基于單片機的閥門定位器設計與開發(fā)

摘 要

閥門是管道系統(tǒng)介質流量的重要調節(jié)執(zhí)行機構，閥門定位器是其主要附件之一。國內傳統(tǒng)定位器主要以力平衡式為主，所以行程和零點調整時需反復調整，調校麻煩、功能單一、可擴充性差。而國外進口的智能型閥門定位器價格昂貴。實現(xiàn)數(shù)字化、智能化診斷與無人看守的智能閥門定位器己經(jīng)變得十分迫切。本文就是根據(jù)這樣的實際需求，闡述了自主開發(fā)的閥門定位器的工作基本原理和設計過程中所涉及到的基本知識，并對關鍵環(huán)節(jié)進行了詳細分析。

本文所述的閥門定位器是以單片機ATmega16為核心部件，還包括顯示電路，RS485接口、電源、復位電路、I/V轉換電路、報警器等組成基本控制系統(tǒng)的硬件結構。因為智能閥門定位器具有非線性和實時性，并且在控制過程中出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，所以采用模糊自整定PID結合產(chǎn)生相應的控制信號，使閥芯準確定位，實現(xiàn)對閥門工作的閉環(huán)控制。模糊自整定PID使系統(tǒng)可以進行在線的、實時的控制。這些功能的實現(xiàn)是用C語言的軟件程序支持。同時，在軟件程序的支持下其它的硬件也能夠對各種電信號進行反應和處理，并同時對閥門工作中出現(xiàn)的故障情況也可以做出緊急反應。

經(jīng)過實驗證明，該閥門定位器的設計方案是切實可行的。與國內傳統(tǒng)定位器相比，該閥門定位器不僅可以顯示閥位、與上位機進行串口通信、故障報警且具有控制精度高、調整方便、能耗低、適用范圍廣等特點。

關鍵詞：閥門定位器，模糊控制，PID 

ABSTRACT

....

KEY WORDS:valve positioner, fuzzy control,PID

目 錄

摘 要I

ABSTRACTII

第一章  緒論1

1.1 課題背景及發(fā)展狀況1

1.1.1 課題背景1

1.1.2 發(fā)展狀況2

1.2 設計的研究內容和技術關鍵2

1.2.1 閥門定位器的原理2

1.2.2 研究內容2

1.2.3 設計的關鍵技術3

1.3 預期成果3

1.4 本文的主要內容4

第二章 系統(tǒng)的總體設計5

2.1 系統(tǒng)的總體方案設計思路5

2.2 硬件結構設計5

2.3 軟件結構設計7

第三章 系統(tǒng)硬件設計7

3.1 單片機的選擇及功能介紹8

3.1.1 單片機的選擇8

3.1.2 ATmega16的管腳說明9

3.1.3 ATmega16的主要特征10

3.2 電源電路的設計11

3.3 前向通道的設計11

3.3.1 I/V轉換電路12

3.3.2 時鐘電路的設計12

3.3.3 復位電路的設計13

3.4 后向通道的設計13

3.4.1 輸出電路的設計13

3.4.2 報警電路14

3.5 單片機與上位機的接口電路14

3.6 鍵盤、顯示電路15

3.7 硬件抗干擾16

第四章 軟件設計17

4.1 開發(fā)環(huán)境和編程語言17

4.2 軟件系統(tǒng)的結構分析與規(guī)劃17

4.2.1 軟件功能的規(guī)劃17

4.2.2 功能結構17

4.3 主程序18

4.3.1 初始化程序18

4.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊18

4.3.3 數(shù)字濾波19

4.3.4 對閥門異常的判別和報警19

4.4 通訊接口程序設計21

4.4.1 通訊接口的協(xié)議21

4.4.2 單片機的通信程序設計22

第五章 系統(tǒng)控制策略24

5.1 模糊控制的概述24

5.2 模糊控制原理24

5.3 模糊自適應整定PID控制原理25

第六章 總結與展望28

參 考 文 獻29

致 謝30

畢業(yè)設計小結31

附錄 設計原理圖32