气动阀门执行器的控制方式与工作原理

    (一)基于单片机开发的智能显示仪控制 智能显示仪是用来监测阀门工作状态，并控制阀门执行期工作的仪器，它使用两路位置传感器监视阀门的工作状态，判断阀门是处于开阀还是关阀状态，使用编程记录阀门开关的数字，并且有两路与阀门开度对应的4～20mA显示及两足常开常闭显示触点。使用这些显示信号源，控制阀门的开关动作。根据系统的要求，可将智能阀门显示仪从硬件上分为3部分来设计：模拟部分、数字部分、按键/显示部分。
    1、模拟电路部分主要包括电源、模拟量传入电路、模拟量显示电路三部分。 电源部分供给整个电路能量，包括模拟电路、数字电路和显示的能源供应。为了实现阀门开读的远程控制，需要将阀门的开度信息传送给其他的控制仪表，同时控制仪表能从远方制定阀门为某一开度，系统需要1路4～20mA的模拟量传入信号源和1～2路4～20mA的模拟量显示信号源。模拟量传入信号源使用A/D转换变成与阀门开度相对应的数字信号源后送给数字部分的单片机，在单片机中对它进行滤波处理后就可以显示了。阀门的开度信息使用D/A转换后变成模拟信号源显示，用来接显示仪显示阀门开度或连接其他的控制设备。在本设计系统中，所有的数字量数据均采用串行的传入显示方式，为了节省芯片资源和空间，传入的4～20mA的模拟量在转化为数字量时，采用已有的4路DA芯片与单片机的系统资源相结合作8位的AD使用。
    2、数字电路部分主要包括：单片机、掉电保护、两路监测脉冲传入信号源、两路常开常闭转换触点显示。 在设计方案中选用目前普遍使用的51系列单片机AT89C4051。AT89C4051是一款低电压、高性能的CMOS8位微控制器，它具有4K字节的可擦除、可重复编程的只读闪存。使用在单芯片内复合一个多功能的8位CPU闪存，在性能、指令设定和引脚上与80C51和80C52完全兼容。 考虑到在系统掉电或重新启动时，需要保持先前在仪表中设置的一些阀门参数，而单片机中的数据存储器不具备掉电存储功能，所以在片外扩展了一个具有掉电保存功能的芯片X5045。X5045是一种集看门狗、电源监控和串行EEPROM3种功能于一身的可编程电路，这种组合设计可以减少电路对电路板空间的需求，X5045中的看门狗为系统提供了保护，当系统发送故障而超过设定时间时，电路中的看门狗将使用RESET信号源向CPU作反应。X5045提供了三个时间值供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值为止。X5045的存储器与CPU可使用串行通信方式接口。共4069位，可以按512×8个字节来放置数据。 X5045的管脚排列，它共有8个引脚，各个引脚的功能如下： CS：电路选择端，低电平有效； SO：串行数据显示端； SI：串行数据传入端； SCK：串行时钟显示端； WP：写保护传入端，低电平有效； RESET：复位显示端； Vcc：电源端； Vss：接地端。 INA为传入信号源，是由光电传感器采集到的阀门脉冲信号源(<10mA)。该信号源经旁路电容滤波后送入光耦，转换成了显示的OUT电压信号源送入单片机。显示的电压可直接进入单片机的I/O口。在控制中，要求A、B两路脉冲都接收到的时候，才认为是由信号源传入，AB为正转，BA为反转。只有一路信号源传入时不计数。 两路常开、常闭转换触点显示。用来连接电磁阀，使用控制电磁阀的吸合来控制气动执行机构作相应的开阀或关阀动作。
    3、显示部分主要包括：单片机、4位LED显示、3只状态指示灯(自动、正转、反转)、3只按键(MODE/SET键、上键、下键)。 显示部分采用AT89C4051单片机，用来控制4位LED显示，且同数字部分的单片机进行通讯，还要对控制仪的模式做相应的选择和控制。显示仪上设计有3只状态指示灯用来显示执行机构的状态：正转、反转、自动；3只按键：MODE/SET键、上键、下键，控制执行机构的工作模式和一些参数的初始化。这3部分使用接口连接，构成一个完整的控制系统，可以对一些类似气动马达等的 气动执行器进行控制。在实际应用中基本实现了预先要求的各种性能指标。