電動(dòng)執(zhí)行器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　電動(dòng)執(zhí)行器設(shè)計(jì) </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　電動(dòng)執(zhí)行器被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的控制環(huán)節(jié)，能夠精確地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。主要由伺服放大器和執(zhí)行器兩大部分組成。電動(dòng)執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器來(lái)的4-20mA的直流信號(hào)，將其線性地轉(zhuǎn)換成機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角或直線位置位移，用以操作風(fēng)門(mén)、擋板、閥門(mén)等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2、本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)電動(dòng)執(zhí)行器的控制部分。控制部分主要由單片機(jī)和可控硅組成。其中單片機(jī)選用AT89C2051，AT89C2051單片機(jī)是51系列單片機(jī)的一個(gè)成員，是8051單片機(jī)的簡(jiǎn)化版。AT89C2051構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、造價(jià)最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，減少了硬件開(kāi)銷(xiāo)，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。可控硅選用BTA16。本設(shè)計(jì)的電動(dòng)執(zhí)行器的控制部分主要是控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。&l

3、t;/p><p>　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)執(zhí)行器；控制；單片機(jī);可控硅；電機(jī)</p><p>　　Electric actuator design</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Electric actuators are widely used in various industrial

4、 automation control links, which can realize remote control precisely. Mainly by the servo amplifier and the actuator is composed of two parts, Electric actuator for DC signal regulator to 4~20mA, the linear conversion m

5、echanism of the angular or linear displacement, to operate a damper, baffle, valve adjustment mechanism, in order to achieve automatic adjustment. The point of this design is to control the design of electric actuator pa

6、rt.C</p><p>　　Keywords: electric actuator, Control; MCU; thyristor; motor</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)的背景和意義1&

7、lt;/p><p><b>　　1.2 概述1</b></p><p>　　1.3 電動(dòng)執(zhí)行器的性能特點(diǎn)2</p><p>　　1.4 電動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展2</p><p>　　第二章 總體設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　2.1 電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)框圖6</p><p&g

8、t;　　2.2 單片機(jī)的選取7</p><p>　　2.2.1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.2.2 軟硬件的開(kāi)發(fā)7</p><p>　　2.2.3 引腳說(shuō)明8</p><p>　　2.2.4 主要性能9</p><p>　　2.3 輸入電路的設(shè)計(jì)10</p><p>

9、　　2.4 防止振蕩電路的設(shè)計(jì)11</p><p>　　2.5 信號(hào)的比較14</p><p>　　2.6可控硅的選擇與說(shuō)明15</p><p>　　2.7 光電耦合器17</p><p>　　2.8 晶振電路19</p><p>　　2.9 開(kāi)關(guān)電源模塊20</p><p>　　2

10、.10 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　2.10.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容21</p><p>　　2.10.2 電壓跟隨器的作用22</p><p>　　第三章 控制電機(jī)的程序和設(shè)計(jì)流程圖23</p><p>　　3.1 流程圖23</p><p>　　第四章 電動(dòng)執(zhí)行器故障分析與維護(hù)25</p&

11、gt;<p>　　3.1 注意事項(xiàng)25</p><p>　　3.2 故障分析與維護(hù)25</p><p><b>　　結(jié)論27</b></p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p>&

12、lt;p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)的背景和意義</p><p>　　電動(dòng)執(zhí)行器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用是接受來(lái)自控制器的控制信號(hào)，通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行器本身開(kāi)度的變化，控制閥體等節(jié)流件的開(kāi)度，達(dá)到控制流量的目的。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)源、以直流電流為控制及反饋信號(hào)，當(dāng)上位儀表或計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)后，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸按照信號(hào)

13、大小比例地動(dòng)作，使閥門(mén)或風(fēng)門(mén)開(kāi)到相對(duì)應(yīng)的開(kāi)度，并將系統(tǒng)開(kāi)度信號(hào)反饋回控制室內(nèi)，從而完成系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能。然而，電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域以及人們的日常生活之中，同時(shí)也是最為常見(jiàn)的電動(dòng)執(zhí)行器。 </p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，科技的日異月新，電力電子也同樣取得了巨大的發(fā)展和進(jìn)步。新型材料以及新型半導(dǎo)體的應(yīng)用，逐漸產(chǎn)生了以電子換相代替?zhèn)鹘y(tǒng)電刷機(jī)械換相的無(wú)刷直流

14、電動(dòng)機(jī)。1955年，美國(guó)Harrison等人首次申請(qǐng)了應(yīng)用晶體管換相替代電動(dòng)機(jī)機(jī)械換相的專(zhuān)利，這邊是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的雛形。1962年，借助霍爾元件來(lái)實(shí)現(xiàn)換相的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的問(wèn)世開(kāi)創(chuàng)了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品化的新紀(jì)元。1978年，原聯(lián)邦德國(guó)MANNESMANN公司的Indramat分部在漢諾威貿(mào)易展覽會(huì)上正式推出其MAC無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，標(biāo)志無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)正式邁入實(shí)際使用階段。</p><p>　　本文的研

15、究方向?yàn)樵O(shè)計(jì)一種具有實(shí)用價(jià)值的電動(dòng)執(zhí)行器。宗旨是通過(guò)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的設(shè)計(jì)，綜合應(yīng)用所學(xué)各門(mén)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并且掌握電動(dòng)執(zhí)行器的基本原理，熟悉單片機(jī)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)的基本方法及步驟，鍛煉機(jī)電設(shè)計(jì)的能力。</p><p><b>　　1.2 概述</b></p><p>　　電動(dòng)執(zhí)行器（又稱(chēng)為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)） </p><p>　　英文名稱(chēng)：Electron

16、ic Actuator </p><p>　　對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)最廣泛的定義是：一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它利用某種驅(qū)動(dòng)能源并在某種控制信號(hào)作用下工作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用液體、氣體、電力或其它能裝源并通過(guò)電機(jī)、氣缸或其它置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)作用。應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制環(huán)節(jié)。</p><p>　　按照運(yùn)動(dòng)方式分為：角行程、直行程和多轉(zhuǎn)式。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)是能

17、源取用方便，信號(hào)傳輸速度快，傳輸距離遠(yuǎn)，便于集中控制，靈敏度和精度較高，與電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表配合方便，安裝接線簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，平均故障率高于氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，適用于防爆要求不高，氣源缺乏的場(chǎng)所。</p><p>　　1.3 電動(dòng)執(zhí)行器的性能特點(diǎn)</p><p>　　1 功能強(qiáng)勁：智能型、比例式、開(kāi)關(guān)式、各類(lèi)信號(hào)輸出型應(yīng)有盡有。 </p><p>　　2 體積小巧：體積

