【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掉電保護電路圖 本系統(tǒng)所用電源都是弱電，直接采用開關電源模塊。 影響系統(tǒng)可靠、安全運行的主要因素是來自系統(tǒng)內部和外部的各種電磁干擾，以及系統(tǒng)結構設計、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部環(huán)境條件等。 S 為轉差率 ]11[ ?？梢姡蓛上嚯娏髟趦上嗬@組中產生的合成磁場隨時間的推移沿圓周不停的旋轉。 （ 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 I 為正值時，電流是從繞組的首端（ k i1）流入，在首端導體中填入 ⊕ ；電流是從繞組的尾端（ ki2）流出，在尾端導體中填入電流是從繞組的首端（ k j1）流入，在首端導體中填 ⊙ 。 j 1 j 2k 1k 2U jU k 圖 電動機繞組上電壓示意圖 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，雙向晶閘管等半導體器件）的開關特性，可達到無觸點的接通與斷開電路，是一種無觸點開關，它尤其具有工作可靠，無觸點，無火花，壽命長，無噪聲，無電磁干擾，開關速度快， 抗干擾能力強，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到直接驅動大電流、高電壓負載等特點，所以其應用得到了長足的發(fā)展。在此，我們采用 HSO CAM 鎖定功能進行周期的、重復的產生 A/D 轉換的命令，用定時器 2 作為 HSO 的時間基準，在 A/D 轉換結束中斷子程序 里讀出轉換的結果，并給出下一次 A/D 轉換的通道號。 80C196KC 的 A/D 轉換器還具有如下的特點 :(l)轉換的方式可以選擇遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 １６ 頁 為 10 位也可以選擇 8 位 。 （ 3）轉換精度： ADC 轉換器的轉換精度定義為一個實際 ADC 轉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 轉換是逐次逼近轉換， 逐次逼近法轉換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零 ,轉換開始時 ，先將逐次逼近寄存器最高位置 1，送入 D/A 轉換器，經(jīng) D/A 轉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換的模擬量 Ux 進行比較，若 UcUx，該位 1 被保留，否則被清除。系統(tǒng)在運行過程中要實時采樣開度設定信號和反饋信號，并比較其大小。此電路用于指定執(zhí)行機構啟動前的初始位置。如果程序較長，可以多點設置 WDT清零指令。當系統(tǒng)處于復位狀態(tài)時， WDT也停止運行。 2)若對 HSO_COMMAND分別設置 4次，可以讓 4個軟件定時器同時工作。 =1,定時器 2采用內部時鐘 IOC1│=0x04。定時器的使用方法比 T1有所擴展，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。其中斷向量為 2036H，屏蔽位為 INT—。T1溢出，能夠產生定時器中斷 (若中斷被允許 )。 T T2的工作狀況與片內幾個輸入／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)進行操作， 16位乘 16位指令的執(zhí)行時間僅為 ， 片內具有外設事務服務器 FTS， 專門用于處理外設中斷事務 ?？刂破魇请妱訄?zhí)行系統(tǒng)控制的核心部分，在對其進行設計時，我們采用了模塊化設計思想，設計了基于 80C196KC單片機的執(zhí)行機構硬件電路，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)對電動機的正轉、反轉、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)中的單片機用于對整個電動執(zhí)行系統(tǒng)實行控制。所以，基于單片機的執(zhí)行系統(tǒng)這個設計的內容與思路已基本介紹清楚。 第四章重點介紹了兩相伺服電動機的結構特點和機械特性，以便更好的理解電動執(zhí)行系統(tǒng)的控制。電機是電動執(zhí)行機構的關鍵部件，要有優(yōu)良的靜動態(tài)特性和轉矩特性，來滿足電動執(zhí)行機構頻繁的啟動、停止的需求。 80C196KC 單片機 、 MOC3081M 固態(tài)繼電器、可控硅、兩相伺服電動機、 DAC0832轉換器等器件組成了本論文所要設計的電動 執(zhí)行系統(tǒng)。因此，它們的可靠性，精度，負載能力，信號品質系數(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。遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 I 頁 基于單片機的電動執(zhí)行系統(tǒng)的設計 摘要 電動執(zhí)行機構廣泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，對閥門進行控制和調節(jié)。 目前，國內流行的 DKJ 和 DKZ 系列具有以下幾大特點： ? 