【正文】 上，減少了電壓損耗，提高了執(zhí)行機構(gòu)的響應(yīng)速度。 Inte180C196KC 單片機集成的 A/D 轉(zhuǎn)換器，是由一個 8 通道的模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、一個采樣保持電路、一個 10 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器、 A/D 命令寄存器、 A/D 結(jié)果寄存器和控制邏輯組成。 此五路模擬電壓值輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器中。 在此連接電路中，第一部分電路為參考輸入 Lin分別在兩個電阻上產(chǎn)生電壓，其中電壓的一部分便成為了放大器的正相輸入端，用來校正其得 電壓經(jīng)過兩個電阻產(chǎn)生電流從而產(chǎn)生分壓現(xiàn)象，這時電壓的一部分作為放大器的反相輸入端，由于放大器的虛短，故正相端與反相端得電壓值相等，因為此時的放大器還是一個電壓跟隨器，故放大器輸出的電壓便為等值相等的兩個電壓，在加上 的另一部分電壓成為第一路模擬電壓。 在 80C196KC中，若令 WSR=0，則進(jìn)入水平窗口，此時的 WATCHDOG是一個只能寫不能讀的寄存器；若令 WSR=15，則進(jìn)入窗口 15，此時的 WATCHDOG是一個只能讀不能寫的寄存器?？焖僭隽糠绞?、一般增量方式、內(nèi)部時鐘方 式、上行／下行計數(shù)器方式、捕獲寄存器方式。當(dāng)兩者可能同時溢出時，可用軟件來確定優(yōu)先級，先查詢 ，則 T2溢出中斷優(yōu)先得到響應(yīng)，反之亦然。 EXINT可供 2個中斷源使用，一個是外部中斷引腳 (EXINT)，另一個是 (ACH7)，由 不采用 ， EXINT，當(dāng)采用 ， 斷向量是 EXINT，而 EXlNT1。可為多個中斷服務(wù)程序中的局部變量指定專門的寄存器。電動機采用兩相交流伺服電動機，它是執(zhí)行機構(gòu)的重要組成部分，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、啟動轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn) 動慣量小等特點，適用于控制閥門裝置；減速機構(gòu)主要由齒輪和皮帶組成，主要目的是降低電機的轉(zhuǎn)速。以便和不同口徑的閥門配合使用，同時也可以適應(yīng)不同的現(xiàn)場條件，增強了系統(tǒng)的通用性和適應(yīng)性。電動執(zhí)行系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖見圖 。本論文所設(shè)計的基于單片機的電動執(zhí)行系統(tǒng)是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，使用條件較差，用來控制介質(zhì)具有高溫、高壓、劇毒、深冷、易燃易爆、易結(jié)晶、強腐蝕及高粘度遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ３ 頁 等不同特點。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ２ 頁 本論文的主要研究內(nèi)容及應(yīng)用 執(zhí)行系統(tǒng)能否保持正常工作將直接影響自動控制系統(tǒng)的安全性和可靠 性，執(zhí)行器的閥門口徑和流量特性選擇是否適當(dāng)和安裝是否正確，將直接影響自動控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，因此執(zhí)行系統(tǒng)是生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)的重要設(shè)備，常被稱為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的 “手足 ”，其性能的好壞直接影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能。本論文在分析了電動執(zhí)行機構(gòu)的工作原理和控制過程之后，通過借鑒以往國內(nèi)外電動執(zhí)行機構(gòu)的優(yōu)點以及為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展需要，提出基于單片機的電動執(zhí)行機構(gòu)的方案設(shè)計通過對可能出現(xiàn)的故 障以及各種影響執(zhí)行機構(gòu)精度的因素充分考慮之后，給出了控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)；之后詳細(xì)介紹了基于 80C196KC單片機的電動執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)成， 電動執(zhí)行機構(gòu) 系統(tǒng)，由80C196KC單片機、 DAC0832轉(zhuǎn)換器、 MOC3081M固態(tài)繼電器、可控硅等器件組成。 當(dāng)單片機計算所得結(jié)果大于零且大于所設(shè)的值時，經(jīng)過功率放大模塊，從而驅(qū)動電動機的正向控制。 以上五章無論從整體上還是從個體上都對基于單片機的電動執(zhí)行系統(tǒng)這個設(shè)計具體的描述了。 電動執(zhí)行系統(tǒng)中的 A/D 轉(zhuǎn)換器用于對輸入的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù) 型數(shù)據(jù)，然后傳入單片機，從而使數(shù)據(jù)便于電動執(zhí)行系統(tǒng)各個部分的執(zhí)行。這也是系統(tǒng)的基本功能。 當(dāng) C*Iin－ D*Lm y C*Iin+D*Lm 時，伺服電機停止轉(zhuǎn)動； 當(dāng) C*Iin－ D*Lm y 時，伺服電動機反轉(zhuǎn)； 當(dāng) y C*Iin+D*Lm 時，伺服電動機正轉(zhuǎn)。 