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摘要：本文介紹了在自動門控制系統(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
引言
在建筑、賓館、地鐵自動門控制過程中，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、記錄及負(fù)荷分析，以檢測是否有人員被運(yùn)動門擠壓。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特性而無法即檢測正向全過程電流負(fù)荷，也可檢測反方向負(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直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)過程電流負(fù)荷的手段。我們在自動門控制系統(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)門過程的過流檢測及邏輯判斷，負(fù)荷曲線分析等過程。
1． 傳感器選擇
我們在門控系統(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：單電源＋5V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，自動門打開，Q2、Q4導(dǎo)通控制電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，自動門關(guān)閉。 由LEM 傳感器HXS 20NP 組成的電流檢測電路可以將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號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，供計(jì)算、邏輯判斷或顯示。
3． 信號處理：
該電路可檢測直流電機(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) 對應(yīng)輸出為： 2.5V＋0.625V＝3.125V, 對應(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，對應(yīng)電流值越大。
用軟件就可以根據(jù)檢測的數(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，也可以測出相應(yīng)的數(shù)字，但其線性度會變差，具體可以實(shí)際測量而定。
以下是我們在實(shí)際運(yùn)行中根據(jù)該傳感器測量出的自動門運(yùn)行負(fù)荷曲線：
從該圖可以看出，其測量結(jié)果完全真實(shí)地反映了實(shí)際電流狀態(tài)。
4． 過流檢測保護(hù)：
在實(shí)際應(yīng)用中會有各種狀態(tài)，上述的判斷及檢測必須在軟件的支持下進(jìn)行，有時(shí)如出現(xiàn)電機(jī)短路故障或其他無法預(yù)測的情況，很有可能出現(xiàn)單片機(jī)處理不及時(shí)或無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電流傳感器在我們設(shè)計(jì)的要求高可靠性的地鐵、輕軌自動門控制器中，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。
作者簡介：
楊秋明，中德合資北京博德交通設(shè)備有限公司高級工程師，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)廣陽大街6號 郵編：102627 電話：010－60213499 E-Mail：yangqm371@163.com
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