1、、八 、，前言從上個世紀的“十閥九漏” ，到目前不少產品出口國外，我國的閥門行業(yè)取得 長足進步。但來自中國通用機械工業(yè)協(xié)會閥門會的資料顯示，我國每年閥門市場成 交額高達 500 億左右，其中卻有 100 多億元的市場被國外閥門企業(yè)占領，要改變 這種現狀，通過創(chuàng)新技術提高閥門質量是關鍵。隨著全球經濟和海洋運輸業(yè)的發(fā)展，遙控閥門系統(tǒng)成為大型化，高自動化船舶 中必須配置的設備之一，而閥門驅動器則是實現船用閥門遙控系統(tǒng)國產化的關鍵部 件。特別是針對化學制品船、油船能帶有危險性的船舶有其重要的作用。隨著 工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，國內外的多家船舶制造商都開始將總線控制技術引入 到船舶自動化系統(tǒng)中，從而提高了

2、船用閥門控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在談到我國閥門行業(yè)的現狀時，北京市市政工程設計研究總院教授級高級工程 師王光杰、張延蕙認為，雖然我國從事閥門生產的企業(yè)很多，但多屬中小企業(yè)。少 數小企業(yè)既無圖紙，也無工藝，更沒有技術人員，產品不符合國家標準，甚至生產 假冒偽劣產品，嚴重擾亂了閥門市場，也浪費了寶貴的資源。不少大的國有企業(yè)面 臨著包袱重、 資金困難、 技術陳舊的問題， 又沒有力量進行技術改造和投資新項目。 閥門技術與國際先進水平大概相差 10 年左右，比如一些高溫高壓和耐強腐蝕的產 品無法生產，海洋石油幵采使用的閥門要求1015年不泄漏，我們也基本達不到這種要求。長途管道輸送主線還都用的是國外產

3、品，國內產品只能用在支線上。基于上述這一情況，本文設計了基于嵌入式智能閥門控制器的設計。控制器的 設計用 ARM 微處理器，集測量、控制和遠程傳輸于一體。通信部分的設計采用工 業(yè)控制計算機、通過 CAN 總線與電液閥控制器通信，可以實現遠程控制閥門開關、實時顯示閥門的各相關信息等。軟件設計采用Visual Basic 6.0實現對下位機控制系統(tǒng)的信息采集、處理與遠程監(jiān)控等。然后進行初步的分析設計和進一步的實施， 通過VB編寫需要的程序，最后對系統(tǒng)總體性能進行測試研究。1緒論1.1課題研究背景按照閥門驅動性質劃分，管路上閥門的驅動裝置主要有液壓驅動、電氣驅 動、氣動驅動以與電液驅動等，各種方式都

4、有其優(yōu)缺點。傳統(tǒng)的船用閥門普遍 采用液壓驅動方式，液壓驅動是以一定壓力的油液作為工作介質來驅動液壓驅 動頭來工作，并將驅動頭的水平運動轉換為幵關閥門的操作。其中每個閥門須 兩根由銅管制成的油路管作用于閥門，從而實現對閥門的幵啟、關閉，以與調 節(jié)控制，所以控制裝置與執(zhí)行裝置之間的距離一般又比較遠，故使得這種閥門 控制方式既浪費銅材又增加了船體自身的重量，還占據了船體有限的空間。基于傳統(tǒng)閥門控制的這一缺點，國內外的多家船舶制造商幵始研究新的解 決方案。一種基于現場總線的電子液壓驅動方式逐漸被引入到船舶閥門制造領 域。現場總線是一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設備與控制裝置 之間實現雙向、串

5、行、多節(jié)點數字通信的技術。現場總線體現了分布、幵放、 互聯(lián)、高可靠性的特點。1.2 課題研究的意義與內容近年來，隨著船舶自動化程度的提高，越來越多的油船、化學制品船都采 用遠程閥門遙控系統(tǒng)，一來體現了閥門遙控系統(tǒng)的迅速發(fā)展，二來提高了其安 全性、穩(wěn)定性和可靠性，成為了船舶貨油系統(tǒng)和壓載水系統(tǒng)穩(wěn)定運行的有力保 障。我國作為造船大國，每年船舶的產量都在數百上千艘，在世界上與日本相 當且僅次于韓國。隨著國際造船業(yè)日益向著自動化、智能化、舒適化等目標發(fā) 展，船舶對于裝卸自動化系統(tǒng)以與動力、滑油冷卻、消防等系統(tǒng)的高端配套設 備提出了更高的要求。 通常船舶上的閥門很多， 其中大部分工作在危險的地方， 這些

