0 前言
閘閥廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)牧業(yè)、國(guó)防安全、航空航天、道路運(yùn)輸、城市規(guī)劃建設(shè)等領(lǐng)域。在對(duì)閘閥推行遠(yuǎn)程操作、集中控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)的歷程中，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種不可或缺的運(yùn)行構(gòu)件。為融入具體使用要求，小編融合電子信息技術(shù)、內(nèi)嵌式控制系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)方案了一種由STC89C51微處理器操縱的液體閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，關(guān)鍵詳細(xì)介紹該電動(dòng)執(zhí)行器自動(dòng)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。該自動(dòng)控制系統(tǒng)提升了自確診和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)控制作用，進(jìn)一步提高了液體閘閥的全面性能和抗干擾性。
1 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)造及作用敘述
閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由自動(dòng)控制系統(tǒng)和實(shí)行設(shè)備構(gòu)成，實(shí)際構(gòu)造如下圖1所顯示。自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容是微處理器STC89C51，實(shí)行設(shè)備選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)上位機(jī)軟件或是當(dāng)場(chǎng)操作面板來(lái)設(shè)置標(biāo)值，微處理器依據(jù)額定值操縱步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速率、轉(zhuǎn)動(dòng)視角等，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)出再根據(jù)降速組織操縱閥座，進(jìn)而運(yùn)用閥座操縱閥體的張口度。在閘閥的導(dǎo)出側(cè)選用感應(yīng)器收集總流量或工作壓力數(shù)據(jù)信息，隨后將這種數(shù)據(jù)信息經(jīng)A/D控制模塊變換后送進(jìn)微處理器，微控制器將這種主要參數(shù)與額定值開(kāi)展較為，依據(jù)較為結(jié)論調(diào)節(jié)閥體的張口精密度，完成自動(dòng)控制系統(tǒng)[13]。