高速輸入 /輸出器 (HSIO)等 [5]。在水平窗口 O環(huán)節(jié)下， CPU只能對 0AH單元進(jìn)行讀操作；在水平窗口 15下， CPU可以對其進(jìn)行寫操作。采用定時器 T2作為控制時間的定時。 INT_MAKS│=0x01。清零方法如下：先向0AH單元寫入 1EH，緊接著再寫入 OE1H。以便和不同口徑的閥門配合使用，同時也可以適應(yīng)不同的現(xiàn)場條件，增強了系統(tǒng)的通用性和適應(yīng)性。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。 本系統(tǒng)選擇 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換方式。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 １８ 頁 圖 功率放大模塊 當(dāng)系統(tǒng)的輸入信號 Uin 與位置傳感器反饋的 Uf 信號的偏差很小，并且電機所帶的負(fù)載又很大的時候，固態(tài)繼電器的電壓放大輸出也能帶動交流電機。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ２１ 頁 本章小結(jié) 本章主要介紹了電動執(zhí)行系統(tǒng)的組成模塊以及組成模塊的器件的性質(zhì)及功能。幅值相等、時間相位差 90176。由于合成磁勢的幅值不變，磁勢的矢量 F 的矢端軌跡呈圓形，故稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁場。針對這些，系統(tǒng)的可靠性設(shè)計主要包括 :精心選擇元器件，即選擇集成化程度高、抗干擾能力強、功耗又小的電子器件 。 由于微處理器或單片機的總線上的信息變化幾乎是同時的，所產(chǎn)生的尖峰電流對系統(tǒng)的影響將是不容忽視的。 X25043 的看門狗定時器對微控制器 80C196KC 提供了獨立的保護(hù)系統(tǒng)，可選超時周期有 : 秒， 600 毫秒， 200 毫秒，也可禁用。經(jīng)過單片機的綜合運算之后，得到的信號傳入固態(tài)繼電器中，以驅(qū)動電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止轉(zhuǎn)動。 （ 6）按 與 5 各項重復(fù)下去，依次給出若干特定的時間點，兩相繞組的合成磁勢在電機氣隙中的變化率就基本上呈現(xiàn)出來了，如圖 。鼠籠導(dǎo)條和端環(huán)采用高電阻率的電阻材料，如黃銅、青銅等，是為了能實現(xiàn)快停和防止自轉(zhuǎn)。 IOUT1：電流輸出端 1，其值隨 DAC 寄存 器的內(nèi)容線性變化； IOUT2：電流輸出端 2，其值與 IOUT1 值之和為一常數(shù)； Rfb：反饋信號輸入線，改變 Rfb 端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度； Vcc：電源輸入端， Vcc 的范圍為 +5V～ +15V； 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ２０ 頁 REFV ：基準(zhǔn)電壓輸入線， REFV 的范圍為 10V～ +10V； AGND：模擬信號地 DGND：數(shù)字信號地 D A C 0 8 3 2 轉(zhuǎn) 換 器1 CS1WR23 A G N D3DI452DI61DI70DI8 R E FV9FBR1 0 D G N D2 0 V c c1 9 I L E1 82WRX F E R1 71 6 4DI1 51 41 31 21 15DI6DI7DI2OUTI1OUTI 圖 DAC0832轉(zhuǎn)換器管腳圖 DAC0832 是 8 分 辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。這種接法可以保證當(dāng)單片機的兩個 I/O 口（ Pin1 和 Pin2）的輸出分別為低電平時，電機可能在兩個 方向上分別導(dǎo)通（注意： Pin1 和 Pin2 不能同時為低電平）。逐次比較 A/D 轉(zhuǎn)換方法是較快速的轉(zhuǎn)換方法，很適用于我們這個系統(tǒng)，因為它對 A/D 的要求是中速度、中精度。當(dāng)： /開度的設(shè)定值 ?反饋量 /靈敏度，則認(rèn)為開度設(shè)定量和反饋量二者相等。在給所有的電壓設(shè)定了一定值后，由單片機發(fā)出指令對 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)值采樣。 (4)監(jiān)視跟蹤定時器 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 １２ 頁 監(jiān)視跟蹤定時器是 16位硬件定時器，簡稱 WDT，地址 =0AH。 (3)T2有三種工作方式。若同時允許 T1和 T2中斷，則進(jìn)入中斷程序后，可以靠 IOS1的位 4和位 5確定是由哪個定時器溢出造成的中斷，以控制程序流向， =1表示 T2溢出， T1溢出。 (1)外部中斷 EXINT和 (ACH7) 80C196KC有兩個外部中斷 向量： EXINT(200EH)和 EXINT1(2030H)。 當(dāng)采用 16MHz晶體 時 ， 一個狀態(tài)周期只有 125ns，工作速度比 5l單片機要提高數(shù)倍 ， 其外部總線寬度為 8／ 16位可選，而內(nèi)部總線寬度總是 16位的 ， 最顯著的特色是： 80C196KC的 CPU中的算術(shù)邏輯單元沒有采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)，而是改用寄存器 寄存器結(jié)構(gòu)， CPU的操作直接面向 512字節(jié)的寄存器，消除了一般 CPU存在的累加器的瓶頸效應(yīng)，大大提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。執(zhí)行器主要由兩相遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ７ 頁 伺服電動機、減速機構(gòu)等部分組成，它直接用于驅(qū)動閥門。