1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文基于C8051F005智能閥門控制的設(shè)計(jì)姓名：王瑞偉申請學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電磁場與微波技術(shù)指導(dǎo)教師：金杰20090501鋤，”，弱，。，鋤，。玎。：，獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得墨壅盎鱟或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：乏盔弗簽字日期：加，年月爭日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解丕盜太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文

2、的規(guī)定。特授權(quán)苤盜盤鱟可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：芝痂巾導(dǎo)師簽名：簽字日期：厶。年月牛日簽字目期：年月年日第章緒論引言第一章緒論閥門作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一種，是石油、化工、電站、長輸管線、造船、核工業(yè)、各種低溫工程、宇航以及海洋采油等各個(gè)領(lǐng)域不可或缺的控制設(shè)備?？刂崎y門所用的電動(dòng)控制系統(tǒng)，有時(shí)稱作閥門電動(dòng)裝置、閥門控制器、閥門驅(qū)動(dòng)器等，由于電動(dòng)控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的機(jī)械式執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作和響應(yīng)速度快，工作效率高，調(diào)速性

3、能好，因而作為控制和驅(qū)動(dòng)閥門的重要裝置。閥門控制系統(tǒng)作為調(diào)節(jié)閥門的主要附件之一，可以改善閥門特性、提高控制的精度、提高控制速度和增加控制的靈活性，在電站、污水處理、石油等工業(yè)現(xiàn)場有著廣泛的應(yīng)用。在閥門實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、集中控制和自動(dòng)控制的過程中，閥門控制系統(tǒng)是一種必不可少的執(zhí)行部件。隨著數(shù)字化設(shè)備以及嵌入式微型電腦、單片機(jī)的普及，智能化現(xiàn)場設(shè)備、數(shù)據(jù)通訊以及開放系統(tǒng)成為了工控儀表發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)。過程控制系統(tǒng)中全數(shù)字化、雙向、多站通信的現(xiàn)場總線的開發(fā)應(yīng)用，使智能閥門控制系統(tǒng)到了實(shí)用階段，所以智能型電動(dòng)控制系統(tǒng)在近年發(fā)展得較快。但是，通過對國內(nèi)外同類產(chǎn)品的分析研究表明，國內(nèi)自主研發(fā)使用的各種閥門控制系

4、統(tǒng)構(gòu)普遍存在設(shè)備龐大，結(jié)構(gòu)匹配不合理，控制精度較低，安全性不好，缺乏完善的故障處理和報(bào)警裝置，不能很好的實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，難于現(xiàn)場標(biāo)定和維修等缺陷，不利于閥門產(chǎn)品的更新和換代，已不能跟上工業(yè)發(fā)展的需要。而國外生產(chǎn)的閥門控制系統(tǒng)雖然功能全面、穩(wěn)定，但價(jià)格昂貴，與國內(nèi)目前普遍使用的電動(dòng)裝置存在不兼容問題。我國現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，很多涉及到水、氣（汽）、油以及相關(guān)的管道系統(tǒng)，對電動(dòng)閥門在生產(chǎn)中的應(yīng)用有著迫切的需求，因而對閥門控制系統(tǒng)的功能和使用要求也不斷提高，急需智能化的新一代產(chǎn)品替代目前使用的產(chǎn)品，以提高生產(chǎn)效率。因此，運(yùn)用數(shù)字技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)研制性能先進(jìn)、功能完善、結(jié)構(gòu)

5、緊湊、控制精度高，尤其是可對閥門實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、現(xiàn)場操作、集中控制，以滿足國內(nèi)廣大用戶生產(chǎn)使用的要求，適合我國工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展需要、符合我國使用標(biāo)準(zhǔn)和使用規(guī)范習(xí)慣的新型智能電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)，形成我國自己的產(chǎn)品，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義【。第一章緒論國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢閥門控制系統(tǒng)的發(fā)展過程最初的閥門完全是手動(dòng)控制的，但是正是由于人工操作存在著如反映時(shí)間、控制距離和操作者熟練程度等方面的影響，這種方式雖然比較靈活但效率很低，控制也不準(zhǔn)確還耗費(fèi)人力資源。閥門控制系統(tǒng)的出現(xiàn)從根本上解決了人工操作出現(xiàn)的控制不及時(shí)、精度差等問題，閥門控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通過改變電流就可以改變閥位的目的，反應(yīng)快、操作方便也使操作

6、者的勞動(dòng)得到簡化【引。閥門控制系統(tǒng)是隨著工業(yè)控制的電氣化應(yīng)運(yùn)而生，它使用、的電流作為輸入的信號(hào)，這種電流信號(hào)具有很好的抗干擾能力，適合遠(yuǎn)程傳輸。之后微處理器和微控制器的出現(xiàn)，對工業(yè)的發(fā)展和人們生產(chǎn)生活的方方面面都產(chǎn)生了巨大的影響。特別是近年來微控制器的高速發(fā)展，集成化程度越來越高，功能日趨強(qiáng)大，性能更加穩(wěn)定，而成本卻大幅度下降，給工業(yè)設(shè)備的更新?lián)Q代提供了良好的契機(jī)。以微控制器構(gòu)成的工控裝置，尤其是現(xiàn)場儀表，具有方便、可靠與靈活的特性。引入微處理器后的智能閥門控制系統(tǒng)的行為由編程決定，操作者只需要改變控制信號(hào)即可。它除了具備傳統(tǒng)閥門控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外還具有一些新的優(yōu)勢：進(jìn)行數(shù)字化的操作，提高了操作

7、的精確度；容易實(shí)現(xiàn)和修改部分功能而無需改動(dòng)硬件，大大增加了靈活性；在穩(wěn)定工作時(shí)不排風(fēng)，能耗?。痪哂杏押玫娜藱C(jī)界面，使得操作簡單、方便；具有自我診斷功能，無需人工監(jiān)視，節(jié)省了人力。此外，與現(xiàn)代的控制算法相結(jié)合，可使調(diào)校過程自動(dòng)化，簡化了安裝與投運(yùn)過程，節(jié)約了工時(shí)【】。較好地解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在的部分問題。國外發(fā)展現(xiàn)狀從世紀(jì)年代初期，國外一些生產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的廠商，就開發(fā)出了新的產(chǎn)品占領(lǐng)市場。較早的是英國羅托克（）公司系列智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（）。接著德國的西門子（）公司、哈特曼布朗（）公司、美國的公司和公司等幾家國外著名的公司都相繼研制成功了智能型閥門定位器（即帶有微處理器的定位器），其數(shù)字化、

