基于C8051F330的电动止逆阀设计

杜金祥++杜宇轩

摘  要：设计了一个新型的电路控制电动止逆阀。该止逆阀使用了N20直流减速电机，采用C8051F330单片机作为主要控制芯片，同时，电路中采用LNK306芯片作为电源核心芯片，并采用电机控制芯片L9110控制电机正反转，以解决止逆阀因力度不足而闭合不严的问题。该系统主要有烟机电路检测模块、时钟失电报警模块和定时维护提醒模块等。此外，考虑到电路板小型化、集约化、经济性、实用性等因素，采用了紧凑型电路，且使用的各类元器件具有较高的性价比。目前，该电动止逆阀已通过多次实验验证。

关键词：实时时钟;直流减速电机;烟机电路检测;电动止逆阀

中图分类号：TP242               文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.006

1  基于C8051F330的电动止逆阀设计

根据我国民用住宅建筑设计规范，高层住宅厨房内油烟气体需通过排烟道集中排向室外。目前，由于所有烟机止逆阀都存在挡板密闭不严的问题，导致上、下楼层间的油烟气体出现倒灌、窜味。因此，利用烟道止逆阀防止油烟气体倒窜、保证吸油烟机的正常运行和防火安全等是十分必要的。

1.1  新型烟道止逆阀电路功能设计

该设计创新电路产品是在市场上同类产品在实际应用中出现的各类问题的基础上设计的，具有高层建筑的排烟系统设计，安装方便，功能更加齐全，使用更加便捷。该电动止逆阀的具体功能有以下7点：①烟机、止逆阀可同步开合，实现了烟机、止逆阀的一体化，从而避免出现时间差，解决了高层建筑油烟倒灌的问题。②实现了烟机、止逆阀的实时清洁提醒功能。止逆阀控制系统中加入了时钟芯片，因此，该产品可根据用户的使用状况，设定个性化的维护提醒时间，当到达维护时间时，会自动发出报警信号，提醒用户联系相关专业维护人员进行烟道清理维护工作，从而保证了烟道的畅通性和气密性，同时也可以延长烟道止逆阀的使用寿命，确保止逆阀的正常使用，并为用户省去由于油烟累积导致的烟机意外损坏等问题。③内置备份电源，当主电源断电时，备用电池会自动供电，从而保证时钟芯片的正常运行，保证当下一次主电源上电时，可读取到准确的日期信息。④当时钟芯片备份电源电量不足时，蜂鸣报警器会自动启动，提醒用户及时通知专业人员更换芯片电池，从而保证电路的正常运行。⑤实现了止逆阀的安全敞开功能。当烟机维护时间结束或时钟芯片备份电源电量不足时，为了保证烟机的正常使用，止逆阀会受到单片机的控制，使阀门处于常开状态。⑥为了便于维护人员的操作，本控制系统的单片机安装座采用了锁紧式固定座，在保证单片机可快速插拔的同时，还有利于延长单片机在频繁插拔情况下的使用寿命，并实现了单片机引脚与电路板的可靠连接。⑦该电路高度集成化，设计新颖、小巧，节能环保，可直接放置于加高版的86明盒内，可安装在抽油烟机上的任意位置。

1.2  电机选型

根据安装的实际要求和相关技术规范要求，采用了体积小、性能较好的JA12-N20减速马达。

2  控制系统电路设计

本控制系统电路设计主要包含系统电源电路设计和主要芯片间通信电路设计。图1为止逆阀控制系统的电气原理框图，简要表达了各个元器件之间的电气关系。

图1  止逆阀控制系统电气原理框图

3  电源电路设计

3.1  电源模块选型

止逆阀控制系统的主要供电部分是单片机、时钟芯片、电机控制芯片（电机正常工作所需的电压、电流）、采样电路和基准电压电路。

C8051F330单片机的工作电压为2.7～3.6 V，典型工作电流6.4 mA;时钟芯片的工作电压为1.0～5.5 V，典型工作电流为0.25 μA;电机的工作电压为12 V，工作电流为120 mA，堵转电流为200 mA;采样电路和基准电压均采用3.3 V供电，工作电流量较少。综上所述，维持止逆阀控制系统正常工作的条件为：12 V的直流电压，210 mA的直流电流。

常见的电源电路均采用了变压器，而变压器的体积通常比较大。为了解决变压器占空间较大的问题，使电路更加小巧、简便，本控制电路的电源采用了高效、节能、低成本的电压转换芯片——LNK306，该芯片属于可交直流转换的电源转换芯片。具体的电路图如图2所示。

