畢業(yè)設(shè)計-閥流量的智能控制

1、<p><b>　　閥流量的智能控制</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 流量控制閥的發(fā)展歷史及我國現(xiàn)狀</p><p>　　我國的流量控制閥生產(chǎn)行業(yè)起步較晚，國內(nèi)70年代自行設(shè)計和生產(chǎn)的直通單座閥、直通雙座閥、三通流量控制閥、高壓流量控制閥、蝶閥、長行程執(zhí)行機構(gòu)和閥

2、門定位器等傳統(tǒng)產(chǎn)品直至90年代仍在生產(chǎn)和使用。我國流量控制閥的飛躍是從80年代開始，流量控制閥在系列化、標準化等方面得到了進一步完善，縮小了與國外產(chǎn)品的差距，成為目前國內(nèi)執(zhí)行器行業(yè)流量控制閥的主流產(chǎn)品。其技術(shù)水平為國際80年代末或90年代初的水平，依然落后于國際先進水平，現(xiàn)在已不能滿足國內(nèi)及國際市場的需求。從技術(shù)上分析主要表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p><b>　　1.1.1 性能</b&g

3、t;</p><p>　　直動閥分為單座閥和籠式雙座閥，單座閥的密封性能較好，可達ANSI標準Ⅳ級，但是由于結(jié)構(gòu)上的特點，其允許壓差比較小，要滿足允許壓差，則其推力比較大，需要的執(zhí)行機構(gòu)(動力源)較大。而籠式雙座閥則相反，由于其結(jié)構(gòu)上的原因，閥的密封性較差，一般為ANSI標準Ⅱ級，但由于壓力平衡的結(jié)構(gòu)，允許壓差較大，因此所配的執(zhí)行機構(gòu)較小。</p><p><b>　　1.1.2

4、 結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　70年代以前，我國流量控制閥采用“統(tǒng)一設(shè)計產(chǎn)品”都是仿蘇聯(lián)的閥門結(jié)構(gòu)型式，即四法蘭型式。這種型式的特點是采用上、下導向，由于導向堅固，其抗振動、耐壓差性能較好，缺點是由于有下法蘭， 而增加了一個泄漏點，且結(jié)構(gòu)復雜，從70年代以來西歐、日本、美國相繼發(fā)展了三法蘭的型式。一個泄漏點，因此被廣泛采用，以至成為閥門的主流，當今世界各大公司的閥門，基本采用此種型式，但由于少了

5、一個導向，使得閥門的抗振動性能及允許壓差性能受到影響，因此，雙導向、四法蘭型式的閥門仍然存在，只是數(shù)量較少。</p><p>　　1.1.3 控制系統(tǒng)</p><p>　　流量控制閥與控制系統(tǒng)接口是通過電動執(zhí)行機構(gòu)和閥門定位器實現(xiàn)的，國內(nèi)流量控制閥生產(chǎn)企業(yè)，主要還是以先前引進或仿制的電氣閥門定位器為主，雖然國內(nèi)的研究機構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)，也在智能定位器和智能電動執(zhí)行機構(gòu)開發(fā)上下了很大功夫，產(chǎn)品也

6、有推向市場，但目前智能型及總線定位器和電動執(zhí)行機構(gòu)仍然以進口產(chǎn)品為主。</p><p><b>　　1.1.4 可靠性</b></p><p>　　國內(nèi)流量控制閥產(chǎn)品不論內(nèi)在質(zhì)量還是外觀質(zhì)量，在可靠性方面考慮的比較少，外置式定位器和其他附件，可靠性差。在產(chǎn)品性能可靠性設(shè)計上更是少有研究。</p><p>　　1.1.5 專有技術(shù)</p&g

7、t;<p>　　國外流量控制閥企業(yè)在特殊材料和特殊工藝手段上都有自己多年的積累，能夠滿足高溫、高壓差、抗；中刷、強耐磨、耐強腐蝕的極端工況條件，已形成他們專有技術(shù)，占據(jù)了高端市場。而我們在這方面投入的技術(shù)攻關(guān)和研究經(jīng)費遠遠不夠，我們還處于拼價格的階段。</p><p>　　1.2現(xiàn)代工業(yè)對流量控制閥的最新要求</p><p>　　先進的現(xiàn)代化工業(yè)是以生產(chǎn)自動化為標志的。人們已

8、經(jīng)不再滿足于傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，開始用數(shù)字化、微機化等先進技術(shù)進行革新。智能儀表的研制和使用更為工業(yè)自動化開創(chuàng)了美好的未來。另外，隨著現(xiàn)代化工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，對工業(yè)品的要求也越來越高，范圍也越來越廣。作為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的手腳——流量控制閥也將面臨新的課題有待創(chuàng)新、提高。</p><p>　　1.2.1 高質(zhì)量、高可靠性</p><p>　　在過程控制中，流量控制閥直接控制流體，它的質(zhì)量好壞

