【正文】 要要達到的目的是： 89C51單片機通過輸出脈沖來控制 步進電機的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，然后接受壓力傳感器通過 A/D轉(zhuǎn)換的反饋信號，以控制系統(tǒng)是否繼續(xù)動作。 本次畢業(yè)設(shè)計的實驗平臺是 KeilC51單片機實驗臺，其中 KeilC51是美國 Keil Software公司出品的 51系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 這樣控制系統(tǒng)硬件電路就連接完畢了。 壓力傳感器通過螺紋旋緊在負載（數(shù)字液壓閥） 上，引腳 1 接電源（ 15V），引腳 2 與 ADC0809 芯片 IN0 引腳相連。引腳 9與步進電機的四個相位 4 相連。引腳 9 連接復(fù)位電路。 電路圖 如圖 ： 圖中包括的硬件有： 89C51 單片機、 ULN2803AP 放大芯片、步進電機、負載（數(shù)字液壓閥）、壓力傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809，以及復(fù)位 電路所需要的一些元器件。而 ADC0809 的 CS、WR、 RD、 EOC 引腳用于單片機 89C51 交換數(shù)據(jù)，使芯片 ADC0809 可以正常工作。89C51 單片機 P00～ P07 引腳根據(jù)介紹我們可以知道， 它們的作用是 訪問片外存貯器時作為低八位地址線和八位數(shù) 據(jù)線（復(fù)用）。 而在本次畢業(yè)設(shè)計中，芯片 ADC0809 在反饋電路起到了一個 A/D轉(zhuǎn)換器的作用，即將壓力傳感器輸出的電信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再輸出給 89C51 單片機，單片機再根據(jù)得到的信號，進行判斷（比較壓力是否已經(jīng)超過程序設(shè)定的最大壓力），在控制步進電機是否繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，是則進行下一次循環(huán)，否則步進電機停止轉(zhuǎn)動，控制停止。同樣道理，我們就可以算出，當電壓為 5～ 15DC 之間北京工商大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 17 任意值時，系統(tǒng)內(nèi)部的壓力是多少了。它的工作原理是從負載上測出瞬時的系統(tǒng)內(nèi)部壓力，并用電信號的形式傳遞給芯片 ADC0809。 反饋電路 本次畢業(yè)設(shè)計，我選用的傳感器為 高溫壓力傳感器 TQ550 型。本設(shè)計采用成本低、電路簡單且可靠性高的直流固態(tài)繼電器 ULN2803AP 芯片 ， 主要技術(shù)參數(shù) :工作電壓 12～ 150VDC,額定電流 1～ 5 A,隔離電壓≥ 1500 V,絕緣電壓≥ 2021 V,控制電壓 3～ 32 V,開啟電流 5mA,通態(tài)壓降 (1. 3 V,通態(tài)電流 (1mA,開關(guān)時間≤ 0. 1 ms,工作環(huán)境溫度 30～ 80℃ )來同時實現(xiàn)隔離和放大的兩大功能。步進電機控制信號通過 89C51 單片機的 P1 口的 P1. 0、 P1. P1. P1. 3四個口輸出的具有時序的方波 ,經(jīng) ULN2803AP 芯片 (為方便輸出 ,起非門的作用 )作為步進電機的控制信號，并 設(shè)置產(chǎn)生外部中斷 ,達到靈活控制步進電機的目的。 北京工商大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 （圖 ） 硬件部分設(shè)計 單片機電路 本系統(tǒng)采用 89C51單片機產(chǎn)生控制信號。運用單片機的輸出功能 ,通過編程實現(xiàn)輸出 3 個信號分別給步進電機的三相 A、 B、 C,并 通過輸出時信號的循環(huán)次序 ,來設(shè)定步進電機的轉(zhuǎn)動方向及輸出信號的頻率以便設(shè)定步進電機的轉(zhuǎn)動頻率。無論采用哪種控制方式 ,在一個通電循環(huán)內(nèi) ,步進電機的轉(zhuǎn)角恒為一個齒距角。