管道除垢防垢研究

1、管線電磁防垢除垢系統(tǒng)研究摘 要：在工業(yè)生產(chǎn)中，污垢的存在會(huì)影響設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，給生產(chǎn)生活帶來(lái)一定的損失和影響。傳統(tǒng)的除垢方法會(huì)存在環(huán)境污染、效果差成本高等特點(diǎn)。本文闡述了管線污垢形成的原理，影響因素并在此基礎(chǔ)上利用單片機(jī)等工具，設(shè)計(jì)出了利用電磁場(chǎng)作用來(lái)達(dá)到管線除垢防垢目的。該裝置運(yùn)用單片機(jī)產(chǎn)生掃頻方波信號(hào)，再利用H電橋驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，在電磁場(chǎng)作用下，結(jié)垢粒子受到電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)粒子固有頻率和電磁場(chǎng)頻率相同產(chǎn)生共振，污垢沉積量就會(huì)減少。通過(guò)實(shí)踐證明，電磁場(chǎng)除垢能夠有效防止污垢在管壁上的沉積，保證了管線的正常運(yùn)行，降低了對(duì)生產(chǎn)生活的影響程度，除垢防垢效果明顯，是一種成本低、無(wú)污染的除垢

2、方法，具有較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：環(huán)境；管線；電磁場(chǎng)；共振；除垢The research of pipeline electromagnetic anti-fouling systemsAbstract: In industrial production, the presence of dirt can affect the normal operation of the facility, certain losses and consequences for production and living. Traditional descaling methods there are en

3、vironmental pollution, poor results cost higher.This paper describes the principle of line fouling formation, influencing factors and based on the use of single-chip computer tools such as design using electromagnetic fields to achieve the prevention and removal of pipeline scaling purposes. The dev

4、ice using monolithic integrated circuit frequency square-wave signal, again using h-bridge driver generate electromagnetic fields, in the presence of electromagnetic fields, scale particles are affected by the electric field and magnetic field to vibrate when the particles equal to the natural frequ

5、ency and the frequency of the electromagnetic field resonance, dirt deposits will be reduced.Through practice, electromagnetic cleaning can help prevent dirt deposits on the pipe wall to ensure the normal operation of the pipeline, reducing the impact of production and life, obviously, is a low cost

6、, no pollution of anti-scaling method has good prospects.Keywords: The environment; Pipeline; Electromagnetic field; Resonance; Scale remova目錄1 緒論11.1研究背景11.1.1 污垢在管道中的危害11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容32 電磁場(chǎng)除垢防垢相關(guān)理論42.1 污垢形成基本理論42.2 影響因素52.3 電磁場(chǎng)除垢防垢原理62.4 電磁場(chǎng)除垢優(yōu)越性63 除垢防垢裝置設(shè)計(jì)83.1 概述83.2 掃頻信號(hào)的生成83.2.1 掃頻信號(hào)

7、的選擇83.2.2 信號(hào)產(chǎn)生方案研究83.2.3 基于MCS51單片機(jī)的設(shè)計(jì)103.3 H橋驅(qū)動(dòng)電路173.4 電磁場(chǎng)產(chǎn)生234 除垢防垢效果研究255 總結(jié)31參考文獻(xiàn)32致謝331 緒論1.1 研究背景污垢是一種極為普遍的現(xiàn)象，它的主要成分是碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣等難溶鹽類它存在于自然界、日常生活和在輸油管道、供暖、供水系統(tǒng)以及熱電廠煤灰排放系統(tǒng)等各種工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，特別是在各種傳熱過(guò)程中由于外界條件的變化，在管道內(nèi)壁極易形成污垢，影響生產(chǎn)與生活的正常進(jìn)行。所謂污垢是指在與流體相接觸的固體表面上慢慢積累而成的那層固態(tài)或軟泥狀物質(zhì)，通常是以混合物的狀態(tài)存在的，固體表面從潔凈狀態(tài)到被污垢覆蓋的過(guò)

8、程，即污垢的積聚過(guò)程，人們常常稱之為結(jié)垢或污染。有關(guān)研究表明，在實(shí)際生活和工程等領(lǐng)域中大多數(shù)以上的換熱設(shè)施都存在不同程度的污垢問(wèn)題，其次它的危害性很大。換熱外表結(jié)垢將形成污垢熱阻，加大了傳熱熱阻和流動(dòng)阻力，管道直徑的細(xì)微變化也會(huì)引起流速的降低或壓力降的增大，甚至引起部分換熱設(shè)施事故出現(xiàn)；而熱阻的增加使換熱過(guò)程中的熱效率降低，從而又引起一系列的經(jīng)濟(jì)損失。1.1.1 污垢在管道中的危害 污垢是指與流體相接觸的固體表面上逐步積累起來(lái)的固態(tài)或軟泥態(tài)物質(zhì), 通常是以混合物的形式存在。比如管道輸送的油氣等介質(zhì)中含有大量的物質(zhì)，比如有機(jī)物、 H 2S 和CO2、多種離子、細(xì)菌以及泥砂等雜質(zhì)。因?yàn)橛形酃赋煞莸?/p>

9、存在, 它就會(huì)有結(jié)垢的條件, 所以管道結(jié)垢所帶來(lái)的危害有以下幾個(gè)方面1: (1) 能源浪費(fèi) 管道運(yùn)送過(guò)程中需要使用大量的換熱設(shè)備為原油升溫、加熱。而污垢的存在, 嚴(yán)重影響了換熱設(shè)施發(fā)揮運(yùn)行效能, 降低了換熱效率, 使用于導(dǎo)熱的相關(guān)能源大批浪費(fèi)。而流體阻力的增加也造成了整體運(yùn)行動(dòng)力成本的上升。 (2) 環(huán)境污染 利用傳統(tǒng)化學(xué)清洗后使酸液外排, 增加了污染源的排放, 給環(huán)境帶來(lái)巨大的污染，對(duì)人們的生產(chǎn)與生活帶來(lái)不可想象的后果。 (3) 影響設(shè)施運(yùn)行 隨著污垢的積累, 換熱設(shè)施以及輸送管線出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞。停止輸送，接著除垢, 更換設(shè)備、管道, 造成運(yùn)送無(wú)法連續(xù)運(yùn)行, 嚴(yán)重影響到了企業(yè)的整體利潤(rùn)。(4