6、危險的地方就需要閥門遙控系統(tǒng)來精確的控制它們的開關。但是我國的閥 門遙控系統(tǒng)以與其所屬的船舶裝卸自動化系統(tǒng)技術幾乎都被國外產品所壟斷， 我國自主生產率極低，所以發(fā)展我國船舶閥門遙控系統(tǒng)自主化刻不容緩。嵌入式系統(tǒng)的引進，可提高遙控系統(tǒng)的精確度，提升設備的性能和優(yōu)化其 結構。針對其結構特點開發(fā)相應軟件的程序員不需要知道設備的具體結構，也 不需要知道其具體的工作原理，就可以開發(fā)出想對應的工業(yè)軟件，這在一定程 度上減輕了推廣智能閥門遠程遙控系統(tǒng)的難度。1.3 課題研究的目的本文研究了船用閥門控制器的設計，此次設計綜合利用了嵌入式系統(tǒng)，總線 技術，工業(yè)控制等，完成了船用智能閥門控制器的設計。船用智能閥門

7、控制器的設 計不僅提高了生產的可靠性和穩(wěn)定性，也促進了工業(yè)化的高速發(fā)展，在每次的設計 與突破之中，船用閥門控制器會得到不斷的創(chuàng)新與發(fā)展。同時，也提高了我獨立思考問題的能力，進一步讓我了解到了關于船用閥門的技術知識2 CAN 總線與嵌入式技術2.1 CAN 總線CAN 是 Controller Area Network 的縮寫， 是 ISO 國際標準化的串行通信協(xié)議。在當前的汽車產業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數據類型與對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構成的情況很多，線 束的數量也隨之增加。為適應“減少線

8、束的數量”、“通過多個 LAN ，進行大 量數據的高速通信”的需要， 1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的 CAN 通信協(xié)議。此后， CAN 通過 ISO11898 與 ISO11519 進行了標準化， 現在在歐洲已是汽車網絡的標準協(xié)議。CAN 屬于現場總線的范疇 , 它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串 行通信網絡。較之目前許多 RS-485 基于 R 線構建的分布式控制系統(tǒng)而言 , 基 于 CAN 總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性：（ 1 ）網絡各節(jié)點之間的數據通信實時性強。（ 2 ）開發(fā)周期短。（3）已形成國際標準的現場總線。（4）最有前途的現場總線之一。相對

9、其它總線技術， CAN 總線又有如下優(yōu)點：（1）具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點。（2）采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作。（ 3）具有優(yōu)先權和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN 控制器掛到 CAN-bus 上，形成多主機局部網絡。（ 4）可根據報文的 ID 決定接受或屏蔽該報文。（5）可靠的錯誤處理和檢錯機制。（6）發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)。（7）節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能。（8）報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。211 CAN 總線的產生與發(fā)展控制器局部網( CAN CONTROLLE

10、R AREA NETWORK )是 BOSCH 公 司為現代汽車應用領先推出的一種多主機局部網，由于其高性能、高可靠性、 實時性等優(yōu)點現已廣泛應用于工業(yè)自動化、多種控制設備、交通工具、醫(yī)療儀 器以與建筑、環(huán)境控制等眾多部門。控制器局部網將在我國迅速普與推廣。隨著計算機硬件、軟件技術與集成電路技術的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已 成為計算機技術應用領域中最具活力的一個分支，并取得了巨大進步。由于對 系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現為：控制面向多 元化，系統(tǒng)面向分散化，即負載分散、功能分散、危險分散和地域分散。由于 CAN 為愈來愈多不同領域采用和推廣，導致要求各種應用領域通信 報