這種控制方式稱為三相單三拍。若按 A→ B→ C→ A?規(guī)律循環(huán)順序通電 ,則步進電機按一定方向轉(zhuǎn)動。當 A 相控制繞組接通脈沖電流時 ,在磁拉力作用下使 A相的定、轉(zhuǎn)子對齊 ,相鄰的 B相和 D 相的定、轉(zhuǎn)子小齒錯開。另外還有專門的第二功能。 北京工商大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 ～ （ 10～ 17 腳）： 8 位準雙向 I/O 口。負載能力為 3 個 LSTTL 門。負載能力為 8 個 LSTTL 門。該引腳有復(fù)用功能， Vpp 為片內(nèi)程序存貯器編程時的編程電壓。 (/EA)/Vpp（ 31 腳）： /EA 端接高電平時， CPU取指令從片內(nèi)程序存貯器自動順延至片外程序存貯器。 /PSEN（ 29 腳）：片外程序存貯器讀選通信號端。 ALE 端負載驅(qū)動能力為 8 個 LSTTL 門。訪問片外存貯器時， ALE 作低八位地址的鎖存控制信號。該引腳有復(fù)用功能， Vpd 為備用電源輸入端，防止主電源掉電。 3 、控制信號 RST/Vpd 、ALE/(/PROG) 、 / PSEN和 (/EA)/Vpp RST/Vpd（ 9 腳）：復(fù)位端。 XTAL1（ 19 腳）：接外部晶體振蕩器的另一端。 （圖 ） 89C51 單片機的介紹 8051單片機 驅(qū)動電 路 步進電 機 負 載 壓力傳感器 ADC 0809 輸出信號 放 大 驅(qū)動 做功 檢測信號 A/D 輸入信號 北京工商大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 引腳簡要說明 主電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc（ 40 腳）：主電源接＋ 5V Vss（ 20 腳）：接地 時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體振蕩器的一端。 控制系統(tǒng)硬件 部分 由 4 大部分組成 ,即 : 89C51 單片機 ；驅(qū)動電路；反饋電路；步進電機。當采用單片機進行控制時 ,需要在單片機和步進電機之間設(shè) 驅(qū)動 電 路， 步進電機的驅(qū)動電流相對較大 ,需要驅(qū)動電路放大信號 來提供步進電機的工作電流 ，這樣才能使步進電機正常旋轉(zhuǎn) 。 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 北京工商大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 13 本次畢業(yè)設(shè)計中， 采用 89C51 單片機 、驅(qū)動芯片， A/D 轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器、步進電機和負載來構(gòu)成一個整體的控制系統(tǒng)的硬件部分。隔板主要由兩塊鋼板組成，一塊與步進電機后部安裝孔相連，另一塊與閥體相連，在安裝過程中，要保證與閥體相連的鋼板與閥體中心軸的平行度公差和垂直度公差，還要保證于步進電機相連的鋼板的平行度公差，這樣才能保證步進電機與液壓閥兩軸之間的同軸度，從而保 證正常的工作需要！ 最后，編號 7 部分為壓力傳感器。這樣，再用單片機控制步進電機的旋轉(zhuǎn)，就可以達成液壓閥的數(shù)字控制。 根據(jù)這次畢業(yè)設(shè)計的需要，我的改造部分主要是在編號 7 所示部分。壓力油由閥的進口流入，經(jīng)減壓口減壓后從出油口流出。圖中所示，編號 2 部分為閥體，編號 5 部分為步進電機，編號 7 部分為壓力傳感器，編號 6 部分為連軸器。這就是我選用它的原因，這次畢業(yè)設(shè)計中，它起到的作用是測定壓力值并把信號反饋給控制系統(tǒng)，即壓力傳感器實時測定液壓閥內(nèi)部系統(tǒng)的壓力值，并把這個壓力值通過電信號的形式反饋給控制系統(tǒng)。 型號 步距角 電機長度 保持轉(zhuǎn)矩 相電阻 相電感 轉(zhuǎn)子慣量 電機重量 Model Step Angle （ 176。