图2  AC-DC6V电源电路

根据电路设计所选原件的特点，选取的拓扑方式为高端降压型直接反馈方式。基本原理电路的特点有以下5点：①输出与输入共用参考点;②相比于-Vin，该电路为正输出;③电压降低-Vo

3.2  6 V直流转3.3 V直流

将6 V直流转换成3.3 V直流采用了最常用的直流电压转换芯片ams1117-3.3. 在输入和输出两端分别并上滤波电解电容10 μF25 V和22 μF16 V，可起到稳压效果，具体如图3和图4所示。

图3  固定输出3.3 V稳压电路图        图4  电源模块电路图

3.3  烟机开闭信号采集电路设计

烟机采用了220 V交流电，如果直接采集烟机的电压信号，而不通过复杂的转换电路输入单片机的通用I/O口，则会远超过通用I/O的输入范围。因此，选择了基于电流检测的采样电路——霍尔效应测电流和串联采样电阻测电压法。在此次设计中，采用了L121015-01型霍尔电流传感器，将烟机火线穿过检测孔，根据火线中的电流通断产生一定的压降，并将压降信号反馈给单片机，从而检测烟机的开闭情况，实现对止逆阀的实时控制。烟机采样电路如图5所示。

图5  烟机采样电路图

3.4  C8051F330单片机电路设计

C8051F330单片机供电电路的电压为3.3 V，经C31和C32电容滤波后，连接至6号引脚，5号引脚接地。C8051F330供电电路如图6所示。

L9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件。将分立电路集成在单片IC中，可实现电机正反转控制，从而降低外围器件的成本，提高整机的可靠性。L9110芯片电路连线图如图7所示。

图6  C8051F330供电电路图           图7  L9110连线图

3.5  DS1302时钟芯片电路设计

Vcc1为电路中的主电源，CR1220为备份电源。当Vcc2>Vcc1+0.2 V时，由 Vcc2向DS1302供电;当 Vcc2

3.6  备份电源电压检测电路设计

3.6.1  使用比较器的原因

比较器可检测备份电源的电压，从而避免时钟芯片因外部失电或备份电源电量不足而导致工作失常。

3.6.2  比较器的检测方法

设定2.05 V的基准电压值，并比较备份电源电压值与基准电压值，从而提示用户备份电源的电量是否足够维持时钟芯片的正常运作。

3.6.3  通过分压电路配置基准电压

电路参数设置可通过下式计算：

.  （1）

式（1）中：V基准为通过分压电路配置出的基准电压;Vcc为基准电压配置;R41和R42为配置参数。

4  止逆阀控制系统程序设计

4.1  电机控制程序设计

电机控制程序设计的流程图如图9所示。

图9  电动止逆阀总程序流程图

4.2  控制程序设计

while（YJ_open==0）

{ INA=1;    //电机正转

INB=0;

delaydj（11）;

INA=0;

while（YJ_open==0）;  //等待烟机关闭

delaydj（30）;

INB=1;          //烟机反转

INA=0;

delaydj（11）;

INB=0;}

5  结束语

根据用户的实际应用需求和相关技术要求，设计了止逆阀控制电路，重点研究了烟机电路检测、时钟失电报警和烟道定时维护提醒等问题，实现了电路的小型化、智能化、集成化。本程序控制电路由电子控制芯片和电子元器件等组成，设计了包括烟机信号检测、失电报警和定时维护提醒等相关功能，并通过了多次实验验证。

参考文献

[1]潘琢金，孙德龙.C8051F单片机应用解析[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[2]张萌，和湘，姜斌.单片机应用系统开发综合实例[M].北京：清华大学出版社，2007.

[3]张媛媛，徐雪松，何怡刚.基于C8051F的SMBus串行通信的原理和实现[J].微型机与应用，2004（11）.

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作者简介：杜金祥（1963—），男，山西沁源人，工程师，现从事计算机科学与技术方面的研究。

〔编辑：张思楠〕

The Electric Stop Inverse Valve Design based on C8051F330

Du Jinxiang， Du Yuxuan

Abstract： The design of a new type control circuit of the electric check valve. The check valve using N20 dc gear motor， using C8051F330 microcontroller as the main control chip， at the same time， the circuit uses the LNK306 chip as the core chip of power， and the use of motor control chip L9110 reversing motor control， in order to solve the non-return valve because of insufficient and closes lax problem. The system is mainly a smoke detection module， clock circuit power loss alarm module and timing maintenance reminding module etc.. In addition， taking into account the circuit board miniaturization， intensive， economical， practical and other factors， using a compact circuit， and use various components with higher price. At present， the electric check valve have been validated by several experiments.

Key words： real time clock; DC motor; ventilator circuit detection; electric check valve