【正文】 IS C K/ C S/ R E S E TV S S / W PV C CX 2 5 0 4 38 0 C 1 9 6 K C 圖 X25043掉電保護(hù)電路圖 本系統(tǒng)所用電源都是弱電，直接采用開關(guān)電源模塊。 影響系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行的主要因素是來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電磁干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部環(huán)境條件等。 S 為轉(zhuǎn)差率 ]11[ ?？梢姡蓛上嚯娏髟趦上嗬@組中產(chǎn)生的合成磁場隨時間的推移沿圓周不停的旋轉(zhuǎn)。 （ 3）將電流的瞬時值按其大小與方向填入圖 的兩相繞組中，設(shè) I 為正值時，電流是從繞組的首端（ k i1）流入，在首端導(dǎo)體中填入 ⊕ ；電流是從繞組的尾端（ ki2）流出，在尾端導(dǎo)體中填入電流是從繞組的首端（ k j1）流入，在首端導(dǎo)體中填 ⊙ 。 j 1 j 2k 1k 2U jU k 圖 電動機(jī)繞組上電壓示意圖 有效匝數(shù)相等、在空間上互差 90176。其中的一相 j1—j2 稱為激磁繞組，簡稱為繞組 j，另一相 k1—k2 稱為控制繞組，簡稱為繞組 k。 DAC0832 的主要特性參數(shù)如下 ： 1. 分辨率為 8 位； 2. 電流穩(wěn)定時間 1us； 3. 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； 4. 只需在滿量程下調(diào)整其線性度； 5. 單一電源供電（ +5V～ +15V）； 6 . 低功耗， 200mW。下面將介紹 DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器的功能和原理。 固態(tài)繼電器利用電子元件（如可控硅，雙向晶閘管等半導(dǎo)體器件）的開關(guān)特性，可達(dá)到無觸點(diǎn)的接通與斷開電路，是一種無觸點(diǎn)開關(guān)，它尤其具有工作可靠，無觸點(diǎn)，無火花，壽命長，無噪聲，無電磁干擾，開關(guān)速度快， 抗干擾能力強(qiáng)，且體積小，耐震動，防爆，防潮，防腐蝕，能與 TTL、 DTL、 HTL 等邏輯電路兼容，以微小的控制信號達(dá)到直接驅(qū)動大電流、高電壓負(fù)載等特點(diǎn)，所以其應(yīng)用得到了長足的發(fā)展。在此，我們采用 HSO CAM 鎖定功能進(jìn)行周期的、重復(fù)的產(chǎn)生 A/D 轉(zhuǎn)換的命令，用定時器 2 作為 HSO 的時間基準(zhǔn)，在 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷子程序 里讀出轉(zhuǎn)換的結(jié)果，并給出下一次 A/D 轉(zhuǎn)換的通道號。 80C196KC 的 A/D 轉(zhuǎn)換器還具有如下的特點(diǎn) :(l)轉(zhuǎn)換的方式可以選擇遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 １６ 頁 為 10 位也可以選擇 8 位 。 （ 3）轉(zhuǎn)換精度： ADC 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度定義為一個實際 ADC 轉(zhuǎn)換器在量化值上的差值，可用絕對誤差或相對誤差表示。 A/D 轉(zhuǎn)換是逐次逼近轉(zhuǎn)換， 逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零 ,轉(zhuǎn)換開始時 ，先將逐次逼近寄存器最高位置 1，送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為 Uc，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量 Ux 進(jìn)行比較，若 UcUx，該位 1 被保留，否則被清除。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要實時采樣開度設(shè)定信號和反饋信號，并比較其大小。此電路用于指定執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟動前的初始位置。如果程序較長，可以多點(diǎn)設(shè)置 WDT清零指令。當(dāng)系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)時， WDT也停止運(yùn)行。 2)若對 HSO_COMMAND分別設(shè)置 4次，可以讓 4個軟件定時器同時工作。 =1,定時器 2采用內(nèi)部時鐘 IOC1│=0x04。定時器的使用方法比 T1有所擴(kuò)展，主要有以下幾方面： (1)T2的時鐘源，即可以由片外提供，也可以來自片內(nèi)。其中斷向量為 2036H，屏蔽位為 INT—。T1溢出，能夠產(chǎn)生定時器中斷 (若中斷被允許 )。 T T2的工作狀況與片內(nèi)幾個輸入／輸出控制寄存器(IOC0、 IOC IOC IOC3)，輸入／輸出狀態(tài)寄存器 (IOS IOS2)以及中斷屏蔽寄存器 (INT MASK、 INT—MASK1)有著密切關(guān)系。 80C196KC的中斷 80C196KC提供了 28個中斷源， 18個中斷向量。 它有一套執(zhí)行速度更快、數(shù)進(jìn)行操作， 16位乘 16位指令的執(zhí)行時間僅為 ， 片內(nèi)具有外設(shè)事務(wù)服務(wù)器 FTS， 專門用于處理外設(shè)中斷事務(wù) 。