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摘要：本文介紹了在自動(dòng)門控制系統(tǒng)中，LEM電流傳感器實(shí)際應(yīng)用的一種方案、及實(shí)現(xiàn)的方法和參數(shù)的計(jì)算。并給出了實(shí)用的線路圖。
關(guān)鍵詞：門控系統(tǒng)電流傳感器 負(fù)荷檢測(cè)
引言
在建筑、賓館、地鐵自動(dòng)門控制過程中，經(jīng)常要用到各種直流電機(jī)的控制，在其控制過程中，我們需要應(yīng)用電機(jī)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)控制，需要隨時(shí)進(jìn)行全過程的電流檢測(cè)、記錄及負(fù)荷分析，以檢測(cè)是否有人員被運(yùn)動(dòng)門擠壓。有時(shí)需要記錄及繪制電機(jī)運(yùn)行過程中的電流負(fù)荷曲線。如果采用傳統(tǒng)的電流傳感器可能由于其單方向的電流檢測(cè)特性而無(wú)法即檢測(cè)正向全過程電流負(fù)荷，也可檢測(cè)反方向負(fù)荷電流。LEM電流傳感器為我們提供了一個(gè)非常理想的可以檢測(cè)直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)過程電流負(fù)荷的手段。我們?cè)谧詣?dòng)門控制系統(tǒng)中采用了LEM系列中的NXP20,該傳感器在使用過程中顯示出高精度、高穩(wěn)定性、高抗干擾能力、體積小、波動(dòng)小的特點(diǎn)，可以很方便地與單片機(jī)接口等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了我們所需的，開、關(guān)門過程的過流檢測(cè)及邏輯判斷，負(fù)荷曲線分析等過程。
1． 傳感器選擇
我們?cè)陂T控系統(tǒng)中的使用的電機(jī)電流為額定5A，最大電流是19A。所以我們選擇的LEM電流傳感器是PCB板安裝方式的HXS 20-NP
特點(diǎn)是：?jiǎn)坞娫矗?V供電。
輸入額定電流：5 、10A。 最大電流±30A
輸出電壓：2.5V±0.625V
頻率范圍：DC-50KHZ
溫度范圍：－40….+85ºC
安裝方式：PCB板焊接
從各種指標(biāo)來看，完全滿足我們的要求。
2． 電路應(yīng)用：
如圖所示是我們由NXP20 組成的應(yīng)用電路。
該圖中由Q1、Q2、Q3、Q4組成的H橋電路可以在單片機(jī)控制系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)電機(jī)M的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運(yùn)行，Q1 和Q4導(dǎo)通控制電機(jī)正向運(yùn)行，自動(dòng)門打開，Q2、Q4導(dǎo)通控制電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)門關(guān)閉。 由LEM 傳感器HXS 20NP 組成的電流檢測(cè)電路可以將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)VADCO,并送入由單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供計(jì)算、邏輯判斷或顯示。
3． 信號(hào)處理：
該電路可檢測(cè)直流電機(jī)最大額定電流為－5.0A 到＋5.0A。傳感器輸入電流為－5.0A 時(shí) 輸出為 2.5V－0.625V＝1.875V, ＋5.0A時(shí) 對(duì)應(yīng)輸出為： 2.5V＋0.625V＝3.125V, 對(duì)應(yīng)0A電流，其輸出是2.5V。
該電路所使用單片機(jī)選的是PHILIP 公司的80C552，其內(nèi)部由10位A/D轉(zhuǎn)換電路， 0—5V輸入對(duì)應(yīng)0－ 03FFH。由此得出轉(zhuǎn)換數(shù)字量為 4.88mV/BIT。
轉(zhuǎn)換后數(shù)字量與對(duì)應(yīng)的電機(jī)電流關(guān)系是：
每BIT＝39mA.
所以數(shù)字量＝實(shí)際電流（mA）/39 （取整數(shù)）
由于該傳感器輸入與輸出是線性關(guān)系，因此可據(jù)公式可得出任意電流與數(shù)字之間的關(guān)系。
由于電流有正反兩個(gè)方向，所以在應(yīng)用中要注意在正向運(yùn)行時(shí)數(shù)字越大，電流越大；反向運(yùn)行中數(shù)字越小，對(duì)應(yīng)電流值越大。
用軟件就可以根據(jù)檢測(cè)的數(shù)字進(jìn)行各種處理。如判斷是否有人被擠壓、過流保護(hù)、門電流曲線采集、電機(jī)性能測(cè)試等。配合電壓傳感器還可以計(jì)算出電機(jī)功率值。這樣可以保護(hù)電機(jī)還可以記錄及分析故障原因。
當(dāng)電流超出額定范圍，但只要不超出最大范圍，也可以測(cè)出相應(yīng)的數(shù)字，但其線性度會(huì)變差，具體可以實(shí)際測(cè)量而定。
以下是我們?cè)趯?shí)際運(yùn)行中根據(jù)該傳感器測(cè)量出的自動(dòng)門運(yùn)行負(fù)荷曲線：
從該圖可以看出，其測(cè)量結(jié)果完全真實(shí)地反映了實(shí)際電流狀態(tài)。
4． 過流檢測(cè)保護(hù)：
在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有各種狀態(tài)，上述的判斷及檢測(cè)必須在軟件的支持下進(jìn)行，有時(shí)如出現(xiàn)電機(jī)短路故障或其他無(wú)法預(yù)測(cè)的情況，很有可能出現(xiàn)單片機(jī)處理不及時(shí)或無(wú)法處理造成線路損壞，此時(shí)也可以應(yīng)用硬件電路實(shí)現(xiàn)快速處理短路、過流等狀態(tài)以作為線路的快速冗余保護(hù)。
其線路如圖：
圖中來自LEM 電流傳感器的信號(hào)ADC0送入比較器 LM139,經(jīng)與W1和W2 設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較。然后送到輸出端Vcomp。 正常范圍時(shí)，該輸出是0V, 電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)電流如超過設(shè)定值，該輸出即為高電平5V，W1設(shè)定正向運(yùn)行時(shí)過流值，W2設(shè)定反向運(yùn)行時(shí)的電流過流值。該輸出可以接到單片機(jī)輸入端或硬件電路實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)或其他功能。
LEM電流傳感器在我們?cè)O(shè)計(jì)的要求高可靠性的地鐵、輕軌自動(dòng)門控制器中，顯示出其性能可靠、穩(wěn)定性好，是一個(gè)很值得信賴的器件。
作者簡(jiǎn)介：
楊秋明，中德合資北京博德交通設(shè)備有限公司高級(jí)工程師，從事地鐵、輕軌、屏蔽門控制器開發(fā)方面的工作。通訊方式：北京大興工業(yè)開發(fā)區(qū)廣陽(yáng)大街6號(hào) 郵編：102627 電話：010－60213499 E-Mail：yangqm371@163.com
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