课程设计―基于51的智能阀门定位器.doc

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1、西北工业大学课程设计报告题目：基于单片机的智能阀门定位器测控系统选题第七题课程设计申报表学生信息姓名学号姓名学号姓名学号姓名学号2基于单片机的智能阀门定位器测控系统课程设计题目课程设计任务书一.设计目的设计一个由单片机组成的智能阀门定位器测控系统。通过这个过程学习熟悉键盘控制和七段数码管使用，掌握智能阀门定位器控制和测试方法。二.预习与参考C程序语言、计算机控制技术、自动控制原理、三.设计内容及要求1．具有显示功能在显示器上显示任意四位十进制数；2．具有按键输入和操作功能；3．实现：（1）键盘功能；（2）显示界面；（3）给

2、出原理图；（4）给出控制算法及相应程序；（5）开发串口通信功能；进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天）2、被控对象建模（1天）3、算法推导，程序设计（3天）4、仿真研究（2天）5、撰写、打印设计说明书（2天）6、答辩（1天）评语及成绩论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日摘要在生产生活中，阀门作为主要的控制器件，在现代控制领域扮演着重要角色。所以，如何精确的定位阀门位置就显得特别的重要。利用传统的控制方法，阀门的定位存在诸多问题（如：控制精度不高，能耗大，安装不方便等），所以利用智能定位器改进阀门控制精

3、度就显得尤为重要。基于上述问题，本文是以单片机为中心，利用数字控制理论，实现智能阀门定位系统的。以控制阀为主要研究对象，围绕系统核心——单片机，通过PID控制算法，产生PWM经驱动放大电路控制直流电机的转向、转速，进而控制阀门开度，达到阀门定位器的功能。建模阶段针对被控对象控制阀和执行机构直流电机，经查阅大量相关资料和严密的理论推导，在合理假设的条件下，其传递函数为一阶惯性环节。算法控制本文主要利用经典PID控制理论，并结合计算机仿真软件Matlab对系统的传递函数进行simulink仿真研究，通过试凑法对PID参数进行整

4、定，得出相关的控制算法。硬件设计本为选用STC89C52为主要控制芯片，主要包括采样调理及A/D转化模块，串行通信模块，数码显示模块，按键输入模块，PWM输出及驱动电路模块，电源电路模块。软件编程以硬件设计的电路为蓝本，利用C语言实现各部分的相关程序。通过以上四个环节，就实现了集数码显示，按键输入，串行通信为一体的智能阀门定位系统的功能。关键字：定位器控制阀PID目录第一章绪论51.1阀门定位器概述51.2阀门定位器工作原理51.3设计任务5第二章总体方案设计与模拟仿真62.1系统框图62.2模块分析62.3模块模拟9第3

5、章系统硬件设计103.1采样调理电路103.2数码管显示电路113.3电机驱动模块133.4单片机STC89C5213第4章系统的软件设计144.1主程序设计144.2键盘扫描子程序设计154.3控制子程序设计16参考文献18附录18第一章绪论阀门定位器(又称：气动阀门定位器）是调节阀的主要附件，通常与气动调节阀配套使用，它接受调节器的输出信号，然后以它的输出信号去控制气动调节阀，当调节阀动作后，阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器，阀位状况通过电信号传给上位系统。阀门定位器按输入信号分为气动阀门定位器、电气阀门定位器

6、和智能阀门定位器。智能电气阀门定位器它将控制室输出的电流信号转换成驱动调节阀的气信号，根据调节阀工作时阀杆摩擦力，抵消介质压力波动而产生的不平衡力，使阀门开度对应于控制室输出的电流信号。并且可以进行智能组态设置相应的参数，达到改善控制阀性能的目的。1.1阀门定位器概述阀门定位器能够增大调节阀的输出功率，减少调节信号的传递滞后的情况发生，加快阀杆的移动速度，能够提高阀门的线性度，克服阀杆的摩擦力并消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。常用执行机构分气动执行机构，电动执行机构，有直行程、角行程之分。用以自动、手动开闭各

7、类阀门、风板等。阀门定位器按输入信号分为气动阀门定位器、电气阀门定位器和智能阀门定位器。按动作的方向可分为单向阀门定位器和双向阀门定位器。按阀门定位器是否带CPU可分为普通电气阀门定位器和智能电气阀门定位器。普通电气阀门定位器没有CPU，因此，不具有智能，不能处理有关的智能运算。智能电气阀门定位器带CPU，可处理有关智能运算，例如，可进行前向通道的非线性补偿等，现场总线电气阀门定位器还可带PID等功能模块，实现相应的运算等。1.2阀门定位器工作原理阀门定位器是控制阀的主要附件。它将阀杆位移信号作为输入的反馈测量信号,以控制

8、器输出信号作为设定信号，进行比较，当两者有偏差时，改变其到执行机构的输出信号，使执行机构动作，建立了阀杆位移倍与控制器输出信号之间的一一对应关系。因此，阀门定位器组成以阀杆位移为测量信号，以控制器输出为设定信号的反馈控制系统。该控制系统的操纵变量是阀门定位器去执行机构的输出信号。1.3设计任务本设计以S