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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于單片機(jī)的比例溢流閥數(shù)顯控制器
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 基于單片機(jī)的比例溢流閥數(shù)顯控制器采用AT89S8253單片機(jī)作為控制核心，用鍵盤輸入各種控制信號(hào)，并在LED數(shù)碼管上適時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示調(diào)節(jié)電壓的大小，采用在線可編程(ISP) 技術(shù)，革除傳統(tǒng)編程器，程序修改可在現(xiàn)場(chǎng)完成，電路中的功率輸出單元采用脈寬調(diào)制（PWM）功率放大電路，使功放管的功耗大為降低，通過數(shù)字式的電壓表顯示輸入的電壓值，數(shù)字式的電流表顯示輸出的控制電流值， 運(yùn)用PROTEUS進(jìn)行了系統(tǒng)仿真。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的模擬比例控制器相比，其控制精度更高，靈活性、實(shí)用性和可靠性更強(qiáng)。
- 詳細(xì)介紹：
- 基于單片機(jī)的比例溢流閥數(shù)顯控制器采用AT89S8253單片機(jī)作為控制核心，用鍵盤輸入各種控制信號(hào)，并在LED數(shù)碼管上適時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示調(diào)節(jié)電壓的大小，采用在線可編程(ISP) 技術(shù)，革除傳統(tǒng)編程器，程序修改可在現(xiàn)場(chǎng)完成，電路中的功率輸出單元采用脈寬調(diào)制（PWM）功率放大電路，使功放管的功耗大為降低，通過數(shù)字式的電壓表顯示輸入的電壓值，數(shù)字式的電流表顯示輸出的控制電流值， 運(yùn)用PROTEUS進(jìn)行了系統(tǒng)仿真。 創(chuàng)新點(diǎn)： （1）參數(shù)設(shè)置數(shù)字化 （2）控制實(shí)現(xiàn)智能化 （3）控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化 （4）程序修改在線化 （5）線性度更高，減小了死區(qū)等因素的影響 （6）電路設(shè)計(jì)小型化 市場(chǎng)分析及經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 現(xiàn)代工程機(jī)械液壓閥已越來越多地采用電控先導(dǎo)控制的電液比例閥代替手動(dòng)直接操作或液壓先導(dǎo)控制的多路閥，電液比例閥和其它專用器件的技術(shù)進(jìn)步使工程車輛擋位、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和工作裝置等各種系統(tǒng)的電氣控制成為現(xiàn)實(shí)，在電控先導(dǎo)操作、無線遙控和有線遙控操作等方面展現(xiàn)了其良好的應(yīng)用前景，而作為比例閥中的比例電磁鐵的控制放大器因此也具有很大的市場(chǎng)潛力，能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.目的： 設(shè)計(jì)一種新的比例控制器，對(duì)電液比例溢流閥能夠進(jìn)行更有效的控制，使比例控制系統(tǒng)獲得預(yù)期的功能。 2.基本思路： (1)以單片機(jī)為控制核心，充分利用現(xiàn)代微處理器的優(yōu)勢(shì)；(2)將硬件電路分為中央處理系統(tǒng)、控制電路和電源轉(zhuǎn)換電路三部分；(3)采用控制面板操縱、上位機(jī)操縱兩種方式；(4)采用在線可編程(ISP) 技術(shù)，革除傳統(tǒng)編程器，程序修改在現(xiàn)場(chǎng)完成；(5)控制電路中的功率輸出單元采用脈寬調(diào)制（PWM）功率放大電路，使功放管的功耗大為降低。 3.創(chuàng)新點(diǎn)： （1）參數(shù)設(shè)置數(shù)字化 （2）控制實(shí)現(xiàn)智能化 （3）控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化 （4）程序修改在線化 （5）線性度更高，減小了死區(qū)等因素的影響 （6）電路設(shè)計(jì)小型化 4.技術(shù)關(guān)鍵： 良好的穩(wěn)態(tài)控制性能、線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、很好的穩(wěn)定性和可靠性是一個(gè)好的比例控制器所必須具有的性能。要達(dá)到以上的要求就必須解決以下幾方面的問題： （1）電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換的電流必須成比例，線性度要求高，精度要求為100%±10，控制電壓精度為0.1V，控制電流3mA，且具有足夠的功率驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵，輸出阻抗與比例電磁鐵線圈阻抗匹配。 （2）必須產(chǎn)生正確有效的控制信號(hào)，其波形、幅值、頻率要符合比例溢流閥的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能要求，邏輯控制與信號(hào)處理裝置可以減小比例元件死區(qū)、滯環(huán)以及過渡過程沖擊等的影響。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- （1）控制簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。使參數(shù)設(shè)置數(shù)字化，通過控制面板輸入指令電壓的大小，或者通過上位機(jī)輸入，利用數(shù)顯式電流表和電壓表顯示出輸出的控制電流信號(hào)和輸入的控制電壓信號(hào)；程序修改在線化，采用ISP技術(shù)，先裝配后編程，不需要專門的編程器，從實(shí)踐上全面實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)的軟件化，保證程序修改在線完成，使控制器能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況修改程序。 （2）兼容性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化。除了具有傳統(tǒng)的模擬量、數(shù)字量接口之外，還具有各種總線接口，能夠與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 （3）電路設(shè)計(jì)小型化，更加合理。應(yīng)用數(shù)字電路中門電路的思想，將所有的元器件集成在一片電路板上，減小了空間，提高了可靠性。 （4）人機(jī)界面設(shè)計(jì)。采用VB語言編寫用戶界面，界面友好、美觀，功能相對(duì)全面。硬件采用非編碼鍵盤，靠軟件進(jìn)行識(shí)別，共有八個(gè)按鍵，LED顯示采用動(dòng)態(tài)顯示的方式。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 該作品應(yīng)用單片機(jī)作為比例控制器的控制部分，具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，已在我校液壓試驗(yàn)室得到應(yīng)用，使用效果良好
