【正文】 電容后 Uo=整流二極管 平均電流 Id(AV )=Uo/RL 耐壓值 u2RLC≥(35)T/2（RL=Uo/I 可估算 7815 再電路中輸出電流）　單片機(jī)部分電路的設(shè)計(jì)　STC12C5204AD 的基本知識(shí)STC12C5204AD 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍。CC6 為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)，不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。電路中的 CCCC4 用來抵消輸入端接線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的LM78 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 LM7805 表示輸出電壓為正 5V，LM7815 表示輸出電壓為正 15V。LM7805，LM7815 三端穩(wěn)壓集成電路，有三條引腳輸出分別是輸入端、接地端和輸出端，常見的有正電壓輸出的 LM78系列和負(fù)電壓輸出的 LM79系列。本次設(shè)計(jì)中也介紹了常用的 LM7800 系列三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)：1）輸出電流大2）輸出電壓更加穩(wěn)定3）輸出電壓可以調(diào)節(jié)但是隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。基準(zhǔn)電壓: 可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成?？梢允菃蝹€(gè)功率管，復(fù)合管或用幾個(gè)功率管并聯(lián)。但是帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路則比價(jià)復(fù)雜，由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。 電源部分電路的設(shè)計(jì)電源的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的我們可以采用 2 種方法，并聯(lián)型穩(wěn)壓電路和帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 顯示閥門開度部分，經(jīng)過 給定控制量在經(jīng)過 DA 轉(zhuǎn)換使其變?yōu)槟M的電壓量即需要控制的量通過 LM358 在通過 CON2 口得到個(gè)電壓值，此時(shí)若 CON2 顯示的是U0 電壓值，說明閥門開度和給定的控制開度相同。其中的跟隨器是起到了阻抗匹配的作用。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC 增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。圖 34　電壓控制和閥門開度指示線路原理圖　閥門開度指示電路設(shè)計(jì)由于單片機(jī)的電壓為 05V 為了達(dá)到相應(yīng)的 1V 電壓控制是閥門開到 10%,我就要用到放大器，為了匹配相應(yīng)的控制條件，這里需要 2 倍放大。如果電位器電壓U1 大于 U0/2 則電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)使得 U1 趨近于 U0/2，直到 U1=U0/2，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。來帶動(dòng)閥桿，達(dá)到調(diào)節(jié)閥門開度的目的。而所有這些控制目的能否達(dá)到，需要依賴閥門上線性電阻的反饋?！‰妷嚎刂坪烷y門開度指示設(shè)計(jì)　電壓控制和反饋電路的設(shè)計(jì)由于單片機(jī)內(nèi)部電壓為 5v，而控制要求是閥門的開度和控制信號(hào)的大小成比例關(guān)系，比如：控制信號(hào) 0V 時(shí)閥門關(guān)閉，控制信號(hào) 1V 時(shí)閥門開啟 10%，控制信號(hào) 2V時(shí)閥門開啟 20%。RR8 電阻起個(gè)保護(hù)的作用?！‰姍C(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行設(shè)計(jì)圖 33　 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路如圖 33 是設(shè)計(jì)的電機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路。這個(gè)電流又流回到 BG2 的基極，表示正反饋，使 ib2 不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。因?yàn)锽G2 的集電極直接與 BG1 的基極相連，所以 ib1=ic2。BT136 雙向可控硅，三個(gè)管腳 TT2 為陽極，T3 為控制級(jí) G 當(dāng)陽極 A 加上正向電壓時(shí)，BG1 和 BG2 管均處于放大狀態(tài)。低壓側(cè)由 5V 直流電源供電，使發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光，相當(dāng)于雙向觸發(fā)管的觸發(fā)端；兩個(gè)反向發(fā)光二極管分別工作在正弦波的正負(fù)周期，同時(shí)避免單個(gè)二極管b)a)U? stI?圖 1–3 電 阻 分 相 起 動(dòng) 異 步 電 動(dòng) 機(jī)a) 電 動(dòng) 機(jī) 結(jié) 構(gòu) b) 相 量 圖反向電壓過大。但是為了更好了利用單片機(jī)起到控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，我們用到了 MOC3021 光電耦合器和 BT136 雙向可控硅。 