9、將會直接影響到整個系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障，后果不堪設(shè)想。在石油天然氣工業(yè)中，從油田到煉油廠，各種生產(chǎn)裝置都大規(guī)模地集中監(jiān)測和控制，大部分操作條件都是在高溫或高壓中進行，介質(zhì)都是易燃、易爆的油、氣，因此流量控制閥的質(zhì)量與可靠性被提到了首位。在化學工業(yè)中，過程的多樣性及工藝條件的變化，對溫度、壓力、流量、液位四大熱工變量的控制中，都有很多特殊問題要求流量控制閥能夠適應(yīng)。在電力工業(yè)中，發(fā)電廠要對鍋爐進行控制，鍋爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)中保持水位的正常非常關(guān)鍵，

10、避免流量控制閥的誤開、誤關(guān)、失靈等故障的發(fā)生是何等的重要。</p><p>　　1.2.2 保護環(huán)境</p><p>　　隨著工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染也日趨嚴重，人們的健康及生態(tài)環(huán)境面臨著極大的威脅，各個國家都在積極地制定相應(yīng)的法律、法規(guī)以減少環(huán)境污染，并保護公眾的健康和生態(tài)平衡，因此環(huán)保已成為企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計所要考慮的關(guān)鍵問題之一。流量控制閥對環(huán)境造成的危害主要表現(xiàn)為噪聲和因外泄漏導致大氣污

11、染等，公眾和社會對此都有強烈的要求，而作為流量控制閥制造廠就必須作出響應(yīng)。</p><p>　　1.2.3 節(jié)約能源</p><p>　　經(jīng)濟的高速增長必然引起能源的極大損耗，然而地球的資源是有限的。原材料供不應(yīng)求，石油、煤、水資源的消耗和短缺已成為目前及今后相當長的時期內(nèi)所面臨的問題。因此用于流體控制的閥門，在其設(shè)計、使用過程中要與節(jié)能問題相聯(lián)系。這就要求，我們的流量控制閥不但要滿足惡劣

12、工況調(diào)節(jié)需求，更要求閥門在關(guān)閉的情況下泄漏率要控制在最低，甚至是不漏的。</p><p>　　1.2.4 適用于新領(lǐng)域</p><p>　　隨著新技術(shù)、新工藝的突破，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)過程也將向著更深、更新的領(lǐng)域發(fā)展，如超超臨界高溫、高壓差、低溫、強烈摩擦、氣蝕或固體顆粒沖刷磨損等，而與之相適應(yīng)的流量控制閥則等待我們?nèi)パ芯?、開發(fā)。</p><p>　　1.3流量控制閥的

13、發(fā)展方向</p><p>　　1.3.1 模塊化設(shè)計</p><p>　　(1)定位器及電磁閥與執(zhí)行機構(gòu)配套設(shè)計，采用無管路連接，使調(diào)節(jié)閥具有更高的抗振性、堅固性及安裝的多樣性、靈活性，同時使得流量控制閥的安裝空間大大縮小，附件安裝簡捷、迅速，應(yīng)了現(xiàn)場對流量控制閥的極高要求；</p><p>　　(2 )打破傳統(tǒng)的設(shè)計模式，采用模塊化設(shè)計，使得零件的通用性大大提高，

14、產(chǎn)品更加多樣化，功能更完善，效率更高，節(jié)約了制造成本、維修成本及原材料，縮短了產(chǎn)品的交貨期。采用這種最新結(jié)構(gòu)模式可使流量控制閥的零件總數(shù)比傳統(tǒng)的流量控制閥減少25％ ，成本降低20％，可組配的流量控制閥品種規(guī)格卻增加了40％，對制造廠而言，工裝模具的制造量少了近50％，半成品庫和成品庫的存量可大大減少，使采用零庫存的管理模式成為可能。同樣的道理，對用戶而言，也可大大減少備件庫存量，例如：正反作用流量控制閥可很方便地更換。</p&g

15、t;<p>　　1.3.2 智能化設(shè)計</p><p>　　流量控制閥不論是氣動還是電動，都可以智能化。流量控制閥通過閥門定位器和電動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)更多的就地數(shù)字控制和通信。隨著現(xiàn)場總線的開發(fā)與應(yīng)用，數(shù)字式智能定位器及電機動執(zhí)行機構(gòu)也早已問世，未來流量控制閥還要向著無線通信的數(shù)字式智能化的方向發(fā)展。</p><p>　　1.3.3 高可靠性</p><p&g

