基本信息
- 項目名稱：
- 基于單片機的比例溢流閥數(shù)顯控制器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 基于單片機的比例溢流閥數(shù)顯控制器采用AT89S8253單片機作為控制核心，用鍵盤輸入各種控制信號，并在LED數(shù)碼管上適時動態(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， 運用PROTEUS進行了系統(tǒng)仿真。仿真實驗結(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、實用性和可靠性更強。
- 詳細介紹：
- 基于單片機的比例溢流閥數(shù)顯控制器采用AT89S8253單片機作為控制核心，用鍵盤輸入各種控制信號，并在LED數(shù)碼管上適時動態(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， 運用PROTEUS進行了系統(tǒng)仿真。 創(chuàng)新點： （1）參數(shù)設(shè)置數(shù)字化 （2）控制實現(xiàn)智能化 （3）控制實現(xiàn)遠程化 （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)計小型化 市場分析及經(jīng)濟效益預(yù)測： 現(xiàn)代工程機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)進步使工程車輛擋位、轉(zhuǎn)向、制動和工作裝置等各種系統(tǒng)的電氣控制成為現(xiàn)實，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潛力，能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 1.目的： 設(shè)計一種新的比例控制器，對電液比例溢流閥能夠進行更有效的控制，使比例控制系統(tǒng)獲得預(yù)期的功能。 2.基本思路： (1)以單片機為控制核心，充分利用現(xiàn)代微處理器的優(yōu)勢；(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： （1）參數(shù)設(shè)置數(shù)字化 （2）控制實現(xiàn)智能化 （3）控制實現(xiàn)遠程化 （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、很好的穩(wěn)定性和可靠性是一個好的比例控制器所必須具有的性能。要達到以上的要求就必須解決以下幾方面的問題： （1）電壓信號轉(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，其波形、幅值、頻率要符合比例溢流閥的靜態(tài)和動態(tài)性能要求，邏輯控制與信號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。
科學性、先進性
- （1）控制簡單、維護方便。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和輸入的控制電壓信號；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，從實踐上全面實現(xiàn)硬件設(shè)計的軟件化，保證程序修改在線完成，使控制器能根據(jù)現(xiàn)場實際情況修改程序。 （2）兼容性強，易于實現(xiàn)遠程化。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，能夠與計算機進行通信，實現(xiàn)遠程控制。 （3）電路設(shè)計小型化，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）人機界面設(shè)計。采用VB語言編寫用戶界面，界面友好、美觀，功能相對全面。硬件采用非編碼鍵盤，靠軟件進行識別，共有八個按鍵，LED顯示采用動態(tài)顯示的方式。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該作品應(yīng)用單片機作為比例控制器的控制部分，具有可靠性高，抗干擾能力強的特點，已在我校液壓試驗室得到應(yīng)用，使用效果良好
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 轉(zhuǎn)讓技術(shù)文件
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 1.使用說明：220V輸入端直接接220V電源，比例電磁鐵信號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)特點及優(yōu)勢：（1）在原有模擬式比例控制器的基礎(chǔ)上開發(fā)調(diào)試出了用單片機控制的比例溢流閥比例控制器，使之具有控制簡單，維護方便，兼容性強等特點；（2）操作、布線相對簡單、方便，人機界面友好、美觀；（3）采用ISP技術(shù)，實現(xiàn)在線編程，免去了調(diào)試時由于頻繁地插入取出芯片對芯片和電路板帶來的不便，提高了設(shè)計和應(yīng)用的靈活性。 3.市場分析及經(jīng)濟效益預(yù)測：現(xiàn)代工程機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)進步使工程車輛擋位、轉(zhuǎn)向、制動和工作裝置等各種系統(tǒng)的電氣控制成為現(xiàn)實，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潛力，能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 自上個世紀八十年代以來，比例元件設(shè)計在不斷的完善，采用了壓力、流量、位移內(nèi)反饋和動壓反饋及電校正等手段，使閥的精度、動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性都有了進一步提高，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立調(diào)節(jié)的問題，對開關(guān)式放大器作了不少改進。采用高頻脈寬調(diào)制技術(shù)，調(diào)制頻率可達幾千赫茲；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)特性的延遲時間對線圈電流的影響。開關(guān)頻率過高會導(dǎo)致功放管的開關(guān)過渡過程時間占開關(guān)周期顯著分量，造成功放管的動態(tài)功耗增加，從而減少開關(guān)式功率放大級功耗低這一特有的優(yōu)勢，同時運用快速型功率驅(qū)動電路，使傳統(tǒng)驅(qū)動電路引起的電磁線圈放電時間為充電時間3-5倍的現(xiàn)象得以改善，使充放電速率相等，減少過渡過程時間，改善比例電磁鐵的動態(tài)性能，進而提高比例閥的動態(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)基本滿足實用要求，主要的缺陷就是缺乏靈活性，因為不論是模擬式還是開關(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)字計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，性能改善，價格下降，新的目標就轉(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現(xiàn)任何一種控制規(guī)律，而且可以充分發(fā)揮實時控制和綜合控制的優(yōu)勢。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現(xiàn)的一些功能，成為當今比例控制器的發(fā)展方向。當前，各國都在不遺余力的發(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)展趨勢主要表現(xiàn)在高性能化、高可靠性和智能化等幾個方面。未來計算機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調(diào)整參數(shù)，整個系統(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)計的基于單片機的數(shù)顯比例控制器朝著高性能單片機控制的方向進行了一系列的探索，運用了ISP技術(shù)，采用鍵盤編碼并用LED進行動態(tài)顯示，聯(lián)合Proteus進行仿真，具有良好的控制性能，使用VB語言編制用戶界面，可以實現(xiàn)自動、手動控制，能保留、查看、調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，使操作方式更靈活、直觀。
