[发明专利]一种深海环境模拟试验装置压力控制系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种深海环境模拟试验装置压力控制系统，适用于机械领域。

背景技术

深海海底有大量的矿产资源和微生物群落，对该环境下进行的生物成矿作用、生命起源等的问题研究，将有助于阐明深海微生物受压力调节的代谢机制，获得宝贵的极端环境基因资源，对地质学、地球化学和生命科学等一系列学科研究具有重大的意义。然而由于其处于深海极端环境这一特殊性，难以身临其境进行观察与研究，需要在实验室建立海底极端环境的模拟系统进行实验来配合相关科学研究。

发明内容

本发明提出了一种深海环境模拟试验装置压力控制系统，采用以Atmega8L单片机为核心的主控电路、以ECN30206为核心的驱动电路、以Max7219为核心的显示电路，三部分相互独立，可单独选用，满足不同场合的需求，又可组成一闭环控制系统。

本发明所采用的技术方案是。

所述控制系统中的电机选用调速性能好、体积小、效率高的三相无刷直流电机，因为单片机价格低，片内资源丰富，且可以灵活编制程序，所以采用以单片机为核心的控制系统。工作时，传感器把检测到的管路压力及负载转速反馈到单片机，进一步去触发由PI构成的调速系统，以PWM方式对电机进行调速，电机带动油泵工作提供连续可调的压力源。

所述控制系统主要由控制电路、驱动电路、显示电路、RS485接口电路组成。

所述控制系统是速度闭环系统，霍尔位置传感器的位置信号处理后送专用驱动芯片后产生一个速度脉冲信号，经单片机处理转换成转速，再运用增量式PI算法，得到PWM控制信号，经光电藕合电路驱动专用集成驱动芯片闭环控制电机转速；同时单片机还监控控制系统的运行状态，当系统出现短路、过流、过压等故障时单片机将封锁PWM输出信号，使电机停机，并通过LED电路显示故障。考虑到应用的场合不同，对控制系统的需求也不同，设计各功能部件时考虑相互独立性并保留好相应的接口以便构成一个完整的系统。

所述控制电路主要由Atmega8L单片机、PWM信号产生及处理电路、电流检测电路、转速检测电路、隔离电路及接口电路组成。

所述PWM信号产生及处理电路主要是利用ATmega8L内部定时器产生定频调宽的PWM波信号来控制无刷直流电机的转速。这里采用ATmega8L的Timer2工作在快速PWM模式下，产生高频的PWM波形，波形产生后需要进行处理才能得到所想要的输出信号。

所述电流检测电路采用Allegro公司的ACS712集成芯片扩展外围电路进行测量。ACS712由霍尔元件、霍尔电流驱动元件、偏差调整电路、信号恢复电路、信号放大电路组成.具有价格低、精度高、绝缘性能好等特点。

所述驱动电路采用日立公司的专用集成无刷直流控制芯片ECN30206，ECN30206专用集成无刷直流控制芯片适用于直流500 V电压、1A以下，功率在20300 W的三相有位置传感器的无刷直流电机。ECN30206驱动芯片由内部自带6个全桥IGBT开关管(上桥臂和下桥臂)及每个IGBT都带保护的续流二极管，用于3个上桥臂电压提升的电荷泵电路、无刷直流电机方向控制电路，为ECN30206驱动芯片产生时钟的声表面波产生电路、PWM产生电路、三相非配器、过流及欠压保护电路、转子位置检测电路组成。三相分配器内部具有换相控制表，依据表格中相对照的值来合理分配各个桥臂的通断状态。

本发明的有益效果是：该控制系统实现了控制电路各模块的自由组合，以满足不同场合的需求，又可组成闭环控制系统，不但能够显著提高深海环境模拟装里的压力控制精度，同时还具有节能的效果，可以保证深海环境模拟系统压力精确稳定控制，并可以实现连续可调。

附图说明

图1是本发明的系统构成示意图。

图2是本发明的控制系统硬件总体框图。

图3是本发明的PWM处理电路图。

图4是本发明的ECN30206驱动电路。

图中：1. 调速电机；2. 高压泵；3. 压力传感器及变送器；4. 截止阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，控制系统中的电机选用调速性能好、体积小、效率高的三相无刷直流电机，因为单片机价格低，片内资源丰富，且可以灵活编制程序，所以采用以单片机为核心的控制系统。工作时，传感器把检测到的管路压力及负载转速反馈到单片机，进一步去触发由PI构成的调速系统，以PWM方式对电机进行调速，电机带动油泵工作提供连续可调的压力源。