8、通信化、智能化以及支持現(xiàn)場總線的特性，大大提高了閥門定位器的控制性能，主導(dǎo)了閥門定位器的發(fā)展方向。生產(chǎn)的智能化閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能強(qiáng)大，簡單可靠，技術(shù)先進(jìn)，代表著該領(lǐng)域的世界先進(jìn)水平。智能定位器的發(fā)展和現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，給工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)第一章緒論帶來了深刻的變革，代表了閥門控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展方向。國外產(chǎn)品主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：、計(jì)算機(jī)控制在過程控制中，需要通過調(diào)整閥門的開度來調(diào)節(jié)流量和壓力。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照外部發(fā)來的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)閥門，這些控制信號(hào)來自控制系統(tǒng)的微處理器。最初的計(jì)算機(jī)控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，增加了帶有智能控制的伺服放大器，其后是增加了給定值控制功能。現(xiàn)在，先進(jìn)的閥門電動(dòng)裝置具有更完善的智

9、能控制，可按給定值自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制流量和壓力等過程變量。例如公司的智能化閥門電動(dòng)裝置能響應(yīng)外部模擬信號(hào)或經(jīng)由通訊口發(fā)來的數(shù)字信號(hào)或按自身程序設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行控制。、安全保護(hù)措施智能化閥門電動(dòng)裝置具有高度的自身保護(hù)及系統(tǒng)保護(hù)功能，如裝有三相電機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有可能因?yàn)橄嗑€接錯(cuò)而反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門損壞，而智能型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則可以通過監(jiān)視電源的相序以及輸入控制信號(hào)的情況確保電機(jī)正確起動(dòng)。此外，在閥門卡死的情況下，保護(hù)功能還可以避免電動(dòng)機(jī)被損壞。在電動(dòng)機(jī)通電期間不斷地檢測閥門的動(dòng)作，若發(fā)現(xiàn)一定的時(shí)間內(nèi)沒有動(dòng)作，就認(rèn)為是閥門卡住，控制器就發(fā)出命令，切斷電動(dòng)機(jī)電源并發(fā)出警報(bào)。公司生產(chǎn)的型智能化閥門電動(dòng)

10、裝置具有上述兩種功能。它裝有相同步器（自動(dòng)相旋轉(zhuǎn)調(diào)整裝置），可確保的三相電動(dòng)機(jī)始終具有正確的相旋轉(zhuǎn)電源；其次如果閥門卡死，當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出秒后無任何的動(dòng)作，的執(zhí)行器內(nèi)部邏輯電路可將相應(yīng)的觸點(diǎn)斷開。除了有自身保護(hù)功能外，智能化閥門電動(dòng)裝置還具有系統(tǒng)保護(hù)功能，即當(dāng)某些部件出現(xiàn)故障或系統(tǒng)出現(xiàn)其它問題時(shí)，會(huì)自動(dòng)采取應(yīng)急措施以避免發(fā)生事故。除以上兩點(diǎn)之外，國外產(chǎn)品還具有如智能自診斷，機(jī)電一體化，總線控制等一系列功能。國外生產(chǎn)的閥門控制系統(tǒng)雖然功能強(qiáng)大，但是國外的產(chǎn)品普遍價(jià)格較高，而且質(zhì)量參差不齊，技術(shù)水平各異，在使用過程中，還存在以下缺點(diǎn)：組態(tài)模式不符合中國人的習(xí)慣，英文界面（或無可視界面）使大部分外語水

11、平較低的操作者很難正常識(shí)別；功能太多，自檢時(shí)間太長，不適合現(xiàn)場調(diào)試；安裝位置苛刻，在長行程執(zhí)行器中安裝使用困難；廠家不提供各品備件，當(dāng)部分部件損壞時(shí)無法正常維修。第章緒論國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國國內(nèi)智能化儀表開發(fā)工作，基本上是在“九五”期間進(jìn)行的。世紀(jì)年代初期開發(fā)的系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，雖然也采用了微機(jī)技術(shù)，但微機(jī)控制器只安裝在盤式控制儀表，即操作器（或放大器）內(nèi)部沒有形成一體化的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)，微機(jī)技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，“九五”期間我國已在九五攻關(guān)項(xiàng)目中把現(xiàn)場總線型智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)列為重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目，通過幾年來發(fā)展，已生產(chǎn)出我國新一代智能型電動(dòng)執(zhí)行器產(chǎn)品。近年來，過程控制系統(tǒng)中全數(shù)字化、雙向

12、、多站通信的現(xiàn)場總線的開發(fā)應(yīng)用，使智能閥門控制系統(tǒng)到了實(shí)用階段，所以智能型閥門控制系統(tǒng)在近些年得到了較快的發(fā)展。但是，通過對國內(nèi)外同類產(chǎn)品的對比可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)正在使用的各電動(dòng)控制系統(tǒng)普遍存在設(shè)備龐大，結(jié)構(gòu)匹配不合理，控制精度較低，安全性不好，缺乏完善的故障處理和報(bào)警裝置，不能很好的實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，難于現(xiàn)場標(biāo)定和維修等缺陷，不利于閥門產(chǎn)品的更新和換代，已不能跟上工業(yè)發(fā)展的需要。而且，國內(nèi)對電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研發(fā)還是僅僅局限于引進(jìn)國外技術(shù)為主，輔之以一定程度的消化和吸收。但在改進(jìn)和創(chuàng)新方面缺乏一定的研究。課題的研究內(nèi)容和主要工作本課題研發(fā)一種一體化的新型閥門控制系統(tǒng)，使它較以往的電動(dòng)執(zhí)行裝置具有以下的一

