1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化基于单片机的电动阀门控制器的设计一、课题研究意义及现状阀门是管道系统中应用最广泛的执行机构，可以用来截断或调节管道系统中的介质流量，在工业生产和人民群众生活中发挥着重要的作用。目前，常用的调节阀门按其动力源的不同，可分为气动阀门、液压传动阀门和电动阀门。气动阀门以压缩空气作为工作介质，进行动力传递和信号控制，具有防火、防爆、防电磁干扰、抗振动冲击辐射、结构简单等优点，所以近年来发展很快。但是，这类阀门工作速度慢，压缩空气不容易获取，使得气动阀门的使用受到了限制。液压传动阀门是在帕斯卡静压传动原理上发展起来的，可以在传动介质体积较小的情况下，输出较大的力
2、或力矩，容易实现功率的放大，其传动平稳，可以在高速下启动、制动、转向。但存在阀门体积较大，使用、安装、拆卸、维修困难等缺点，不便在较小功率场合下使用，所以，液压传动阀门的使用范围受到了限制。随着机电一体化技术的发展。电动阀门在工业生产中表现出巨大的优势，越来越多的应用到工业控制现场和民用自动控制系统中。电动阀门由阀门电动装置和阀门两部分组成，可以接受操作人员或自动装置的命令，自动截断管道中的介质流量。与气动阀门和液压传动阀门相比较，具有动作响应速度快、工作效率高、调速性能好、操作简便等优点。电动阀门从五十年代起就开始在我国工业部门中使用，每年需要数万台，但目前在工业现场大量使用的还是五、六十年
3、代生产或设计的产品。随着时代的发展，这些产品在日益激烈的市场竞争中已经暴露出了许多劣势和不足，比如结构复杂、控制精度低、缺乏完善的故障诊断、报警和处理装置。在过程控制领域中，电动阀扮演着十分重要的角色，而常规的模拟电动阀门已经不能完全满足现代控制技术的要求，需要一种集微电子技术、控制技术、通讯技术、软件技术和常规控制技术于一身的控制阀来替代常规电动阀，智能型电动阀就是这样一种产品。电动阀门智能控制器是在阀门机械执行机构的基础上开发的自动控制系统，能在最大程度上对阀门的工作进行操纵、监控和系统安全保护。电动阀门智能控制器能够通过现场总线接收控制中心的命令信号：和阀门实际工作的反馈信号，实现对阀门
4、正转、反转、停转的闭环控制，还可以进行故障报告、应急处理、显示、键盘控制等功能。电动阀产品的智能化实际上就是电气阀门定位器、电动执行机构的智能化，目前，我国智能电动阀的应用处在逐步上升阶段，用户已经使用的智能电动阀门决大多数是用的是一般的智能功能，在现场总线控制系统没有很普及的情况下，真正使用完全智能化的、带有通讯和高级诊断等功能控制阀并不十分普遍。随着现场总线技术的不断发展，完全智能化的、带有通讯和高级诊断的智能电动阀的应用将会逐步普及并取代模拟电动阀成为电动阀的主流。二、课题研究的主要内容和预期目标控制阀门电动装置的方案有多种，可用传统的继电器控制电路，能用可编程控制器进行控制，也可用单片
5、机来实现。了解阀门控制器的使用说明，控制系统由单片机及其外围电路组成，毕业设计具体内容：（1）设计电动机正反转驱动电路，控制阀门的开启关闭；（2）设计拨码开关及按钮输入电路，与 pc 通信时，用来设定控制器地址和波特率；（3）设计节点信号输入电路和指示灯驱动电路。（4）自制+5V 和+12V 两组电源。三、课题研究的方法及措施本课课题重点研究的是电动智能控制器。选用单片微处理器AT89S51和智能控制理论，将限位开关、执行器、阀位反馈器、伺服放大器、控制器(包括控制、设定、显示、输入、输出)、系统故障诊断与报警、操作器、变送器、传感器、通讯接口、电源等有机地结合成一体。电动阀门智能控制器的总体
6、设计方案如图所示。单片机报警显示电动机驱动电路M A X 2 3 2 串行通信A T 8 9 S 5 1电机正反转指示灯驱动电路按 键拨码开关限位开关 上位机显示了解阀门控制器的主要功能,设计硬件电路，利用 C 语言进行软件编程。实现电动阀门的智能化控制。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自 2010 年 10 月至 2011 年 4 月。2010 年 10 月 25 日至 2010 年 11 月 2 日：明确任务，查找资料，消化资料；2010 年 11 月 3 日至 2010 年 11 月 10 日；确定系统总体设计方案，翻译外文文献；2010 年 11 月 11 日至 2010 年 11
7、月 20 日：完成文献综述和开题报告，准备开题答辩；2010 年 11 月 21 日至 2010 年 12 月 20 日：完成电动机硬件设计电路；2010 年 12 月 21 日至 2010 年 12 月 31 日：自制+5 和+12V 两组电源；2011 年 1 月 1 日至 2010 年 2 月 1 日：完成控制系统的软件设计，同时通过实验模拟测试；2011 年 2 月 2 日至 2011 年 4 月 1 日：撰写毕业论文，完善与修改毕业论文；做好论文答辩的 PPT 资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。五、参考文献1 孙经署.电动阀门智能化介绍EB/OL,2004-12-20.http