16、t;　　可靠性將作為第一設(shè)計要素，以使流量控制閥的早期故障率降得更低，并且將早期故障發(fā)生控制在裝配調(diào)試期，確保流量控制閥在工作期間的故障率趨于零，運行更加可靠。</p><p>　　1.3.4 符合最新的環(huán)保要求</p><p><b>　　（1）防止大氣污染</b></p><p>　　流量控制閥的泄漏可分為內(nèi)漏和外漏，內(nèi)漏主要在閥座，外漏主

17、要在填料，因此解決流量控制閥的泄漏問題也要從這兩個方面人手。</p><p>　　①改變傳統(tǒng)的螺紋壓緊式結(jié)構(gòu)，采用新型可雙面使用的直壓式閥座結(jié)構(gòu)，這不僅便于維修、裝配、延長使用壽命，更重要的是提高了閥座的密封性能，防止介質(zhì)泄漏，同時保證密封元件不因過載而破壞；</p><p>　?、诓捎眯滦吞盍厦芊庀湓O(shè)計：其一，采用特殊材料及特殊設(shè)計的Ⅴ型填料提高填料的密封性能；其二，增加微型密封圈及防塵

18、圈防止密封元件的損壞，確保填料密封可靠；其三，改變填料函材質(zhì)，延長填料函的使用壽命。</p><p><b>　?。?）防止噪聲</b></p><p>　　在過程裝置中，產(chǎn)生噪聲的各種設(shè)備很多，其中流量控制閥是產(chǎn)生噪聲的主要設(shè)備之一，因此流量控制閥噪音的治理就顯得非常重要。當前能降低噪聲的流量控制閥種類很多，諸如多孔套筒式低噪聲閥、多級套筒式低噪聲閥、迷宮式閥等，也

19、只能降低10—20dB，而在許多場合噪聲仍然超過環(huán)保的要求。因此開發(fā)出新型低噪音閥也是今后流量控制閥發(fā)展所要注重的一個方面。另外，因為現(xiàn)場超聲設(shè)備的使用，所以也有必要研究超聲噪聲對流量控制閥的影響。</p><p>　　1.3.5．提高效益</p><p>　　(1)提高的密封性能。流量控制閥的泄漏不僅造成環(huán)境污染，而且造成能源的損耗。另一方面，泄漏還會引起系統(tǒng)壓力的下降造成動力損失。傳統(tǒng)

20、的流量控制閥的泄漏等級一般單座閥為Ⅳ級，籠式雙座閥為Ⅱ級，已遠遠不能滿足使用要求，今后流量控制閥的泄漏等級將會提高到Ⅴ級甚至更高。</p><p>　　(2)減少定位器的耗氣量。目前，大部分定位器由于它采用的是噴嘴擋板原理，耗氣量為連續(xù)排放，一般在3 0 0L／h ，而且直接排入大氣，浪費了大量的壓縮空氣及能源。而另外一種全新的數(shù)字式智能定位器已經(jīng)誕生，它采用的不是噴嘴擋板原理，而是硅微流量控制閥原理。這種定位器

21、的耗氣是間斷性的，只有在定位器動作時才向外排氣，其余時間排氣口處于關(guān)閉狀態(tài)。它的耗氣量非常小，只有20L／h。因此這種全新的數(shù)字式智能定位器必將受到客戶的青睞，占據(jù)市場的主導地位。</p><p>　　(3)開發(fā)出具有噴氣裝置的多彈簧</p><p>　　氣動執(zhí)行機構(gòu)，以保護執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部不受環(huán)境腐蝕，這不僅可以延長執(zhí)行機構(gòu)的使用壽命，同時還可以雙倍利用輔助能源。其設(shè)計原理是將定位器所消耗的

22、壓縮空氣直接排入到執(zhí)行機構(gòu)膜室腔，防止具有腐蝕性的大氣吸入執(zhí)行機構(gòu)膜腔，從而保護執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部不被腐蝕。</p><p>　　1.3.6 特殊材質(zhì)和特殊工藝處理手段</p><p>　　要想在高端閥門市場有所作為，就必須要研究出專門用于閥門行業(yè)的特殊專用材質(zhì)，可能前期投入很高，但得到的回報也必然很高。國內(nèi)的市場，用戶用20％的資金買了80％的國產(chǎn)閥門，而用80％的資金買了20％的進口閥門，由

23、此可見，我們在特殊材質(zhì)和特殊工藝處理手段上開展工作的必要性和緊迫性。展望未來， 我們要面臨的問題會更多，社會將對提高生產(chǎn)力和改善工作條件提出更高的要求，環(huán)境保護及人類生活質(zhì)量提高的呼聲也將更高。要解決這些問題，就要對舊的過程控制系統(tǒng)進行改造，或者創(chuàng)造出更新更先進的過程控制方法，而新的系統(tǒng)對流量控制閥的要求將會更高。</p><p><b>　　1.4 研究內(nèi)容</b></p>

