氣動閥門執行器的控製方式與工作原理

    (一)基於單片機開發的智能顯示儀控製 智能顯示儀是用來監測閥門工作狀態，並控製閥門執行期工作的儀器，它使用兩路位置傳感器監視閥門的工作狀態，判斷閥門是處於開閥還是關閥狀態，使用編程記錄閥門開關的數字，並且有兩路與閥門開度對應的4～20mA顯示及兩足常開常閉顯示觸點。使用這些顯示信號源，控製閥門的開關動作。根據係統的要求，可將智能閥門顯示儀從硬件上分為3部分來設計：模擬部分、數字部分、按鍵/顯示部分。
    1、模擬電路部分主要包括電源、模擬量傳入電路、模擬量顯示電路三部分。 電源部分供給整個電路能量，包括模擬電路、數字電路和顯示的能源供應。為了實現閥門開讀的遠程控製，需要將閥門的開度信息傳送給其他的控製儀表，同時控製儀表能從遠方製定閥門為某一開度，係統需要1路4～20mA的模擬量傳入信號源和1～2路4～20mA的模擬量顯示信號源。模擬量傳入信號源使用A/D轉換變成與閥門開度相對應的數字信號源後送給數字部分的單片機，在單片機中對它進行濾波處理後就可以顯示了。閥門的開度信息使用D/A轉換後變成模擬信號源顯示，用來接顯示儀顯示閥門開度或連接其他的控製設備。在本設計係統中，所有的數字量數據均采用串行的傳入顯示方式，為了節省芯片資源和空間，傳入的4～20mA的模擬量在轉化為數字量時，采用已有的4路DA芯片與單片機的係統資源相結合作8位的AD使用。
    2、數字電路部分主要包括：單片機、掉電保護、兩路監測脈衝傳入信號源、兩路常開常閉轉換觸點顯示。 在設計方案中選用目前普遍使用的51係列單片機AT89C4051。AT89C4051是一款低電壓、高性能的CMOS8位微控製器，它具有4K字節的可擦除、可重複編程的隻讀閃存。使用在單芯片內複合一個多功能的8位CPU閃存，在性能、指令設定和引腳上與80C51和80C52完全兼容。 考慮到在係統掉電或重新啟動時，需要保持先前在儀表中設置的一些閥門參數，而單片機中的數據存儲器不具備掉電存儲功能，所以在片外擴展了一個具有掉電保存功能的芯片X5045。X5045是一種集看門狗、電源監控和串行EEPROM3種功能於一身的可編程電路，這種組合設計可以減少電路對電路板空間的需求，X5045中的看門狗為係統提供了保護，當係統發送故障而超過設定時間時，電路中的看門狗將使用RESET信號源向CPU作反應。X5045提供了三個時間值供用戶選擇使用。它所具有的電壓監控功能還可以保護係統免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許範圍以下時，係統將複位，直到電源電壓返回到穩定值為止。X5045的存儲器與CPU可使用串行通信方式接口。共4069位，可以按512×8個字節來放置數據。 X5045的管腳排列，它共有8個引腳，各個引腳的功能如下： CS：電路選擇端，低電平有效； SO：串行數據顯示端； SI：串行數據傳入端； SCK：串行時鐘顯示端； WP：寫保護傳入端，低電平有效； RESET：複位顯示端； Vcc：電源端； Vss：接地端。 INA為傳入信號源，是由光電傳感器采集到的閥門脈衝信號源(<10mA)。該信號源經旁路電容濾波後送入光耦，轉換成了顯示的OUT電壓信號源送入單片機。顯示的電壓可直接進入單片機的I/O口。在控製中，要求A、B兩路脈衝都接收到的時候，才認為是由信號源傳入，AB為正轉，BA為反轉。隻有一路信號源傳入時不計數。 兩路常開、常閉轉換觸點顯示。用來連接電磁閥，使用控製電磁閥的吸合來控製氣動執行機構作相應的開閥或關閥動作。
    3、顯示部分主要包括：單片機、4位LED顯示、3隻狀態指示燈(自動、正轉、反轉)、3隻按鍵(MODE/SET鍵、上鍵、下鍵)。 顯示部分采用AT89C4051單片機，用來控製4位LED顯示，且同數字部分的單片機進行通訊，還要對控製儀的模式做相應的選擇和控製。顯示儀上設計有3隻狀態指示燈用來顯示執行機構的狀態：正轉、反轉、自動；3隻按鍵：MODE/SET鍵、上鍵、下鍵，控製執行機構的工作模式和一些參數的初始化。這3部分使用接口連接，構成一個完整的控製係統，可以對一些類似氣動馬達等的 氣動執行器進行控製。在實際應用中基本實現了預先要求的各種性能指標。