%FS/℃ 溫度對靈敏度影響 :177。%FS 輸 出 : ~環(huán)境溫度 : － 40～＋ 125℃ 介質(zhì)溫度 : － 40～＋ 400（ ℃ ） 溫度可選 輸出阻抗 : 3177。、 177。由于沒有活動部件 ,抗振動和抗沖的能力很強 ， 可用于惡劣的環(huán)境。它 應(yīng)用 了 先進的離子束濺射和離子束刻蝕工藝 ， 將應(yīng)變電橋直接制作在金屬測壓膜片上。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛 。在歐美等發(fā)達國家 80年代已被淘汰；混合式步進 電機 是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達到準確定位 的目的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 我選擇這款液壓閥有以下幾個理由：首先 ，它本身可以用于液壓油路，而且它的性能可以適應(yīng)大流量（本次畢業(yè)設(shè)計，液壓閥必須可以承受 30MPa 的壓力）；其次，他可以適應(yīng)大流量的變化（ 0～ 30MPa 的壓力變化）；它的靈敏度比較高，比較適合改造成數(shù)字液壓閥；最后，它的結(jié)構(gòu)比較好，可以較為容易的進行改造工作。 改進了密封面結(jié)構(gòu)，延長了密封面壽命 。 本系列產(chǎn)品在普通減壓閥基礎(chǔ)上做了以下改進，加大了活塞面積，改變了節(jié)流結(jié)構(gòu)，改變了密封形式，改進了導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)彈簧形式，從而從以下幾方面提高了產(chǎn)品的性能 ： 提高了對出口壓力變化的傳感效能，提高了靈敏度，大大降低了因上游壓力變化，流量變化等因素引起的壓力偏差。導(dǎo)閥主要由閥座、閥瓣、膜片、彈簧、調(diào)節(jié)彈簧等零件組成。由主閥和導(dǎo)閥兩部分組成。 以上就是這次畢業(yè)設(shè)計中，對于機械部分的一些構(gòu)思，基于以上構(gòu)思，我將進行進一步設(shè)計，以達到預(yù)期的目標和這次畢業(yè)設(shè)計中應(yīng)達到的要求。本次畢業(yè)設(shè)計，基于執(zhí)行元件是液壓閥，所以我設(shè)計了壓力傳感器作為一個反饋系統(tǒng)，它的作用是測量液壓閥系統(tǒng)內(nèi)部的壓力，以反饋給 89C51 單片機，讓 89C51 單片機可以通過反饋的結(jié)果進行進一步的控制。由于 89C51 輸出的信號比較弱，所以必要的時候 會連接一個放大芯片，以放大信號，這樣可以更好的對步進電機進行控制。 89C51 單片機是一個使用很普遍的芯片，它的 40 個引腳的功能，也基本上可以滿足我這次設(shè)計的需要，是一個很好用的芯片。雖然用齒輪傳遞動力可以得到不錯的扭矩，但是精確度不能保證，對于空間的占用也遠遠大于直接連接的方式，與本次設(shè)計思想不符， 所以本次畢業(yè)設(shè)計還是采用步進電機軸將與液壓閥的軸同軸連接的方式的理念進行設(shè)計。 這是非常容易實現(xiàn)的一個控制方式，簡單方便。 在傳動部分中，本次畢業(yè)設(shè)計采用了 步進電機來帶動液壓閥的轉(zhuǎn)動。 北京工商大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 第二章 數(shù)字液壓閥結(jié)構(gòu) 設(shè)計 機械 部分設(shè)計，其中一個主要的部分就是對于普通液壓閥的改造，使其成為一個數(shù)字液壓閥，可以用計算機進行遠程控制。 主要是對于數(shù)字液壓閥這個新領(lǐng)域的一個探索，這是一個機電一體化的產(chǎn)品，體現(xiàn)了機械產(chǎn)品一個未來的走勢。說到底，真 正的差距是理念上的及資金體制與機制方面的，實質(zhì)上并不是技 術(shù)上的，包括高端市場?？偟膩碚f，國產(chǎn)閥優(yōu)勢在價格，差距在質(zhì)量。 在今后幾年，螺紋插裝閥的市場占有量將由現(xiàn)在的 5%～ 10%增至 25%～ 30%，二通插裝閥的市場占有量將由現(xiàn)在的 15%～ 20%增至 20%～ 25%，而疊加式、板式、管式等閥種的市場占有量將有可能下降。