圖 31　 電阻分相啟動(dòng)在此次設(shè)計(jì)中我用的是電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)電容啟動(dòng)的原理（啟動(dòng)電容也叫裂相電容） ，目的是讓兩個(gè)繞組的電流有相位差。因此電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（2）電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)是在副繞組中串聯(lián)電容再通過一個(gè)離心開關(guān)和主繞組并聯(lián)接到單相電源上。為使定子兩相繞組中電流存在相位差，在設(shè)計(jì)上使兩相繞組的阻抗不等，接在同一電源上可導(dǎo)致副繞組中電流的相位超前主繞組中電流的相位，達(dá)到分相的目的。根據(jù)分相方法的不同就有不同類型的單相異步電動(dòng)機(jī)。　單向異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式單相異步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是使用單相交流電源，但是單相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)又要求在兩相繞組中通入相位不同的兩相電流。稱為運(yùn)轉(zhuǎn)繞組。單相異步電機(jī)只有主副兩組繞組。單相異步電動(dòng)機(jī)定子兩相繞組是主繞組 m 及副繞組 a，它們一般是相差 90?空間電角度的兩個(gè)分布繞組，通電時(shí)主繞組及副繞組都要產(chǎn)生空間分布的磁動(dòng)勢(shì)。單相異步電動(dòng)機(jī)通常在定子上有兩相繞組，轉(zhuǎn)子是普通鼠籠型的。系統(tǒng)電源AC24V外部 0~10V控制電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路DC5V 供電電源電機(jī)控制電路AC24V 電機(jī)電壓信號(hào)反饋傳感裝置第 3 章　智能電動(dòng)閥門控制器的具體設(shè)計(jì)方案　電機(jī)部分控制電路設(shè)計(jì)　單向異步電動(dòng)機(jī)的工作原理由于我們的閥門需要開關(guān)和調(diào)整開度大小，所以也就涉及到閥門里邊的 AC24V單向交流異步電動(dòng)機(jī)?？刂葡到y(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，再由電機(jī)驅(qū)動(dòng)變速齒輪和蝸桿帶動(dòng)閥門開關(guān)，實(shí)現(xiàn)閥門的控制調(diào)節(jié)功能。其中控制系統(tǒng)的動(dòng)力電源一般常用的為：AC220V 或者 AC380V，本設(shè)計(jì)的電源為 AC24V。單片機(jī)部分：采集外界輸入電壓控制信號(hào)，去控制閥門開關(guān)，并向外界輸出電壓信號(hào)表示閥門開關(guān)比例程度。閥門開度指示和電壓信號(hào)反饋電路部分：根據(jù)控制信號(hào)和線性電阻的反饋信號(hào)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，并將表示閥門開關(guān)比例信號(hào)送回單片機(jī)處理。整體可分為四部分系統(tǒng)電源 AC24V 部分，電機(jī)控制電路部分，閥門開度指示和電壓信號(hào)反圖 21 智能電動(dòng)閥門控制器的框圖設(shè)計(jì)饋電路部分，單片機(jī)部分?！≈悄茈妱?dòng)閥門控制器的設(shè)計(jì)思路智能電動(dòng)閥門控制器的框圖如圖 21。電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥在控制形式上，是通過閥門開啟角度大小來實(shí)現(xiàn)控制開度和截面面積，從而控制液體或者水流的流量的設(shè)備。我所選用的 VA3200 型電動(dòng)閥門的內(nèi)部電機(jī)為 24V 交流電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)閥桿，在執(zhí)行器的作用下，閥桿帶動(dòng)閥瓣做上升或下降運(yùn)動(dòng)，改變閥瓣與閥座間的流通面積，以便調(diào)節(jié)并控制介質(zhì)的流量。電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥從外表上看由閥體、閥蓋、閥座、閥瓣及閥桿等零件組成，從結(jié)構(gòu)上由閥門和執(zhí)行器兩部分組成。電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)調(diào)節(jié)控制管道量度的裝置，適用供熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)中對(duì)次序、熱水的連續(xù)調(diào)節(jié)控制。要有電機(jī)保護(hù)，當(dāng)電機(jī)卡死或者旋轉(zhuǎn)到最大和最小時(shí)停止電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)按鍵（閥門校準(zhǔn)鍵，0V 10V 開關(guān)控制切換鍵），四個(gè)指示燈(開關(guān)指示，故障，校準(zhǔn))。閥門的開度和控制信號(hào)的大小成比例關(guān)系，比如：控制信號(hào) 0V 時(shí)閥門關(guān)閉，控制信號(hào) 1V 時(shí)閥門開啟 10%，控制信號(hào) 2V 時(shí)閥門開啟 20%。閥門控制器的控制信號(hào)為電壓控制，范圍為 0V—10V?！』疽蟊卷?xiàng)目要求設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的控制器，根據(jù)控制信號(hào)的大小來控制閥門的開、關(guān)、停等動(dòng)作?！”