片方可满足l|im的精度要求。AD7705/ 7706是应用于低频测量的2/3通道的模拟前端。该器件可以接受 直接来自传感器的低电平的输入信号，然后产生串行的数字输出。利用转 换技术实现了 16位无丧失代码性能。选定的输入信号被送到一个基于模拟调制 器的增益可编程专用前端。AD7705/7706包含一个片内低通数字滤波器，用它 处理器件的Z-A调制器的输出信号。所以，该器件不仅提供模数转换功能，而 且还具备一定的滤波能力。数字滤波与模拟滤波存在许多系统差异，用户务必注 意。一方面，数字滤波发生在模-数转换之后，它能消除模数转换过程中产生 的噪声，而模拟滤波不能做到这一点。此外，数字滤波比模拟滤波更容易实现可 编程性。依靠数字滤波器设计，用户可以编程截断频率和输出更新率。另一方面, 在模拟信号进入ADC之前，模拟滤波能够消除重叠在模拟信号上的噪声，数字 滤波那么不能做到这一点，并且寄生在信号上的噪声峰值接近满标度时，即使信号 的平均值在极限范围内也有可能使模拟调制器和数字滤波器到达饱和状态。为了 解决这个问题，在AD7705/7706的2 - A调制器和数字滤波器内部，建立一个 峰值储藏，这允许超出模拟输入范围5% o假设噪声信号比这还要大，那么就得考 虑输入端的模拟滤波，或降低输入通道电压，使输入电压的范围为模拟输入通道 电压满标度范围的一半。这样动态范围降低50%，将使超范围性能增加I 1倍"L14浙江理工大学本科毕业设计（论文）3.4. 1 AD7705的引脚排列34263426SCLK GNI) MCLK IN VDD MCLK OLTTDIN CS DOUT RESET DRI)Y AIN2+ AIN2- AIN1+ REFIN+AIN1- REFIN-1614 nIT lo9-AD77O5图3-6 AD7705引脚图1 SCLK串行时钟，施密特逻辑输入。将一个外部的串行时钟加于这一输入端 口，以访问AD7705的串行数据。该串行时钟可以是连续时钟以连续的脉冲串传 送所有数据。反之，它也可以是非连续时钟，将信息以小批型数据发送给AD7705 2 MCLKIN为转换器提供主时钟信号。能以晶体/谐振器或外部时钟的形式提 供。晶体/谐振器可以接在MCLKIN和MCLKOUT二引脚之间。此外，MCLKIN 也可用CMOS兼容的时钟驱动，而MCLKOUT不连接。时钟频率的范围为 500kHz 5MHzMCLKOUT当主时钟为晶体/谐振器时，晶体/谐振器被接在MCLKIN和 MCLKOUT之间。如果在MCLKIN引脚处接上一个外部时钟，MCLKOUT将提 供一个反相时钟信号。这个时钟可以用来为外部电路提供时钟源，且可以驱动一 个CMOS负载。如果用户不需要，MCLKOUT可以通过时钟寄存器中的CLKDI S位关掉。这样，器件不会在MCLKOUT脚上驱动电容负载而消耗不必要的功 率3 CS片选，低电平有效的逻辑输入，选择AD7705o将该引脚接为低电平， AD7705能以三线接口模式运行（以SCLK、DIN和DOUT与器件接口）。在串 行总线上带有多个器件的系统中，可由CS对这些器件作出选择，或在与 AD7705通信时，CS可用作帧同步信号15电磁驱动微运动的测量与控制RESET复位输入。低电平有效的输入，将器件的控制逻辑、接口逻辑、校准系 数、数字滤波器和模拟调制器复位至上电状态4 AIN2(+)AIN1差分模拟输入通道2的正输入端。5 AIN1(+)AIN2差分模拟输入通道1的正输入端。6 AINl(-)差分模拟输入通道1的负输入端。7 REFIN(+)基准输入端。AD7705差分基准输入的正输入端。基准输入是差分 的，并规定REFIN(+)必须大于REFIN(-)。8 REFIN(-)基准输入端。AD7705差分基准输入的负输入端。REFIN(-)可以取 VDD和GND之间的何值，且满足REFIN(+)大于REFIN(-)AIN2Q)差分模拟输入通道2的负输入端。9 DRDY逻辑输出。这个输出端上的逻辑低电平表示可从AD7705的数据寄存 器获取新的输出字。完成对一个完全的输出字的读操作后，DRDY引脚立即回 到高电平。如果在两次输出更新之间，不发生数据读出，DRDY将在下一次输 出更新前500XCLKIN时间返回高电平。DRDY处于高电平时，不能进行读操 作，以免数据寄存器中的数据正在被更新时进行读操作。当数据被更新后，DRDY 又将返回低电平。DRDY也用来指示何时AD7705已经完成片内的校准序列DOUT串行数据输出端。从片内的输出移位寄存器读出的串行数据由此端输 出。根据通讯寄存器中的寄存器选择位，移位寄存器可容纳来自通讯寄存器、时 钟寄存器或数据寄存器的信息10 DIN串行数据输入端。向片内的输入移位寄存器写入的串行数据由此输入。 根据通讯寄存器中的寄存器选择位，输入移位寄存器中的数据被传送到设置寄存 器、时钟寄存器或通讯寄存器VDD 电源电压，+2.7V +5.25V16GND内部电路的地电位基准点3. 4. 2片内寄存器AD7705片内包括8个寄存器，这些寄存器通过器件的串行口访问。第一 个是通信寄存器，它管理通道选择，决定下一个操作是读操作还是写操作，以及 下一次读或写哪一个寄存器。所有与器件的通信必须从写入通信寄存器开始。上16浙江理工大学本科毕业设计（论文）电或复位后，器件等待在通信寄存器上进行一次写操作。