10、) 運(yùn)行成功本增加 結(jié)垢所引起的運(yùn)行設(shè)施、管道更換帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失, 防除垢處理所引起的動(dòng)力耗費(fèi)、水資源浪費(fèi)、人工費(fèi)用等都使得運(yùn)行維護(hù)成本增加。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外的防垢、除垢方法主要分為以下幾個(gè)方法：（1）化學(xué)法防垢 化學(xué)法在工業(yè)防垢中長(zhǎng)期以來(lái)處于主導(dǎo)地位, 化學(xué)法主要是離子交換、化學(xué)試劑等等, 這些化學(xué)方法盡管曾被廣泛應(yīng)用, 有著較好的防垢效果, 但是它的代價(jià)也是非常大的, 比如加阻垢劑等, 許多阻垢劑常常又是微生物的養(yǎng)分, 所以, 通常在加阻垢劑的同時(shí), 還需要添加大量的殺菌劑、滅藻劑、平衡劑等等, 另外化學(xué)試劑對(duì)設(shè)施、管道的腐蝕也是非常嚴(yán)重的，這必然就會(huì)對(duì)生產(chǎn)生活帶來(lái)隱患

11、?；瘜W(xué)除垢是依據(jù)管道垢層的化學(xué)成分來(lái)選用合適的化學(xué)試劑溶解來(lái)對(duì)其進(jìn)行除垢的。它是將一種或多種化學(xué)藥劑用于設(shè)施工藝側(cè)或水側(cè)的外表來(lái)進(jìn)行去除污垢的方法, 借助清洗劑對(duì)物體表面覆蓋物進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化、溶解、剝離來(lái)達(dá)到脫脂、除銹和去污的目的。酸洗這個(gè)方法雖然比較容易, 但需要設(shè)備停止工作,這樣不僅影響生產(chǎn),還麻煩費(fèi)力,再加上酸洗還存在其他的缺點(diǎn),主要表現(xiàn)在: 酸洗加速了侵蝕的進(jìn)程, 降低了管道和設(shè)備的壽命年限;清洗完的殘液會(huì)造成環(huán)境的大量污染; 可能在地層中發(fā)生二次沉淀而導(dǎo)致污染?？傊? 在越來(lái)越重視環(huán)境保護(hù)與強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的今天, 化學(xué)除垢及防垢就表現(xiàn)出來(lái)越來(lái)越明顯的局限性。（2）機(jī)械除垢 機(jī)械除垢主要

12、是借助各種機(jī)械工具，將其深入管道，利用其與管道結(jié)垢面進(jìn)行擠壓、摩擦等等力的作用使水垢硬物粉碎、脫落。刮刀、撬棒、扁鏟，金屬刷子等就成為一些管道除垢的小型工具。而對(duì)于大型管道和結(jié)垢嚴(yán)重的情況時(shí)，就必須采用強(qiáng)力清管器。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在比較常用的是用炮彈式鋼針清管器的方法，其結(jié)構(gòu)是將鋼針安插在用聚氨酯泡沫塑料制成的彈體周圍。使用時(shí)要配備一些不同直徑尺寸的彈體，先用小直徑的彈體對(duì)管道進(jìn)行除垢，然后每次根據(jù)前一次器械除垢的情況，經(jīng)過(guò)管道介質(zhì)壓力及流量的變化來(lái)算出當(dāng)時(shí)狀況下的最佳除垢器尺寸數(shù)據(jù)，并以此作為除垢器下一次除垢的依據(jù)。國(guó)外大多數(shù)使用的強(qiáng)力清管器2 主要儀器有釘輪清管器、刷輪清管器和磁力清管器等。它們的共

13、同特點(diǎn)是刮削力都比較強(qiáng)勁，而且刮削力可由低到高進(jìn)行簡(jiǎn)易調(diào)控，逐步增強(qiáng)刮削力，避免發(fā)生管道的“過(guò)清理”現(xiàn)象，進(jìn)而損壞管道。（3）超聲波除垢 超聲波除垢，是近代才發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。所謂超聲波指的是頻率超過(guò) 20kHz 的聲波，它具有穿透力強(qiáng)，方向性好，能量相對(duì)集中，在水中傳播距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛由于醫(yī)療、化工、軍事、檢測(cè)等行業(yè)。超聲波之所以能除垢是因?yàn)槌暡ㄔ趥鞑ミ^(guò)程中發(fā)生的"高速微渦效應(yīng)"、 "剪切應(yīng)力效應(yīng)"、 "超聲凝聚效應(yīng)", 它是一種純物理方式防垢、除垢技術(shù), 能基本使工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)施在污垢狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)超聲波除垢技術(shù)能夠節(jié)約能源

14、, 減少污染排放; 提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量; 降低維護(hù)清洗成本等所以發(fā)展?jié)摿薮蟆５壳皩?duì)除垢器設(shè)計(jì)也存在諸多問(wèn)題，比如不同管道和換熱設(shè)備的結(jié)垢速度和程度都不一樣，這對(duì)于超聲設(shè)備的安裝方法和位置提出了很高要求。而且每次除垢都要拆卸管道，需停工停產(chǎn)。另外，有的管道表面聲波不能波及，這種情況下就不能用超聲來(lái)除垢了。（4）電磁場(chǎng)法除垢3 利用電磁場(chǎng)能量進(jìn)行水處理是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，在整個(gè)處理過(guò)程中伴隨著各種物理反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)和生物反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明，各種在水中產(chǎn)生的反應(yīng)和作用都不是在同一頻率的電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的，為此提出將直流脈沖技術(shù)與變頻原理相結(jié)合，從而產(chǎn)生了變頻電磁場(chǎng)處理技術(shù)，該技術(shù)是在靜電阻垢和