24、<p>　　本設(shè)計主要完成主要集中在閥門流量的模塊化和智能化設(shè)計。</p><p>　　主要完成以下幾方面的設(shè)計：</p><p>　　流量控制球閥的設(shè)計和選用；</p><p>　　壓差傳感器的壓力檢測；</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集；</p><p><b>　　單片機的數(shù)字處理；

25、</b></p><p>　　單片機和計數(shù)器實現(xiàn)PWM信號的輸出；</p><p>　　舵機的可控化轉(zhuǎn)角帶動球閥實現(xiàn)開度的控制；</p><p>　　角位移傳感器實現(xiàn)閥體轉(zhuǎn)動角度的反饋。</p><p>　　2 閥流量的智能控制原理</p><p><b>　　2.1 器件和原理</b>

26、;</p><p><b>　　閥門的流量為</b></p><p><b>　　式中——流量系數(shù);</b></p><p>　　——閥口的面積,mm2</p><p>　　——閥門前后的壓力差，MPa.</p><p>　　本設(shè)計的目的是為了得到一定的流量，即當負載變化時流

27、量保持不變。那么就要調(diào)節(jié)壓力和閥口面積，其中壓力我們可以用壓差傳感器測得，然后根據(jù)公式調(diào)整閥口面積既可，即調(diào)節(jié)閥柄轉(zhuǎn)角。</p><p>　　其具體流為程單片機接收A/D轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換的壓差傳感器傳來的壓力信號，經(jīng)過計算，模擬出PWM信號，精確控制脈寬的變化，從而控制舵機的轉(zhuǎn)角，帶動球閥閥柄轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。其流程圖如圖2-1。</p><p>　　圖2-1 流量閥智能控制流程圖</

28、p><p>　　本設(shè)計所需要的主要器件有舵機，89C51單片機，差壓傳感器，角位移傳感器，A/D轉(zhuǎn)化器，鎖存器以及8253計數(shù)器。</p><p>　　表2-1 主要器件和數(shù)量</p><p>　　2.2 壓力與開度的數(shù)據(jù)處理</p><p>　　壓力和開度的關(guān)系有實驗推得。實驗實驗系統(tǒng)由電磁流量計、電動球閥、標準容器、U形管差壓計、計時器、流量

29、標準裝置組成。實驗溫度t =18℃,閥門通徑D = 50×10-3 m , 實驗介質(zhì)的運動粘度v =1.0672×10 - 2 cm2/s ,管道壓力P =0.35MPa。其數(shù)據(jù)如表1-2、表1-3。</p><p>　　表2-2　Φ50 mm閥門實驗數(shù)據(jù) ( 開度由小到大)</p><p>　　表2-3　Φ50 mm閥門實驗數(shù)據(jù)及分析( 開度由小到大)</p&g

30、t;<p>　　由以上數(shù)據(jù)可得出：閥的開度由小到大調(diào)節(jié)時, 在各開度點,隨壓力從大到小變化時, 各對應(yīng)的壓力值變化較大，說明這時閥的調(diào)節(jié)作用較明顯, 對流量的控制能力較強；閥的開度由大到小調(diào)節(jié)時,在各開度點,隨壓力從小到大變化時,各對應(yīng)的壓力值變化沒有開度由小到大調(diào)節(jié)時的變化大，說明這種閥開度的調(diào)節(jié)法,對流量的控制能力較弱；在開度k = 30 %～60 %時,壓力從大到小變化時,各對應(yīng)的壓力值值變化較大,說明在這段中閥流量

31、控制能力較強，而在開度k =70%～90%時,壓力變化不大,說明在這段中閥流量控制能力較弱。</p><p>　　具體數(shù)據(jù)及其關(guān)系由另行論文得出，本文不對此部分研究。</p><p>　　2.3 舵機的輸出特點</p><p>　　2.3.1舵機的工作原理</p><p>　　舵機可以再微機電系統(tǒng)和航模系統(tǒng)中作為基本的輸出執(zhí)行機構(gòu)。其簡單的控

32、制和輸出使得單片機系統(tǒng)非常容易與之接口。單片機系統(tǒng)的舵機控制具備精確定位和工作可靠地特點。</p><p>　　舵機由一個小型的直流單機驅(qū)動。電機隨著極性的改變而變換旋轉(zhuǎn)方向。舵機的內(nèi)部電路如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 舵機內(nèi)部電路</p><p>　　舵機的工作原理是：PWM信號由接收通道進入信號解調(diào)電路BA66881的12腳進行解調(diào)，獲得一個直

33、流偏置電壓。該直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差由BA6688的3腳輸出。該輸出送人電機驅(qū)動集成電路BA6686，以驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)。當電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器R旋轉(zhuǎn)，直到電壓差為O，電機停止轉(zhuǎn)動。舵機的控制信號是PWM信號，利用占空比的變化改變舵機的位置。</p><p>　　2.3.2 舵機的控制方法</p><p>　　標準的舵機有3條導線，分別是：電源線、地