13、些新功能：顯示運(yùn)行狀態(tài)，即通過數(shù)碼管等媒介顯示閥門的位置信息，并且具有設(shè)備保護(hù)功能，在發(fā)生掉電、閥門卡塞等故障狀態(tài)下能實(shí)現(xiàn)軟件鎖住危險(xiǎn)性操作，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)閥門本體的目的。、顯示功能：將閥位信息通過處理，由單片機(jī)控制顯示設(shè)備控制芯片，進(jìn)而通過兩個(gè)四位數(shù)碼管顯示閥門開度百分比值，由于位的采樣精度和高速的處理能力，使得顯示的精度較以往電動(dòng)控制系統(tǒng)高很多。另外，通過數(shù)碼管還可顯示故障信息，利于診斷與維修。、保護(hù)功她，機(jī)械限位及過力矩保護(hù)：機(jī)械限位或過力矩開關(guān)動(dòng)作，電路會(huì)在內(nèi)切斷電機(jī)電源。有效地保護(hù)閥門與控制系統(tǒng)的機(jī)械部分不受損壞。自動(dòng)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向功能：控制器能自動(dòng)識(shí)別電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并自動(dòng)調(diào)整為需要

14、的方向，無需人工介入。第一章緒論瞬間防反轉(zhuǎn)功能：如果電機(jī)在未停止原方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)突然反轉(zhuǎn)，對電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)的齒輪將造成很大的沖擊，容易損壞減速機(jī)構(gòu)。瞬間防反轉(zhuǎn)功能，能保證在電機(jī)停下來后再啟動(dòng)反轉(zhuǎn)，可有效地保護(hù)電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)。電路故障保護(hù)功能：為保證在發(fā)生損壞時(shí)仍能確保閥門不誤動(dòng)，控制器中設(shè)置了專門的檢測電路，即使發(fā)生損壞，也能保證可靠地切斷電機(jī)電源，保持閥門位置不動(dòng)。、堵轉(zhuǎn)判斷與處理功能：如果閥門出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)或其它機(jī)械故障導(dǎo)致閥門不動(dòng)，控制系統(tǒng)控制電機(jī)向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，步，然后再按原方向運(yùn)轉(zhuǎn)。如果堵轉(zhuǎn)消失，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。如果堵轉(zhuǎn)繼續(xù)，再重復(fù)后退、前進(jìn)一次。三次進(jìn)退堵轉(zhuǎn)消失，按正常情況處理，不能消失則關(guān)斷

15、電機(jī)電源，發(fā)出報(bào)警。本課題是在充分了解了國內(nèi)外智能閥門控制系統(tǒng)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了當(dāng)前國外在該領(lǐng)域的一些新技術(shù)、新功能，和國內(nèi)有關(guān)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品特點(diǎn)和使用范圍，認(rèn)真研究其優(yōu)點(diǎn)和不足，并結(jié)合國內(nèi)的使用環(huán)境及由此衍生出的使用要求，開發(fā)了控制系統(tǒng)。并且在同類產(chǎn)品通用功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了智能化程度，為大規(guī)模、集成化的應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。所涉及到的具體工作有如下幾個(gè)方面：、系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)方案充分考慮到作為控制系統(tǒng)的操作要簡單方便，既要符合人們的平時(shí)的操作習(xí)慣，又要體現(xiàn)出本產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，擴(kuò)展出新的功能。整個(gè)系統(tǒng)以為控制系統(tǒng)的核心，輔以實(shí)現(xiàn)各種功能的外圍設(shè)備。、系統(tǒng)硬件的電路設(shè)

16、計(jì)主要包括智能芯片及其外圍基本電路、交流電力電子開關(guān)和遠(yuǎn)程通信部分，具體為：）及外圍電路，本系統(tǒng)所選用的是美國公司出品的，內(nèi)置有轉(zhuǎn)換電路、看門狗電路、等；外圍電路包括用于電流到電壓的精密轉(zhuǎn)換電路，鍵盤掃描電路，數(shù)字顯示電路，以及反饋和遠(yuǎn)程通信電路等。）交流電力電子開關(guān)包括電機(jī)轉(zhuǎn)向控制電路、可控硅觸發(fā)電路等。）遠(yuǎn)程通信主要通過遠(yuǎn)程電流信號(hào)同上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的雙向通信，并探索該控制系統(tǒng)通過單片機(jī)與微機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。、系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)的核心為單片機(jī)，所以軟件編程主要使用單片機(jī)語言，并在開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行編譯。第一章緒論、調(diào)試與實(shí)驗(yàn)為了確保開發(fā)的控制系統(tǒng)能夠具有穩(wěn)定的運(yùn)行和精確的操作，必需要進(jìn)行

17、大量的調(diào)試和仿真實(shí)驗(yàn)工作：為了對控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)的逐步改進(jìn)和擴(kuò)展，將該控制系統(tǒng)按功能劃分為了幾個(gè)不同的模塊，這些模塊在開發(fā)過程中也需要大量的調(diào)試與仿真實(shí)驗(yàn)工作。第二章智能閥門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案第二章智能閥門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案智能閥門控制系統(tǒng)是集機(jī)械、電子、儀表為一體的機(jī)電一體化系統(tǒng)，系統(tǒng)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)要遵循著面向?qū)嶋H工業(yè)應(yīng)用的目標(biāo)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，始終貫徹“簡單實(shí)用、操作方便、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)”的原則，本課題結(jié)合國內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上力求有所突破和創(chuàng)新，所設(shè)計(jì)的智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理框圖如下?？刂菩盘?hào)與，“電機(jī)。擒?！?，工巾硒裥出：湖位置傳感器圖智能閥門控制系統(tǒng)工作原理智

18、能閥門控制系統(tǒng)是集常規(guī)儀表的檢測、控制、執(zhí)行、調(diào)節(jié)等作用于一身，具有智能化控制、顯示、診斷、保護(hù)和通訊功能的系統(tǒng)。它是以控制器為中心，并把許多部件組裝在一起的體化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)通過一個(gè)反饋機(jī)制，即通過對比控制信號(hào)（即圖中開關(guān)信號(hào)）和反饋信號(hào)（即圖中位置傳感器的輸出信號(hào)），來控制輸出軸，從而控制閥門。新型一體化的閥門控制器目、前所廣泛使用的傳統(tǒng)的閥門定位器從整體上可分為控制器和執(zhí)行器兩部分，如圖所示。該控制系統(tǒng)中閥門控制機(jī)構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，起到響應(yīng)外部控制電信號(hào)、綜合計(jì)算、將控制信息傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用。閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制機(jī)構(gòu)發(fā)送的控制信號(hào)，通過電機(jī)對閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，并檢測電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，反饋給控制