这一写到通信寄存器的 数据决定下一次操作是读还是写，同时决定这次读操作或写操作在哪个寄存器上 发生。所以，写任何其它寄存器首先要写通信寄存器，然后才能写选定的寄存器。 所有的寄存器（包括通信寄存器本身和输出数据寄存器）进行读操作之前，必须 先写通信寄存器，然后才能读选定的寄存器。止匕外，通信寄存器还控制等待模式 和通道选择，此外DRDY状态也可以从通信寄存器上读出。第2个寄存器是设置寄存器，决定校准模式、增益设置、单/双极性输入以及 缓冲模式。第3个寄存器是时钟寄存器，包括滤波器选择位和时钟控制位。第4个寄存器是数据寄存器，器件输出的数据从这个寄存器读出。最后一个寄存 器是校准寄存器，它存储通道校准数据HL3. 5微机与单片机通信电路设计MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平 转换芯片，使用+5V单电源供电口叫17电磁驱动微运动的测量与控制C1+ 116 VccV+ 215 GNDC1. 3C2+ 4C2. 5/VMXIEMAX202EMAX232E14 T10UT13 R1 IN12 RIOUTV- 611 TUNT2OUT 710 T2INR2IN 89 R20UT图3.8MAX232引脚图第一局部由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v 两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二局部是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数 据通道。其中 13 脚(RUN)、12 脚(R1OUT)、11 脚(T1IN)、14 脚(T1OUT) 为第一数据通道。8 脚(R2IN)、9 脚(R2OUT)、10 脚(T2IN)、7 脚(T2OUT)为第二 数据通道。TTL/CMOS 数据从 T1IN、T2IN 输入转换成 RS-232 数据从 T1OUT、T2OUT 送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从RUN、R2IN输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 RIOUT、R2OUT 输出。第三局部是供电。15脚GND、16脚VCC (+5v)。MAX232与微机的接口电路如图叫18浙江理工大学本科毕业设计（论文）图3-9 MAX232与单片机连接图3. 6 LED显示电路设计本次毕业设计中，需要对传感器测得的位移值进行显示，这里选用7段LED 显示器，7段显示器也是微型计算机应用系统中常用的输出装置。根据内部发光 二极管的接线形式分成共阴极型和共阳极型。计算机与7段显示器的接口，分成静态显示接口和动态显示接口。静态接口 是每个7段显示器单独用一组寄存器控制，将公共点接地。动态接口使用2组寄 存器。几个显示器的7段用一组寄存器控制，该寄存器称作段选寄存器。另一组 寄存器控制这几个7段显示器的公共点，控制这几个显示器逐个循环点亮。适当 选择循环速度，利用人眼“视觉暂留”效应，使其看上去好像这几个7段显示器 同时显示一样。控制公共点的寄存器称为位选寄存器。19电磁驱动微运动的测量与控制以分Ag DP图3-10 LED数码管引脚下列图所示为7段LED数码显示管字形码表。表3-1显示字符共阴极段选码显示字符共阴极段选码03FH106H25BH34FH466H03FH106H25BH34FH466H56DH67DH707H8 7FH9 6FH在这里，我选用5个LED显示管来用作显示。因为我测量的位移最大值是 5mm,而要求的测量精度是l|im,两者是5000细分的关系，需4个LED显示器 精确位，1个LED显示估读位。可用ZLG7290驱动数码管显示ZLG7290是广州周立功单片机开展 自行设计的数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片。能够直接驱动8位共阴式数码 管（或64只独立的LED）。采用12c总线方式，与微控制器的接口仅需两根信20浙江理工大学本科毕业设计（论文）号线。DIG7 13DIG6 12DIG5 21DIG4 22DIG3 3DIG2 4DIG1 5DIGO 6引脚序号引脚名称SC/KR2SD/KR3DIG3/KC3DIG2/KC2DIG1/KC1DIGO/KCOSE/KR4SF/KR5SG/KR610DP/KR711GND12DIG6/KC613DIG7/KC714INTDIG7 DIG6 DIG?DIG4DIG3DIG2DIG1DIG0SDA SCLETT GNDSEGA SEGB SEGC SEGD SEGE SEGF SEGG SEGHVCC OSC2 OSC1RES图3-12 ZLG7290引脚图功能描述数码管C段/键盘行信号2数码管d段/键盘行信号3数码管位选信号3/键盘列信号3数码管位选信号2 /键盘列信号2数码管位选信号1 /键盘列信号1数码管位选信号0 /键盘列信号0数码管e段/键盘行信号4数码管f段/键盘行信号5数码管g段/键盘行信号6数码管dp段/键盘行信号7接地数码管位选信号6 /键盘列信号6数码管位选信号7 /键盘列信号72324 F8 F10161817键盘中断请求信号，低电平（下降沿）有效2115 RST16 Vcc17 OSC118 0SC219 SCL电磁驱动微运动的测量与控制复位信号，低电平有效电源，+3.35.5V晶振输入信号晶振输出信号12c总线时钟信号20 SDA12c总线数据信号21 DIG5/KC5数码管位选信号5/键盘列信号522 DIG4/KC4数码管位选信号4 /键盘列信号423 SA/KR0数码管a段/键盘行信号。