【正文】 暖以及空調(diào)系統(tǒng)中常用的流量控制系統(tǒng) —— 自力式流量控制閥 ， 它 是一個(gè)新的調(diào)節(jié)閥種類，相對(duì)于手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，它的優(yōu)點(diǎn)是能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)， 但是自力式流量閥 從結(jié)構(gòu)上說是一個(gè)雙閥組合，即由一個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組和自動(dòng)平衡閥組組成，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組的作用是設(shè)定流量，自動(dòng)平衡閥組的作用是維 持流量恒定 ，所以從本質(zhì)上講 自力式調(diào)節(jié)閥主要是 通過物理穩(wěn)壓實(shí)現(xiàn)控制 。 目前市面上 流量控制系統(tǒng)發(fā)展的已經(jīng)比較成熟，但是 數(shù)字流量控制閥 生產(chǎn)成本較高， 雖然控制精度和可靠性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他 閥門種類，但是由于性價(jià)比不高，在一般的流量控制領(lǐng)域應(yīng)用不是很廣泛。 我國(guó) 1987 年 在北京由中國(guó)科學(xué)技術(shù)交流中心舉辦的展覽會(huì)上，第一次展出了數(shù)字閥，這是北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院研制的 [4]。它們不能直接接受計(jì)算機(jī)的數(shù)字控制信號(hào)，而是 需要通過比較昂貴的模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)控制還需要安裝位置和速度檢測(cè)器等，使用操作比較復(fù)雜。但是由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)以及工藝條件等原因， 目前市場(chǎng)上的 部分 數(shù)字流量閥 與國(guó)外先進(jìn)水平相比還是有很大的差距 ， 同等規(guī)格下的產(chǎn)品在性能參數(shù)、可靠性、精確度等方面不及國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品， 而且 大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 操作不便 ， 性價(jià)比低， 對(duì)于數(shù)字流量閥的這些缺點(diǎn)和不足之處， 本課題設(shè)計(jì)的數(shù)字流量控制閥應(yīng)該滿足以下幾個(gè)要求： ，低成本有利于產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，所以本設(shè)計(jì)需要注意的一個(gè)重要方面就是降低成本； ，高精度是數(shù)字流量閥與普通流量閥巨大優(yōu)勢(shì)所在，所以設(shè)計(jì)中應(yīng)該保持控制精度，突出數(shù)字流量閥的優(yōu)點(diǎn)； ，這也是數(shù)字流量閥與 一般 控制閥門巨大區(qū)別之一，本設(shè)計(jì)要求只需按鍵設(shè)定流量值，然后由控制系統(tǒng)處理，自動(dòng)完成控制，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化操作； ，與現(xiàn)今市場(chǎng)上的數(shù)字流量閥相比，設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采取模塊化設(shè)計(jì)有利于系統(tǒng)維護(hù)； 以上所述也即是本課題研究的目的和意義所在。 因此為了適應(yīng) 當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化與數(shù)字化發(fā)展的要求 ，以及對(duì)于傳統(tǒng)流量控制方式的改進(jìn)， 對(duì)于數(shù)字流量控制閥的研究是很有必要的。 近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，把微處理器作為流量閥的控制單元變得簡(jiǎn)單而有效。又如在化工生產(chǎn)過程中， 需 要 控制 化工原料 投放速度 ，避免投料 過快 或 過慢， 影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率等， 這些都是流量控制閥在工業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用。流量的檢測(cè)和控制在化工、能源電力、冶金、石油等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛 [2]。 工業(yè)生產(chǎn)中 的 過程控制是流量測(cè)量與儀表應(yīng)用的一大領(lǐng)域，流量與溫度、壓力和物位一起統(tǒng)稱為過程控制中的四大參數(shù)，人們通過這些參數(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視與控制。 本文主要以單片機(jī)作為控制單元控制步進(jìn)電機(jī) 改變閥口的通流面積以達(dá)到控制流量的目的， 實(shí)現(xiàn) 利用數(shù)字信號(hào)直接控制液流的流量 功能。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)字流量 控制 閥 ，單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī) 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 The Structural Design and Control Research of Digital Flow Control Valve based on Microcontroller Abstract With the development of puter technology and the requirements of the development of modern industry and digitization, the digital flow control valve technology began to emerge in the flow control domain, and it developed rapidly. So the main research directions of digital valve are to reduce the cost of digital valve, improve the accuracy of control and simplify the structure of digital valve. This design uses the STC89C52RC chip of MCS51 series microcontrollers as the core, and stepper motor as executive ponents to control, designed a cheap, high reliability incremental digital flow valve. Through the matrix keyboard, we can set the required flow value, and the flowmeter read the current flow value, then the microcontroller output the control signal to control the stepper motor rotation, the pipeline section area will change and the flow can be controlled. Also， the current flow value will be showed on the LED. Through the structure design and the hardware circuit design of digital valve, the control plans and procedures of the system are also be analysis and designed. The whole system structure is simple, easy to control, and reliable to work. And it is realized the function very well in a given situation. Keyword: digital flow control valve, microcontroller, stepper motor 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 I 頁(yè) 共 Ⅱ 頁(yè) 目 錄 1 緒論 .............................................................. 