19、機(jī)構(gòu)處理。這種控制單元與電動(dòng)執(zhí)行器分離的結(jié)構(gòu)，電動(dòng)執(zhí)行器不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對閥門的控制，必需外加控制單元才能實(shí)現(xiàn)控制。一般外部采用控制器或控制柜形式進(jìn)第二章智能閥門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案行配套。此結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是不便于系統(tǒng)整體安裝，增加接線及安裝費(fèi)用，且容易出現(xiàn)故障，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)不便于診斷和維修，性價(jià)比不理想。電信號(hào)（）控制信號(hào)閥桿位移圖傳統(tǒng)閥門定位器結(jié)構(gòu)在本設(shè)計(jì)中采用了控制單元與電動(dòng)執(zhí)行器封裝成一體的智能閥門控制系統(tǒng)，如圖所示。電信號(hào)：控制信號(hào)智能閥門電機(jī)控制器閥值反饋信號(hào)電機(jī)狀態(tài)柃測信號(hào)圖一體化智能閥門控制器結(jié)構(gòu)該控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是將控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)合二為一，通過該控制系統(tǒng)直接響應(yīng)遠(yuǎn)程控制信號(hào)和直

20、接控制電機(jī)。即可在無需外配控制單元的情況下通過遠(yuǎn)程發(fā)送的電流控制信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)操作；又可現(xiàn)實(shí)在現(xiàn)場的操作，并將操作結(jié)果遠(yuǎn)程傳送到上位機(jī)，進(jìn)行監(jiān)測。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是方便系統(tǒng)整體安裝，減少接線及安裝費(fèi)用，容易診斷并排除故障。智能閥門控制系統(tǒng)簡介根據(jù)以上提到的總體設(shè)計(jì)方案，該控制系統(tǒng)將閥門控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)整合第二章智能閥門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案在一起，成為一個(gè)整體的獨(dú)立系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用了先進(jìn)的集成電路，擁有智能控制靈活的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了友善的人機(jī)對話接口、可靠的電機(jī)控制、遠(yuǎn)距離的通訊功能、長距離的模擬量傳送等功能。按照功能可以分為控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、主控模塊、人機(jī)對模塊、電源及電機(jī)控制模塊等，而其整體構(gòu)成如

21、圖所示。圖系統(tǒng)整體構(gòu)成電機(jī)來自外部的（或其他信號(hào)制式，如等）閥位控制信號(hào)作為閥位給定值，來自閥位反饋連桿的閥位信號(hào)通過反饋機(jī)構(gòu)到旋轉(zhuǎn)電位器產(chǎn)生的閥位實(shí)測值，二者通過轉(zhuǎn)換器輸入到微處理器，在微處理器中處理后，二者比較求得偏差，再利用先進(jìn)的控制算法求得控制量，來精確改變閥位開度，而該位移則通過閥位反饋信息（）得到反饋的閥位實(shí)測值，并反饋給上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對閥值的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制【。而人機(jī)通道可以在現(xiàn)場對閥位進(jìn)行控制（包括閥門的開合、開度的顯示）以及對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。因?yàn)樵摽刂葡到y(tǒng)是控制器、電機(jī)及閥門一體化的設(shè)備，所以整機(jī)工作電源來自于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的交流電源，經(jīng)過轉(zhuǎn)換變?yōu)榭刂破餍枰闹绷麟娫?。該控制器分?/p>

22、主控模塊、人機(jī)模塊和電源及電機(jī)控制模塊，并分別制板。通過對強(qiáng)弱電的隔離，最大程度減少對主控模塊的干擾。主控模塊主控模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對整個(gè)系統(tǒng)的控制以及對故障的處理。該模塊主要包括上位機(jī)控制信號(hào)和閥位反饋信號(hào)的轉(zhuǎn)換、調(diào)整，進(jìn)而進(jìn)行轉(zhuǎn)換的向前通道部分、單片機(jī)部分、對控制信號(hào)的監(jiān)測部分。如圖所示：第二章智能閥門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案來自上位機(jī)的控制信號(hào)來自電源模塊的直流電源對人機(jī)模塊的控制及反饋信號(hào)圖主控模塊來自電機(jī)的反饋信號(hào)電機(jī)控制信號(hào)該主控模塊是基于公司的位完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)智能芯片開發(fā)的，它包含有位，硬件看門狗，總線，總線等功能模塊，同時(shí)還具有工業(yè)級(jí)的特性。非常適合在該系統(tǒng)中使用

23、，節(jié)約了電路資源。該模塊中使用的電源為來自電源模塊的直流電壓源，另外等芯片需要電壓驅(qū)動(dòng)，則要經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為電壓源，來提供各個(gè)芯片所需的電壓。人機(jī)模塊本課題的研究主要從應(yīng)用角度出發(fā)，力求最大程度的貼近實(shí)際應(yīng)用。所以在設(shè)計(jì)過程中拋棄了一些傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中華而不實(shí)的功能，力求簡潔、實(shí)用。所以該模塊的人機(jī)模塊僅用個(gè)四位數(shù)碼管，個(gè)按鍵和個(gè)燈來顯示系統(tǒng)狀態(tài)和對系統(tǒng)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的全部功能。在手動(dòng)模式下人機(jī)通道部分中的“”、“”兩個(gè)按鍵可直接對閥門進(jìn)行操作，提供了操作者對系統(tǒng)操作的一種簡便途徑，也便于在遠(yuǎn)程控制信號(hào)丟失或錯(cuò)誤的情況下，對閥門進(jìn)行手工操作。利用兩個(gè)數(shù)碼管和三個(gè)燈可顯示當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)、閥位

24、信息、遠(yuǎn)程設(shè)定值以及參數(shù)設(shè)置的各種選項(xiàng)，簡單明了，易于操作，使操作者方便地了解系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀況及相關(guān)的系統(tǒng)信息。電源及電機(jī)控制模塊電源模塊中將交流電分為兩部分，一部分通過繼電器供給給電機(jī)，另一部分經(jīng)過變壓器，并轉(zhuǎn)換為直流電壓，供給主控模塊。電機(jī)控制模塊中包第二章智能閥門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案括個(gè)繼電器，分別控制電機(jī)的正傳和反轉(zhuǎn)。對電機(jī)的控制信號(hào)先通過寄存器，然后在傳送到后面的繼電器，從而避免電機(jī)的誤動(dòng)。第三章智能閥門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第三章智能閥門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)一個(gè)具體的智能控制系統(tǒng)，包括兩方面的內(nèi)容：硬件部分和軟件部分。硬件是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)和載體，決定著系統(tǒng)所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能；而軟件則是在