34、線、控制線，如圖2-3所示。</p><p>　　電源線和地線用于提供舵機內(nèi)部的直流電機和控制線路所需的能源。電壓通常介于4～6V，一般取5V。注意，給舵機供電電源應(yīng)能提供足夠的功率?？刂凭€的輸入是一個寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為18 ms。當方波的脈沖寬度改變時，舵機轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。舵機的極限轉(zhuǎn)角變化和舵機的靜止中立點所對應(yīng)的控制信號脈沖圖如圖2-4所示

35、。</p><p>　　圖2-3 舵機接線圖</p><p>　　圖2-4 控制舵機的PWM信號</p><p>　　在圖中，舵機處于3種極限位置時的脈寬信號如下。</p><p><b>　　舵機靜止</b></p><p>　　控制信號的周期T2=18.00（ms），脈寬T1=1.5(ms)&

36、lt;/p><p><b>　　舵機右極限位置</b></p><p>　　控制信號的周期T2=18.00（ms），脈寬T3=1.1(ms)</p><p><b>　　舵機左極限位置</b></p><p>　　控制信號的周期T2=18.00（ms），脈寬T4=1.9(ms)</p>&

37、lt;p>　　2.4 單片機系統(tǒng)中如何實現(xiàn)對舵機轉(zhuǎn)角的控制</p><p>　　可以使用FPGA、模擬電路、單片機來產(chǎn)生舵機的控制信號，但FPGA成本高且電路復雜。對于脈寬調(diào)制信號的脈寬變換，常用的一種方法是采用調(diào)制信號獲取有源濾波后的直流電壓，但是需要50Hz(周期是20ms)的信號，這對運放器件的選擇有較高要求，從電路體積和功耗考慮也不易采用。5mV以上的控制電壓的變化就會引起舵機的抖動，對于機載的測控

38、系統(tǒng)而言，電源和其他器件的信號噪聲都遠大于5mV，所以濾波電路的精度難以達到舵機的控制精度要求。</p><p>　　也可以用單片機作為舵機的控制單元，使PWM信號的脈沖寬度實現(xiàn)微秒級的變化，從而提高舵機的轉(zhuǎn)角精度。單片機完成控制算法，再將計算結(jié)果轉(zhuǎn)化為PWM信號輸出到舵機，由于單片機系統(tǒng)是一個數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號的變化完全依靠硬件計數(shù)，所以受外界干擾較小，整個系統(tǒng)工作可靠。</p><p&g

39、t;　　單片機系統(tǒng)實現(xiàn)對舵機輸出轉(zhuǎn)角的控制，必須首先完成兩個任務(wù)：首先是產(chǎn)生基本的PWM周期信號，本設(shè)計是產(chǎn)生18ms的周期信號；其次是脈寬的調(diào)整，即單片機模擬PWM信號的輸出，并且調(diào)整占空比。</p><p>　　單片機模擬數(shù)字PWM信號的方法是脈沖計數(shù)，其原理是單片機指定計數(shù)器輸出脈寬信號的脈寬和周期，信號的脈寬反映了舵機的轉(zhuǎn)角變化所對應(yīng)的控制指令。其功能由單片機和計數(shù)器共同完成，如圖2-5所示。</p

40、><p>　　圖2-5 數(shù)字信號的數(shù)字處理方法原理</p><p>　　脈沖計數(shù)可以利用51單片機的內(nèi)部計數(shù)器來實現(xiàn)，但是從軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和程序結(jié)構(gòu)的合理性看，宜使用外部的計數(shù)器，還可以提高CPU的工作效率。實驗后從精度上考慮，對于FUTABA系列的接收機，當采用1MHz的外部晶振時，其控制電壓幅值的變化為0.6mV，而且不會出現(xiàn)誤差積累，可以滿足控制舵機的要求。最后考慮數(shù)字系統(tǒng)的離散誤差，

41、經(jīng)估算誤差的范圍在±0.3%內(nèi)，所以采用單片機和8253、8254這樣的計數(shù)器芯片的PWM信號產(chǎn)生電路是可靠的。</p><p>　　2.5單片機和計數(shù)器控制舵機的轉(zhuǎn)角</p><p>　　如上文所述，單片機本身對信號的處理過程并不復雜，完成測控模塊的關(guān)鍵在于使用合適的方法和合適的外圍芯片處理和輸出信號。</p><p>　　本設(shè)計采用單片機的外部計數(shù)芯片

42、8253作為專用的計數(shù)器，單片機通過對外部計數(shù)芯片的操作，完成PWM信號的輸出。</p><p>　　在輸出控制指令時，由于使用了外部的計數(shù)器芯片，單片機只需要向8253芯片的寄存器中發(fā)送控制脈寬的計數(shù)器，計數(shù)器能自動的根據(jù)計數(shù)指調(diào)節(jié)電平的高低變化，從而模擬PWM信號輸出。</p><p>　　單片機對8253芯片的操作過程如下：</p><p>　　利用外部的晶振