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 轉(zhuǎn)讓技術(shù)文件
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1.使用說明：220V輸入端直接接220V電源，比例電磁鐵信號(hào)線接比例控制器的接線柱1、2，通過控制面板上的按鍵或上位機(jī)輸入數(shù)據(jù)，控制輸出的比例電磁鐵電流值。 2.技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：（1）在原有模擬式比例控制器的基礎(chǔ)上開發(fā)調(diào)試出了用單片機(jī)控制的比例溢流閥比例控制器，使之具有控制簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)；（2）操作、布線相對(duì)簡(jiǎn)單、方便，人機(jī)界面友好、美觀；（3）采用ISP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在線編程，免去了調(diào)試時(shí)由于頻繁地插入取出芯片對(duì)芯片和電路板帶來的不便，提高了設(shè)計(jì)和應(yīng)用的靈活性。 3.市場(chǎng)分析及經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：現(xiàn)代工程機(jī)械液壓閥已越來越多地采用電控先導(dǎo)控制的電液比例閥代替手動(dòng)直接操作或液壓先導(dǎo)控制的多路閥，電液比例閥和其它專用器件的技術(shù)進(jìn)步使工程車輛擋位、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和工作裝置等各種系統(tǒng)的電氣控制成為現(xiàn)實(shí)，在電控先導(dǎo)操作、無線遙控和有線遙控操作等方面展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景，作為比例閥中比例電磁鐵的控制放大器因此也具有很大的市場(chǎng)潛力，能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 自上個(gè)世紀(jì)八十年代以來，比例元件設(shè)計(jì)在不斷的完善，采用了壓力、流量、位移內(nèi)反饋和動(dòng)壓反饋及電校正等手段，使閥的精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性都有了進(jìn)一步提高，大規(guī)模集成電路的發(fā)展，分立元件逐步為集成電路所取代，其可靠性和性價(jià)比都優(yōu)于早期比例控制放大器。為解決低頻脈寬調(diào)制式顫振分量頻率和幅度不可獨(dú)立調(diào)節(jié)的問題，對(duì)開關(guān)式放大器作了不少改進(jìn)。采用高頻脈寬調(diào)制技術(shù)，調(diào)制頻率可達(dá)幾千赫茲；提高開關(guān)頻率可以減小比例電磁鐵線圈電流紋波幅度以及開關(guān)特性的延遲時(shí)間對(duì)線圈電流的影響。開關(guān)頻率過高會(huì)導(dǎo)致功放管的開關(guān)過渡過程時(shí)間占開關(guān)周期顯著分量，造成功放管的動(dòng)態(tài)功耗增加，從而減少開關(guān)式功率放大級(jí)功耗低這一特有的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)運(yùn)用快速型功率驅(qū)動(dòng)電路，使傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路引起的電磁線圈放電時(shí)間為充電時(shí)間3-5倍的現(xiàn)象得以改善，使充放電速率相等，減少過渡過程時(shí)間，改善比例電磁鐵的動(dòng)態(tài)性能，進(jìn)而提高比例閥的動(dòng)態(tài)特性。目前，模擬式和開關(guān)式比例控制器在性能上已經(jīng)基本滿足實(shí)用要求，主要的缺陷就是缺乏靈活性，因?yàn)椴徽撌悄M式還是開關(guān)式，都是由模擬元件構(gòu)成的普通模擬比例控制放大器，必須由硬件去完成，而且控制功能必須與硬件一一對(duì)應(yīng)，要改變控制方案就需要更換模擬器件。 近年來，數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，性能改善，價(jià)格下降，新的目標(biāo)就轉(zhuǎn)向了研制帶微處理器的比例控制放大器，不僅可以通過程序控制的方式來實(shí)現(xiàn)任何一種控制規(guī)律，而且可以充分發(fā)揮實(shí)時(shí)控制和綜合控制的優(yōu)勢(shì)。帶微處理器的比例放大器在許多方面優(yōu)于普通的模擬比例放大器，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬比例放大器難以實(shí)現(xiàn)的一些功能，成為當(dāng)今比例控制器的發(fā)展方向。當(dāng)前，各國(guó)都在不遺余力的發(fā)展和完善新的控制元件，以高性能單片機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)也得到了迅速的發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在高性能化、高可靠性和智能化等幾個(gè)方面。未來計(jì)算機(jī)在電液比例控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，一種可能的方案是閥控制器和執(zhí)行器控制器集成在一起，能夠根據(jù)執(zhí)行器的具體要求自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，整個(gè)系統(tǒng)通過總線與其他控制系統(tǒng)，相互之間可以通訊。 本次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的數(shù)顯比例控制器朝著高性能單片機(jī)控制的方向進(jìn)行了一系列的探索，運(yùn)用了ISP技術(shù)，采用鍵盤編碼并用LED進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，聯(lián)合Proteus進(jìn)行仿真，具有良好的控制性能，使用VB語言編制用戶界面，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)控制，能保留、查看、調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，使操作方式更靈活、直觀。