15、磁場(chǎng)軟化水基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型的物理法水處理技術(shù)變頻電磁場(chǎng)水處理器在水處理中可集防垢、除垢、緩蝕、殺菌增注等多功能于一體。1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容由于各類除垢方法所表現(xiàn)出來(lái)的局限性，比如成本高、環(huán)境污染等，故本文設(shè)計(jì)了一款電磁除垢系統(tǒng)。使用電磁除垢、防垢技術(shù)可以克服這些缺點(diǎn)。本課題主要研究?jī)?nèi)容包括：（1）了解污垢形成的基本原理及影響因素。（2）掌握電磁場(chǎng)除垢防垢相關(guān)理論。（3）設(shè)計(jì)除垢防垢裝置。（4）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證裝置的除垢防垢效果。2 電磁場(chǎng)除垢防垢相關(guān)理論2.1 污垢形成基本理論管道污垢在管道內(nèi)部形成大致有以下幾個(gè)方面的原因： (1) 在輸油管道中原油中的主要固態(tài)物質(zhì)為包含碳原子數(shù)為 18

16、- 64 的烷烴, 此物質(zhì)統(tǒng)一被稱為石蠟。石蠟的熔點(diǎn)約在40 - 60左右,在用管道長(zhǎng)距離輸送過(guò)程時(shí),為了保障輸送能力,避免原油固化,需要對(duì)原油進(jìn)行系統(tǒng)的保溫、加熱等處理。但是,隨著時(shí)間的轉(zhuǎn)移,原油在輸送中溫度逐漸下降,石蠟逐步析出,凝固并依附在管壁的表面。導(dǎo)致管道內(nèi)部阻力增大,輸送難度加大。 (2)一些離子結(jié)合后在水中形成不溶、難溶和微溶的物質(zhì)。這些物質(zhì)都很容易積累而形成水垢，通常我們也把它們成為鹽類垢。這類垢大多包括碳酸鹽和硫酸鹽，典型有CaCO3、MgCO3、BaSO4，管道污垢物還包括鍶、鎂、鈣的硫酸鹽或一些碳酸鹽。一般情況下我們認(rèn)為,這些污垢的形成由以下4步組成49: 第一步, 水中

17、的離子結(jié)合形成溶解度很小的鹽類分子; 第二步, 分子結(jié)合和排列形成微晶體,然后產(chǎn)生晶粒化過(guò)程; 第三步, 這些粒子一般會(huì)經(jīng)歷成核長(zhǎng)大的過(guò)程 ,先是少量垢核心在管道表面形成、附著,然后更多的其它成垢化合物在這些核心周圍聚集,成為更大的垢團(tuán)大量晶體堆積長(zhǎng)大, 沉積成垢; 第四步, 在不同的管線條件下,隨著水流的沖刷 ,一部分垢被沖掉 ,但其它的垢繼續(xù)生成 ,最終可能阻塞管道 ,隨著環(huán)境水溫的升高 ,這些難溶或微溶鹽的溶解度下降 ,就有更多的物質(zhì)從水中析出 ,形成不同形狀的結(jié)垢物。Ca2+CO32- CaCO3 （1-1）Mg2+CO32- MgCO3 （1-2）Ca(HCO3)2=CaCO3+CO

18、2+H2O （1-3）碳酸鹽垢在水中的溶解度隨溫度的降低而升高,即水溫高時(shí)產(chǎn)生碳酸鹽垢的可能性更大。水中含鹽量(不包括鈣離子和碳酸根離子)越高,碳酸鹽垢在水中的溶解度就越大, 則其結(jié)垢趨勢(shì)也就會(huì)越小。當(dāng)水中CO 2的含量低于碳酸鹽垢溶解平衡所需要的含量時(shí),可逆反應(yīng)就發(fā)生右移, 輸油管道中的碳酸鹽垢就會(huì)容易結(jié)垢。相反,原有的碳酸鹽垢則逐漸被溶解。當(dāng)水中的pH 值較高時(shí),產(chǎn)生碳酸鹽垢的趨勢(shì)就會(huì)變大;反之,則不易產(chǎn)生。高礦化度的鹽水在一定程度上對(duì)碳酸鹽垢的形成有一定抑制作用。 Ca2+SO42- CaSO4 （1-4） Ba2+SO42- BaSO4 （1-5）Sr2+SO42- SrSO4 （1-

19、6）溫度一般情況下不影響硫酸鹽垢的類型, 但是會(huì)影響其中CaSO4污垢的類型。水中含鹽量(不包括Ba2+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、SO42-) 越大, 硫酸鹽垢在水中的溶解度越大, 那么其結(jié)垢趨勢(shì)也就變小。壓力增加時(shí), 硫酸鹽垢在水中的溶解度就會(huì)變大,那么其結(jié)垢趨勢(shì)也就變小。2.2 影響因素影響管道結(jié)垢的原因很多,除了介質(zhì)中含有一定量的有機(jī)物、 H2 S、 CO2、 離子、細(xì)菌等內(nèi)在因素外 ,還存在外在因素。1 溫度對(duì)結(jié)垢的影響 溫度對(duì)結(jié)垢的影響主要表現(xiàn)在結(jié)垢鹽類的溶解度方面。圖2-1為垢在水中的溶解度隨溫度變化的曲線。從圖 2-1可以看出 ,除了BaSO4·2 H2O溶解度有