直接受計算機控制的智能電子型，戶外型，隔爆型等改進型產品； ? 經(jīng)電路部分灌封在一個小型塑料盒中，即模塊，形成了便于維護的即插即用型。因此，本文是基于單片機的電動執(zhí)行系統(tǒng)的設計?？煽毓鑴t是目前比較理想的交流開關器件。 第三章主要給出了電動執(zhí)行系統(tǒng)的系統(tǒng)構成，在硬件設計上詳細的給出了相應的數(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構，對此論文的內容、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 減速機構 輸出軸 位置傳感器 A/D 轉換器 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 ５ 頁 電動執(zhí)行系統(tǒng)的控制器由 80C196KC 單片機和其內部的 A/D 轉換器組成。當反饋量小于開度設定量時，電機正方向轉動；當反饋量大于開度設定量時，電機向反方向轉動；若反饋 量等于開度設定量，則電機停止轉動。執(zhí)行機構在不同的運行環(huán)境下，給定信號的量程都是相同的，但需要執(zhí)行機構動作范圍不一定相同，這樣要在具體的運行環(huán)境中設定執(zhí)行機構的最大動作范圍，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)的運算結果來確定伺服電機的轉動情況。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 ８ 頁 3 基于 80C196KC單片機的電動執(zhí)行系統(tǒng)的構成 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，控制電機運轉，使電機帶動輸出軸達到要求的位置。并給程序設計帶來方便 。其晶振最高可達 20MHz； (10) 內部為 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單片機內部，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本科生畢業(yè)設計 第 １０ 頁 發(fā)揮 ,均離不開 T1和他的支持。 若單片機的晶振頻率選為 12MHZ，經(jīng)過片內 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，這也會產生一次溢出中斷。當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位進行設置，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，當程序運行到這個地方時， WDT又被清零并啟動。 第三部分電路為調零點電路。此電路用于執(zhí)行機構運行過程中開度設定信號與位置反饋信號比較時認為二者相等所允許的相對誤差。然后將五路8 位二進制數(shù)據(jù)分別存入 80C196KC 單片機的數(shù)據(jù)存儲器中，等待單片機發(fā)出指令，對其進行邏輯運算，進而控制兩相伺服電動機的正反方向的運行和停止。 （ 2）分辨率： ADC 轉換器的量化精度，習慣用輸出二進制位數(shù)來表示。 8 1模 擬 多 路轉 換 開 關采 樣和 保 持 0 1 2 3 4 5 6 7ad_result_h逐 次 逼 近式 A / D轉 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 換結果h s o _ c o m m a n d 圖 80C196KC內部 A/D轉換結構框圖 8 通道 A/D 轉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 進行定時采樣的方法，程序將會復雜化。下面將介紹固態(tài)繼電器的工作原理。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 １９ 頁 D A C 0 8 3 2 轉換 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)模轉換器。D/A 轉換器由 8 位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉換電路及轉換控制電路構成。交流伺服電機多為兩項異步電動機，在定子轉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本科生畢業(yè)設計 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，由電流產生的磁場是一對極，在氣隙中也轉了一圈。 T m (s) 為 T m+ (s) 和 T m? (s) 的疊加，即單相異步電動機的機械特性。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第 ２８ 頁 6 系統(tǒng)的可靠性設計 本文研究 的 電動執(zhí)行器，在應用時必須能夠長期、穩(wěn)定地運行，否則將導致控制的誤差加大，嚴重時會使系統(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、濾波技術、去耦技術、屏蔽技術、隔離 技術、及接地技術等。此外 X25043 還具有 512*8 位串行 E2PROM，一使得本系統(tǒng)無須另外擴展數(shù)據(jù)存儲器