11、文的標準化。為此， 1991 年 9 月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制訂并發(fā) 布了 CAN 技術規(guī)范( VERSION 2.0 )。該技術規(guī)范包括 A 和 B 兩部分。 2.0A 給出了曾在 CAN 技術規(guī)范版本 1.2 中定義的 CAN 報文格式，能提供 11 位地 址；而 2.0B 給出了標準的和擴展的兩種報文格式， 提供 29 位地址。 此后，1993 年 11 月 ISO 正式頒布了道路交通運載工具 - 數字信息交換 - 高速通信控制器 局部網( CAN )國際標準( ISO11898 )，為控制器局部網標準化、規(guī)范化推 廣鋪平了道路。212 CAN 總線的特點CA

12、N 總線是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖 維。通信速率可達 1MBPS 。 CAN 總線通信接口中集成了 CAN 協(xié)議的物理層 和數據鏈路層功能， 可完成對通信數據的成幀處理， 包括位填充、 數據塊編碼、 循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。 CAN 協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳 統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點可使 網絡內的節(jié)點個數在理論上不受限制， 數據塊的標識碼可由 11 位或 29 位二進 制數組成，因此可以定義 2 或 2 個不同的數據塊，這種按數據塊編碼的方式， 還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數據，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有

13、 用。數據段長度最多為 8 個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領域中控制命令、工作狀態(tài) 與測試數據的一般要求。同時， 8 個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了 通信的實時性。 CAN 協(xié)議采用 CRC 檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證 了數據通信的可靠性。 CAN 卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，特別 適合工業(yè)過程監(jiān)控設備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認為 最有前途的現場總線之一。 CAN 總線采用了多主競爭式總線結構，具有多主 站運行和分散仲裁的串行總線以與廣播通信的特點。 CAN 總線上任意節(jié)點可 在任意時刻主動地向網絡上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點之 間實現自

14、由通信。 CAN 總線協(xié)議已被國際標準化組織認證，技術比較成熟， 控制的芯片已經商品化， 性價比高， 特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數通訊。 CAN 總線插卡可以任意插在 PC AT XT 兼容機上， 方便地構成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。 且其結構簡單， 只有兩根線與外部連接， 并且內部集成了錯誤探測和管理模塊。213 CAN 總線技術介紹由于數據處理對傳輸速度有很高的要求，所以要對數據進行實時處理就要 求數據的物理傳輸通路有較高的速度。 在幾個站同時需要發(fā)送數據時 ,要求快速 地進行總線分配。 CAN 總線以報文為單位進行數據傳送,報文的優(yōu)先級結合在11位標識符中，具有最低二進制數的標識符有最高的優(yōu)先

15、級。這種優(yōu)先級一旦 在系統(tǒng)設計時被確立后就不能再被更改。總線讀取中的沖突可通過位仲裁解 決。CAN具有較高的效率是因為總線僅僅被那些請求總線懸而未決的站利用,這些請求是根據報文在整個系統(tǒng)中的重要性按順序處理的。這種方法在網絡負 載較重時有很多優(yōu)點，因為總線讀取的優(yōu)先級已被按順序放在每個報文中了，這可以保證在實時系統(tǒng)中較低的個體隱伏時間。對于主站的可靠性，由于CAN協(xié)議執(zhí)行非集中化總線控制，所有主要通信，包括總線讀取 （許可）控制，在系統(tǒng)中分幾次完成。這是實現有較高可靠性的通信系統(tǒng)的唯一方法。不同于其它總線， CAN總線協(xié)議不能使用應答信息。但是可以將發(fā)生的 任何錯誤用信號發(fā)出，CAN總線協(xié)議使

16、用的檢查錯誤的方法有以下五種：（1 ）循環(huán)冗余檢查（2）幀檢查（3 ）應答錯誤（4 ）總線檢測（5）位填充如果至少有一個站通過以上方法探測到一個或者多個錯誤，它將發(fā)送出錯 標志終止當前發(fā)送。這可以組織其它站接受錯誤的數據，并保證網絡上的數據 的一致性。當大量發(fā)送數據被終止后，發(fā)送站會自動地重新發(fā)送數據。但是這種方法存在一個問題，即一個發(fā)生錯誤的站將導致所有的數據被終止，其中也包括正確的數據，所以，如果不采取自檢測措施，總線系統(tǒng)應采用 模塊化設計。因此，CAN總線協(xié)議提供一種將偶然發(fā)生的錯誤從永久發(fā)生的錯誤和局部站失敗中區(qū)別出來的方法。這種方法可以通過對出錯站統(tǒng)計評估來確定一個站本身的錯誤并進入