20、最大值外,其它物質(zhì)溶解度均隨溫度的升高而降低。圖2-1 垢在水中的溶解度與溫度的關(guān)系鹽類垢中以碳酸鹽為主 ,當(dāng)溫度升高時(shí) , Ca(HCO3)2分解 ,產(chǎn)生CaCO3結(jié)垢。Ca(HCO3)2CaCO3+ CO2 + H2O (1-7)該反應(yīng)為吸熱反應(yīng) ,溫度升高時(shí) ,反應(yīng)平衡向右移動(dòng) ,有利于CaCO3 的析出10 對(duì)于以CaSO4 、BaSO4 和SrSO4為主的鹽類垢 ,主要是因?yàn)榻橘|(zhì)中的SO42- 與Ca2+ 、Ba2+、Sr2+結(jié)合而生成難溶解沉淀物質(zhì)。由于這些反應(yīng)大部分也是吸熱反應(yīng) ,隨著溫度的升高 ,沉淀就會(huì)變得更多。然而，溫度也會(huì)影響細(xì)菌的繁殖速度以及鋼鐵電化學(xué)反應(yīng)的速率。各類細(xì)

21、菌對(duì)溫度的要求不一樣,大多數(shù)細(xì)菌的最佳適宜溫度大概為 2040 左右 ,伴隨著管道輸送介質(zhì)溫度的變化 ,細(xì)菌的繁殖率也會(huì)相應(yīng)的變化 ,對(duì)管道的腐蝕也就隨之改變,從而影響污垢的生成速率。2 壓力對(duì)結(jié)垢的影響 壓力對(duì)CaCO3 、CaSO4 、BaSO4等結(jié)垢都有影響。 碳酸鈣結(jié)垢有氣體參加反應(yīng) ,壓力對(duì)其影響相對(duì)較大。壓力降低 ,式(1-7) 向右進(jìn)行 ,可以促進(jìn)結(jié)垢進(jìn)程。在管道輸送過(guò)程中,壓力一般情況下都是降低的 ,所以結(jié)垢是呈上升的趨勢(shì)。3流速對(duì)結(jié)垢的影響 對(duì)于各類污垢,污垢的增長(zhǎng)趨勢(shì)隨著流體速度的增大而減小。這可以理解為,雖然流速增大使污垢沉積率增加,但是,流速增大所導(dǎo)致的剝蝕率的增大更為

22、明顯 ,所以造成總的增長(zhǎng)率減小。當(dāng)流速降低時(shí),介質(zhì)中所攜帶的固體顆粒和微生物的排泄物沉積概率就會(huì)變大,管道結(jié)垢的概率就會(huì)明顯加大 ,特別是在結(jié)構(gòu)容易突變的地方。流速的突變也可以理解為壓力的變化,假設(shè)流速突然加大,而引起局部脫氣 ,導(dǎo)致CO2分壓降低,式(1-7)平衡向右移動(dòng),引起CaCO3 結(jié)垢。4pH值對(duì)結(jié)垢的影響 研究表明,提高溶液的 pH 值 ,碳酸鹽就會(huì)立即溶解然后結(jié)晶 ,導(dǎo)致漸進(jìn)污垢熱阻值增大,進(jìn)而縮短污垢形成的誘導(dǎo)期,就會(huì)促進(jìn)污垢的生長(zhǎng)11。2.3 電磁場(chǎng)除垢防垢原理電磁場(chǎng)除垢就是向水中施加一個(gè)與其自然頻率相同的頻率，從而使得水分子發(fā)生生共振。共振的結(jié)果就會(huì)使氫鍵斷開(kāi)，改變水分子的

23、的存在形式，將原來(lái)結(jié)合形成各種鏈狀、團(tuán)狀分子分解成為單個(gè)的極性水分子，進(jìn)而提高了水的活化性，改變了水分子和其它結(jié)垢粒子的結(jié)合關(guān)系，從而改變對(duì)污垢的溶解度12。極其微小的水分子可以通過(guò)滲透、包圍、疏松、溶解污垢，進(jìn)而達(dá)到防垢的目的。在電磁場(chǎng)的作用下，粒子受到電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同作用會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)粒子固有頻率與電磁場(chǎng)頻率產(chǎn)生共振時(shí)，粒子的振動(dòng)幅度會(huì)增大，特別是在粒子間的結(jié)合處，當(dāng)振動(dòng)幅度達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)將大團(tuán)的粒子團(tuán)振散，將長(zhǎng)鏈的粒子振斷為短鏈，從而減少垢的沉積量。由于管道在不同條件下內(nèi)水的溫度、硬度、pH值不同，造成具有不同的自然頻率，那么其共振頻率也不同。所以施加一個(gè)頻率變化的電磁場(chǎng)能夠使不同條

24、件下水分子或者結(jié)垢粒子發(fā)生共振，變化的頻率覆蓋了污垢的的自然頻率，進(jìn)而達(dá)到除垢防垢目的。2.4 電磁場(chǎng)除垢優(yōu)越性和傳統(tǒng)的除垢措施比較電磁場(chǎng)除垢的優(yōu)越性有：安全性高，經(jīng)濟(jì)效益良好，社會(huì)效益巨大，對(duì)管道具有附加的保護(hù)作用。安全性方面：有很多生產(chǎn)部門，安全性要求比較高，如化工生產(chǎn)企業(yè)、油田生產(chǎn)部門等。由于電磁場(chǎng)處理技術(shù)采用的是低電壓，能適用于一切危險(xiǎn)場(chǎng)所，應(yīng)用范圍比較廣泛，滿足了特殊部門低電壓的安全性要求。經(jīng)濟(jì)效益方面：避免了化學(xué)藥劑對(duì)設(shè)施的侵蝕作用，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，耗費(fèi)成本低進(jìn)而減少了固定資產(chǎn)的無(wú)形損耗；安裝時(shí)不需要停工停產(chǎn)，有助于提高企業(yè)的效益，修理方法簡(jiǎn)單，人員管理方便，能夠降低運(yùn)行費(fèi)用

