计算机应用单片机控制系统在阀门定位器中的应用四川大学制造学院（四川610065）廖正军薛心喜统的机械力平衡式或位移平衡式的阀门定位器的工作原理，减少了可动部件，并且使阀门定位器的精度更高、操作更简便、能耗更低，减少现场振动对它的影响。同时该系统的应用也为工厂对现场调节阀的统-作、管理奠定了基础。
1系统工作原理阀门定位器的控制系统采用的是89C51为核心的单片机控制系统，它接收来自调节器的设定阀门开度的电流信号（420mA）用这个信号与从调节阀阀杆反馈回来的实际开度信号进行比较，如果微处理器得到一个偏差信号，就利用这个信号去控制压电阀，使一定量的压缩空气经过压电阀进入到调节阀的执行机构的气室，推动阀芯的移动或转动，从而达到阀芯的准确定位。阀门定位器的控制原理阀门定位器的控制原理系统的控制要求阀门定位器对单片机控制系统的设计要求有以下几点：（1）能够接收来自调节器的电流信号并能将它转换成为电压信号，能够采集阀位反馈回来的模拟信号；（2）能对以上采集到的信号进行运算、整理，后根据偏差的大小输出连续信号或一定宽度的脉冲信号来控制压电阀；（）利用数码管能现场显示输入的参数以及阀门开度；（4）利用按键能在现场对阀门的工作流量特性的参数，以及阀芯的大、小行程等参数进行设定；（5）调节阀在自动运行过程中，当阀芯开度大于90或小于10时，以及阀芯被卡住时，控制系统能进行报警；（6）具有断电保存功能、看门狗功能、电源电压监测功能；（7）能够和上位机实现通信，使上位机能够对阀门定位器实现数据的设定、管理，并且可以显示、打印。
3系统的硬件设计3.1系统的基本组成本系统采用89C51单片机，A/D转换芯片ADC0808，可编程的键盘、显示接口芯片8279，兼有看门狗功能、电源电压监测和EEPROM功能的X25045芯片以及标准RS-232接口转换芯片MAX232组成基本系统。此外，还有一些基本的附加电路，如复位电路、报警电路、420mA电流转换到05V电压的转换电路、压电阀控制电路等。其电路原理图如所示。
3.2A/D转换电路ADC0808是价格适中的逐次比较式8位A/D转换器，可输入8路模拟信号，在这里我们选用IN0和IN1作为模拟信号输入通道。ADC0808的大8279通用键盘、显示板回回回回精密+5V电源压电阀2报警电路复位电路时钟电路扬声器单片机控制系统电路原理图不可调误差小于士1/2LSB，典型时钟频率为640kHz每一通道的转换时间约为100心。89C51与ADC0808的接口电路如所示。
换的模拟输入通道地址锁存、启动和输出允许。模拟输入通道地址的译码输入A、B、C由P0. 2提供，因为ADC0808具有通道地址锁存功能，所以我们省掉了地址锁存器74LS373，直接将P0.0P0.2分别与A、B、C相连。例如，当我们要选中IN0路模拟电路送入ADC0808的时候，执行如下的程序：MOVA，00H；将取0模拟电压地址送A即可通过P2. 0和WR引脚将ADC0808中的START和ALE引脚置高电平，即启动ADC0808并锁存模拟输入通道地址。同时在模拟输入通道地址得以锁存后，P0.0P0.7将空出用于传送转换后的数字信号到89C51中。
此外，ADC0808的电压由外部精密电压源提供。
由于阀芯的移动速度很慢，即通过阀位反馈杆带动电位器的动触点输出的信号是缓变信号，它相对于ADC0808的100心的模数转换时间来说，已相当慢，所以我们在前向通道中无需设置采样/保持器。为了消除现场的电磁及噪声的干扰，我们采用数字滤波程序来消除采样系统中由于干扰造成的误差。这将在后面的程序设计中谈到。
因为ADC0808只接收模拟电压信号，而从调节器过来的信号是420mV电流信号，所以ADC0808在采集从调节器过来的信号前，需将4 20mA电流信号转换成0+ 5V电压信号。其I/V转换电路如所示。
3.38279通用键盘、显示板与89C51的连接电路8279是专用键盘、显示控制芯片，能对显示器自动扫描；能识别键盘上按下的键号，充分提高CPU的工作效率。8279与MCS-51接口简单，由它构成的标准键盘、显示接口在单片机应用系统中使用愈来愈广泛。因此对于此系统的按键和显示电路，我们采用启东计算机厂的型号为CZ1的8279通用键盘、显示板。该通用键盘、显示板为16个按键及8位显示的通用板。我们将它的按键设置为10个数字键、3个字母键、2个功能键、1个小数点键。
在8279通用键盘、显示板与89C51的连接中，我们同样省掉了74LS373.因为8279的地址由CS、A0决定。当我们在执行命令MOVX DP-TR、A或MOVXA，）PTR时，在整个命令执行命令执行的前半周期被地址线所占据，但在命令执行的后半周期里P0.0~P0.7被空出用于传送数据线。
3.4压电阀控制电路端口输出，并在P1.5的控制下锁存在74LS273中，74LS273的输出再经达林顿驱动器MC1413后驱动固态继电器SSR1、SSR2.当MC1413的Q1端有高电平输出，SSR1的3、4引脚端接通，使压电阀1接通并向调节阀执行机构气室中输送气。当MC1413的Q2端输出高电平，SSR2的3、4引脚接通，使压电阀2接通并排放出调节阀执行机构气室中的气。
74LS273锁存控制信号，一方面增加输出功率，另一方面也防止单片机复位时引起控制的误动作。采用固态继电器作为压电阀的开关属于无触点开关，内部是大功率的晶闸管电路，不产生火花，无电磁干扰并使高电压与单片机系统隔离。
3.5电源监测电路及R232接口转换电路中的X25045是一种新型的“看门狗”和EEPROM存储芯片，它兼有电压监测、“看门狗”定时器和EEPROM三种功能。X25045还为89C51提供上电复位，当程序紊乱或电压失常时启动内部的“看门狗”电路以强制单片机复位，使程序从头开始执行。X25045内置的512字节EEPROM存储单元，可随时保存各种重要数据，这使系统断电后重要数据不会丢失。
片，其主要是完成TTL至RS-232电平的转换，为单片机和PC通信提供通路。整个控制系统中，PC除了处理各种采样数据之外，还负责管理单片机系统，例如故障诊断、参数设置等。它的设置参数保存在X25045的EEPROM存储单元中，下次设置之前，该参数不会被更改。根据实际情况可以将MAX232更换为MAX485接口芯片，采用485总线标准，通过一台PC可在几千米范围内管理数十台单片机系统。
4软件设计4.1功能键说明因为调节阀有直线流量特性、百分比流量特性和快开流量特性三种基本的流量特性。当阀门定位器安装在不同流量特性的调节阀上时，用户可通过按键A、B或C分别进入直线流量特性、百分比流量特性和快开流量特性的功能程序区，从而针对不同的流量特性设置不同的参数。同时也将公INT0中断服务程序（如所示）和INT1中断服务程序（如所示）三部分组成。
系统主控制程序INTO中断服务程序框图INT1中断服务程序框图数据进行更为复杂的处理，使该定位器的使用范围得以扩大。