17、一種不會對其它站產生不良影響的運行方法來實現，即站可以通過關閉自己來阻止正常數據因被錯誤地當成錯誤數據而被終。2 . 2 ARM7微處理器ARM7處理器是 ARM通用32位微處理器家族的成員之一，ARM處理器具有優(yōu)異的性能，但功耗卻很低，使用門的數量也很少，這很適合用于對于功耗要求嚴格的船用閥門的應用。ARM結構是基于精簡指令集計算機(RISC )原理設計的，指令集和相關的譯碼機制比復雜指令集計算機要簡單的多，這樣的簡化實現了 ARM處理器的如下特點：(1 )高的指令吞吐量(2) 出色的實時中斷相應(3) 小的、高性價比的處理器宏單元本文采用的是 LPC2119 ARM7 處理器，LPC211

18、9是基于一個支持實時仿真和跟蹤的 16/32 位ARM7TDMI-S CPU ，并帶有128/256K 字節(jié)嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘率下運行。對代碼規(guī)格有嚴格控制的應用可使16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過 30%，而性能的損失卻很小。由于LPC2119/2129 非常小的64腳封裝、極低的功耗、多個32位定時器、4 路10位ADC、2路CAN、PWM 通道、46個GPIO以與多達9個外部中斷使它 們特別適用于汽車、工業(yè)控制應用以與醫(yī)療系統(tǒng)和容錯維護總線。由于內置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網關、協(xié)議轉換

19、器以與其它各種類型的 應用。221 LPC2119 主要特性ARM 的全稱是 Advanced RISC Machines, 采用了精簡指令集計算機( Reduced Instruction Set Computer , RISC )指令結構， ARM 微處理器包 括很多系列，下面具體介紹本文所用到的 ARM7 微處理器系列。ARM7 系列微處理器為低功耗的 32 位 RISC 處理器，小型、快速、低能 耗、集成式 RISC 內核，用于移動通信。 ARM7 微處理器系列具有以下特點： ( 1) 16/32 位 ARM7TDMI-S 核，超小 LQFP64 封裝。( 2) 16 kB 片內靜態(tài)

20、RAM 。(3) 128/256 kB片內Flash程序存儲器，128位寬度接口 /加速器可實現高達 60 MHz 工作頻率。(4) 通過片內boot裝載程序實現在系統(tǒng)編程(ISP)和在應用編程(IAP)o 512 字節(jié)行編程時間為 1ms 。單扇區(qū)或整片擦除時間為 400ms 。(5) EmbeddedICE-RT可實現斷點和觀察點。當使用片內RealMonitor軟件對前 臺任務進行調試時，中斷服務程序可繼續(xù)運行。(6) 嵌入式跟蹤宏單元(ETM )支持對執(zhí)行代碼進行無干擾的高速實時跟蹤。(7) 2個互連的CAN接口，帶有先進的驗收濾波器。(8) 4路10位A/D轉換器，轉換時間低至2.4

21、4血。2(9) 多個串行接口，包括 2個16C550工業(yè)標準UART、高速I C接口( 400 kbit/s ) 和2個SPI接口(10 )通過片內PLL可實現最大為60MHz的CPU操作頻率。(11)向量中斷控制器。可配置優(yōu)先級和向量地址。( 12) 2個32 位定時器(帶 4路捕獲和 4路比較通道)、 PWM 單元( 6路輸出)、實 時時鐘和看門狗。(13) 多達46個通用I/O 口(可承受5V電壓)，9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引 腳。(14) 片內晶振頻率范圍：130 MHz o( 15) 2個低功耗模式：空閑和掉電。(16 )通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒。(17 )可通過個別

22、使能/禁止外部功能來優(yōu)化功耗。( 18 )雙電源 oCPU操作電壓范圍：1.65 1.95 V(1.8 V ± 0.15 V)I/O操作電壓范圍：3.03.6 V(3.3 V ± 10%)，可承受5V電壓。其結構圖如圖 2-1 所示：ARM?內 $ SR KfHSRAM雷齡FLAEH控期耦述闢冊口ARM7JDMSNAHHR中剛:為普*F空撫別!匕AMD AIIBV'MnVAH-4i*«XHH U VPIIVFH|折甘蝴Sn1幽G郭kHH ASHF IWII：HVI71WI :<JA*'riHUINSVilVU*RDM*M£t-