25、，也能節(jié)省一定的人力物力。社會(huì)效益方面：有效地避除了化學(xué)藥劑對(duì)環(huán)境的污染以及避免了水資源的浪費(fèi)；不需要停工停產(chǎn)，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率。在其它方面的作用：通過(guò)電磁作用之后的水能夠電離出活性氧，從而在管道的內(nèi)壁上形成一層層氧化膜。這些氧化膜可以阻止管道發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而減緩管道的腐蝕進(jìn)程。與此同時(shí)，由于管道內(nèi)產(chǎn)生了變頻共振場(chǎng)以及活性氧，可以起到殺菌，滅藻的作用，這樣就對(duì)管道有一定的保護(hù)作用。3 除垢防垢裝置設(shè)計(jì)3.1 概述本課題裝置首先要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠產(chǎn)生頻率變化的掃頻信號(hào)，再通過(guò)H電橋驅(qū)動(dòng)，這樣就形成一個(gè)簡(jiǎn)單的除垢防垢儀。這樣將一根導(dǎo)線纏在管道上構(gòu)成一個(gè)螺線管，兩端導(dǎo)線連接到H橋輸出位置，這樣就能

26、夠使管道內(nèi)的污垢受到電磁場(chǎng)作用而得到處理，從而達(dá)到除垢防垢的作用。電磁場(chǎng)除垢防垢裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易流程如下圖3-1所示。連接管道線圈H橋驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生掃頻信號(hào)圖3-1 裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易流程圖3.2 掃頻信號(hào)的生成3.2.1 掃頻信號(hào)的選擇 通常情況下信號(hào)有多種形式，我們平常接觸到的信號(hào)有正弦信號(hào)、方波信號(hào)、鋸齒波信號(hào)、脈沖信號(hào)等等。在本課題中具體選用怎樣的信號(hào)能夠有助于管道的除垢防垢，而且效果更明顯。人們經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)方波信號(hào)在除垢、防垢效果方面比較其它信號(hào)更為明顯13，是由于方波信號(hào)含有的諧波成分比較多，使水分子團(tuán)與外加電磁場(chǎng)達(dá)到共振的機(jī)會(huì)更大。鑒于以上原因，在本次課題中選擇方波信號(hào)作為掃頻信號(hào)對(duì)管線

27、除垢防垢進(jìn)行更加深入的研究。3.2.2 信號(hào)產(chǎn)生方案研究方案一 用555定時(shí)器構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器555定時(shí)器是一種中規(guī)模的集成電路，它可以構(gòu)成多諧振蕩器，圖3-2是占空比可調(diào)多諧振蕩器原理圖。圖中數(shù)字對(duì)應(yīng)的管腳如下所示：1腳表示外接電源負(fù)極或接地（GND）。 2腳代表TR觸發(fā)輸入。 3腳為輸出端（OUT或Vo）。 4腳是RD復(fù)位端口，移步清零而且低電平有效，當(dāng)接低電平時(shí)，不管TR、TH輸入是什么電平，電路總是輸出“0”。要想使電路正常工作，那么4管腳應(yīng)該與電源相連接。5腳表示控制電壓端CO(或VC)。如果此端外接電壓，就可以改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)這個(gè)端口不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一

28、只0.01F的電容接地，以防止引入干擾。 6腳表示TH高觸發(fā)端。 7腳是放電端， 8腳代表外接電源VCC（VDD）圖中有可調(diào)電位器Rp1和兩個(gè)引導(dǎo)二極管，該電路放電管T截至?xí)r，電源通過(guò)RA、D1對(duì)電容C充電，當(dāng)放電管T導(dǎo)通時(shí)，電容通過(guò)D2、Rb、T進(jìn)行放電。只要調(diào)節(jié)Rp1,就會(huì)改變與的比值，從而改變輸出脈沖的占空比。圖中=0.693C =0.693，因此輸出脈沖占空比14圖3-2 占空比可調(diào)的多諧振蕩器原理圖可以得到方波周期T=T1+T2則頻率為f=1T1+T2通過(guò)滑動(dòng)可調(diào)電位器Rp1就可以改變方波的頻率。方案二 采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)采用此種方法具有頻率分辨率高、頻率改變快捷、頻率穩(wěn)定性好

29、、低相位噪聲等優(yōu)點(diǎn)。但是由于采用大量倍頻、分頻、混頻以及濾波環(huán)節(jié)，這就造成直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，而且容易產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量，較高的頻譜純度就會(huì)難以達(dá)到。方案三 采用單片機(jī)編程的方法實(shí)現(xiàn) 采用這種方法能夠用編程來(lái)控制信號(hào)的波形的頻率，并且在硬件電路不變的情況下，通過(guò)改變頻率的轉(zhuǎn)換。此外，通過(guò)編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號(hào)，所以可以提高信號(hào)精度。 鑒于方案一沒(méi)有智能型，不能自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率，而且電阻值穩(wěn)定性容易受到外界溫度的影響，方案二電路復(fù)雜，成本高等。所以決定采用方案三的方法，它不僅軟硬件結(jié)合，使得能夠保障信號(hào)頻率的穩(wěn)定性和精度準(zhǔn)確性，而且使用的幾個(gè)元器件都是很常見(jiàn)很常用的，容易得到并且價(jià)錢

30、低廉，是個(gè)不錯(cuò)的選擇。3.2.3 基于MCS51單片機(jī)的設(shè)計(jì) 1 單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能的CMOS 8位單片機(jī)，下圖3-3是單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。片內(nèi)含4k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，該單片機(jī)采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造方法，兼容MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳，芯片內(nèi)集成了通用的8位處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供一個(gè)高性價(jià)比的解決方法。圖3-3 AT89S51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128

31、 bytes的RAM，32個(gè)外部雙向I/O口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，該單片機(jī)設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置的省電模式。在空閑模式下，CPU將會(huì)停止工作， RAM定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可以繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，暫停芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。該單片機(jī)PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式。2主要特性： （1） 8031 CPU與MCS-51 兼容 （2） 4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器(壽命：1000寫/擦循環(huán)) （3） 全靜態(tài)工作：0

32、Hz-33MHz （4） 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 （5） 128*8位內(nèi)部RAM （6） 32條可編程I/O線 （7） 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 （8） 6個(gè)中斷源 （9） 可編程串行通道 （10）低功耗的閑置和掉電模式 （11）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 3管腳說(shuō)明：?jiǎn)纹瑱C(jī)管腳圖如下圖3-4所示 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口是一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每個(gè)引腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，