24 SB/KR1数码管b段/键盘行信号1ZLG7290B内部有8个显示缓冲寄存器DpRamODpRam7,它们直接决定数码管显示的内容。ZLG7290B提供有两种显示控制方式，一种是直接向显存写 入字型数据，另一种是通过向命令缓冲寄存器写入控制指令实现自动译码显示。访问这些寄存器需要通过I2C总线接口来实现。ZLG7290的12c总线器件地址 是70H （写操作）和71H （读操作）。cd 6 f s DA A 010/3b cd ef SD/U71 6U5ab cd ef SDA A 8A A BA Acd & f s D图3-13 ZLG驱动LED电路在图中，U2就是ZLG7290。SDA、SCL是ZLG7290B与微控制器的接口, 按照12c总线协议的要求，信号线SCL和SDA上必须要分别加上上拉电阻，其 典型值是10k Q。晶振Y1通常取值4MHz,调节电容C2和C3通常取值在10pF左右。复位信号是低电平有效，一般只需外接简单的RC复位电路，也可以通过22浙江理工大学本科毕业设计（论文）直接拉低RST引脚的方法进行复位。数码管必须是共阴式的，不能直接使用共 阳式的。数码管在工作时要消耗较大的电流，RP1是限流电阻，典型值是270Q。 如果要增大数码管的亮度，可以适当减小电阻值，最低200Q2。3.7 PID控制电路设计图3-14 PID控制的电路实现1 + + ft q F传递函数为 W（s） = kpF；-（3-15）1+!+"sKS Kd式中 kp=kpkp2kp3R3 + R4 R2川 H4 m7 R6k 1 e R5 + R6k =gK。为微分增益K,为积分增益方为互调干扰系数Kp、Td、Ti称为调节器的调节参数可在一定范围内调整。23电磁驱动微运动的测量与控制8电磁铁驱动电路设计PID控制器发出的电压信号u是一个功率很小的电压信号，还难以驱动电磁 驱动器上的电磁铁，因此需要在PID控制局部后加功率放大电路。功率放大电路不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是 追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。本次毕业设计功率放大电路如图。GNDS1SW-SPSTZTvcc一12V图315功率放大电路图中各个元器件特性如下：RI 47KQR2 3.9KQR3 2.7KQR4 6.2KQR5 100QR6 150。R7 680QR8 51QR9 13 KQ24AbstractIn the micro-motion system, the drive is a key component of the implementation of micro-movements, in order to achieve high-precision micro-motion, the driver must have high precision and high positioning accuracy of motion, so the drive technology is the core technology of micro-motion system. General domestic and micro-motion system drive technology, principles and methods from the driver point of view, the main driver in the form of piezoelectric, electrostatic actuation, shape memory alloy driver and electromagnetic drives.The graduation of my main content is: using electromagnetic drive, inductive sensors and PID control method to design a one-dimensional electromagnetic micro drive and control system of measurement, range of motion of the drive is 5mm, the resolution is 1 |im.The graduation project Chapter 1 describes the status of the electromagnetic drive domestic and foreign research and development trend of the research described electromagnetic drive meaning. Chapter 2 describes the overall block diagram of