畢業(yè)設計-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(動力源)較大。而籠式雙座閥則相反，由于其結(jié)構上的原因，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，允許壓差較大，因此所配的執(zhí)行機構較小。</p><p><b>　　1.1.2

4、 結(jié)構</b></p><p>　　70年代以前，我國流量控制閥采用“統(tǒng)一設計產(chǎn)品”都是仿蘇聯(lián)的閥門結(jié)構型式，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)的研究機構和生產(chǎn)企業(yè)，也在智能定位器和智能電動執(zhí)行機構開發(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)品性能可靠性設計上更是少有研究。</p><p>　　1.1.5 專有技術</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，占據(jù)了高端市場。而我們在這方面投入的技術攻關和研究經(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。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鍵，

10、避免流量控制閥的誤開、誤關、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)品設計所要考慮的關鍵問題之一。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。</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 適用于新領域</p><p>　　隨著新技術、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 模塊化設計</p><p>　　(1)定位器及電磁閥與執(zhí)行機構配套設計，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)的設計模式，采用模塊化設計，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)與應用，數(shù)字式智能定位器及電機動執(zhí)行機構也早已問世，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，采用新型可雙面使用的直壓式閥座結(jié)構，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計：其一，采用特殊材料及特殊設計的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)生噪聲的各種設備很多，其中流量控制閥是產(chǎn)生噪聲的主要設備之一，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，以保護執(zhí)行機構內(nèi)部不受環(huán)境腐蝕，這不僅可以延長執(zhí)行機構的使用壽命，同時還可以雙倍利用輔助能源。其設計原理是將定位器所消耗的

22、壓縮空氣直接排入到執(zhí)行機構膜室腔，防止具有腐蝕性的大氣吸入執(zhí)行機構膜腔，從而保護執(zhí)行機構內(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>　　本設計主要完成主要集中在閥門流量的模塊化和智能化設計。</p><p>　　主要完成以下幾方面的設計：</p><p>　　流量控制球閥的設計和選用；</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。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：首先是產(chǎn)生基本的PWM周期信號，本設計是產(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端口地址的對應關系如表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端口地址的對應關系</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)構設計</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 程序設計</b></p><p><b>　　5.1 程序功能</b></p><p>　　本設計的程序主要包括三方面關鍵內(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>　　本設計就是在順應閥門大方向的前提下，在不改變閥門復雜程度的基礎上，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語言應用程序設計（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.計算機接口技術系列單片機典型模塊設計實例導航.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.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.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, 2008,(10) . </p><p>　　[14] 關學忠,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)設計[J]. 桂林航天工業(yè)高等?？茖W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