18、僅相當(dāng)于同類(lèi)產(chǎn)品的35％左右。 </p><p>　　3 輕便宜人：重量?jī)H相當(dāng)于同類(lèi)產(chǎn)品的30％左右。 </p><p>　　4 性能可靠：軸承牙口電器元件等關(guān)鍵零部件采用進(jìn)口名牌產(chǎn)品。 </p><p>　　5 美觀大方：鋁合金壓鑄外殼、精細(xì)流暢、且可減少電磁干擾。 </p><p>　　6 精密耐磨：蝸輪輸出軸一體化特殊鋁合金鍛造、強(qiáng)度高

19、、耐磨性好。</p><p>　　7 回差極小：蝸輪輸出軸一體化、避免了鍵聯(lián)結(jié)的間隙、傳動(dòng)精度高。 </p><p>　　8 安全保證：通過(guò)1500V耐壓檢測(cè)，F(xiàn)級(jí)絕緣電機(jī)，安全有保障。 </p><p>　　9 套簡(jiǎn)單：采用單相電源、外接線路特別簡(jiǎn)單，也可做380V、直流電源。 </p><p>　　10 使用方便：免加油、免點(diǎn)檢、防水防銹

20、、任意角度安裝。 </p><p>　　11 保護(hù)裝置：雙重限位、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)載保護(hù)（選裝）。 </p><p>　　12 多種速度：全行程時(shí)間5秒、10秒、15秒、30秒、60秒、100秒等。 </p><p>　　13 防腐防銹：支架、聯(lián)軸器、螺釘均采用不銹鋼。 </p><p>　　14 智能數(shù)控：數(shù)字設(shè)定、數(shù)字整定、高度精確、自診斷、

21、一機(jī)多能。 </p><p>　　15 集成一體：智能控制模塊高度集成于電動(dòng)裝置本體中，無(wú)須外接定位器等</p><p>　　1.4 電動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展</p><p>　　國(guó)內(nèi)狀況：我國(guó)自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品,目前形成較大批量生產(chǎn)能力的有ZAJ、ZAZ型小功率電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和DDZ-Ò、Ó型電動(dòng)單元組合儀表電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。</p>

22、<p>　　由于現(xiàn)場(chǎng)條件不同,對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也提出一些新的特殊要求,如冶金行業(yè)提出快速型執(zhí)行機(jī)構(gòu)(全行程時(shí)間為10 s);電力系統(tǒng)中一些高溫、高壓調(diào)節(jié)閥需用多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu);造紙行業(yè)中的紙漿流量控制需要精密型步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),而目前主要存在的問(wèn)題是:功能參數(shù)缺少大于6 kN#m規(guī)格的執(zhí)行機(jī)構(gòu);死區(qū)較大,為3%;缺少力矩保護(hù)、行程保護(hù)機(jī)構(gòu),電動(dòng)執(zhí)行器一旦失去輸入信號(hào),就會(huì)引起閥門(mén)的迅速關(guān)閉,反饋信號(hào)一旦失去,也會(huì)造成嚴(yán)重后果。

23、</p><p>　　我國(guó)電動(dòng)執(zhí)行器的研制起步較晚，是從蘇聯(lián)有觸點(diǎn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿制開(kāi)始的，60年代末70年代初，逐步發(fā)展了DDZ－Ⅱ型和DDZ－Ⅲ型產(chǎn)品?！　?0年代以來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)執(zhí)行器發(fā)展快速，無(wú)觸點(diǎn)的DKJ型角行程和DKZ型直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，DKJ，DKZ是我國(guó)最早的，唯一生產(chǎn)的電動(dòng)執(zhí)行器，此產(chǎn)品以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)被最早的國(guó)營(yíng)大型企業(yè)使用?！　‰S著現(xiàn)代工控

24、計(jì)算機(jī)管理的發(fā)展，目前我國(guó)儀器儀表行業(yè)整體綜合技術(shù)水平普遍上升，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在儀器儀表產(chǎn)品中普遍采用，多數(shù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了智能化。今天，DKJ，DKZ系列與以前相比有了兩大實(shí)質(zhì)性改進(jìn)：　 1 生產(chǎn)出直接受計(jì)算機(jī)控制的智能電子型，戶外型，隔爆型等改進(jìn)型產(chǎn)品；　 2 將電路控制部分灌封在一個(gè)小型塑料盒中，即模塊，形成了便于維護(hù)的即插即用型。因此，普通DKJ型和DKZ型的可靠性，精度，負(fù)載能力，信號(hào)品質(zhì)系數(shù)等性能有了很大提高，而且對(duì)環(huán)

25、境條件的要求降低了很多；　 目前國(guó)內(nèi)普遍使用DKJ型和DKZ型兩大類(lèi)產(chǎn)品，一些企業(yè)使用DKJ，DKZ的更新?lián)Q代產(chǎn)品，但在控制要求較高的實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)控制中，主要是依賴(lài)價(jià)</p><p>　　國(guó)際狀況：自1929年LIMITORQUE公司制造出了世界第一臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以來(lái)，國(guó)際上電動(dòng)執(zhí)行器技術(shù)水平發(fā)展迅速。20世紀(jì)80年代起，國(guó)外相繼推出了符合各種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的智能執(zhí)行器，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)取得了較好的應(yīng)用效果。由于高新技術(shù)

26、的迅猛發(fā)展，目前國(guó)外已開(kāi)發(fā)出新一代智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，微機(jī)控制技術(shù)已在閥門(mén)設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。這些智能化電動(dòng)執(zhí)行器功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單可靠，技術(shù)先進(jìn)。國(guó)際上智能電動(dòng)執(zhí)行器有以下特點(diǎn)： 1 智能通信，智能控制智能電動(dòng)執(zhí)行器利用微機(jī)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雙向通信，PID調(diào)節(jié)，在線自動(dòng)標(biāo)定，自校正與自診斷等多種控制技術(shù)要求的功能，有效提高控制水平?！?2 機(jī)電一體化新型智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將伺服放大器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)合為一體，

27、驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用功能強(qiáng)大的集成模塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能好?！?3 控制策略更為先進(jìn)，先進(jìn)的控制方法有利于解決電機(jī)的慣性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，提高控制精度。Nucom電動(dòng)執(zhí)行器利用先進(jìn)的電制動(dòng)技術(shù)，控制精度可達(dá)1/250，國(guó)產(chǎn)的普通型DKJ電動(dòng)執(zhí)行器控制精度一般為2.5/100。</p><p>　　電動(dòng)執(zhí)行器的總體發(fā)展?fàn)顩r：電力電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)及通訊技術(shù)的快速發(fā)展必將推動(dòng)電動(dòng)執(zhí)行器更加快速的發(fā)展，機(jī)電一體化將取