菊撐闹饕芯康膬?nèi)容　主要內(nèi)容智能電動(dòng)閥控制器的硬件設(shè)計(jì)是從電機(jī)、電源、單片機(jī)、電壓的控制和反饋等幾個(gè)方面完成的。更不能滿足當(dāng)今現(xiàn)場(chǎng)總線及開放式控制系統(tǒng)的要求。使用方便，具有自診斷、自調(diào)整和 PID 調(diào)節(jié)功能。如北京機(jī)床所的直動(dòng)式電液伺服閥、杭州精工液壓機(jī)電公司的低噪聲比例溢流閥(擁有專利)、寧波華液公司的電液比例壓力流量閥(已申請(qǐng)專利)，均為機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，并己投入批量生產(chǎn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，這些產(chǎn)品都屬于模擬儀表，不具有智能功能，只是在組合化多功能化和集成化方面有所進(jìn)步。雖然國(guó)內(nèi)各主要生產(chǎn)廠家投入人力對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一些改進(jìn)和開發(fā)，但總是不盡理想，八十年代以來，行業(yè)中的幾個(gè)骨干企業(yè)相繼引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，如法國(guó) Banard，德國(guó)SIEMENS、日本工裝、英國(guó) ROTORK 以及 ABB 公司 RS/RHA 等電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)?！?guó)內(nèi)外研究概況我國(guó)的自動(dòng)化儀表與國(guó)外的差距較大。電動(dòng)執(zhí)行器是工業(yè)過程控制系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)裝置 ，有體積小、接線方便、精度高、操作簡(jiǎn)單、智能化的優(yōu)點(diǎn), 是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的產(chǎn)品, 具有廣闊的市場(chǎng)開發(fā)前景。電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥門的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，當(dāng)然由于社會(huì)的發(fā)展需要，就必需要求有自動(dòng)控制閥門的機(jī)構(gòu)，也就是電動(dòng)閥門控制器。電動(dòng)閥門控制器又稱電動(dòng)執(zhí)行器，是電動(dòng)閥門必不可少的一部分，在流體控制行業(yè)閥門電動(dòng)執(zhí)行器有著重要的作用, 電動(dòng)閥門控制器是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化重要的部分。在閥門的各種類型中， 電動(dòng)閥所占比例最大， 將占市場(chǎng)總份額的 20% 以上。它們是食品業(yè)、鋼鐵業(yè)以及制藥業(yè)。城市污水處理廠排第五位， 其后是紙漿和造紙業(yè)、和城市供水。像是發(fā)電廠汽輪機(jī)組冷卻，潤(rùn)滑油供給，石油化工煉油，管道原油輸送；燃燒風(fēng)量調(diào)節(jié)；環(huán)保污水處理；空調(diào)、制冷、采暖以及其它樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)中，可精確調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的介質(zhì)流量。這 次 設(shè) 計(jì) 配 合 相 應(yīng) 的 軟 件 設(shè) 計(jì) ， 共 同 完 成 了 根 據(jù) 控 制 信 號(hào) 大 小 來 控 制 閥 門 的開 、 關(guān) 、 停 等 動(dòng) 作 以及閥門開度顯示， 使 閥門的開度和控制信號(hào)的大小成比例關(guān)系，比如：控制信號(hào) 0V 時(shí)閥門關(guān)閉，控制信號(hào) 1V 時(shí)閥門開啟 10%，控制信號(hào) 2V 時(shí)閥門開啟 20%。 此 次 設(shè) 計(jì) 完 成 了 電 動(dòng) 比 例 調(diào) 節(jié) 閥 控 制 器 硬 件 。如：空調(diào)通風(fēng)設(shè)備的水流量控制，供暖設(shè)備的水流量控制。配合相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)閥門根據(jù)控制信號(hào)來控制和反饋現(xiàn)在開關(guān)程度 。電動(dòng)閥使用電能作為動(dòng)力來接通電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)、調(diào)節(jié)動(dòng)作。三、研究?jī)?nèi)容和預(yù)期結(jié)果本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：系統(tǒng)供電電源設(shè)計(jì)單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)閥門開度顯示和電壓控制電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)預(yù)期達(dá)到的結(jié)果如下：用開環(huán)系統(tǒng)中的閥門的開關(guān)閉合的控制實(shí)現(xiàn)閥門程控、自控和遙控不可缺少的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其運(yùn)動(dòng)過程可由行程、轉(zhuǎn)矩或軸向推力的大小來控制。