這種系列產(chǎn)品目前在液壓閥的技術(shù)發(fā)展中是最高端技術(shù)的產(chǎn)品。目前這種閥的名稱還停留在各跨國公司的命名上。它目前已嶄露頭角，但應(yīng)用仍不為注目，然而它將是伺服閥與比例閥的更新?lián)Q代產(chǎn)品。但隨著材料技術(shù)的發(fā)展，電子計算機技術(shù)的發(fā)展，以及先進加工技術(shù)的發(fā)展，呈現(xiàn)出液壓閥發(fā)展的多元性及深入性。此外，派克公司同時開發(fā)了一系列配套的數(shù)字式電子控制器，能直接與計算機或程序控制器連接，用以作為主機控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)之間信息傳遞和處理的橋梁，為主機的總體控制提供了極為方便、準確和有效的工具。因此，該系列閥對油液清潔度的要求都大大低于傳統(tǒng)的伺服閥，僅與一般的比例閥相當，故其工作可靠性好，使用成本大大降低。液壓軸向同步控制主要應(yīng)用在 CNC 折彎機的折彎階段，陶瓷壓機取料功能，大型工業(yè)提升器的平臺控制，還可應(yīng)用于航天工業(yè)的高精度仿真模擬試驗設(shè)備、娛樂及訓(xùn)練系統(tǒng)。通過一個帶有內(nèi)置位移傳感器的伺服缸，一個帶有閉環(huán)功能數(shù)字控制器的比例閥，連接到電源和閥體本身的電子傳感器反饋，并連接到機器設(shè)備的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中，是實現(xiàn)高精度可控制軸運動的最佳解決方案。相關(guān)的產(chǎn)品信息包括形成具有高動態(tài)響應(yīng)的比例插裝閥；形成具有 P/Q組合比例控制功能的閥、插件、變量泵及伺服執(zhí)行 器；形成具有便捷的參數(shù)設(shè)置和強大診斷功能可實現(xiàn)遠程操作的閥件；形成具有比例控制的防爆閥及不銹鋼閥；可在高強度振動和沖擊等苛刻工況下， “ 粗獷 ” 地操作運行；數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用簡化了控制系統(tǒng)的接線，同時提高了系統(tǒng)的使用效率。由于有永久存儲功能，數(shù)字管理保證了系統(tǒng)設(shè)置的可重復(fù)性，數(shù)字組件測試保證了所有功能參數(shù)設(shè)置的可重復(fù)性，新的控制技術(shù)提高了比例閥的靜態(tài)和動態(tài)特性。 數(shù)字化控制漸成趨勢 ： 在更小的空間實現(xiàn)更多功能組件的設(shè)置 ,以滿足應(yīng)用中的特殊要求，是目前液壓產(chǎn)品設(shè)計中突出的問題。所以液壓閥的集成化發(fā)展方向應(yīng)該在節(jié)能方面是可行的，這樣可以減少泄漏，提高產(chǎn)品間的兼容性，一種閥可以實現(xiàn) 3種甚至 4 種功能，這樣對節(jié)能是有幫助的，也提高了應(yīng)用的便捷性。一種液壓閥只能實現(xiàn)一種功能，這樣容易使系統(tǒng)閥塊體積過大。如閥體的鑄造流道經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，精密鑄造，表面光潔、流暢，這樣的閥體必定外形緊湊、重量輕，且通流能力強，故可減少液流流經(jīng)閥體內(nèi)部通道時產(chǎn)生的不必要的流阻損失。因此，一方面在設(shè)計系統(tǒng)的時候，北京工商大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 應(yīng)盡可能地考慮節(jié)能措施，如采用變量泵、負載傳感控制或三通型調(diào)速等。從節(jié)能的角度看，采用泵控的液壓系統(tǒng)應(yīng)比閥控的系統(tǒng)好。 節(jié)能是持續(xù)的挑戰(zhàn) ： 液壓控制閥的工作總是伴隨著壓力損失，即能量損失。另外多路閥也可以在工作油口上加裝液壓鎖、過載閥、卸荷閥等。再加上多路閥結(jié)構(gòu)緊湊，所以在工程 機械、專用車輛等各種移動設(shè)備上使用相當廣泛。多路閥進油聯(lián)、控制聯(lián)、出油聯(lián)能夠有機地組合在一起，只進行