8、:/ 杜树春.单片机应用系统开发实例详解M.北京：机械工业出版社，2007.3 沈长生.常用电子元器件使用一读通M.北京：人民邮电出版社，2005.4 张迎新. 单片微型计算机原理、应用及接口技术M. 国防工业出版社, 2004，1.5 王秋爽等. 单片机开发基础与经典设计实例M. 机械工业出版社，2008，9.6 周建国，曹炬. 单片机与 PC 机实现的电动阀门控制系统设计J. 计算机自动测量与控制，2001,2,9(2): 3334. 7 杜树春.单片机 C 语言和汇编语言混合编程实例详解M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.8 李更新.现场总线型电动阀门控制系统的研究J.太原理工大
9、学学报，2006，5,37（3）:380382.9 Yun-cai Zhao and Hang-zhi Yan.Experimental study on wear failure course ofgas-valve/valve-seat in engineJ.CENTRAL SOUTH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY,Volume 12,Number 1,243246.10 许常武，谭爱红.阀门电动装置的发展趋势 J.阀门，2002，3,33（2）: 3338. 11 Vclav Tesa.Valve-Less Rectification PumpsJ.Encyclope
10、dia of Microfluidicsand Nanofluidics,2008,Part22,21312139.12 吕月娥，吕佩举，李相伟.电动阀门智能测控系统的研究J.山东理工大学学报（自然科学版） ，2003 年第 04 期：104107.毕业论文文献综述电气工程及自动化电动阀门控制器的研究摘要: 在工业自动控制系统中，执行器和传感器一样是不可或缺的设备，电动阀门是阀门系列中应用最广泛、用量最大的一个品种。本文主要介绍了电动阀门控制器的趋势，随着社会的进步，计算机的发展以后的电动阀门控制器将会向着数字化，智能化发展。关键词：电动阀门；数字化；智能化；1 引言阀门控制器也可以称为调节阀
11、，从远古时期的人们为了调节河流或小溪的水流量，采用大石块或树干来阻止水的流动或改变水的流动方向，到 1705 年纽康曼发明第一台工业蒸汽发动机，对蒸汽发动机的运行提出了控制要求，瓦特发明了第一台调节转速的控制器，其后，水流体流量的控制越来越被人们重视。随着工业的发展，对调节阀的要求也越来越高。出现了各种类型的调节阀 1。2 电动阀门的发展方向在工业自动控制系统中，执行器和传感器一样是不可或缺的设备。执行器依其驱动介质的不同可分成三类：电动执行器、气动执行器和液动执行器 2。而电动执行器的输入信号有连续信号和断续信号两种：连续信号是指 DC 0-10mA 和 DC 4 -20mA 两种范围的电流
12、信号，断续信号是指开关信号 2。电动阀门装置属于输入断续信号的电动执行器。2.1 数字化数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。数字化的主要优点有：1 大大加快了计算机数据的计算、统计、分析、处理的速度。2 抗干扰能力强。不容易出现失真现象。3 数字信号电路简单。它没有模拟电路里的各种调整，因而电路工作稳定、技术人员能够从日常的调整工作中解放出来。数字化的缺点：模拟信号数字化以后的信息量会爆炸性地膨胀。导致为了提高数字化质量就必须进一步增加信息量，对于
13、集成电路的容量就有了较高的要求 3。2.2 智能化智能仪器在人们心目中的概念是：凡是内部含有单片机的仪器统称为智能仪器。反之，凡事内部不含单片机的仪器统称为传统仪器或普通仪器。因此与其说是智能化，不如说是嵌入单片机。而单片机的性能决定了智能化的程度 4。单片机是微型计算机的一个主要分支，它在结构上的最大特点是把 CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模的集成电路芯片上 5。就起组成和功能而言。一块单片机芯片就是一台计算机。单片机的优点：1 有优异的性能价格比。2 集成度高、体积小有很高的可靠性。单片机把各功能部件都集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连
14、线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作 6。3 控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。4 低功耗、低电压，便于生产便携式产品 7。5 外部总线增加了 I2C、SPI 等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。6 单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范、容易构成各种规模的应用系统 8.目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，今后单片机的发展趋势将是进一步向着 CMOS 化、低功耗、小体积、