25、硬件的基礎(chǔ)上對其合理的調(diào)配和使用，通過對硬件平臺(tái)各個(gè)功能的分時(shí)調(diào)用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要完成的任務(wù)。為保證系統(tǒng)能可靠工作，在軟、硬件的設(shè)計(jì)中還包括系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。只有設(shè)計(jì)出正確、完整的電路，軟件才能有所依附；才能有針對性地在此基礎(chǔ)上編制出功能完備、高效的軟件，最后形成一個(gè)可靠運(yùn)行的系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)的一般性原則系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的工作，既包括最初的選件，之后的對各功能模塊的分別調(diào)試，又有在后期階段對整體系統(tǒng)兼容性的調(diào)試，和最后的對整個(gè)系統(tǒng)的布局的優(yōu)化、對整體抗干擾性的分析工作。所以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件時(shí)，應(yīng)該首先深刻理解設(shè)計(jì)的一般性原則，從而避免走彎路。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)應(yīng)該遵循復(fù)用原則、模塊化

26、原則、標(biāo)準(zhǔn)化原則。復(fù)用原則在設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)時(shí)，盡量把每一次的設(shè)計(jì)工作用于未來的設(shè)計(jì)中，可以縮短設(shè)計(jì)的時(shí)間，也可以減少設(shè)計(jì)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性。通常地，一種系統(tǒng)在更新?lián)Q代時(shí)，其核心的硬件設(shè)計(jì)只通過很少的改動(dòng)，就可以應(yīng)用于未來的產(chǎn)品中。所以如果系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)之前考慮到未來復(fù)用的需求，那么在設(shè)計(jì)后續(xù)產(chǎn)品時(shí)，可以節(jié)省很大一部分成本，包括資金成本和設(shè)計(jì)時(shí)間成本。針對電機(jī)功率的不同，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)不同型號(hào)的電機(jī)控制器。例如可以利用的可靠性驅(qū)動(dòng)大功率的電機(jī)，而利用較靈活的控制特點(diǎn)可以用于電機(jī)的變頻調(diào)速控制，針對這兩種不同的微控制器，如果按復(fù)用原則設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)時(shí)，只要修改電機(jī)控制部分的硬件即可，保留人機(jī)對話

27、接口部分。模塊化原則所謂模塊化原則，體現(xiàn)在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)上即自頂向下的設(shè)計(jì)思想，把整個(gè)硬件系統(tǒng)分成若干個(gè)子系統(tǒng)，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的每個(gè)階段優(yōu)化每個(gè)子模塊的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)思路，便于檢查設(shè)計(jì)的缺陷，也為設(shè)計(jì)工作的復(fù)用打下基礎(chǔ)。第三章智能閥門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)模塊化的設(shè)計(jì)思路為未來的系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來很大的方便，好的設(shè)計(jì)模塊可以使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)像搭積木一樣。標(biāo)準(zhǔn)化原則所謂的標(biāo)準(zhǔn)化原則，包括兩方面的含義：既定標(biāo)準(zhǔn)和自定義標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件時(shí)，把模塊的對外接口設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)化的，既使設(shè)計(jì)更加合理，也會(huì)對未來的設(shè)計(jì)工作帶來很大的方便。根據(jù)以上原則對第二章中圖所示的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將整個(gè)系統(tǒng)分成三個(gè)模塊：主控模塊、人

28、機(jī)模塊和電源及電機(jī)控制模塊，在后面的幾節(jié)中將介紹這幾個(gè)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)。電源及電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)在第二章提到，本系統(tǒng)為一體化的智能閥門控制系統(tǒng)，不需要外加設(shè)備便可對閥門進(jìn)行操作。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，系統(tǒng)的電源輸入就必須選擇普遍使用的交流電。交流電進(jìn)入系統(tǒng)后要分為兩部分使用：一部分是供給電動(dòng)機(jī)工作所需要的電壓，另一部分是驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。供給電動(dòng)機(jī)的電源無需轉(zhuǎn)換，直接接在繼電器上，在控制系統(tǒng)打開繼電器的時(shí)候，就可以直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)閥門的打開和關(guān)閉。但控制系統(tǒng)部分主要由數(shù)字電路和芯片實(shí)現(xiàn)，應(yīng)采用數(shù)字電路所廣泛使用的和直流電源，所以必須對電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換。首先使用交直流轉(zhuǎn)換電路和變壓器將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。在

29、電路上應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)母綦x，以避免對整個(gè)系統(tǒng)的干擾。在本設(shè)計(jì)中，由于將電源轉(zhuǎn)換和負(fù)責(zé)主控的數(shù)字電路部分劃分在兩個(gè)電路板上，從而有效的避免了干擾。在數(shù)字電路中存在著兩種常用的電源電壓，和，如果不仔細(xì)參閱各個(gè)芯片的參考數(shù)據(jù)的話，很容易將二者混淆，進(jìn)而造成芯片無法使用或芯片間無法進(jìn)行通信。正因?yàn)檫@個(gè)原因，不同電壓源之間轉(zhuǎn)換（）的芯片很多，既有專用于某兩個(gè)電壓之間轉(zhuǎn)換的芯片，也有具有普遍應(yīng)用性的可調(diào)節(jié)電壓轉(zhuǎn)換芯片。在本設(shè)計(jì)中選擇了專用于到轉(zhuǎn)換的芯片。具體轉(zhuǎn)換電路如圖所示。電源進(jìn)入電路后先經(jīng)過的電解電容的濾波，然后再進(jìn)入，力求的輸出穩(wěn)定。由輸出的電壓又要分為兩路，一路供給電路中的模擬部分（即圖中），另外路