系統(tǒng)在具體的運行環(huán)境中，由于不同型號閥門的口徑不同，針對不同的閥門裝置要有不同的初始位置；另外，電動執(zhí)行系統(tǒng)在裝配和使用條件也不盡相同，所以也就要求執(zhí)行機構(gòu)的零點（初始位置）可以在一定范圍參考量 Lin 反饋量 Uf 驅(qū)動電路 調(diào)行程 調(diào)行程 調(diào)零點 兩相伺服電動機 恒流源 80C196KC 單片機 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ６ 頁 內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)兩相交流伺服電動機執(zhí)行指令進(jìn)行運動時，此時位置傳感器對電動機的位置進(jìn)行位移與電壓的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所得值即為反饋模擬電壓量。 本文的設(shè)計目的是利用電能驅(qū)動兩相交流伺服電動機，從而使電動機帶動閥門的開閉的動作。故我國在此方面還有待開發(fā)。 本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)合理、功能完善、滿足控制精度的要求、抗干擾能力強、較高的靈活性和可靠性、通用性好、價格低，使用方便等特點。 當(dāng)單片機計算所得結(jié)果小于零且小于所設(shè)的值時，經(jīng)過功率放大模塊，從而驅(qū)動電動機的反向控制。在這五章中，有文字描述還有圖形示意，都可使基于單片機的電動執(zhí)行系統(tǒng)清楚、明白、通俗、易懂。 圖 電動執(zhí)行系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 控制器的基本概念和定義 在與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電路中，涉及到幾個物理概念。 能：通過讀取開關(guān)狀態(tài)，選擇斷信號時執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)處的位置，即處于原位、全開或全關(guān)。 其中： C、 D為常數(shù)； D*Lm反映了執(zhí)行機構(gòu)靈敏度的大小。 80C196KC單片機由功能強大的 16位 CPU組成， CPU與數(shù)據(jù)存儲器、各種 I／ 0功能部件有機地集成在同一硅片上。 單片機一旦上電 ， T1即開始工作。 T2也是 16位硬件定時器，水平窗口 0和水平窗口 15中的 0CH單元為其地址。 打開定時器溢出中斷 TIMER2=0XBB6A。 WDT一旦被啟動，便開始計數(shù)。 第四部分電路為調(diào)行程電路。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。因為 CPU 的晶振頻率較高 (16MHz)，所以不能象80C196KC 那樣只靠接入或不接入時鐘定標(biāo)器來確定采樣和轉(zhuǎn)換所需的時間，可以通過A/D 時間寄存器 AD_TIME 來確定，該寄存器的格式如圖 所示。 恒流源輸出模塊 此模塊由 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器和恒流源組成。另外本章還編寫了器件在電動執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用過程中所需要的程序，使本章的內(nèi)容更加完整。電角度的兩相電流稱為兩相對稱電流。綜上所述，在兩相系統(tǒng)中，將兩相對稱電流通入兩相對稱繞組必產(chǎn)生一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場。采用硬件抗干擾技術(shù) 。要降低尖峰電流的影響，一種辦法就是在布線上采取措施，使雜散電容降至最小 :另一種辦法是設(shè)法降低供電電源的內(nèi)阻，使尖峰電流不致引起過大的電源電壓波動。它對于要求電路板空間盡可能小的系遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ２９ 頁 統(tǒng)來說是非常適用的，電路圖如圖 所示。然后將數(shù)據(jù)量傳入單片機，經(jīng)過遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ２７ 頁 單片機的綜合運算之后，所得的 y 值傳進(jìn) DAC0832 轉(zhuǎn)換器中，既而將數(shù)值轉(zhuǎn)換成模值，傳入恒流源中，以表示閥門的的開合程度。 （ 4）根據(jù)電流的大小與方向并利用右手旋轉(zhuǎn)定則，繪制這一瞬間各繞組產(chǎn)生的磁遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ２４ 頁 勢 F 的大小與方向，如：mjmK F2/2F F2/2F ?? F F F kkijit 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8j 1k 1j 2k 2t圖 兩相伺服電動機波形示意圖 （ 5）求各相磁勢的方量和， mjk FFFF ??? ，這就得出了給定瞬間兩相繞組產(chǎn)生的合成磁勢的大小與方向。它的機械強度高，可靠性好，能經(jīng)受惡劣的環(huán)境條件，如高溫、震動和沖擊等。 由 WR XFER 的邏輯組合產(chǎn)生 LE2，當(dāng) LE2 為高電平時， DAC 寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化， LE2的負(fù)跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC寄存器并開始 D/A轉(zhuǎn)換。 在系統(tǒng)設(shè)計時，使用兩個光電耦合器與兩個可控硅組成功率放大電路，如圖 所示。雙積分轉(zhuǎn)換方法精度高、抗干擾能力強，速度也很慢 。為此，應(yīng)引進(jìn)一