28、代分體式結(jié)構(gòu)；智能通訊取代模擬；控制精度將越來(lái)越高，使用環(huán)境越來(lái)越廣；功能更加強(qiáng)大，可靠性更高，以適應(yīng)不斷發(fā)展的自動(dòng)控制的要求。1 總線化，網(wǎng)絡(luò)化　　國(guó)外，以工業(yè)局域網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的工廠自動(dòng)化（Factory Automation）工程技術(shù)在最近十年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，作為自動(dòng)控制中自動(dòng)化儀表之一的電動(dòng)執(zhí)行器為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，也應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接 口和專(zhuān)用的局域網(wǎng)接口，以增強(qiáng)其與其它控制設(shè)備間的互聯(lián)能力，只需要一根電纜或光纜，就

29、可以將數(shù)臺(tái)，甚至數(shù)十臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行器與上位計(jì)算機(jī)連接成為整個(gè)數(shù)控系 統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置、系統(tǒng)之間的一種串行，數(shù)字式，多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線現(xiàn)場(chǎng)總線企業(yè)網(wǎng)作為今后控 制系統(tǒng)的發(fā)展方向，以其所具有的開(kāi)放性，網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)點(diǎn)，使它與Internet的結(jié)合成為可能，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)執(zhí)行器成為必然趨勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的 應(yīng)用，取代了傳統(tǒng)的420mA模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)執(zhí)行器的遠(yuǎn)程監(jiān)控，狀態(tài)，故障，參數(shù)信

30、息</p><p>　　國(guó)際上,電動(dòng)執(zhí)行器正朝著小型化、一體化、數(shù)字化、智能化、總線化和網(wǎng)絡(luò)化方向快速發(fā)展,國(guó)產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行器在產(chǎn)品的品種、控制精度、工藝水平、可靠性、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面還有較大差距,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能電動(dòng)執(zhí)行器十分匱乏。本文旨在找到我們與世界在電動(dòng)執(zhí)行器方面的差距,明確目標(biāo),通過(guò)我們的努力盡快減小國(guó)產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行器與世界先進(jìn)水平的差距。</p><p>　　第二章 總體設(shè)

31、計(jì)方案</p><p>　　2.1 電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理框圖如下圖所示：</p><p><b>　　輸入信號(hào)</b></p><p><b>　　反饋信號(hào)</b></p><p>　　圖2.1 電動(dòng)執(zhí)行器工作原理框圖</p&g

32、t;<p>　　由框圖可知，電動(dòng)執(zhí)行器主要由放大器，單片機(jī)，電機(jī)，減速器，制動(dòng)裝置和位置發(fā)送器這幾部分組成。放大器接受來(lái)自調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)和位置發(fā)送器的反饋信號(hào)，經(jīng)比較放大后輸送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸送來(lái)的電平的高低來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。若輸入信號(hào)大于反饋信號(hào)則電機(jī)正轉(zhuǎn)，若反饋信號(hào)大于輸入信號(hào)則電機(jī)反轉(zhuǎn)。若輸入信號(hào)等于反饋信號(hào)則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)執(zhí)行器是一個(gè)用二相交流伺服電機(jī)為原動(dòng)機(jī)的位置伺服機(jī)構(gòu)，當(dāng)輸入端無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，伺服

33、放大器無(wú)輸出，輸出軸穩(wěn)定在預(yù)選好的零位上，當(dāng)輸入端有輸入信號(hào)時(shí)，伺服放大器把輸入信號(hào)Ii和來(lái)自位置發(fā)送器的反饋信號(hào)If相比較，得一偏差信號(hào)，這一偏差信號(hào)使功率放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)減速器減速，帶動(dòng)輸出軸改變轉(zhuǎn)角，輸出軸轉(zhuǎn)角的改變，經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的反饋信號(hào)，反饋到伺服放大器的輸入端當(dāng)位置反饋信號(hào)與輸入信號(hào)數(shù)值相等時(shí)，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號(hào)相應(yīng)的位置上。</p><p>　　2.2

34、 單片機(jī)的選取 </p><p>　　本設(shè)計(jì)選用單片機(jī)TA89C2051，AT89C2051是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C2051單

35、片機(jī)在電子類(lèi)產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.2.1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　AT89C2051是一個(gè)帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）的低電壓，高性能8位CMOS微處理器。它采用ATMEL的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的CPLI和閃速存儲(chǔ)器，ATMEL的AT89C2051是一強(qiáng)勁

36、的微型處理器，它對(duì)許多嵌入式控制應(yīng)用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。</p><p>　　AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2K字節(jié)閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)RAM，15根I/O口，兩個(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)五向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口，一個(gè)精密模擬比較器以及兩種可選 的軟件節(jié)電工作方式。空閑方停止CPU工作但允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行工作口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM內(nèi)容但振蕩器停止工作并

37、禁止有其它部件的工作到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p><p>　　2.2.2 軟硬件的開(kāi)發(fā)</p><p>　　AT89C2051可以采用下面兩種方法開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　1、由于89C2051內(nèi)部程序存貯器為Flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個(gè)可以編程89C2051的編程器即可。調(diào)試人員可以采用程序編輯-編譯-固化-插到電路板中試驗(yàn)這

38、樣反復(fù)循環(huán)的方法，對(duì)于熟練的MCS-51程序員來(lái)說(shuō)，這種調(diào)試方法并不十分困難。但是做這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi)RAM的內(nèi)容和程序的走向等有關(guān)信息。</p><p>　　2、將普通8031/80C31仿真器的仿真插頭中P1.0～P1.7和P3.0～P3.6引出來(lái)仿真2051,這種方法可以運(yùn)用單步、斷點(diǎn)的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實(shí)，比如，2051的內(nèi)部模擬比較器功能，P1口、P3口的增強(qiáng)下拉能力等等。</p>

39、<p>　　2.2.3 引腳說(shuō)明</p><p>　　AT89C2051的引腳圖如圖2.2所示</p><p>　　圖 2.2 AT89C2051芯片引腳圖</p><p>　　1、VCC：電源電壓。</p><p><b>　　2、GND：地。</b></p><p>　　3、P1

40、口：P1口是一個(gè)8位雙向I/O口。口引腳P1.2~P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(ANI0)和反相輸入(AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫(xiě)入“1”時(shí)，其可用作輸入端，當(dāng)引腳P1.2~P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的寫(xiě)入“1”時(shí)，其可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2~P1.7用作輸入并被外部拉低

41、時(shí)，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流。</p><p>　　4、P3口：P3口的P3.0~P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻 的七個(gè)雙向I/O口引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問(wèn)。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí)，被外部拉低的P3口腳將用上拉電阻而流出電流。</p><p&g

42、t;　　P3口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。</p><p>　　5、RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平所有的I/O引腳就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給出RST引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需12個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。</p><p>　　6、XTAL1：作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。</p><p&