30、供給數(shù)字電路部分（即圖中）。這兩路的不同點(diǎn)是供給模擬電路部分的電源，經(jīng)過電容濾波后應(yīng)該最后回到模擬地，為其濾波的電容也應(yīng)該接在模擬地上：而數(shù)字部分電源則應(yīng)該回到數(shù)字地，第三章智能閥門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖一剜電源轉(zhuǎn)換電路為其濾波的電容當(dāng)然也應(yīng)該接在信號(hào)地上，這樣做的目的是盡量減少高速的數(shù)字電路與模擬電路之間的相互串?dāng)_。主控模塊硬件設(shè)計(jì)該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，需要對系統(tǒng)輸八信號(hào)進(jìn)行處理，運(yùn)算，再將結(jié)果轉(zhuǎn)換為輸出控制其他模塊的工作。系統(tǒng)的輸入信號(hào)主要包括個(gè)方面：來自上位機(jī)的控制信號(hào)，來自閥門的反饋信號(hào)和來自電機(jī)的監(jiān)測信號(hào)。電流信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換來自上位機(jī)的控制信號(hào)根據(jù)工作現(xiàn)場及配套設(shè)各的不同，又可以

31、分為兩種模式：控制信號(hào)和控制信號(hào)。這兩種模式可阻通過人機(jī)模塊在設(shè)備安裝時(shí)設(shè)定，以適應(yīng)不同的需要。但如果配套設(shè)各輸出的是的控制信號(hào)，則該控制信號(hào)就失去了掉電檢測的功能，所以在該系統(tǒng)中也無法實(shí)現(xiàn)掉電監(jiān)鍘功能。控制信號(hào)經(jīng)過濾波、調(diào)理再通過轉(zhuǎn)換變或電壓信號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行轉(zhuǎn)換并采樣，最后將數(shù)據(jù)送入進(jìn)行處理。因?yàn)殡娏餍盘?hào)已經(jīng)成為工業(yè)范圍內(nèi)控制信號(hào)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所以有很多電流到電壓轉(zhuǎn)換的芯片可以實(shí)現(xiàn)以上提到的功能。其中性能比較穩(wěn)定的是公司出品的芯片，該芯片也在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。世在該設(shè)計(jì)中如果使用這些轉(zhuǎn)換芯片確會(huì)帶來一些問題。一方面，這些芯片基本是通過電壓補(bǔ)償?shù)霓k法，將電流轉(zhuǎn)換成電壓的，如果輸入

32、電流為零那么其輸出必然為負(fù)電壓（）口】。另一方面，對于本系統(tǒng)所采用的核，芯片，轉(zhuǎn)換功能只能對正電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)第三章智能閥門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)換，而且引腳所能承受的極限電壓為，。所以如果要使用這些專用蒼片來轉(zhuǎn)換的話，就需要對芯片的輸出進(jìn)行調(diào)整。然而如果調(diào)整的話就失去了使用這些精密芯片的意義。所咀在本設(shè)計(jì)中采用了精密電阻對電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在加運(yùn)放進(jìn)行跟隨的電路，既解決了出現(xiàn)負(fù)電壓的問題又能夠使電壓范圍控制在自帶的轉(zhuǎn)換的參考電壓之內(nèi)，從而節(jié)省了外部的參考電壓。電路如圖所示：簡介圖電流到電壓轉(zhuǎn)換電瞎智能控制芯片是主控模塊和整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)響應(yīng)外界輸入信號(hào)和人機(jī)控制操作，井根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，進(jìn)而控

33、制輸出信號(hào)以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。該部分控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面簡要介紹一下本設(shè)計(jì)中采用的由公司生產(chǎn)的。系列器件是由公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片：有一個(gè)真正的位多通道，有一個(gè)可編程增益放大器、兩個(gè)位、兩個(gè)電壓比較器、一個(gè)電壓基準(zhǔn)、一個(gè)具有字節(jié)存儲(chǔ)器并與兼容的微控制器內(nèi)核，還有硬件實(shí)現(xiàn)的（不是在用戶軟件中用位操作模擬）、串行接口及一個(gè)具有個(gè)捕捉比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器定時(shí)器陣列（），還有個(gè)通用的位定時(shí)器和字節(jié)寬的通片數(shù)字端口。有字節(jié)的，執(zhí)行速度可達(dá)。具有片內(nèi)監(jiān)視器、和剛鐘振蕩器的是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易夫性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場更新固件。

34、：可以關(guān)閉任何一個(gè)或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。片內(nèi)調(diào)試支持功能允許使用安裝在聚終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器第三章智能閥門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、觀察點(diǎn)、單步及運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行?？稍诠I(yè)溫度范圍（）內(nèi)用的電壓工作。端口、和引腳都容許的輸入信號(hào)電壓。為腳封裝，如圖所示。模擬量輸送電路設(shè)計(jì)因?yàn)樾滦偷碾妱?dòng)執(zhí)行裝置具有模擬量輸送功能，即能把閥位和力矩等信息以模擬信號(hào)的形式傳送給監(jiān)控室，由于微處理器是數(shù)字信號(hào)處理器，因此中間必須通過轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬電壓輸出，由于電壓在傳輸過

35、程中容易受到干擾信號(hào)影響，而且不利于長距離傳輸（總線電阻勢必分壓），因此電壓信號(hào)還要經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換為電流環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換，使得閥位和力矩信息最終轉(zhuǎn)換成模擬量電流信號(hào)輸出。轉(zhuǎn)換的電路如圖所示：當(dāng)上位機(jī)需要當(dāng)前準(zhǔn)確閥位信息時(shí)，可以選擇遠(yuǎn)程輸出部分。將當(dāng)前的閥位反饋信號(hào)轉(zhuǎn)化為的電流信號(hào)，并進(jìn)行隔離，可以作為閥位控制回路的反饋信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。圖封裝圖第三章智能閥門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)人機(jī)交互模塊硬件設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)換電路人機(jī)交互部分在項(xiàng)目中是屬于后端控制系統(tǒng)，直接面向用戶的，在項(xiàng)目中起到了接口作用，即把用戶的意思傳達(dá)給控制部分的從而達(dá)到控制電機(jī)動(dòng)作以及整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的目的。因此對于人機(jī)交互部分的硬件必須考慮到：（）如