1 引言 ............................................................ 1 研究背景 ........................................................ 1 研究目的和意義 .................................................. 2 數(shù)字流量閥的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...................................... 2 研究的主要內(nèi)容 .................................................. 4 2 數(shù)字流量閥的總體方案設(shè) 計(jì) .......................................... 5 單片機(jī)的選擇 .................................................... 5 MCS51系列單片機(jī)概述 ........................................... 5 STC89C52RC 單片機(jī)簡(jiǎn)介 .......................................... 6 STC89C52RC 單片機(jī)引腳功能介紹 .................................. 7 流量傳感器的選擇 ............................................... 10 常用流量傳感器的介紹 ......................................... 10 ZLFE4 流量計(jì)基本參數(shù) ........................................ 11 步進(jìn)電機(jī)的選擇 ................................................. 11 步進(jìn)電機(jī)概述 ................................................. 11 28BYJ48 型步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 ........................................ 12 本章小結(jié) ....................................................... 13 3 數(shù)字流量閥的硬件電路設(shè)計(jì) ......................................... 14 單片機(jī)的復(fù)位和時(shí)鐘電路 ......................................... 14 矩陣鍵盤電路 ................................................... 14 數(shù)碼管顯示電路 ................................................. 15 數(shù)碼管工作原理簡(jiǎn)介 ........................................... 15 四位八段共陰數(shù)碼管的電路設(shè)計(jì) ................................. 16 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ............................................... 17 ULN2022 芯片介紹 .............................................. 17 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ......................................... 18 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 II 頁(yè) 共 Ⅱ 頁(yè) 本章小結(jié) ....................................................... 19 4 數(shù)字流量閥的閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................... 20 閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................. 20 閥體 ......................................................... 20 閥芯 ......................................................... 21 閥門的工作原理與分析 ........................................... 22 閥門的工作原理 ............................................... 22 閥門的特性分析 ............................................... 23 本章小結(jié) ....................................................... 24 5 數(shù)字流量閥的控制方案與軟件設(shè)計(jì) ................................... 25 數(shù)字流量閥的控制方案設(shè)計(jì) ....................................... 25 數(shù)字流量閥的控制方式 ......................................... 25 單片機(jī)的工作方式 ............................................. 25 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................. 26 本章小結(jié) ....................................................... 26 6 結(jié)論 ............................................................. 28 附錄 A 程序全文 ..................................................... 29 附錄 B 電路原理圖 ................................................... 38 附錄 B 電路原理圖 ................................................... 39 附錄 C PCB圖 ....................................................... 40 附錄 D 樣機(jī)實(shí)物圖 ...................................................