33、此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高

34、八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部

35、輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過(guò)某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作。這是由硬件自動(dòng)完成的，不需要我們操心，然后再實(shí)行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯(cuò)，如果不對(duì)端口置1端口鎖存器原來(lái)的狀態(tài)有可能為0Q端為

36、0Q為1加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為1，該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗，此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為1，也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1信號(hào)讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作，則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作，所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。這四個(gè)端口還有一個(gè)差別，除了P1口外P0P2P3口都還有其他的功能。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位

37、字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，頻率是振蕩器頻率的六分之一。所以它可作為對(duì)外部輸出的脈沖或定時(shí)的目的。需要留心的是：當(dāng)用來(lái)作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候，就會(huì)跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如果想要禁止ALE的輸出可以在SFR8EH上置0 這時(shí)候，ALE就會(huì)在執(zhí)行MOVX，MOVC時(shí)ALE才起作用。此外，該引1 腳被稍微的拉高。假設(shè)微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位就會(huì)無(wú)效。 /PSEN：是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /E

38、A/VPP：當(dāng)/EA為低電平時(shí)，在此期間外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)加密方式1時(shí)，/EA把內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端為高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12VVPP。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：反向振蕩器的輸出。 4時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種形式得到：分別內(nèi)部震蕩方式和外部震蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器或陶瓷振蕩器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，自激振蕩器于單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路發(fā)生器構(gòu)成單片機(jī)的時(shí)鐘電路，由振蕩源OSC和電容C1 和C2構(gòu)成了并聯(lián)諧振回路作為定時(shí)元件，晶振頻率

39、為1.212MHZ，電容C1、C2為530PF，這就是內(nèi)部方式。單片機(jī)時(shí)序單位。振蕩周期：晶振的振蕩周期，為最小時(shí)序單位。時(shí)鐘周期：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩期產(chǎn)生的信號(hào)2分頻形成了時(shí)鐘信號(hào)，它的周期成為時(shí)鐘周期，機(jī)器周期：一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)時(shí)鐘周期12個(gè)振蕩周期構(gòu)成，是計(jì)算機(jī)執(zhí)行一種基本操作的時(shí)間單位。圖3-4 AT89S51管腳圖在本次掃頻方波信號(hào)頻段的選擇中，選擇頻率400HZ到10KHZ頻段的信號(hào)。在具體程序編輯過(guò)程中，主要運(yùn)用單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)知識(shí)，下面介紹一下：定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式寄存器（TMOD）用于設(shè)計(jì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式，T M O D從低位到高位分別為M0 M1 C/

40、T GATE M0 M1 C/T GATE，其中高四位用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1，低四位用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0。當(dāng)M1 M0是0 0時(shí)是工作方式0，為十三位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；當(dāng)M1 M0是0 1時(shí)是工作方式1，為16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；當(dāng)M1 M0分別是1 0時(shí)是工作方式2，為8位常數(shù)自動(dòng)裝入的定時(shí)/計(jì)數(shù)器：當(dāng)M1 M0分別是1 1時(shí)是工作方式3，為定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0剖分為2個(gè)8位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1設(shè)置為這種方式時(shí)停止工作。當(dāng)C/T為低電平時(shí)則說(shuō)明定時(shí)/計(jì)數(shù)器為定時(shí)器工作模式，每一個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，定時(shí)時(shí)間為計(jì)數(shù)次數(shù)與機(jī)器周期之積；當(dāng)C/T為低電平是則說(shuō)明定時(shí)/計(jì)數(shù)器采用計(jì)時(shí)器工作模式，當(dāng)

41、T0或T1引腳上出現(xiàn)負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1。GATE是定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)行控制位，當(dāng)為高電平時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)計(jì)數(shù)受INT0（或INT1）引腳的外部信號(hào)控制。只有當(dāng)TR0（ 或TR1）為高電平時(shí)且INT0（或INT1）引腳輸入信號(hào)為高電平時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0（或T1）才開(kāi)始計(jì)數(shù)。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時(shí)，特殊功能寄存器TMOD的內(nèi)容被清零。定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器（TCON）既有中斷標(biāo)志寄存器寄存器的功能，又有控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的功能，特殊功能寄存器TCON從低位到高位分別為IT0 IE0 IT1 IE1 TR0 TF0 TR1 TF1。其中TF0是定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位，銀為單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器是

42、加1計(jì)數(shù)器，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0啟動(dòng)后計(jì)數(shù)器從初始值開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿后再計(jì)一次，計(jì)數(shù)器溢出，溢出標(biāo)志位TF0由硬件自動(dòng)置1.TF0也是定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷標(biāo)志，當(dāng)TF0為高電平時(shí)，意味著定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出事件發(fā)生，想CPU請(qǐng)求中斷。TF0可以由軟件清零，如果以中斷方式實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)，CPU響應(yīng)中斷時(shí)，由硬件自動(dòng)清零。TRO 是定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的啟?？刂莆?，當(dāng)它為低電平時(shí)，表示定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0停止工作，而當(dāng)其為高電平時(shí)，當(dāng)GATE為高電平時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的啟動(dòng)與否還取決于INT0引腳輸入信號(hào)的狀態(tài)。當(dāng)INT0的非為高電平時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0才開(kāi)始計(jì)數(shù)。TF1 和TR1定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1

43、的計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位和啟停控制位，其定義與TF1 和TR1類同。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，特殊功能寄存器被清零。 在工作方式0下，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)范圍是1到8192，定時(shí)時(shí)間范圍是1到8192個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器初始值X=8192-N，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)N次后，溢出標(biāo)志TF為1.在定時(shí)器模式下，計(jì)數(shù)器以周期為計(jì)數(shù)信號(hào)，每一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1.因此應(yīng)首先計(jì)算定時(shí)td需要多少個(gè)機(jī)器周期才能實(shí)現(xiàn)，即N為td與TM的比值，其中TM為機(jī)器周期，則初值就可以算出來(lái)了。在工作方式1下，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)范圍為1到65536，定時(shí)器定時(shí)范圍為1到65536個(gè)機(jī)器周期，在初值計(jì)算是和方式0差不多，只要把8192換成65536即可在工作方式2