36、何讓用戶告訴系統(tǒng)自己的意圖；（）用戶如何確認(rèn)自己的意圖已準(zhǔn)確無誤地傳遞給系統(tǒng)：（）系統(tǒng)通過什么樣的方式告訴用戶，他的意圖是否實(shí)現(xiàn)了：在充分考慮了以上三個(gè)因素以后，應(yīng)該用盡量簡潔的辦法達(dá)到人機(jī)交互的目的。所以在本設(shè)計(jì)中只應(yīng)用了個(gè)四位數(shù)碼管、個(gè)燈和個(gè)按鍵，既達(dá)到了上述的三個(gè)目的，又做到了簡潔，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。人機(jī)交互模塊的核心是一顆顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片可以與整個(gè)控制系統(tǒng)的心臟進(jìn)行通信，并按的控制進(jìn)行顯示。下面對該芯片的使用做簡單的介紹。數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)是數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤掃描控制芯片，既能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管（共陰、共陽），又能驅(qū)動(dòng)鍵盤。內(nèi)置時(shí)鐘振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)位數(shù)碼管或者“只，具有譯碼

37、、閃爍、移位、段位尋址、光柱譯碼等功能；同時(shí)還可以進(jìn)行“鍵的鍵盤掃描；通過可以級(jí)聯(lián)的線串行接口或者線串行接口與單片機(jī)等交換數(shù)據(jù)：并且可以對單片機(jī)提供上電復(fù)位信號(hào)。第三章智能閥門控制孽統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)雖然也支持鍵盤掃描，但經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)鍵盤掃描功能缺乏穩(wěn)定性，所以將該功能拋棄，只用其顯示功能。以下也只介紹其與顯示相關(guān)的功能。對數(shù)碼管和發(fā)光管采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)，順序?yàn)橹?。?dāng)其中一個(gè)引腳吸八電流時(shí)，其它引腳則不吸入電流。內(nèi)部具有電流驅(qū)動(dòng)級(jí)，可以直接驅(qū)動(dòng)英寸至英寸的共陰數(shù)碼管段驅(qū)動(dòng)引腳分別對應(yīng)數(shù)碼管的段段，段驅(qū)動(dòng)引腳對應(yīng)數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)字驅(qū)動(dòng)引腳分別連接個(gè)數(shù)碼管的陰極：也可以連接矩陣的發(fā)光二級(jí)管陣列或者“個(gè)獨(dú)立發(fā)

38、光管或者級(jí)光柱：可以改變字驅(qū)動(dòng)輸出極性以便直接驅(qū)動(dòng)共陽數(shù)碼管（不譯碼方式），或者通過外接反相驅(qū)動(dòng)器支持共陽數(shù)碼管，或者外接大功率管支持大尺寸的數(shù)碼管。鍵盤掃描電路設(shè)計(jì)上節(jié)中提到過雖具有鍵盤掃描功能，但經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明其缺乏穩(wěn)定性，而本設(shè)計(jì)中的引腳資源也比較豐富，所咀在奉設(shè)計(jì)中采用了利用引腳進(jìn)行鍵盤掃描的電路。如圖所示：圖鍵盤掃描電路該鍵盤掃描電路采用中斷方式與查詢方式相結(jié)臺(tái)的方式，既提高了對鍵盤的響應(yīng)速度，叉在鍵盤不工作時(shí)（實(shí)際上對于大多數(shù)時(shí)間而言，該控制系統(tǒng)第三章智能閥門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)都處于自動(dòng)控制模式，鍵盤掃描電路并不工作）節(jié)省了內(nèi)部的時(shí)序指令。系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)電磁感應(yīng)、傳輸通道和電源線是干擾

39、信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部的三個(gè)主要途徑。一般情況下，經(jīng)電磁感應(yīng)途徑進(jìn)入系統(tǒng)電路的干擾信號(hào)在強(qiáng)度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于經(jīng)另外兩種途徑進(jìn)入的干擾，而且對于電磁感應(yīng)采用良好的屏蔽和正確的接地加以解決。所以，抗干擾措施主要是盡量切斷來自傳輸通道和電源線的干擾。制板抗干擾措施印制電路板的設(shè)計(jì)質(zhì)量不僅直接影響到電子產(chǎn)品的可靠性還關(guān)系到產(chǎn)品的穩(wěn)定性甚至是設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵，因此在設(shè)計(jì)、印制板圖時(shí)除了要為電路中的元器件提供正確無誤的電氣連接外，還應(yīng)充分考慮印制板的抗干擾性?；陔姶偶嫒菪栽瓌t抗干擾設(shè)計(jì)應(yīng)包括三個(gè)方耐】：）抑制噪聲源）切斷噪聲傳遞途徑）降低受擾設(shè)備的噪聲印制板的噪聲抑制應(yīng)從設(shè)計(jì)階段開始貫穿于電路原理圖設(shè)計(jì)、印制板圖、繪

40、制元器件、選用印制板、安裝引線等一系列環(huán)節(jié)。雖然各環(huán)節(jié)側(cè)重不一，但又彼此呼應(yīng)都應(yīng)認(rèn)真對待。所以在制板時(shí)應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則：）只要滿足布線要求，布線時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮選擇單面板，其次是雙面板、多層板布線，密度應(yīng)綜合結(jié)構(gòu)及電性能要求等合理選取，力求布線簡單均勻，布線密度允許時(shí)適當(dāng)加寬印制導(dǎo)線及其間距。）電路中的主要信號(hào)線最好匯集于板中央，力求靠近地線或用地線包圍其它信號(hào)線，信號(hào)回路線所形成的環(huán)路面積要最小，要盡量避免長距離平行布線，電路中電氣互連點(diǎn)問布線力求最短，信號(hào)（特別是高頻信號(hào)）線的拐角應(yīng)設(shè)計(jì)成。走向或成圓形圓弧形，切忌畫成。或更小角度形狀。）相鄰布線面導(dǎo)線采取相互垂直斜交或彎曲走線的形式，以減

41、小寄生耦合，高頻信號(hào)導(dǎo)線切忌相互平行，以免發(fā)生信號(hào)反饋或串?dāng)_，可在兩條平行線間增設(shè)條地線。）妥善布設(shè)外連信號(hào)線，盡量縮短輸入引線，提高輸入端阻抗，對模擬信號(hào)輸入線最好加以屏蔽，當(dāng)板上同時(shí)有模擬、數(shù)字信號(hào)時(shí)宜將兩者的地線隔離以免相互干擾。第三章智能閥門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)）妥善處理邏輯器件的多余輸入端，將與與非門多余輸入端接切忌懸空，或或非門多余輸入端接計(jì)數(shù)器、寄存器和觸發(fā)器等，空閑置位復(fù)位端經(jīng)適當(dāng)電阻，接觸發(fā)器多余輸入端必須接地。選用標(biāo)準(zhǔn)元器件封裝，如需創(chuàng)建元件封裝時(shí)，焊盤孔距應(yīng)與器件管腳間距一致，以減小引線阻抗及寄生電感，布設(shè)導(dǎo)線時(shí)應(yīng)盡量減少金屬化過孔以提高整塊印制板的可靠性。）印制電路板滿接地