43、電路產(chǎn)生一定頻率的技術(shù)脈沖。</p><p>　　將該頻率的計數(shù)脈沖作為外部計數(shù)器的計數(shù)脈沖，而將需要測量的脈寬信號作為外部芯片的門控信號，外部芯片在該門控周期內(nèi)對計數(shù)脈沖進行計數(shù)。</p><p>　　計數(shù)脈沖的頻率依靠外部的晶振頻率，當然該晶振頻率可以進行分頻。盡管外部晶振的頻率越高越有助于提高脈寬計數(shù)的精度，但是最終輸入到外部計數(shù)器的脈沖頻率最好不要超過10MHz。</p>

44、;<p>　　8253芯片的通道及控制字寄存器的狀態(tài)與8253端口地址的對應(yīng)關(guān)系如表2-4所示。</p><p>　　表2-4 8253芯片的通道及控制字寄存器的狀態(tài)與8253端口地址的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　2.6 C51程序控制PWM信號的脈寬</p><p>　　單片機寫入8253的控制字和讀取8253寄存器中的計數(shù)值，都需要對8253的寄

45、存器單元進行操作。8253寄存器在單片機程序中的和單片機片外的存儲器一樣。單片機對8253的操作主要是通過以下步驟完成的。</p><p><b>　　寄存器地址的定義</b></p><p>　　根據(jù)輸入/輸出的地址連接線，對8253的寄存器地址定義如下：</p><p>　　//定義8253的寄存器地址</p><p&g

46、t;　　//定義8253的控制字寄存器地址</p><p>　　#define COMI XBYTE[0x3100]</p><p>　　//定義8253的計數(shù)器0寄存器地址</p><p>　　#define C0I XBYTE[0x0100]</p><p><b>　　控制字的寫入</b></p>&

47、lt;p>　　8253計數(shù)器的工作方式由編程設(shè)定，將控制字寫入控制字寄存器，用以選擇每個計數(shù)器的工作方式，控制字的格式如表2-5所示。</p><p>　　表2-5 控制字的格式</p><p>　　8253中寫入控制字代碼：</p><p>　　//向8253中的控制字寄存器中選擇計數(shù)器0，并賦初值0</p><p>　　COMI=0

48、x30;</p><p>　　C0I=0;C0I=0;</p><p><b>　　片外數(shù)據(jù)的讀取</b></p><p>　　讀取8253計數(shù)器中的計數(shù)值時，和讀取片外存儲器中的單元內(nèi)容一樣。代碼如下：</p><p><b>　　uchar l</b></p><p>　

49、　COMI=0x30;</p><p><b>　　l=C0I;</b></p><p><b>　　3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　球閥的基本參數(shù)，公稱壓力（PN）=1.63MPa,公稱直徑（DN）=50mm,工作溫度為0-150℃，工作介質(zhì)為油品。球閥的整體結(jié)構(gòu)和重要零件圖。</p><

50、;p><b>　　3.1 球閥裝配圖</b></p><p><b>　　圖3-1球閥裝配圖</b></p><p><b>　　3.2閥體</b></p><p><b>　　圖3-2 閥體</b></p><p><b>　　3.3 左

51、閥體</b></p><p><b>　　圖3-3左閥體</b></p><p><b>　　3.4 右閥體</b></p><p><b>　　圖3-4 右閥體</b></p><p><b>　　3.5 閥柄</b></p>

52、<p><b>　　圖3-5閥柄</b></p><p><b>　　4 電路設(shè)計</b></p><p>　　電路圖部分主要有單片機、A/D轉(zhuǎn)化器和8253計數(shù)器三部分組成。</p><p><b>　　圖4-1 電路圖</b></p><p><b>　

53、　5 程序設(shè)計</b></p><p><b>　　5.1 程序功能</b></p><p>　　本設(shè)計的程序主要包括三方面關(guān)鍵內(nèi)容，一是A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)的采集，而是數(shù)據(jù)的處理，三是PWM信號的模擬。其中PWM信號的模擬還包括8253寄存器的地址定義，控制字的寫入和數(shù)據(jù)讀取三方面內(nèi)容。</p><p>　　5.2 A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采

54、集部分</p><p>　　此部分用到的器件是ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器和74LS373鎖存器，其功能是把壓差傳感器傳來的電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號并存入數(shù)組ad中。</p><p>　　5.3 數(shù)據(jù)處理部分工作原理</p><p>　　在這一部分把A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行處理，其原理是把數(shù)組ad中的值代入公式，經(jīng)計算得出閥柄轉(zhuǎn)動角度，數(shù)學處理換算成計數(shù)器的計數(shù)值

