基于STM32的电磁阀控制电路研究

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【摘 要】介绍了一种采用STM32单片机控制集成驱动芯片来控制电磁阀并检测故障的方法，然后对其硬件电路和软件进行详细的设计。实际工程应用结果表明：此电路设计可行，具有可靠性高、成本低、故障监测功能多的优点，有一定的工程实用价值。

【Abstract】A method which applies the STM32 MCU to control the integrated driving chip so as to control the solenoid valve and detect the failures was introduced, and the control circuit and relevant softwares were de-signed. The application results indicate that the designed circuit is applicable, with the advantages of high reliabi-lity, low cost, failure monitoring and practical value.

【关键词】控制电路；电磁阀；STM32；监测

【Key words】 control circuit; solenoid valve; STM32; monitoring

中图分类号：U463.23 文献标志码：B 文章编号：1000-033X(2012)0４-0089-04

0 引言

在工程机械和其他施工机械的液压控制系统中，广泛应用着电磁阀，它是一种将电磁能转换成机械能的电磁元件。以往电磁阀的驱动电路普遍由三极管或功率MOSFET等分立元件构成［1-3］，并需要自行设计故障自诊断电路，可靠性差，成本高。基于此，本文采用意法半导体公司（ST）生产的stm32F103ZET6芯片作为电磁阀的控制CPU，采用集成驱动芯片L9352B［４］来驱动电磁阀的方法。

1 控制系统的组成

1.1 系统硬件结构与原理

电磁阀的控制电路如图1所示。在图1中，系统以STM32单片机为核心，通过3片磁隔离芯片实现10通道隔离电路，将主控芯片与集成驱动芯片L9352B（控制比例电磁阀时需要时钟产生电路）隔离。STM32输出的PWM或者数字输出信号经过隔离后控制L9352B，从而控制电磁阀；电磁阀的状态可通过L9352B输出，再经隔离后输入STM32，从而使系统能实时了解电磁阀的状态。

1.2 控制器STM32F103ZET6

控制系统主控芯片STM32F103ZET6采用意法半导体公司（ST）生产的基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列32位闪存微控制器，该芯片非常适合在控制领域应用。STM32在Cortex-M3架构上进行了多项改进，在性能得到提升的同时，所有新功能都具有较低的功耗。其内核电压1.8 V，芯片电压3.3 V，可以选择睡眠模式、待机模式，保证低功耗应用的要求；相对于ARM系列的其他芯片，STM32运行速度更快，工作频率最高可达72 MHz；8个定时器最多可以产生28通道PWM信号，方便用于电磁阀控制；具有USB、CAN和串口等丰富的通信接口，可与多种通信接口进行通信。

1.3 集成驱动芯片L9352B

集成驱动芯片L9352B是意法半导体公司（ST）专门为感性负载（如电磁铁、电磁阀）控制而设计的芯片。它将分立元件的驱动和监测功能都集成在一个芯片中，可以控制2路比例电磁铁和2路开关电磁铁，集成的齐纳二极管或者续流二极管允许对感性负载进行调节。其主要特征是：输出斜坡控制、短路保护、可选的过温关闭功能、开路负载监测、掉电监测、外部时钟可控、再循环控制、调节器漂移监测、调节器误差控制、调节器校正电流5 mA、状态监测、静电监测。

每个通道都由一个状态输出端口来监测，每个通道的状态输出可用来诊断故障。通道3、4可作为电流调节器，输入的PWM信号可改变控制目标的输出电流，所以控制比例电磁阀比较合适。4路通道内阻都为0.2 Ω，2路最大负载电流5 A；另2路最大负载电流2.5 A，能满足绝大多数电磁阀的驱动电流要求。而且较低的导通内阻保证了低功耗，数字信号和模拟信号分开传输，提高了驱动模块的抗干扰能力。所以它非常适合进行电磁阀的驱动控制。

1.4 电磁阀控制电路设计

电磁阀控制电路如图2所示，由STM32信号产生电路、隔离电路、驱动电路（包括时钟电路）三部分构成。不管是开关型电磁阀还是比例型电磁阀，都可以采用电路进行控制，不同的只是主控芯片分别输出数字输出信号和PWM信号。下面以双比例电磁铁和关电磁铁为例，说明其控制电路的控制方法。

在图2中，主控芯片STM32F103ZET6在控制L9352B时不能直接相连，这主要是因为STM32F103ZET6采用3.3 V电源供电，而L9352B由5 V电源供电，所以两者之间需要进行电平转换。本系统中采用ADI（Analog Device Inc）公司的基于其专利iCoupler磁耦隔离技术的通用型四通道数字隔离器ADUM1402芯片。其工作电压区间为2.7～5.5 V，可以兼容3.3 V和5 V系统，所以不仅可以实现电平转换的功能，还可以进行输入和输出的磁隔离，避免驱动电路对主控芯片产生影响。它采用高速CMOS工艺和芯片级的变压器技术，在性能、功耗、体积等各方面都优于光电隔离器件。4个通道相互独立，可以传输2个通道正向数据和2个通道反向数据。与ARM端相连的电源VDD1和GND1接3.3 V电源，与L9352B相连的一端VDD2和GND2接5 V电源，VE1和VE2都接高电平使能ADUM1402。通道A、B的数据从ARM传给L9352B，适合ARM发出控制电磁阀的信号；通道C、D的数据从L9352B传给ARM，适合L9352B读取电磁阀的状态信号。