43、gt;　　7、XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。</p><p>　　2.2.4 主要性能</p><p>　　1、和MCS-51產(chǎn)品兼容；</p><p>　　2、2KB可重編程FLASH存儲(chǔ)器（10000次）；</p><p>　　3、2.7-6V電壓范圍；</p><p>　　4、全靜態(tài)工作：0Hz-24M

44、Hz；</p><p>　　5、2級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定；</p><p>　　6、128*8位內(nèi)部RAM；</p><p>　　7、15條可編程I/O線；</p><p>　　8、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；</p><p><b>　　9、6個(gè)中斷源；</b></p><p&g

45、t;　　10、可編程串行通道；</p><p>　　11、高精度電壓比較器（P1.0，P1.1，P3.6）；</p><p>　　12、直接驅(qū)動(dòng)LED的輸出端口。</p><p>　　2.3 輸入電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電動(dòng)執(zhí)行器接受來(lái)自調(diào)節(jié)器的4~20mA的直流電流信號(hào)，經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換成1~5V的電壓信號(hào)，與來(lái)自位置發(fā)送器的反饋

46、信號(hào)相比較，將比較的結(jié)果輸送至單片機(jī)進(jìn)行電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。由于來(lái)自位置發(fā)送器的反饋信號(hào)不穩(wěn)定，所以應(yīng)用了運(yùn)放組成的加減運(yùn)算電路及比例運(yùn)算來(lái)調(diào)節(jié)，使兩個(gè)電壓信號(hào)的值相匹配，在比較時(shí)更容易計(jì)算。</p><p>　　輸入部分的電路圖如圖2.3所示：</p><p><b>　　圖2.3 輸入電路</b></p><p><b>　　根據(jù)虛

47、短虛斷：</b></p><p><b>　　比例運(yùn)算：</b></p><p><b>　　根據(jù)虛短虛斷：</b></p><p>　　假設(shè)來(lái)自位置發(fā)送器的反饋信號(hào)，在減法運(yùn)算電路中，將調(diào)為2V，經(jīng)過(guò)減法運(yùn)算電路運(yùn)算后，，在比例運(yùn)算電路中，比例系數(shù)的數(shù)值可以是大于，等于或小于1的任何值。電路中用兩個(gè)反相比例運(yùn)

48、算電路是為了調(diào)節(jié)輸出電壓的正反相。為了便于運(yùn)算，將比例系數(shù)調(diào)為2，即經(jīng)過(guò)比例運(yùn)算后，，來(lái)自調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)為(1~5)V，經(jīng)過(guò)減法運(yùn)算電路運(yùn)算后變?yōu)?0~4)V，這樣和在比較時(shí)更容易計(jì)算。</p><p>　　2.4 防止振蕩電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　過(guò)程控制系統(tǒng)投入自動(dòng)狀態(tài)經(jīng)常會(huì) 遇到民動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 出現(xiàn)這種振蕩現(xiàn)象，振蕩的頻率也較高。由于這種振蕩現(xiàn)象的存在，極易引起磁放大器的故障，

49、此外，由于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常處于振蕩狀態(tài)下運(yùn)行，嚴(yán)重影響機(jī)構(gòu)的使用壽命。因此，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中應(yīng)消除這種振蕩，以保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。</p><p>　　引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥位振蕩的原因較多,現(xiàn)結(jié)合設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試及運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，說(shuō)明引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)振蕩的原因及消除的方法。</p><p>　　（1）電動(dòng)、執(zhí)行 器閥位反饋小回路振蕩，產(chǎn)生振蕩的原因主要有以下兩個(gè)方面。</p><p&g

50、t;　　a 由于磁放大器的不靈敏區(qū)△ g太小，磁放大器過(guò)于靈敏，使執(zhí)行器小回路無(wú)法穩(wěn)定而生產(chǎn)振蕩。</p><p>　　b 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)失去制動(dòng)作用而產(chǎn)生惰走現(xiàn)象時(shí)，也會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)小回路振蕩。</p><p>　　針對(duì)上述引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)振蕩的原因，對(duì)磁放大器不靈敏△g太小引起振蕩，根據(jù)運(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn)，把磁放大器的不靈敏區(qū)△ g 調(diào)在± 120-140 μA時(shí)可以消除小回路振蕩。對(duì)于執(zhí)

51、行機(jī)構(gòu)失去制動(dòng)應(yīng)查出機(jī)構(gòu)失去制動(dòng)的原因給以排除。</p><p>　?。?）由于信號(hào)源波動(dòng)而造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的振蕩?？梢栽谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)地，在回路中加入阻尼器環(huán)節(jié)，也可在管路中加機(jī)械濾波緩沖的裝置。用機(jī)械阻尼的方法減少變送器輸出信號(hào)的波動(dòng)，以至消除機(jī)構(gòu)的振蕩。</p><p>　?。?）由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定不當(dāng)而引起系統(tǒng)振蕩，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)振蕩。</p><p>　　調(diào)節(jié)器的參數(shù)

52、整定不適合，會(huì)引起系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的振蕩。對(duì)于單回睡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，比例帶過(guò)小、積分時(shí)間過(guò)短、微分時(shí)間和微分增益過(guò)大都可能產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩。對(duì)于多回路系統(tǒng)和單回路系統(tǒng)有共性的問(wèn)題外，還存在著回路之產(chǎn)的相互影響，由于參數(shù)整定不合適產(chǎn)生各回路間的共振。</p><p>　　對(duì)于上述原因引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的振蕩，可能在系統(tǒng)整定時(shí)合理的選擇這些參數(shù)，使回路都要保持所要的穩(wěn)定裕度。</p><p>　?。?）由于調(diào)

53、節(jié)閥門(mén)流量特性太陡或閥門(mén)運(yùn)行在小 開(kāi)度時(shí)，引起調(diào)節(jié)器過(guò)調(diào)而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)振蕩。當(dāng)調(diào)節(jié)閥流量特性太陡時(shí)，被調(diào)量只需加油站小的偏差就將使被調(diào)介質(zhì)產(chǎn)生較的變化，往往使調(diào)節(jié)過(guò)頭，使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。由于調(diào)節(jié)閥門(mén)的特性受工藝條件限制，較難修改時(shí)，可以把調(diào)節(jié)的比例帶適當(dāng)增加，以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。</p><p>　　（5）由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)以聯(lián)桿和調(diào)節(jié)閥門(mén)閘的聯(lián)接件的游隙和間隙。所有聯(lián)接件應(yīng)按三級(jí)精度配合制造。</p><