55、。</p><p>　　5.4 PWM信號模擬部分</p><p>　　此部分所用的主要器件就是8253芯片。以下主要對程序中的函數(shù)和變量進行說明。</p><p>　　5.4.1 8253的片選信號</p><p>　　P2.2為單片機的片選信號，其輸出對應(yīng)的8253的片選地址如表5-1所示。</p><p>　　表

56、5-1 8253的片選地址</p><p>　　5.4.2 8253的控制字的定義</p><p>　　P2.5、P2.6為單片機的地址線，分別連接8253的A0、A1。8253的A0、A1是8253的寄存器地址。單片機通過對8253的片選地址A0、A1的選擇，確定對8253控制字的寫入對寄存器計數(shù)值的讀取，其寄存器地址如表5-2所示。</p><p>　　表5-2

57、 寄存器地址</p><p>　　5.4.3 變量和函數(shù)的定義</p><p>　　本程序中用到的變量及說明如表5-3所示。</p><p>　　表5-3 變量及說明</p><p><b>　　5.5 程序流程圖</b></p><p><b>　　5.5 程序代碼</b>

58、</p><p>　　//定義頭文件和寄存器地址，以及全局變量</p><p>　　#include<absacc.h></p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#define uchar u

59、nsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　//定義通道和寄存器地址</p><p>　　#define IN0 XBYTE[0x7ff8] //設(shè)置AD0809的通道0地址</p><p>　　#define COMI XBYTE[0x3

60、100] //定義8253的控制字寄存器地址</p><p>　　#define C0I XBYTE[0x0100] //定義8253的計數(shù)器0寄存器地址</p><p>　　sbit ad_busy=P3^3; //即EOC狀態(tài)</p><p>　　sbit P2_2=

61、P2^2;</p><p>　　sbit gata=P2^5;</p><p>　　//sbit EXF2=T2CON^6;</p><p>　　uint I,sendflag;</p><p>　　unsigned long BUF810;</p><p>　　uint BUF810H,BUF810L;</p&

62、gt;<p>　　static uchar ad[10];</p><p>　　unsigned long J,K;</p><p>　　uchar j,k,a,b,c; //定義全局變量</p><p>　　void ad0809(uchar idata *x) //采

63、集結(jié)果放指針中的AD采集函數(shù)</p><p>　　{uchar i; </p><p>　　uchar *ad_adr;</p><p>　　ad_adr=&IN0;</p><p>　　for(i=0;i<1;i++) //采0路通道</p><p>　　

64、{*ad_adr=0; //啟動轉(zhuǎn)換</p><p>　　i=i; //延時等待EOC變低</p><p><b>　　i=i;</b></p><p>　　while(ad_busy==0); //查詢等待轉(zhuǎn)換結(jié)果</p&g

65、t;<p>　　x[i]=*ad_adr; //存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void func(void)</p><p><b>　　{</b>

66、;</p><p>　　ad0809(ad);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void oper (void)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　j=ad-ad[1];</p><p>　

67、　k=j* Equation;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//主函數(shù)，初始化定時器和片外寄存器</p><p>　　void main(void)</p><p>　　{EA=1;PT0=1;</p><p>　　ET0=1;ET1=1;</p>&

68、lt;p>　　IT0=1;IT1=1;</p><p>　　EX0=1;EX1=1;</p><p>　　TCON=0x08;</p><p>　　//定時器0產(chǎn)生18ms的中斷信號，為8253輸出PWM信號提供時鐘周期基準</p><p>　　TMOD=0x21;</p><p><b>　　TH0=

69、0Xb9;</b></p><p><b>　　TL0=0Xb0;</b></p><p>　　向8253中的控制字寄存器中選擇計數(shù)器0，并賦初值0</p><p>　　COMI=0x30;</p><p><b>　　C0I=0;</b></p><p><

70、;b>　　TR0=1;</b></p><p>　　sendflag=1;</p><p><b>　　while(1);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//定時器中斷1，向8253發(fā)送控制數(shù)據(jù)</p><p>　　vo

71、id intsvr1(void)interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TH0=0Xb9;</b></p><p><b>　　TL0=0Xb0;</b></p><p><b>　　COMI=0x30</b&

72、gt;</p><p><b>　　BUF810=k;</b></p><p>　　C0I=BUF810L;</p><p>　　C0I=BUF810H;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(a=1000;a>0;a--)</p&g

73、t;<p>　　for(b=1000;b>0;b--);</p><p>　　if (gata=1)</p><p>　　{prift:”end”}</p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{ main;</b></p><