從圖1可看得出，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包含微處理器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)推動(dòng)控制模塊、主要參數(shù)檢驗(yàn)控制模塊、人機(jī)交互技術(shù)控制模塊、通信網(wǎng)絡(luò)控制模塊。
（1）微處理器
系統(tǒng)軟件采用STC89C5l單片機(jī)設(shè)計(jì)做為微處理器，它具備快速（最大時(shí)鐘頻率為90MHz）、功耗低、價(jià)格便宜、平穩(wěn)靠譜、運(yùn)用普遍、實(shí)用性強(qiáng)等特性。
（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)推動(dòng)控制模塊
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)推動(dòng)控制模塊完成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的效率操縱和拐角操縱。為提升精度和穩(wěn)定性，采用PMM8713PT環(huán)狀調(diào)節(jié)器，融合光學(xué)耦合電路及功率放大電路來(lái)操縱步進(jìn)電動(dòng)機(jī)姿勢(shì)。
（3）主要參數(shù)檢驗(yàn)控制模塊
為了更好地完成閉環(huán)控制系統(tǒng)及有利于完成自動(dòng)化技術(shù)，必須收集液體的主要參數(shù)數(shù)據(jù)信號(hào)，信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后由微處理器開(kāi)展較為，從而根據(jù)操縱電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)操縱流體參數(shù)的更改。主要參數(shù)檢驗(yàn)控制模塊由總流量和液位傳感器、數(shù)據(jù)信號(hào)運(yùn)算放大器、AD轉(zhuǎn)換電源電路等構(gòu)成。
（4）人機(jī)交互技術(shù)控制模塊
人機(jī)交互技術(shù)控制模塊包含主要參數(shù)表明和主要參數(shù)設(shè)置兩一部分。必須展示的主要參數(shù)包含總流量、流量特點(diǎn)、工作壓力、閘閥的工作方式、閥門(mén)運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)示等，顯示器件應(yīng)用LCD。主要參數(shù)設(shè)置包含總流量、常見(jiàn)故障處理方法、對(duì)閘閥操作速度等的設(shè)置，主要參數(shù)設(shè)置應(yīng)用3個(gè)功能鍵來(lái)進(jìn)行。
（5）通信網(wǎng)絡(luò)控制模塊
為融入數(shù)字化操縱的要求，自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)具備網(wǎng)線接口。CAN總線是現(xiàn)階段工業(yè)控制系統(tǒng)廣泛采用的計(jì)算機(jī)接口技術(shù)性，因而，系統(tǒng)軟件選用CAN插口完成上位機(jī)軟件和下位機(jī)間的通訊。
2 系統(tǒng)軟件硬件配置電路原理
2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)光耦電路
銷(xiāo)售市場(chǎng)上的通用性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器成本費(fèi)非常高。為控制成本，減少容積，將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)光耦電路與微處理器做在同一塊PCB板上。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)光耦電路的關(guān)鍵有兩一部分，一個(gè)是輸出功率一部分，另一個(gè)是環(huán)狀調(diào)節(jié)器。環(huán)狀調(diào)節(jié)器可以用硬件配置完成，還可以用手機(jī)軟件完成。硬件配置完成方法可以降低微處理器的手機(jī)軟件工作中壓力，降低微處理器口線的占有，穩(wěn)定性較高，且環(huán)狀調(diào)節(jié)器有很多專用型電子器件可供采用。本自動(dòng)控制系統(tǒng)采用PMM8713PT專用型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制板做為環(huán)狀調(diào)節(jié)器，該控制板可用以2相（4相）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的操縱，控制作用比較豐富多彩。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流比較大，因此微處理器與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中間的銜接必須有功率放大電路。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率大的、脈沖信號(hào)會(huì)對(duì)微處理器造成嚴(yán)重的影響，因而，不可以將微處理器造成的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)信號(hào)立即連在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上，必須開(kāi)展強(qiáng)電和弱電防護(hù)。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)光耦電路如下圖2所顯示。STC89C51PMM8713PT的插口共應(yīng)用6個(gè)口線，分別是P0.0、P0.l、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5。PMM8713PT的Cu、Cd接地裝置，Ck接到STC89C51發(fā)過(guò)來(lái)的單脈沖，當(dāng)脈沖處在降低沿、P0.4管腳為差分信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，P0.4管腳為高電平時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)，即鍵入方式和轉(zhuǎn)動(dòng)方位選用了鍵入方式1。R、Φc根據(jù)上拉電阻接脈沖信號(hào)，當(dāng)P0.2、P0.3管腳同是脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)插電方式是雙4相4拍；當(dāng)P0.2、P0.3管腳同是低電頻時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)插電方式為4相8拍；當(dāng)P0.2為脈沖信號(hào)、P0.3為高電平時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)插電方式為4相4拍。管腳P0.0用以檢驗(yàn)環(huán)狀調(diào)節(jié)器是不是插電，管腳P0.1用以檢驗(yàn)環(huán)狀調(diào)節(jié)器是不是接到STC89C51傳出的差分信號(hào)。Φ1、Φ2、Φ3、Φ4用以導(dǎo)出操縱步進(jìn)電動(dòng)機(jī)四相繞阻的數(shù)據(jù)信號(hào)，隨后經(jīng)光耦電路和功率放大電路來(lái)操縱繞阻，圖2中只畫(huà)出了Φ1推動(dòng)L1繞阻的電源電路，其他三相繞阻的推動(dòng)方法與之同樣。

2.2 CAN總線電源電路
CAN即控制板無(wú)線局域網(wǎng)，因?yàn)槠渚邆浜軓?qiáng)的抗干擾性、通訊中并沒(méi)有詳細(xì)地址定義及連接點(diǎn)數(shù)不受限等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于車(chē)輛、數(shù)控車(chē)床、儀表設(shè)備、計(jì)算機(jī)接口操縱等行業(yè)[56]。CAN總線連接點(diǎn)包含微處理器STC89C51、CAN控制板和CAN光纖收發(fā)器。CAN控制板關(guān)鍵進(jìn)行CAN總線的通訊協(xié)議，完成報(bào)文格式的安裝和分拆、接受消息的過(guò)慮crc8等，這里采用SJA1000。CAN光纖收發(fā)器采用82C250控制器，其具有一瞬間抗干擾性、減少微波射頻影響（RFI）及其完成熱安全防護(hù)的工作能力。為了更好地提高通訊的抗干擾性，在SJA1000和82C250中間選用光電耦合器開(kāi)展光學(xué)防護(hù)，與此同時(shí)為了更好地緩解光電耦合器對(duì)信息的延遲時(shí)間，采用高速光耦6N137。實(shí)際電源電路如下圖3所顯示。