54、p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)的振蕩是運(yùn)行中常見(jiàn)的一種故障現(xiàn)象，直接影響調(diào)節(jié)品質(zhì)，其內(nèi)在原因也是多方面的，在分析和排隊(duì)故障原因時(shí)，要從系統(tǒng)構(gòu)成安裝調(diào)試多方面去分析故障原因，再設(shè)法進(jìn)行消除。</p><p>　　防止振蕩電路圖如圖2.4所示：</p><p>　　圖2.4 防止振蕩電路圖</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中采用了加減運(yùn)算電路來(lái)消除振蕩，在控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的電路中，當(dāng)來(lái)

55、自調(diào)節(jié)器的信號(hào)大于反饋信號(hào)時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)。但是，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)的過(guò)程中，若反饋信號(hào)大于或等于來(lái)自調(diào)節(jié)器的信號(hào)時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)或者停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就產(chǎn)生了振蕩，在本設(shè)計(jì)中采用了加減運(yùn)算電路來(lái)消除振蕩。在控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的電路中采用了減法運(yùn)算電路來(lái)消除干擾電機(jī)正轉(zhuǎn)的振蕩，用電位器來(lái)調(diào)節(jié)參數(shù)值的大小。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)的過(guò)程中，若反饋信號(hào)大于或等于來(lái)自調(diào)節(jié)器的信號(hào)時(shí)，減法運(yùn)算電路減去電位器調(diào)節(jié)的值使得來(lái)自調(diào)節(jié)器的信號(hào)始終大于反饋信號(hào)，保證電機(jī)正常正轉(zhuǎn)。在控制電機(jī)反轉(zhuǎn)

56、的電路中采用了加法運(yùn)算電路來(lái)消除干擾電機(jī)反轉(zhuǎn)的振蕩。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)的過(guò)程中，若反饋信號(hào)小于或等于來(lái)自調(diào)節(jié)器的信號(hào)時(shí)，加法運(yùn)算電路加上電位器調(diào)節(jié)的值使得反饋信號(hào)始終大于來(lái)自調(diào)節(jié)器的信號(hào)，保證電機(jī)正常反轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖2.4中，u5是一個(gè)很小的值，電位器用來(lái)調(diào)節(jié)u5的大小，在控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的電路中采用了減法運(yùn)算電路來(lái)消除干擾電機(jī)正轉(zhuǎn)的振蕩。在減法運(yùn)算電路中，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)的過(guò)程中，若反饋信號(hào)突然大于或等于來(lái)自調(diào)節(jié)器

57、的信號(hào)，則由減法運(yùn)算電路原理可知：，保證來(lái)自調(diào)節(jié)器的信號(hào)始終大于反饋信號(hào)，電機(jī)持續(xù)正轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)的過(guò)程中，若反饋信號(hào)突然小于或等于來(lái)自調(diào)節(jié)器的信號(hào)時(shí)，在加法運(yùn)算電路中，則由加法運(yùn)算電路原理可知：，保證反饋信號(hào)始終大于來(lái)自調(diào)節(jié)器的信號(hào)，電機(jī)持續(xù)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　所以，用加減運(yùn)算電路能有效的消除振蕩。</p><p><b>　　2.5 信號(hào)的比較</b>&l

58、t;/p><p>　　經(jīng)過(guò)加減運(yùn)算和比例運(yùn)算電路的處理后，來(lái)自調(diào)節(jié)器的信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行相比較。本設(shè)計(jì)采用運(yùn)算放大器進(jìn)行兩信號(hào)的比較。兩信號(hào)比較的電路圖如圖3.5所示：</p><p>　　圖2.5 信號(hào)比較電路圖</p><p>　　輸入信號(hào)與反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)加減運(yùn)算的處理后分別作為運(yùn)算放大器的正相輸入和反相輸入輸送給運(yùn)算放大器進(jìn)行比較。運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)與兩個(gè)輸入端的

59、信號(hào)電壓差成正比，即：輸出電壓=A0（E1-E2），其中，A0 是運(yùn)放的低頻開(kāi)環(huán)增益（如 100dB，即 100000 倍），E1 是同相端的輸入信號(hào)電壓，E2 是反相端的輸入信號(hào)電壓。</p><p><b>　　如圖2.5所示：</b></p><p>　　第一個(gè)運(yùn)算放大器的作用：E1為來(lái)自調(diào)節(jié)器的輸入電壓，E2為反饋電壓，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的運(yùn)算處理后，輸出電壓=A

60、0（E1-E2），若E1>E2，即來(lái)自調(diào)節(jié)器的電壓大于反饋電壓，則輸出為高電平，這個(gè)高電平輸送到單片機(jī)后，單片機(jī)的P1.7引腳輸出低電平，可控硅Q1導(dǎo)通，電機(jī)正轉(zhuǎn)。若E1=E2，即來(lái)自調(diào)節(jié)器的電壓等于反饋電壓，則輸出高電平，可控硅Q1截止，若E1<E2，即來(lái)自調(diào)節(jié)器的電壓小于反饋電壓，則輸出電壓為負(fù)，輸入到單片機(jī)后，單片機(jī)不做任何處理，即P1.7沒(méi)有輸出。</p><p>　　第二個(gè)運(yùn)算放大器的作用：

61、E1為反饋電壓，E2為來(lái)自調(diào)節(jié)器的電壓，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的運(yùn)算處理后，輸出電壓=A0（E1-E2），若E1>E2，即反饋電壓大于來(lái)自調(diào)節(jié)器的電壓，輸出高電平，則單片機(jī)的P1.6引腳輸出為低電平，可控硅Q2導(dǎo)通，電機(jī)反轉(zhuǎn)。若E1=E2，即反饋電壓等于來(lái)自調(diào)節(jié)器的電壓，輸出為低電平，則單片機(jī)的P1.6引腳輸出也為高電平電平，可控硅Q2截止，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。若E1<E2,即反饋電壓小于來(lái)自調(diào)節(jié)器的電壓，輸出電壓為負(fù)，輸入到單片機(jī)后，單

62、片機(jī)不做任何處理，P1.6沒(méi)有輸出。</p><p>　　2.6可控硅的選擇與說(shuō)明</p><p>　　可控硅，是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，亦稱(chēng)為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。該器件被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電子產(chǎn)品中，多用來(lái)作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。家用電器中的調(diào)光燈、調(diào)速風(fēng)扇

63、、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、照相機(jī)、組合音響、聲光電路、定時(shí)控制器、玩具裝置、無(wú)線電遙控、攝像機(jī)及工業(yè)控制等都大量使用了可控硅器件。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用型號(hào)為BTA16的雙向可控硅。</p><p>　　器件型號(hào):BTA16-600 </p><p>　　封裝形式: TO-220</p><p>　　腳位排列: T1-T2-