74、p><b>　　}</b></p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　隨著工業(yè)自動化及現(xiàn)場總線技術(shù)的快速發(fā)展，對低成本、高可靠性的智能化閥門的要求越來越迫切，閥門除了雙向通信功能外，閥門還應(yīng)具有自診斷功能，流量特性人機對話功能，存儲維修記錄等智能化功能。其發(fā)展趨勢是機電一體化、智能型與總線制接口，無線通信功能， 同時

75、向著精小型、節(jié)能、節(jié)材以及高溫高壓大壓差、抗強沖刷方向發(fā)展。</p><p>　　本設(shè)計就是在順應(yīng)閥門大方向的前提下，在不改變閥門復雜程度的基礎(chǔ)上，對閥門的流量控制納入了單片機的智能控制，從而實現(xiàn)了閥門流量的智能控制。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　參考文獻按順序編碼制組織，即各篇文獻按正文部分標注的序號依次

76、列出。</p><p><b>　　1 普通圖書</b></p><p>　　[1] 全國起重機械標準化技術(shù)委員會.中國機械工業(yè)標準匯編. 中國標準出版社,2007.</p><p>　　[2] 陸培文.實用閥門設(shè)計手冊.北京:機械工業(yè)出版社,2007.9.       &#

77、160;             </p><p>　　[3] 馬忠梅，籍順心，張凱，馬巖.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計（第三版）.北京：北京航空航天大學出版社,2003.11.</p><p>　　[4] 求是科技.計算機接口技術(shù)系列單片機典型模塊設(shè)計實例導航.人民郵電出

78、版社,2006.3. </p><p>　　許灝，蔡春源.新編機械設(shè)計師手冊.北京:機械工業(yè)出版社,2002.7. </p><p>　　[5]胡漢才．單片機原理及接口技術(shù).清華大學出版社.1996.</p><p>　　[6]王時勝,姜建平.采用單片機實現(xiàn)PWM式D/A轉(zhuǎn)換技術(shù).電子質(zhì)量.2004.</p><p>　　

79、[7]劉歌群.盧京潮.閆建國.薛堯舜.用單片機產(chǎn)生7路舵機控制PWM波的方法.機械與電子.2004.</p><p>　　2 期刊中析出的文獻[6] 方慧. 展望——寄語中國流量控制閥行業(yè):我國控制閥現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.世界儀表與自動化,2009.3.</p><p>　　[7] 吳政. 減壓閥流量壓力特性的分析與探討[J].閥門, 2002,(02) . </p><p

80、>　　[8] 曹衛(wèi)華,吳敏,杜玉曉. 基于閥門開度的加熱爐模糊專家控制[J].吉林大學學報(工學版), 2004,(03) .</p><p>　　[9] 袁新明,毛根海,張土喬. 閥門流道流場的數(shù)值模擬及阻力特性研究[J]. 水力發(fā)電學報, 1999,(04) .</p><p>　　[10] 萬會雄,章瑯浩,明仁雄. 閥門開度指示器的改進設(shè)計[J]. 中國修船, 2002,(01

81、) . </p><p>　　[11] 劉欣,陳庚順. 閥門電動裝置控制器的開發(fā)[J]. . 丹東紡專學報, 2001,(03) .</p><p>　　[12]李維軍,韓小剛,李晉. 基于單片機用軟件實現(xiàn)直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)[J]. 機電一體化, 2004,(05) .</p><p>　　[13] 趙鴻圖. 基于單片機AT89C51的直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)[

82、J]. 電子技術(shù), 2008,(10) . </p><p>　　[14] 關(guān)學忠,胡松. 單片機與TA8435的步進電機細分控制[J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用, 2006,(03) . </p><p>　　[15] 魏麗娜,管力銳. 基于AD7545和AT89C51的波形發(fā)生器的硬件系統(tǒng)設(shè)計[J]. 桂林航天工業(yè)高等專科學校學報, 2008,(02) .</p><

83、;p>　　[16] 卓樹峰,黃凈晴. 基于PC控制的智能機械手控制系統(tǒng)[J]. 安順師范高等?？茖W校學報, 2006,(03</p><p>　　[17] 張加勝,平朝春. 單片機PWM死區(qū)時間控制的非常態(tài)應(yīng)用方法[J]. 電氣傳動自動化, 2008,(06) .</p><p>　　[18] 鄭建光;劉長海. 電動球閥流量特性實驗研究.閥門,2005.01.</p>

84、<p>　　[19] Barr, Michael. Pulse Width Modulation .Embedded Systems Programming, 2001, (9) :103～104 .</p><p>　　[20] L298 DUAL FULL-BRIDGE DRIVER.[EB/OL] .http://www.icpdf.com/pdf/L298.htm.</p><

85、;p><b>　　3 會議錄、論文集</b></p><p>　　[21] Design of pulse frequency modulation based stepper-motor control unit[A]. Proceedings of 6th International Symposium on Test and Measurement(Volume 6)[C], 2