更不能滿足當(dāng)今現(xiàn)場(chǎng)總線及開放式控制系統(tǒng)的要求。使用方便，具有自診斷、自調(diào)整和 PID 調(diào)節(jié)功能。如北京機(jī)床所的直動(dòng)式電液伺服閥、杭州精工液壓機(jī)電公司的低噪聲比例溢流閥(擁有專利)、寧波華液公司的電液比例壓力流量閥(已申請(qǐng)專利)，均為機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，并己投入批量生產(chǎn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，這些產(chǎn)品都屬于模擬儀表，不具有智能功能，只是在組合化多功能化和集成化方面有所進(jìn)步。雖然國(guó)內(nèi)各主要生產(chǎn)廠家投入人力對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一些改進(jìn)和開發(fā)，但總是不盡理想，八十年代以來，行業(yè)中的幾個(gè)骨干企業(yè)相繼引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，如法國(guó) Banard，德國(guó) SIEMENS、日本工裝、英國(guó) ROTORK 以及 ABB 公司 RS/RHA 等電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國(guó)的自動(dòng)化儀表與國(guó)外的差距較大。電動(dòng)執(zhí)行器是工業(yè)過程控制系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)裝置 ，有體積小、接線方便、精度高、操作簡(jiǎn)單、智能化的優(yōu)點(diǎn), 是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的產(chǎn)品, 具有廣闊的市場(chǎng)開發(fā)前景。 閥門的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，當(dāng)然由于社會(huì)的發(fā)展需要，就必需要求有自動(dòng)控制閥門的機(jī)構(gòu)，也就是電動(dòng)執(zhí)行器。在閥門的各種類型中， 自動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥所占比例最大， 將占市場(chǎng)總份額的 20% 以上。它們是食品業(yè)、鋼鐵業(yè)以及制藥業(yè)。城市污水處理廠排第五位， 其后是紙漿和造紙業(yè)、和城市供水。五、進(jìn)度計(jì)劃第 1 周—第 2 周 開題報(bào)告第 3 周—第 4 周 資料收集，方案設(shè)計(jì)第 5 周—第 7 周 系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 8 周 中期檢查第 9 周—第 12 周 系統(tǒng)調(diào)試和論文撰寫第 13 周—第十 14 周 論文審核第 15 周—第 16 周 答辯教研室主任簽字 時(shí) 間 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題 目 智能電動(dòng)閥控制器硬件設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè) 一、本課題的研究背景閥門在各個(gè)領(lǐng)域上都有相當(dāng)廣的應(yīng)用。電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的原理電容分相式單相異步電機(jī)的原理以及實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的方法交直流轉(zhuǎn)換、直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)單片機(jī)片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)，AD，PWM 的使用。電源部分，一是整流降壓穩(wěn)壓供單片機(jī)和其他元件使用 二是直接給電機(jī)供電?？刂婆c反饋部分，根據(jù)單片機(jī)信號(hào)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，并將表示閥門開關(guān)比例信號(hào)送回單片機(jī)處理。三、項(xiàng)目結(jié)構(gòu)框圖整體可分為四部分，單片機(jī)部分，控制與反饋部分，電機(jī)部分，電源部分。單片機(jī)電路和交流控制部分要隔離。閥門根據(jù)控制信號(hào)開關(guān)到位后，要反饋現(xiàn)在開關(guān)程度?？刂破髂軌蛟?0V 控制閥門關(guān)閉，10V 控制閥門完全開啟和 10V 控制閥門關(guān)閉，0V 控制閥門完全開啟兩種狀態(tài)之間切換。設(shè)計(jì)要求：系統(tǒng)供電：交流 24V閥門調(diào)節(jié)部分電機(jī)供電為交流 24V，電機(jī)功率 10W。例如：石油化工煉油，管道原油輸送；發(fā)電廠汽輪機(jī)組冷卻，潤(rùn)滑油供給，燃燒風(fēng)量調(diào)節(jié)；環(huán)保污水處理中的液體輸送切斷，開關(guān)，流量調(diào)節(jié)等各種工業(yè)自控過程控制。電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥適用于各種工業(yè)自動(dòng)化過程控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）與系統(tǒng)和測(cè)量?jī)x表共同構(gòu)成流量，溫度，壓力等工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)自控設(shè)備?？刂菩盘?hào)最常用的就是 4~20mA，同時(shí)也有 0