15、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展9。2.3 自动化自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下,按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。自动化技术就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、计算机等技术领域的一门综合性技术。它的研究内容主要有自动控制和信息处理两个方面，包括理论、方法、硬件和软件等，从应用观点来看，研究内容有过程自动化、机械制造自动化、管理自动化、实验室自动化和家庭自动化等 10。自动化的实现大大提高了工作效率，解放了人员，减少了人为错误。缺点在于一旦计算机控制系统出现故障，将会使整个系统处于瘫痪状态。由于实行自动
16、控制与管理，技术性比较强，对工作人员的技术业务素质要求比较高，必须具有一定的文化水平和专业知识，而且经过专门培训的人员才能胜任 11。2.4 电动阀门智能测控系统电动阀门是阀门系列中应用最广泛、用量最大的一个品种，长期以来, 国内阀门电动装置一直沿用五六十年代的传统技术, 产品机械结构复杂, 不适合远距离集中控制,很难满足生产自动化的需要操作使用中很多弊端无法克服,极易产生控制失灵而且在很多场合下只能人工现场控制, 如果是在有毒、易爆或易燃介质的生产现场,人工操作就极为危险。该系统使用计算机的拨号网络技术, 可以在异地利用电脑和电话线对本地的系统进行监测和控制实现了在中央控制室对异地多机多阀进
17、行监控正是因为具有远程监控功能使得该系统尤其适用那些操作人员不易到达的地方( 如野外恶劣环境及易燃、易爆、有毒气体介质等生产场地)和比较复杂的控制枢纽控制中 12。3 结论电动阀门是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表。随着工业领域的自动化程度越来越高， 正被越来越多的应用在各种工业生产领域中。我相信随着电子产品不断进步，电动阀门将会取得更为广泛的应用。参考文献 1 孙经署.电动阀门智能化介绍EB/OL,2004-12-20.http:/ 杜树春.单片机应用系统开发实例详解M.北京：机械工业出版社，2007.3 沈长生.常用电子元器件使用一读通M.北京：人民邮电出版社，2005.4 张迎新.
18、 单片微型计算机原理、应用及接口技术M. 国防工业出版社, 2004，1.5 王秋爽等. 单片机开发基础与经典设计实例M. 机械工业出版社，2008，9.6 周建国，曹炬. 单片机与 PC 机实现的电动阀门控制系统设计J. 计算机自动测量与控制，2001,2,9(2): 3334. 7 杜树春.单片机 C 语言和汇编语言混合编程实例详解M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.8 李更新.现场总线型电动阀门控制系统的研究J.太原理工大学学报，2006，5,37（3）: 380382.9 Yun-cai Zhao and Hang-zhi Yan.Experimental study on w
19、ear failure course ofgas-valve/valve-seat in engineJ.CENTRAL SOUTH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY,Volume 12,Number 1,243246.10 许常武，谭爱红.阀门电动装置的发展趋势 J.阀门，2002，3,33（2）: 3338. 11 Vclav Tesa.Valve-Less Rectification PumpsJ.Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics,2008,Part22,21312139.12 吕月娥，吕佩举，李相伟.电动阀门智
20、能测控系统的研究J.山东理工大学学报（自然科学版） ，2003 年第 04 期：104107.毕业设计（20_ _届）基于单片机的电动阀门控制器的设计摘 要在过程控制领域中，电动阀门扮演着十分重要的角色，而常规的模拟电动阀门已经不能完全满足现代控制技术的要求，需要一种集微电子技术、控制技术、通讯技术、软件技术和常规控制技术于一身的新型控制阀门来替代常规电动阀门，智能型电动阀就是这样一种产品。本论文重点研究的是电动阀门控制器。选用单片微处理器AT89S51和阀门控制理论，将限位开关、执行器、阀位反馈器、伺服放大器、控制器(包括控制、设定、显示、输入、输出)、系统故障诊断与报警、操作器、变送器、传感器、通讯接口、电源等有机地结合成一体。将先进的计算机通信技术应用于电动阀门的控制系统中，提出电动阀门控制系统设计的新方案，实现电动阀门的自动控制、主从分机之间的数字通信等功能。关键词：电动阀门；单片机；控制器