64、G （A1-A2-G）；A1主電極，A2主電極，G門(mén)極</p><p>　　圖2.6 BTA16引腳圖</p><p><b>　　主要參數(shù): </b></p><p>　　電流-IT(RMS): 16.0A </p><p>　　電壓-VDRM: ≥600V </p><p>　　觸發(fā)電流:

65、IGT ≤18-25mA </p><p>　　雙向可控硅的工作原理</p><p>　　1.可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成 </p><p>　　當(dāng)陽(yáng)極A加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào)，BG2便有基流ib2流過(guò)，經(jīng)BG2放

66、大，其集電極電流ic2=β2ib2。因?yàn)锽G2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時(shí)，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個(gè)電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔?，所以一旦可控硅?dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號(hào)只起觸

67、發(fā)作用，沒(méi)有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。</p><p>　　由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開(kāi)關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化。</p><p>　　可控硅控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路圖如圖3-4所示：</p><p>　　圖2.7 單片機(jī)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路圖</p><p>　　當(dāng)單片機(jī)的p1.7引腳輸出低電平時(shí)，可

68、控硅Q1導(dǎo)通，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)單片機(jī)的引腳p1.6輸出低電平時(shí)，可控硅Q2導(dǎo)通，電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　2.7 光電耦合器</b></p><p>　　光耦合器（optical coupler，英文縮寫(xiě)為OC）亦稱(chēng)光電隔離器，簡(jiǎn)稱(chēng)光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類(lèi)最

69、多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。 光電耦合器充當(dāng)隔離器件，是利用光電耦合器具有很高的輸入輸出絕緣性能和光電變換，可構(gòu)成固態(tài)繼電器， 使電氣完全隔離或輸出與負(fù)載隔離；構(gòu)成交、直電源電路隔離，使交流、直流電源相互獨(dú)立；光電耦合器充當(dāng)傳遞信號(hào)，利用電－光－電的轉(zhuǎn)換，使輸入輸出間

70、互相隔離，且電信號(hào)傳輸具單向性等特點(diǎn)，具備既隔離又能傳遞信號(hào)。</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路由MOC3081和雙向晶閘管等器件組成。MOC3081的輸入控制電流15mA，過(guò)零檢測(cè)電壓值為20V，輸出額定電壓是600V，最大重復(fù)浪涌電流為1A，輸出輸入隔離電壓大于7500V。驅(qū)動(dòng)電路的觸發(fā)部分如圖2所示。</p><p>　　光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件

71、。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管 其工作原理：在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電一光一電的轉(zhuǎn)換。</p><p>

72、;　　圖2.8 光電耦合器</p><p>　　光耦的基本結(jié)構(gòu)是將光發(fā)射器(紅外發(fā)光二極管、紅外LED)和光敏器(硅光電探測(cè)敏感器件)的芯片封裝在同一外殼內(nèi),并用透明樹(shù)脂灌封充填作光傳遞介質(zhì),通常將光發(fā)射器的管腳作輸入端,光敏器的引腳作為輸出端。當(dāng)輸入端加電信號(hào)后,光發(fā)射器在電信號(hào)的作用下將其轉(zhuǎn)換成光信號(hào),其光的強(qiáng)弱與信號(hào)電流成正比,此光照射到封裝在一起的受光器上后,再轉(zhuǎn)變成輸出電流加到負(fù)載上,從而完成電)光)電

73、轉(zhuǎn)換。此種信號(hào)傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)回路與輸出回路完全隔離,即沒(méi)有電的直接連接,可以各自采用獨(dú)立的電源系統(tǒng),特別適用于長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸。</p><p><b>　　2.8 晶振電路</b></p><p>　　在單片機(jī)電路中晶振的作用非常大，結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在晶振的基礎(chǔ)上。</p><p

74、>　　晶振利用一種特殊的晶體，在電能和機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)化產(chǎn)生共振，提供穩(wěn)定精確的單頻震蕩，為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。</p><p><b>　　2.9 晶振電路</b></p><p><b>　　晶振電路的作用：</b></p><p>　　晶振是給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖的。這個(gè)脈沖就是單片機(jī)的工作速度。比如&#

75、160;12M晶振。單片機(jī)工作速度就是每秒 12M。和電腦的 CPU概念一樣。當(dāng)然。單片機(jī)的工作頻率是有范圍的。不能太大。一般 24M就不上去了。不然不穩(wěn)定。 </p><p>　　接地的話數(shù)字電路弄的來(lái)亂一點(diǎn)也無(wú)所謂。看板子上有沒(méi)有模擬電路。接地方式也是不固定的。一般串聯(lián)式接地。從小信號(hào)到大信號(hào)依次接。然后小信號(hào)連到接地來(lái)削減偕波對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響，所以晶振所配的電容在

76、10pf-50pf之間都可以的，沒(méi)有什么計(jì)算公式。但是主流是接入兩個(gè)33pf的瓷片電容，所以還是隨主流。 晶振電路的原理 </p><p>　　晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱(chēng)，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?在這個(gè)極窄的頻率范

77、圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄,所以即使其他元件的參數(shù)變化很大,這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。 </p><p>　　2.9 開(kāi)關(guān)電源模塊 </p><p>　　開(kāi)關(guān)電源模塊是給電路中的運(yùn)放電路供電的，其中輸出的+5V是給單片

78、機(jī)供電。如圖所示電路為輸出電壓+12V、-12V，輸出電流1.5A的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器B，濾波電容C1、C3，防止自激電容C2、C4和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡(jiǎn)捷方便地搭成的。 </p><p>　　220V交流電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓，濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)殡妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變

79、化等原因而發(fā)生變化)。</p><p>　　此直流電壓經(jīng)過(guò)LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為T(mén)TL電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。</p><p>　　如

80、圖所示LM7805穩(wěn)壓電源電路中，各個(gè)電容都有各自的作用，其中</p><p>　　圖2.10 開(kāi)關(guān)電源模塊 C1 為整流濾波電容，它把整流后的脈動(dòng)波形濾波為脈動(dòng)紋波很小的直流電壓，它的容量與負(fù)載有關(guān)，一般說(shuō)，負(fù)載越重，C1的值要求越大，具體計(jì)算此處從略。 C2 為L(zhǎng)M7805穩(wěn)壓集成電路所要求的，尤其當(dāng)LM7805與整流電路的濾波電容（此處為C1)不是緊緊連接的情況更是必不可少的，它用于穩(wěn)定LM

81、7805內(nèi)部放大器的工作狀態(tài)，它的數(shù)值生為產(chǎn)廠家規(guī)定值，不得小于0.33微法，它的連接必須盡可能緊連LM7805的1腳和2腳。 C3也為L(zhǎng)M7805穩(wěn)壓集成電路所要求的，它用于穩(wěn)定LM7805內(nèi)部放大器的工作狀態(tài)，同時(shí)改善電壓調(diào)整的過(guò)渡響應(yīng)。它的數(shù)值為生產(chǎn)廠家規(guī)定值，不得小于0.1微法。 C4為負(fù)載電路退耦電容，它對(duì)負(fù)載提供一個(gè)端距離的本地回路，其數(shù)值與負(fù)載工作方式有關(guān)。</p><p>　　2.