42、，繪制高頻線路板時(shí)除盡量加粗接地印制導(dǎo)線外，應(yīng)把電路板上沒被占用的所有面積都作為接地線，使器件更好地就近接地，這樣可以有效降低寄生電感，同時(shí)大面積的地線能有力減少噪聲輻射。電源抗干擾措施根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，單片機(jī)系統(tǒng)有的干擾是通過電源耦合進(jìn)來的。同時(shí)，由于在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)中電機(jī)的啟停，強(qiáng)電繼電器通、斷都會(huì)造成電壓波動(dòng)，產(chǎn)生尖峰脈沖。這種高能尖峰的幅度約在之間，持續(xù)時(shí)間幾個(gè)毫微秒，它對系統(tǒng)危害嚴(yán)重，很容易造成“飛程序”或死機(jī)，因此，提高智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源系統(tǒng)的供電質(zhì)量，對確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行是非常重要的。本文采取的電源抗干擾措施有以下幾點(diǎn)：）采用隔離變壓器；）模擬電路、數(shù)字電路、輸入通道和輸出

43、通道分別獨(dú)立供電，以增強(qiáng)電源抗干擾的能力；）每塊電路板的電源輸入端跨接一個(gè)的電解電容和一個(gè)的瓷片電容，用于濾除供電電流中的脈沖成分和高次諧波。在一個(gè)實(shí)際的電路中，接地的方式是一個(gè)比較容易忽視的問題，如果不加注意常常造成電路的不穩(wěn)定。在數(shù)字電路中一般的頻率會(huì)比模擬電路中的頻率要高，而且它們本身的信號(hào)會(huì)跟地平面形成一個(gè)回流（因?yàn)樵谛盘?hào)傳輸中，銅線與銅線之問存在著各種各樣的電感和分布電容），如果把地線混合在一起，那么這個(gè)回流就會(huì)在數(shù)字和模擬電路中相互串?dāng)_。而將它們分開就是讓它們只在自己本身內(nèi)部形成一個(gè)回流。它們之間只用個(gè)零歐電阻或是磁珠連接起來就是因?yàn)樵瓉硭鼈兙褪峭粋€(gè)物理意義的地，現(xiàn)在布線把它們分

44、開了，最后還應(yīng)該把它們連接起來。所謂數(shù)字地一般來說是指數(shù)字電路類型集合的公共參考地，而模擬地也是類同之意。在一個(gè)復(fù)雜的電路系統(tǒng)中，往往會(huì)出現(xiàn)很多不同類型的電路。通常以電路的工作類型或工作頻率將其劃分。如數(shù)字、模擬之類劃分或以速度或頻率頻段劃分等。在數(shù)字電路中，電路通常是處于開關(guān)狀態(tài)，而在所有數(shù)字芯片接地端第三章智能閥門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)匯集在一起。而這個(gè)匯集地因電路不停地開，這樣在回流地端上也會(huì)因而產(chǎn)生一些開關(guān)高頻噪聲。在設(shè)計(jì)中如果這些電路處理不當(dāng)?shù)脑?，例如，將?shù)字系統(tǒng)的地回流走線與模擬電路的地連接在一起，就有可能將地噪聲信號(hào)引入模擬電路中。如果引入的地方是模擬電路的放大部分，那么就很可能會(huì)將這

45、些噪聲進(jìn)放大并干擾到模擬電路的正常工作或產(chǎn)生識(shí)動(dòng)作等情況。為了這種情況的發(fā)生，一個(gè)復(fù)雜的混合信號(hào)電路中，我們在設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)將其電路類型進(jìn)分開布局處理。這樣有利于減少數(shù)字電路對模擬電路的干擾。通常在中會(huì)采用一點(diǎn)匯流接地的方式來解決這種問題，如數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)先采用公共地接點(diǎn)，而模擬同樣處理。在最后將數(shù)字地與模擬地匯接到電源的地端上進(jìn)行一個(gè)電流回路。另外，在數(shù)字電路中，同樣要加增對電源的高頻退耦處理，如最常用的有在電路供電端增；的退耦電容。這個(gè)電容通常有兩個(gè)作用：其一是減少高頻信號(hào)回路的高頻電阻。因?yàn)樵诟咚匍_關(guān)中電路處于高速開關(guān)狀態(tài)，電流需要快速流動(dòng)。然而，由于電源大電解又存在，同樣由于大解電容本身

46、結(jié)構(gòu)的原因，當(dāng)高速電流回流時(shí)大電解電感效應(yīng)會(huì)對高速電流產(chǎn)生感抗。這樣從而增大了高速或高頻信號(hào)回流的阻抗，這個(gè)對于模擬電路來說是很不利的。此時(shí)增加了高頻特性的退耦電容可以助于減少高頻阻抗的產(chǎn)生。其二，在數(shù)字電路中，由于電路常處理開關(guān)狀態(tài)。在電源供電端也會(huì)因而產(chǎn)生一些高頻帶噪聲，在多數(shù)字電路并聯(lián)中，這些噪聲容易影響到其他電路中。那么此時(shí)在增加退耦電容就可以有效過濾掉這些高頻噪聲，讓其直接對地回流。對于低頻模擬電路，除了加粗和縮短地線之外，電路各部分采用一點(diǎn)接地是抑制地線干擾的最佳選擇，主要可以防止由于地線公共阻抗而導(dǎo)致的部件之間的互相干擾。而對于高頻電路和數(shù)字電路，由于這時(shí)地線的電感效應(yīng)影響會(huì)更大，一點(diǎn)接地會(huì)導(dǎo)致實(shí)際地線加長而帶來不利影響，這時(shí)應(yīng)采取分開接地和一點(diǎn)接地相結(jié)合的方式。另外對于高頻電路還要考慮如何抑制高頻輻射噪聲，方法是：盡量加粗地線，以降低噪聲對地阻抗；滿接地