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2.3 人機(jī)交互技術(shù)控制模塊
人機(jī)交互技術(shù)控制模塊包含功能鍵鍵入電源電路和LCD顯示電路，如下圖4所顯示。功能鍵選用3個(gè)按鍵，操縱閥體的開(kāi)停機(jī)及其設(shè)置一些主要參數(shù)。LCD顯示器采用LCD1602中小型液晶顯示屏，用于表明閘閥開(kāi)啟度、總流量、工作壓力、常見(jiàn)故障等關(guān)鍵主要參數(shù)標(biāo)值，及其相匹配主要參數(shù)種類(lèi)的文字描述。該液晶顯示屏重量較輕，體型小，表明清楚，表明容積為162字符，工作標(biāo)準(zhǔn)電壓為4.5~5.5V。

2.4 數(shù)據(jù)采集電源電路
采用LUGB型渦街流量計(jì)egr。該流量傳感器由一個(gè)與公稱直徑同樣的表體和一個(gè)橫斷面為三角形的圓柱體構(gòu)成。三角柱兩邊更替造成漩渦，在圓柱中下游更替分布的漩渦稱之為渦街流量計(jì)，渦街的工作頻率與液體的流動(dòng)速度正相關(guān)。因?yàn)闇u街流量計(jì)分離出來(lái)在圓柱兩邊造成的壓力脈沖，攝像頭體造成交替變化內(nèi)應(yīng)力，鋪設(shè)在攝像頭身體內(nèi)的壓電式結(jié)晶元器件受交替變化內(nèi)應(yīng)力功效而形成交替變化正電荷。檢驗(yàn)放大儀將交替變化正電荷開(kāi)展變換處理后，導(dǎo)出0~5V規(guī)范工作電壓數(shù)據(jù)信號(hào)。該工作電壓數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)A/D元器件ADC0832轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)量后傳到微處理器STC89C51。
工作壓力收集采用PTJ204型液位傳感器，其測(cè)量范圍為0~150MPa，綜合性精密度為0.1%FS（FS表明全測(cè)量范圍）、0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS，供電系統(tǒng)電流為DC9~36V。該液位傳感器導(dǎo)出0~5V電流電壓數(shù)據(jù)信號(hào)，該工作電壓數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)ADC0832轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)量后輸送給STC89C51。
ADC0832是英國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司制造的一種8位屏幕分辨率、雙通道內(nèi)存ADC處理芯片，輸出脈沖信號(hào)與TTL/CMOS相兼容，5V開(kāi)關(guān)電源送電時(shí)鍵入電流在0~5V中間，輸出功率為250kHz，變換時(shí)間為32s，具備體型小、功能損耗低、兼容模式強(qiáng)、性價(jià)比高高特性。通常情況下，ADC0832與微處理器的插口應(yīng)是4條手機(jī)充電線，各自為CS、CLK、DO、DI。但因?yàn)镈O端與DI端在通訊時(shí)并沒(méi)有與此同時(shí)合理并與微處理器的接口類(lèi)型是雙重的，因此設(shè)計(jì)方案線路時(shí)可將DO和DI并接在一根手機(jī)充電線上應(yīng)用。實(shí)際電源電路如下圖5所顯示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)程序流程的具體目標(biāo)有系統(tǒng)檢測(cè)、復(fù)位、解決電腦鍵盤(pán)指令、載入遠(yuǎn)程控制設(shè)置數(shù)據(jù)信號(hào)、表明、常見(jiàn)故障解決等，操作程序如下圖6所顯示。

4 結(jié)束語(yǔ)
該閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制系統(tǒng)選用液晶屏幕表明，不但可以表明閘閥的開(kāi)、關(guān)情況和正常的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)閘閥的開(kāi)啟度，還能夠根據(jù)菜單欄設(shè)置運(yùn)作主要參數(shù)，當(dāng)操作系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)可以表明出常見(jiàn)故障信息內(nèi)容。該體系具備構(gòu)造簡(jiǎn)易靈便、低成本、特性穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，可考慮工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)所較高的精密度規(guī)定，對(duì)其他自動(dòng)控制系統(tǒng)的制定有著一定的參照和運(yùn)用使用價(jià)值。
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