82、10 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.10.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　用單片機(jī)AT89C2051控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。在此將由89C2051的P1.7、P1.6通過(guò)可控硅控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，當(dāng)P3.0輸入高電平時(shí)，P1.7輸出低電平，P1.6輸出高電平時(shí)，可控硅Q1導(dǎo)通，而可控硅Q2截止，從而導(dǎo)致電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)P3.1輸入高電平時(shí)，P1.7輸出高電平，P1.6輸出低電平，可控硅Q

83、1截止，Q2導(dǎo)通，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 </p><p>　　圖2.11 系統(tǒng)總體電路圖</p><p>　　2.10.2 電壓跟隨器的作用</p><p>　　系統(tǒng)總體電路圖如圖所示：本電路中運(yùn)用了5個(gè)電壓跟隨器，概括地講，由于它的高輸入電阻（很容易達(dá)到兆歐級(jí)，起隔離、緩沖作用）、低輸出電阻（帶負(fù)載能力強(qiáng)），所以電壓跟隨器起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用，完成阻抗匹配的功

84、能。共集電路的輸入高阻抗，輸出低阻抗的特性，使得它在電路中可以起到阻抗匹配的作用，能夠使得后一級(jí)的放大電路更好的工作。因?yàn)?，電壓放大器的輸出阻抗一般比較高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級(jí)的輸入阻抗比較小，那么信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級(jí)的輸出電阻中。在這個(gè)時(shí)候，就需要電壓跟隨器來(lái)從中進(jìn)行緩沖。起到承上啟下的作用。應(yīng)用電壓跟隨器的另外一個(gè)好處就是，提高了輸入阻抗，這樣，輸入電容的容量可以大幅度減小，為應(yīng)用高品質(zhì)的電容提供了前提保證。舉

85、一個(gè)應(yīng)用的典型例子：電吉他的信號(hào)輸出屬于高阻，接入錄音設(shè)備或者音箱時(shí)，在音色處理電路之前加入這個(gè)電壓跟隨器，會(huì)使得阻抗配匹，音色更加完美。很多電吉他效果器的輸入部分設(shè)計(jì)都用到了這個(gè)電路。 </p><p>　　電壓隔離器輸出電壓近似輸入電壓幅度，并對(duì)前級(jí)電路呈高阻狀態(tài)，對(duì)后級(jí)電路呈低阻狀態(tài)，因而對(duì)前后級(jí)電路起到“隔離”作用。 </p><p>　　電壓跟隨器常用作中間級(jí)

86、，以“隔離”前后級(jí)之間的影響，此時(shí)稱(chēng)之為緩沖級(jí)?；驹磉€是利用它的輸入阻抗高和輸出阻抗低之特點(diǎn)。電壓跟隨器的輸入阻抗高、輸出阻抗低特點(diǎn)，可以極端一點(diǎn)去理解，當(dāng)輸入阻抗很高時(shí)，就相當(dāng)于對(duì)前級(jí)電路開(kāi)路；當(dāng)輸出阻抗很低時(shí)，對(duì)后級(jí)電路就相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，即輸出電壓，不受后級(jí)電路阻抗影響。一個(gè)對(duì)前級(jí)電路相當(dāng)于開(kāi)路，輸出電壓又不受后級(jí)阻抗影響的電路當(dāng)然具備隔離作用，即使前、后級(jí)電路之間互不影響。</p><p>　　控制電

87、機(jī)的程序和設(shè)計(jì)流程圖</p><p><b>　　3.1 流程圖</b></p><p>　　圖3.1 程序流程圖</p><p><b>　　流程圖說(shuō)明：</b></p><p>　　單片機(jī)初始化后，系統(tǒng)輸入信號(hào)，經(jīng)信號(hào)的比較，判斷引腳P3.0、P3.1電平高低，若P3.0為高電平，則引腳P1.7

88、為低電平，P1.6為高電平，可控硅Q1導(dǎo)通，電機(jī)正轉(zhuǎn)；若P3.1為高電平，則引腳P1.7為低電平，P1.6為高電平，可控硅Q2導(dǎo)通，電機(jī)反轉(zhuǎn)；若P3.0、P3.1都為低電平，則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p><b>　　匯編語(yǔ)言源程序：</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　LJMP MAIN</

89、p><p>　　ORG 0030H</p><p>　　MAIN: MOV A,P3</p><p>　　ANL A,#07H</p><p>　　CJNE A,#6，PZZ</p><p>　　MOV P1，#01H</p><p>　　LCALL DELAY&

90、lt;/p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　PZZ: CJNE A,#5,PFZ</p><p>　　MOV P1,#02H</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　PFZ: CJNE

91、 A,#3,MAIN</p><p>　　MOV P1,#03H</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　DELAY: MOV R5,#195</p><p>　　C1: MOV R6,#255</p><p>　　DJNZ R6,$</p>

92、<p>　　DJNZ R5,C1</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　END</b></p><p>　　第四章 電動(dòng)執(zhí)行器故障分析與維護(hù)</p><p><b>　　3.1 注意事項(xiàng)</b></p><

93、;p>　　在通電前，必須進(jìn)行外觀檢查和絕緣檢查，動(dòng)力回路（弧電回路）及信號(hào)觸點(diǎn)對(duì)外殼的絕緣，用500V兆歐表測(cè)最不得低于20MΩ:信號(hào)輸人、輸出回路及它們與動(dòng)力回路之間的絕緣，除特殊要求外，不應(yīng)低于l0mΩ合格后方可通電。在通電后，應(yīng)檢查變壓器、電機(jī)及電子電路部分元件等是否過(guò)熱，轉(zhuǎn)動(dòng)部件是否有雜音，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象應(yīng)立即切斷電源，查明原因。未查明原因前，不要輕易焊下元件。更換電子元件時(shí)，應(yīng)防止溫度過(guò)高，損壞元件。更換場(chǎng)效應(yīng)管和集成電路

94、時(shí)一定要把電烙鐵妥獸接地，或脫離電源利用余熱進(jìn)行焊接。拆卸零部件、元器件或焊接導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)做好標(biāo)記，對(duì)應(yīng)記號(hào)。應(yīng)盡公避免被檢設(shè)備的輸出回路開(kāi)路，避免被檢設(shè)備在有輸人信號(hào)時(shí)停電。檢修后的設(shè)備必須進(jìn)行校驗(yàn)。對(duì)干電動(dòng)機(jī)要檢查線圈對(duì)外殼及線圈之間的絕緣電阻，測(cè)皿線圈直流電組，清洗軸承并加優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑油，檢查轉(zhuǎn)子、定子線圈及制動(dòng)裝；對(duì)于減速器要解體清洗各部件，檢查行星齒輪部分的情況，檢查斜齒輪部分的情況，檢查渦輪渦桿或絲桿螺母的嚙合情況，最后進(jìn)行裝配、