the electromagnetic drive system theory and the inductive sensor solenoid-driven theory is analyzed. Chapter 3 Design of the inductive sensor signal acquisition circuit and the inductance based on AD698 sensor signal conditioning circuit, a brief introduction of AT89C51 is designed based on the AD7705 and the 89C51 of the AD conversion circuit and the display based on ZLG7290 with the 89C51 hardware circuit Design. Design of the electromagnetic drive power amplifier circuit. Chapter 4 of the previous work and the work process with a summary thoughtsthe main graduation project to be completed are: the design of electromagnetic drives, voltage amplification, A/D, LED display tubes, and the choice of microcontroller and their connections, simple microcontroller programming, PID control methods and principles and so on.Key Words： MEMS electromagnetic drives;Single-Chip Computer;microcomputer control measure浙江理工大学本科毕业设计（论文）R10 5.1KQRll 2KQRP 4.7KQC1,C2,C5 10|iFC3 33|iFC4 0.01 )1FC6,C8,C9 lOOgFC7 6800pFCIO 220flFVCC 12V将PTD控制局部输出的u接到功放的输入端即可。25电磁驱动微运动的测量与控制第4章总结与展望1总结这次毕业设计是我受益匪浅，让我系统的认识了电磁驱动原理和电感传感器 测量微小位移的技术，通过对本课题的设计，我学会了以单片机为核心的控制系 统如AD7705的模数转换，AD698的传感器信号调理电路，单片机与微机的通信, 基于PID的控制原理。在硬件方面我查阅了很多的资料最终选定了几款合适的芯 片，然而这才是工作的开始，我又查阅了大量的资料掌握了这些芯片的基本用法, 并结合自己所要实现的功能连接成了整体的电路图。DXP2004是非常方便快捷的 电路原理图、PCB板绘制工具软件，以前对于DXP是一知半解，对于原理图库也 了解甚少，由于我在这次毕业设计运用的有几款芯片在原始的库文件里面无法找 到，我也自己动起手来，绘制了如AD7705、AD698的原理图库这对我更加深入了 解这一款软件无疑起到了巨大的推动作用。以前学习汇编的时候有一种感觉那就是畏惧，然而这次的毕业设计中需要大 量的汇编语言，之前对循环和子程序的概念有些模糊现的我对汇编有了更进一步 的了解，这也更加加深了我对学习单片机的兴趣。然而，我在这整个过程中所收获的关于知识方面的东西与陈老师所教给我的 严谨科学态度比起来，显得微缺乏道。在陈老师的影响下我深刻的感觉到对待事 物的态度决定你所在的高度，陈老师对待科学的态度不仅仅使他自己在学术方面 得到了大家的认同，更深刻的影响着一批批理工学子。4.2展望随着现代科学技术的开展对精密一起的要求越来越高，我们有理由相信微运 动是科技文明兴旺程度的标志之一，作为测控技术与仪器专业的学生，我们有义 务为祖国贡献自己的力量。这要求我们以更加严谨的态度对待科学，我相信在不 久的将来中国的精密仪器仪表行业会取得非常显著的成效。26浙江理工大学本科毕业设计（论文）参考文献1百度百科,电磁铁技术2百度百科.电感式传感器3侯国章，赖一楠，田思庆，赵学增.测试与传感技术.哈尔滨工业大学出版社.20004百度百科.单片机5李庆祥，王东生，李玉和.现代精密仪器设计.2003张冠生.电磁铁与自动电磁元件 北京：机械工业出版社，1982贺水燕，蔡静.自制电感传感器测量微位移.湖南科技大学物理学院.20088陈伟，张削，戴兴建,基于AD698半桥式电感位移传感器高灵敏度测量电路设计20079百度百科.单片机AD7705 中文11邓素平 赵于前AD7705_06的使用，中国科技信息2005年第24期AD7705 中文12 MAX232百度百科14石东海.单片机数据通信技术从入门到精通M.西安:西安科技大学出版社，2003 :100 - 104.15朱定华，戴汝平.单片微机原理与应用，清华大学出版社ZLG7290百度百科16 ZLG7290使用手册27电磁驱动微运动的测量与控制致谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕 业设计