控制器是電動執(zhí)行系統(tǒng)控制的核心部分，在對其進(jìn)行設(shè)計時，我們采用了模塊化設(shè)計思想，設(shè)計了基于 80C196KC單片機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)硬件電路，其通用性非常突出 ，系統(tǒng)基本由下面幾個模塊組成 :數(shù)據(jù)采集模塊、功率放大模塊、恒流源輸出模塊。運(yùn)算過程大致如下： y=（ Vf－ Ld） *Xc/A+B () 其中： A、 B為常數(shù)； y為電動執(zhí)行系統(tǒng)所處的當(dāng)前位置。 ：也就是控制器能用在不同類型執(zhí)行器和不同的負(fù)載上，而不至于發(fā)生振蕩和精度下降 ]4[ 。 控制器實現(xiàn)功能 在此系統(tǒng)中，控制器實現(xiàn)對電動機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的控制。由于采樣的不連續(xù)性，要使二者絕對相等不太可能。 電動執(zhí)行系統(tǒng)中的單片機(jī)用于對整個電動執(zhí)行系統(tǒng)實行控制。所以，基于單片機(jī)的執(zhí)行系統(tǒng)這個設(shè)計的內(nèi)容與思路已基本介紹清楚。 第四章重點(diǎn)介紹了兩相伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和機(jī)械特性，以便更好的理解電動執(zhí)行系統(tǒng)的控制。電機(jī)是電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，要有優(yōu)良的靜動態(tài)特性和轉(zhuǎn)矩特性，來滿足電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁的啟動、停止的需求。 80C196KC 單片機(jī) 、 MOC3081M 固態(tài)繼電器、可控硅、兩相伺服電動機(jī)、 DAC0832轉(zhuǎn)換器等器件組成了本論文所要設(shè)計的電動 執(zhí)行系統(tǒng)。因此，它們的可靠性，精度，負(fù)載能力，信號品質(zhì)系數(shù)等性能有了很大的提高，而且對環(huán)境條件的要求降低了很多； ? 智能型的電動執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)了智能控制，防護(hù)等級高，控制精度較高，重量輕，穩(wěn)定性好的功能。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 I 頁 基于單片機(jī)的電動執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計 摘要 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，對閥門進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。 目前，國內(nèi)流行的 DKJ 和 DKZ 系列具有以下幾大特點(diǎn)： ? 直接受計算機(jī)控制的智能電子型，戶外型，隔爆型等改進(jìn)型產(chǎn)品； ? 經(jīng)電路部分灌封在一個小型塑料盒中，即模塊，形成了便于維護(hù)的即插即用型。因此，本文是基于單片機(jī)的電動執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計?？煽毓鑴t是目前比較理想的交流開關(guān)器件。 第三章主要給出了電動執(zhí)行系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成，在硬件設(shè)計上詳細(xì)的給出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模塊、功率放大模塊、恒流源模塊，對整個系統(tǒng)工作流 程有一定的了解。接下來給出了文章的總體結(jié)構(gòu)，對此論文的內(nèi)容、思路有了更深一層的理解。 恒流源 80C196KC 固態(tài)繼電器 兩相伺服電動機(jī) 減速機(jī)構(gòu) 輸出軸 位置傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ５ 頁 電動執(zhí)行系統(tǒng)的控制器由 80C196KC 單片機(jī)和其內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換器組成。當(dāng)反饋量小于開度設(shè)定量時，電機(jī)正方向轉(zhuǎn)動；當(dāng)反饋量大于開度設(shè)定量時，電機(jī)向反方向轉(zhuǎn)動；若反饋 量等于開度設(shè)定量，則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同的運(yùn)行環(huán)境下，給定信號的量程都是相同的，但需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作范圍不一定相同，這樣要在具體的運(yùn)行環(huán)境中設(shè)定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大動作范圍，即行程。 ：即將實際閥門位置以 4~20mA 電流信號的形式 反饋輸出。以上五個參數(shù)的運(yùn)算結(jié)果來確定伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動情況。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ８ 頁 3 基于 80C196KC單片機(jī)的電動執(zhí)行系統(tǒng)的構(gòu)成 引言 電動執(zhí)行系統(tǒng)是通過傳感器采集輸出軸的位置信號，與系統(tǒng)給定信號比較得到控制信號，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使電機(jī)帶動輸出軸達(dá)到要求的位置。并給程序設(shè)計帶來方便 。