95、調(diào)整并加長(zhǎng)效鏗基潤(rùn)滑脂。對(duì)于位置傳感器部分要進(jìn)行外觀檢查，檢查電位器與行程控制機(jī)構(gòu)的同軸連接情況，檢查電位器的基本情況，檢查電位器及放大</p><p>　　3.2 故障分析與維護(hù)</p><p>　　電動(dòng)執(zhí)行器能否可靠運(yùn)行，能否在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成規(guī)定的功能，關(guān)鍵在于它的性能指標(biāo)。性能指標(biāo)一般用平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間MTBF來(lái)表示，它包含基本誤差、回差、阻尼、死區(qū)等參數(shù)。這些參數(shù)

96、在某種程度上反映了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能的好壞。 （1）電動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)行初期　　運(yùn)行初期屬于磨合期。其間出現(xiàn)的故障比較復(fù)雜，原因也是多方面的，如選型問(wèn)題、設(shè)計(jì)制造問(wèn)題或者安裝及環(huán)境問(wèn)題等。若力矩選得太小則可能影響其調(diào)節(jié)速度甚至根本無(wú)法調(diào)節(jié)?！　?shí)際應(yīng)用中有以下幾條：設(shè)計(jì)時(shí)未注意連桿與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的牢固連接，出現(xiàn)脫落現(xiàn)象；安裝時(shí)將動(dòng)力線和信號(hào)線用同一根穿線管，從而造成信號(hào)干擾大；附近有未屏蔽的大電機(jī)設(shè)備，對(duì)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響；位置定位器

97、的保險(xiǎn)選型太大，造成其內(nèi)部扼流線圈損壞等。對(duì)于這些問(wèn)題，一定要及時(shí)觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，以免造成不必要的損失。　?。?）電動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)行中期　　運(yùn)行中期，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整體性能也由磨合期轉(zhuǎn)入適應(yīng)期，此時(shí)表現(xiàn)得較為穩(wěn)定。出現(xiàn)的問(wèn)題多是個(gè)別電子元器件存在質(zhì)量問(wèn)題。如位置電流變換器TAM2，中間接觸器K1、K2，過(guò)力矩的微動(dòng)開(kāi)關(guān)等?！　。?）電動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)行后期　　進(jìn)入</p><p>　　從利于維護(hù)的角度出發(fā)，希

98、望專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和管理的方便，如盡量簡(jiǎn)化系統(tǒng)，降低故障率；能夠?qū)崿F(xiàn)在線調(diào)試；所用元件標(biāo)準(zhǔn)化通用性高，易于修復(fù)；適當(dāng)引入容錯(cuò)/糾錯(cuò)功能等，這樣，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的維護(hù)工作會(huì)越來(lái)越輕松，在工業(yè)中的使用也會(huì)越來(lái)越廣泛。維護(hù)電動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：1 定期做潤(rùn)滑；2 改善運(yùn)行環(huán)境；3　定期檢查；4 作好故障臺(tái)帳的管理　　　　</p><p><b>　　結(jié)論<

99、/b></p><p>　　電動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用廣泛，幾乎涉及各行各業(yè)。我國(guó)在電動(dòng)執(zhí)行器方面的研究起步比較晚，最初主要是防治前蘇聯(lián)的，隨著時(shí)代的發(fā)展、科技的進(jìn)步對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器提出了新的要求，特別是微處理器的廣泛應(yīng)用把電動(dòng)執(zhí)行器推向了智能化、網(wǎng)絡(luò)化。</p><p>　　通過(guò)學(xué)習(xí)的大量國(guó)內(nèi)外有關(guān)電動(dòng)執(zhí)行器的研究和發(fā)展?fàn)顩r，未來(lái)的發(fā)展方向可知我們還落后很多，在未來(lái)我們有很長(zhǎng)的路要走，只有不斷創(chuàng)

100、新性的研究與發(fā)展，我們才能彌補(bǔ)差距奮起直追進(jìn)而反超。</p><p>　　由于本人的能力所限，本次設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)型電動(dòng)執(zhí)行器做起，應(yīng)用了單片機(jī)控制技術(shù)，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能夠基本滿足一般性的控制要求。和先進(jìn)的電動(dòng)執(zhí)行器比較，控制精度不夠高、結(jié)構(gòu)不夠緊湊，但基本工作原理一樣、基本設(shè)計(jì)理念不變。通過(guò)本次設(shè)計(jì)把所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次有機(jī)的整合，掌握了機(jī)電設(shè)計(jì)的方法，為今后從事設(shè)計(jì)工作奠定了基礎(chǔ)。</p><p&

101、gt;<b>　　致謝</b></p><p>　　本學(xué)位論文是在xx老師的精心指導(dǎo)下完成的。在本論文撰寫(xiě)的整個(gè)過(guò)程中，滲透著老師大量的心血。老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、勤奮忘我的工作精神，時(shí)刻激勵(lì)著我積極進(jìn)取、努力探索。設(shè)計(jì)的過(guò)程就是綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和學(xué)習(xí)新知識(shí)的過(guò)程，由于經(jīng)驗(yàn)不足，難免出現(xiàn)一些小的失誤，但無(wú)論怎樣，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于我來(lái)說(shuō)都是一次難得的鍛煉機(jī)會(huì)，使我積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。<

102、;/p><p>　　從xx老師那里不只學(xué)到豐富的學(xué)科知識(shí)，夯實(shí)的專(zhuān)業(yè)理論，還學(xué)會(huì)了面對(duì)問(wèn)題的態(tài)度、處理問(wèn)題的方法。使我更加勇敢地面對(duì)困難、克服困難。當(dāng)然由于我在理論和實(shí)踐方面存在一定的不足，所以在設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)功能上難免有不足和沒(méi)有想到的地方，還請(qǐng)各位老師給予指正。最后我要感謝所有給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)們。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

103、<p>　　[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.237—259 </p><p>　　[2]李勛,劉源.單片機(jī)實(shí)用教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.</p><p>　　[3]錢(qián)曉捷．匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[4]吳金戌．80

104、51單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社2002.</p><p>　　[5]付曉光.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.</p><p>　　[6] 龔沛增.Visual Basic 程序設(shè)計(jì)教程.北京:清華大學(xué)出版社,2004.</p><p>　　[7] 譚浩強(qiáng).Visual BASIC程序設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2000.