44、時(shí)處置與工作方式0一樣。在本次程序設(shè)計(jì)中，頻率400HZ到10KHZ頻段的方波信號(hào)，而且占空比達(dá)到百分之五十，首先采用計(jì)數(shù)/定時(shí)器采用工作方式1，由于單片機(jī)晶振頻率為12MHZ，所以對(duì)應(yīng)的機(jī)器周期為晶振周期的12倍，即1微秒，當(dāng)頻率400 HZ時(shí)，方波周期為1/400S，則高電平時(shí)間為1/800秒，低電平時(shí)間為1/800秒，即每隔1/800秒電平翻轉(zhuǎn)一次，當(dāng)頻率為10KHZ時(shí)則每隔1/10000S電平翻轉(zhuǎn)一次。所以要設(shè)置低電平定時(shí)時(shí)間初值，時(shí)間到后自動(dòng)翻轉(zhuǎn)。100000/40（20+m）為不同情況下定時(shí)值，在這里定時(shí)器0輸出所要的波形，定時(shí)器1定時(shí)波形顯示時(shí)間，如果時(shí)間到則改變頻率，在這里定時(shí)

45、2秒具體程序在下面所示：#include <reg52.h>Sbit outWave=P00;#define uchar unsigned char#define uint unsigned int uchar t1Counter;/t1中斷次數(shù)uint dataLoad; /the reset data of the time0, volatile variable.bit t1Int;/ 定時(shí)器1/定時(shí)器0初始化void InitTimer0()TMOD|=0x01;/定時(shí)器方式1ET0=1;/允許T0中斷TH0=(65536-dataLoad)/256; TL0=(65536

46、-dataLoad)%256;TR0=1;/啟動(dòng)T0/定時(shí)器0中斷void Time0Int() interrupt 1TH0=(65536-dataLoad)/256;TL0=(65536-dataLoad)%256;outWave=!outWave;/定時(shí)器1初始化void InitTimer1()TMOD|=0x10;/定時(shí)器方式1ET1=1;/允許T1中斷TH1=(65536-50000)/256;/定時(shí)50msTL1=(65536-50000)%256;TR1=1;/啟動(dòng)T1/定時(shí)器1中斷void Time1Int() interrupt 41TH1=(65536-50000)/25

47、6;/定時(shí)50msTL1=(65536-50000)%256;t1Counter+;/主函數(shù)void main()uchar i; /頻率數(shù)dataLoad=1250;/400hz,2.5msInitTimer0();/定時(shí)器0初始化InitTimer1();/定時(shí)器1初始化EA=1;/開(kāi)總中斷PT1=1;/定時(shí)器T1的溢出中斷源為最高級(jí)while(1) /if(t1Int) / /t1Int=0; /t1Counter+; if(t1Counter=40) dataLoad=1000000/(40*(20+m); m+; m=m%480; / 圖3-5圖3-6上圖3-5和3-6顯示部分波形。

48、3.3 H橋驅(qū)動(dòng)電路在驅(qū)動(dòng)電路中，我們選擇HIP4081芯片實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能，首先大概介紹一下芯片。HIP408115是intersil公司推出的一款專門用于控制H橋的高頻全橋驅(qū)動(dòng)芯片。采用閂鎖抗干擾CMOS 制造工藝，具有獨(dú)立的低端與高端輸入通道，分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)4個(gè)N溝道MOS管，輸出峰值電流是2 A；芯片內(nèi)部具有電荷泵和設(shè)置死區(qū)時(shí)間；懸浮電源采用的是自舉電路，高端工作電壓最高可達(dá)95 V，工作頻率高，能夠控制所有輸入的禁止端，能與外接元件形成保護(hù)電路。它的主要組成有：邏輯輸入、使能、電荷泵、電平平移及死區(qū)時(shí)間設(shè)置等幾個(gè)部分。具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）獨(dú)立驅(qū)動(dòng)4個(gè)N溝道FET在半橋或全橋

49、配置（2）自舉電源最大電壓 95 V D（3）在自由的空氣，在攝氏 50 度與升降時(shí)間的通常 10ns 1mhz 驅(qū)動(dòng)器 1000pF 負(fù)載（4）用戶可編程死區(qū)時(shí)間（5）片上的電荷泵和引導(dǎo)上的偏置廠礦（6）DIS（禁用）覆蓋輸入的控件（7）輸入邏輯閾值兼容 5 V 至 15 V 邏輯電平（8）極低的功耗消耗（9）欠壓保護(hù)（10）無(wú)鉛產(chǎn)品該芯片主要有以下應(yīng)用：（1）中型/大型音圈電機(jī)（2）全橋電源供應(yīng)器（3）D 類音頻功率放大器（4）高性能電機(jī)控制（5）降噪系統(tǒng)（6）電池供電的車輛（7）外圍設(shè)備HIP4081引腳排列引腳圖由下圖3-7所示 圖3-7 HIP4081引腳排列在上圖3-7中

50、，ALI，AHI分別代表A邊的低邊輸入和高邊輸入；ALO，AHO則是A邊的低邊輸出和高邊輸出，DIS是使能輸入；在另一半（B邊）的內(nèi)部功能圖中，BLI、BHI分別代表是B邊的低邊輸入和高邊輸入；BLO，BHO是B邊的低邊輸出和高邊輸出，具體的引腳說(shuō)明下來(lái)做詳細(xì)介紹。（1）BHB：B高邊自舉電源.外部必需自舉二極管和電容.連接自舉二極管和自舉電容的積極的一面的陰極,該引腳的內(nèi)部電荷泵用30A該引腳輸出,用于維持自舉電源.內(nèi)部鉗位電路自舉電源大約12.8V（2）BHI：B高邊輸入.為邏輯電平輸入,控制BHO驅(qū)動(dòng)器（20引腳）. BLI（引腳5）高電平輸入覆蓋BHI高電平輸入,以防止半橋擊穿,見(jiàn)邏輯

