氣動閥門執行器的控制方式與工作原理

    (一)基于單片機開發的智能顯示儀控制 智能顯示儀是用來監測閥門工作狀態，并控制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，判斷閥門是處于開閥還是關閥狀態，使用編程記錄閥門開關的數字，并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，控制閥門的開關動作。根據系統的要求，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制，需要將閥門的開度信息傳送給其他的控制儀表，同時控制儀表能從遠方制定閥門為某一開度，系統需要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后送給數字部分的單片機，在單片機中對它進行濾波處理后就可以顯示了。閥門的開度信息使用D/A轉換后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制設備。在本設計系統中，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芯片與單片機的系統資源相結合作8位的AD使用。
    2、數字電路部分主要包括：單片機、掉電保護、兩路監測脈沖傳入信號源、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系列單片機AT89C4051。AT89C4051是一款低電壓、高性能的CMOS8位微控制器，它具有4K字節的可擦除、可重復編程的只讀閃存。使用在單芯片內復合一個多功能的8位CPU閃存，在性能、指令設定和引腳上與80C51和80C52完全兼容。 考慮到在系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種功能于一身的可編程電路，這種組合設計可以減少電路對電路板空間的需求，X5045中的看門狗為系統提供了保護，當系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系統免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許范圍以下時，系統將復位，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：復位顯示端； 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沖信號源(<10mA)。該信號源經旁路電容濾波后送入光耦，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。在控制中，要求A、B兩路脈沖都接收到的時候，才認為是由信號源傳入，AB為正轉，BA為反轉。只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，使用控制電磁閥的吸合來控制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只狀態指示燈(自動、正轉、反轉)、3只按鍵(MODE/SET鍵、上鍵、下鍵)。 顯示部分采用AT89C4051單片機，用來控制4位LED顯示，且同數字部分的單片機進行通訊，還要對控制儀的模式做相應的選擇和控制。顯示儀上設計有3只狀態指示燈用來顯示執行機構的狀態：正轉、反轉、自動；3只按鍵：MODE/SET鍵、上鍵、下鍵，控制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，構成一個完整的控制系統，可以對一些類似氣動馬達等的 氣動執行器進行控制。在實際應用中基本實現了預先要求的各種性能指標。