其晶振最高可達(dá) 20MHz； (10) 內(nèi)部為 2分頻電路，指令執(zhí)行速度快； (11)低功耗工作方式。=0x00FD； MASK│=0X80； ... (2)定時器溢出中 斷 在 80C196KC單片機(jī)內(nèi)部，定時器 T1和 T2占有重要地位，因為其它一些環(huán)節(jié)功能的遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 １０ 頁 發(fā)揮 ,均離不開 T1和他的支持。 若單片機(jī)的晶振頻率選為 12MHZ，經(jīng)過片內(nèi) 2分頻處理后，可以得到狀態(tài)周期T(=)， 一般而言， T1的最長時間如下： T1max=0FFFFH8T=655368= T1的當(dāng)前值可以從 0AH單元讀出，但只允許 1次讀出 16位，而不能 按字節(jié)分 2次讀出。 T2溢出中斷的屏蔽位是 INT—. 靠 2的捕捉功能，這也會產(chǎn)生一次溢出中斷。當(dāng)前值的讀取方式以及定時范圍與 T1相同。 IOC3│=0x01。通過對 HSO_COMMAND寄存器的 D3~D0位進(jìn)行設(shè)置，可以指明軟件定時器的編號。每經(jīng)歷一個 T時 間， WDT的內(nèi)容增 1。在不超過 64K個狀態(tài)周期的某個位置上再安排 WDT清零指令，當(dāng)程序運(yùn)行到這個地方時， WDT又被清零并啟動。 第三部分電路為調(diào)零點(diǎn)電路。此電路用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中開度設(shè)定信號與位置反饋信號比較時認(rèn)為二者相等所允許的相對誤差。然后將五路8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)分別存入 80C196KC 單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器中，等待單片機(jī)發(fā)出指令，對其進(jìn)行邏輯運(yùn)算，進(jìn)而控制兩相伺服電動機(jī)的正反方向的運(yùn)行和停止。 （ 2）分辨率： ADC 轉(zhuǎn)換器的量化精度，習(xí)慣用輸出二進(jìn)制位數(shù)來表示。 8 1模 擬 多 路轉(zhuǎn) 換 開 關(guān)采 樣和 保 持 0 1 2 3 4 5 6 7ad_result_h逐 次 逼 近式 A / D轉(zhuǎn) 換 器控 制 邏 輯 0 1 2 3 4 5 6 7ad_result_l0 1 2 3ad_command模擬輸入V r e fA N G N D通 道 選 擇啟 動 轉(zhuǎn) 換結(jié)果h s o _ c o m m a n d 圖 80C196KC內(nèi)部 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)框圖 8 通道 A/D 轉(zhuǎn)換器其輸入引腳是與 ~ 共享的 ACH0~ACH7，其中 ACH7 可作外部中斷源用。 對于本系統(tǒng)來說，要求控制周期盡可能短，所以如果采用通常所用的用定時器 1 進(jìn)行定時采樣的方法，程序?qū)?fù)雜化。下面將介紹固態(tài)繼電器的工作原理。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 １９ 頁 D A C 0 8 3 2 轉(zhuǎn)換 器1 CS2 1WR3 A G N D4 3DI5 2DI6 1DI7 0DI8 RE FV9 FBR1 0 D G N D 1 1 1O U TI1 22OUTI1 3 7DI1 4 6DI1 5 5DI1 6 4DI1 7 X F ER1 8 2WR1 9 I L E2 0 V c c4 5 5 84 5 5 8+ 5 V+ 5 VV c cR 1 R 2R 3R 4R 5R 6R 7 R 8R 9R 1 0I o u tU 2U iU 1V T圖 恒流源輸出模塊 在此模塊中，其中一個組成部分為 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器。D/A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。交流伺服電機(jī)多為兩項異步電動機(jī)，在定子轉(zhuǎn)芯上嵌放著在空間上相距 90 電角度的兩相饒組，如圖 所示。一個是激磁繞組，其首尾端分別為 j j2，接激磁電壓為 Uj；另一個是控制繞組，其首位端分別為遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ２３ 頁 k k2，控制電壓為 Uk。 （ 2）給一個特定的瞬間，如 t0、 t t2 等。依 此類推，經(jīng)過一個周期，由電流產(chǎn)生的磁場是一對極，在氣隙中也轉(zhuǎn)了一圈。 T m (s) 為 T m+ (s) 和 T m? (s) 的疊加，即單相異步電動機(jī)的機(jī)械特性。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ２８ 頁 6 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計 本文研究 的 電動執(zhí)行器，在應(yīng)用時必須能夠長期、穩(wěn)定地運(yùn)行，否則將導(dǎo)致控制的誤差加大，嚴(yán)重時會使系統(tǒng)失靈，甚至造成巨大的損失，而它的工作環(huán)境往往又是比較惡劣和復(fù)雜的，所以要求本系統(tǒng)具有很高的可靠性和安全性，因此本系統(tǒng)力求做到既有較強(qiáng)的抗干擾能力，且使用的硬件資源盡量少。本 系統(tǒng)硬件抗干擾措施主要有 :掉電保護(hù)、濾波技術(shù)、去耦技術(shù)、屏蔽技術(shù)、隔離 技術(shù)、及接地技術(shù)等。此外 X25043 還具有 512*8 位串行 E2PROM，一使得本系統(tǒng)無須另外擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器