51、關(guān)系表3-1. DIS（引腳3）高電平輸入覆蓋BHI高電平輸入.該引腳可以由0V信號(hào)電平驅(qū)動(dòng)到15V（3）DIS：禁止輸入.為邏輯電平輸入,當(dāng)采取高sets所有四個(gè)輸出低電平. DIS高覆蓋所有其他投入.當(dāng)DIS是采取低的輸出是由其他輸入控制.該引腳可以由0V的信號(hào)電平驅(qū)動(dòng)為15V（4）VSS：片上負(fù)電源,一般接地面.（5）BLI：B低邊輸入.邏輯電平輸入,控制BLO驅(qū)動(dòng)器（引腳18）.如果BHI（引腳2）為高或沒(méi)有連接外部則BLI同時(shí)控制BLO和BHO司機(jī),由延時(shí)電流在HDEL和LDEL（引腳設(shè)置死區(qū)時(shí)間圖8和9）. DIS（銷3）高電平輸入覆蓋BLI高電平輸入.該引腳可以由0V的信號(hào)電平驅(qū)

52、動(dòng)到15V（6）ALI：低邊輸入.邏輯電平輸入,控制ALO驅(qū)動(dòng)器（引腳13）.如果AHI（引腳7）被驅(qū)動(dòng)為高或沒(méi)有連接外部則ALI同時(shí)控制ALO和AHO司機(jī),由延時(shí)電流在HDEL和LDEL. DIS高電平輸入覆蓋ALI高電平輸入.該引腳可以由0V的信號(hào)電平驅(qū)動(dòng)到15V（7）AHI：高邊輸入.邏輯電平輸入,控制AHO驅(qū)動(dòng)器（引腳11）. ALI（引腳6）高電平輸入覆蓋AHI高電平輸入,以防止半橋擊穿,見(jiàn)真值表. DIS高電平輸入覆蓋AHI高一級(jí)輸入.該引腳可以由0V信號(hào)電平驅(qū)動(dòng)到15V（8）HDEL：高邊導(dǎo)通延遲.從這個(gè)引腳連接電阻VSS設(shè)置定義的導(dǎo)通延遲時(shí)間電流這兩個(gè)高邊驅(qū)動(dòng)器.低側(cè)驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉

53、,沒(méi)有可調(diào)延遲,所以HDEL電阻保證無(wú)直通通過(guò)延遲開(kāi)啟的高邊驅(qū)動(dòng)器. HDEL參考電壓大約為5.1V（9）LDEL：低邊導(dǎo)通延遲.從這個(gè)引腳連接電阻VSS設(shè)置定義的導(dǎo)通延遲時(shí)間電流兩個(gè)低邊驅(qū)動(dòng)器.高邊驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉,沒(méi)有可調(diào)延遲,所以LDEL電阻保證無(wú)直通通過(guò)延遲開(kāi)啟的低邊驅(qū)動(dòng)器. LDEL參考電壓大約為5.1V（10）AHB：一個(gè)高邊自舉電源.外部自舉二極管和電容是必需的.連接自舉二極管和自舉電容的積極的一面的陰極,該引腳.內(nèi)部電荷泵用品30A該引腳輸出,以維持自舉電源.內(nèi)部鉗位電路自舉電源約12.8V（11）AHO：高側(cè)輸出.連接到一個(gè)高側(cè)功率MOSFET的柵極（12）AHS：高邊源的連接.連

54、接到一個(gè)高側(cè)功率MOSFET的源極.自舉電容的負(fù)端連接到該引腳（13）ALO：低側(cè)輸出.連接到低側(cè)功率MOSFET的柵極（14）ALS：低邊源的連接.連接到低側(cè)功率MOSFET的源極（15）VCC：正電源柵極驅(qū)動(dòng)器.必須是相同的電位為VDD（引腳16）.連接到兩個(gè)自舉二極管的陽(yáng)極（16）VDD：正電源,以更低的柵極驅(qū)動(dòng)器.必須是相同的電位為VCC（引腳15）.德夫婦此引腳VSS（引腳4）（17）BLS：B低邊源的連接.連接到B低側(cè)功率MOSFET的源極.（18）BLO：B低側(cè)輸出.連接到B低側(cè)功率MOSFET的柵極（19）BHS：B高邊源的連接.連接到B高側(cè)功率MOSFET的源極.自舉電容的負(fù)

55、端連接到該引腳（20）BHO：B高側(cè)輸出.連接到B高側(cè)功率MOSFET的柵極.下表3-1是HIP4081芯片的邏輯關(guān)系，通過(guò)真值表對(duì)芯片的有一個(gè)更加深刻地了解。從圖中可以看出當(dāng)DIS有效時(shí)，當(dāng)其他管腳無(wú)論輸入有效，輸出結(jié)果都是低電平。當(dāng)ALI或BLI為高電平，DIS為低電平，AHI 與BHI無(wú)論是高電平還是低電平，輸出時(shí)ALO和BLO為高電平，AHO和 BHO為低電平；當(dāng)AHI 、BHI為高電平，DIS 、ALI或BLI為低電平，輸出AHO和 BHO為高電平，ALO和BLO為低電平。輸入低電平則沒(méi)有信號(hào)輸出。表3-1 邏輯關(guān)系輸入輸出ALI，BLIAHI，BHIDISALO，BLOAHO，BHO××1001×0100100100000注：×=任意值，1=高電平，0=低電平下面介紹一下驅(qū)動(dòng)電路的原理，下圖3-8為驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。圖3-8 H橋驅(qū)動(dòng)電路原理圖圖3-9 1/2HIP4081內(nèi)部功能框圖在圖中，Vcc為內(nèi)部邏