23、9; IWN時器VISPI Lhlftt 口i iMf用卩 .!-_.-_ 部EVI RT d.Ak l I置刼|時h pm*na£；N 幌 H D 盤 I圖2-1 : LPC2319結構圖CAN ）是一個串行通信CAN 的應用范圍很廣，從CAN ）是一個串行通信CAN 的應用范圍很廣，從LPC2119 包含兩個 CAN 控制器，控制器局域網 協(xié)議，它能有效支持高安全登記的分布實時控制、 高速的網絡到低價位的多路接線都可以使用 CAN 其特性包括如下幾點：（ 1 ）單個總線上的數據傳輸速率高達1Mb/s 。（ 2 ） 32 位寄存器和 RAM 訪問。（ 3 ）兼容 CAN2.0B 、

24、 ISO 11898-1 規(guī)范。222 LPC2119 的 CAN 控制器LPC2119 包含兩個 CAN 控制器，控制器局域網 協(xié)議，它能有效支持高安全登記的分布實時控制、 高速的網絡到低價位的多路接線都可以使用 CAN 其特性包括如下幾點：（ 1 ）單個總線上的數據傳輸速率高達1Mb/s 。（ 2 ） 32 位寄存器和 RAM 訪問。（ 3 ）兼容 CAN2.0B 、 ISO 11898-1 規(guī)范。3 總體方案設計3.1 閥門端簡介 閥門遙控系統(tǒng)對于船舶制造來說是其重要的組成部分，特別對于油船、化學制品船之類的特殊作用船類來說，要求更為嚴格。傳統(tǒng)的船用閥門一般采用液壓驅動、電氣驅動、氣動驅

25、動方式。處于安全因素的考慮，電纜線不允許下到船艙內，所以不得不采用液壓驅動的方式。液壓驅動閥門遙控系統(tǒng)由液壓泵站、電氣控制臺、 電磁閥箱、液壓驅動頭以與閥門組成。 其結構如圖 3-1 所示：rr '= IT近稈拎制畫 橫模世管邨?I的Jt制臺一J_-*#>動力單元1r安裝于甲M±. I的應益操作閥l_安裝T趣動器上 的應急操作閥站雙作H驅動器収作用驅動器的開關量樓擬童圖3-1 :液壓驅動閥門結構圖但是這種方案的缺點很明顯，一來只能用在干式場合（散貨船、集裝箱船等）不能用于浸沒式的場合（油船、化學品船能）；其次總體維修成本高，可靠性相對 較差。所以可以看出，液壓驅動閥門遙

26、控系統(tǒng)具有總體價格便宜，容易維護，且適 用范圍廣的特點；而電液驅動閥門遙控系統(tǒng)具有將液壓和電氣集中在一起，省去了 電磁閥箱和液壓泵站的特點，但存在一般不能用于需安裝在浸沒場合的缺點。3.2 系統(tǒng)總體設計 首先對系統(tǒng)進行分析后可知，基于 CAN 總線的智能閥門應有如下功能：(1) 接收電機電流檢測信號，與額定電流進行比較，用來控制電機的起停與正反轉， 并實現電機故障檢測與保護。(2) 接收控制信號與壓力反饋信號，將兩者進行比較，進一步實現對電機故障的檢 測與保護。；(3) 實現零點，行程，靈敏度以與電機額定電流等參數的設定。(4) 具有 CAN 通信接口，實現遠程監(jiān)控。所以得先對電機的電流大小和

27、壓力的大小有所了解，才能進一步進行設計。用 一個簡單的控制器控制電機的啟動和停止，簡單控制過程是：閥門啟動，全部打開 后 3 秒鐘停止，過 5 秒鐘重新啟動，閥門開始關閉，全部關閉后 3 秒鐘停止，過 5 秒鐘重新啟動，循環(huán)前面。運行結果如圖3-2所示:圖3-2 :運行圖從圖中電流的變化過程我們可以看到，在閥門全幵或是全閉之后可以看到電流 會變大，根據這一點可以控制電機的啟停和正反轉。以上功能分析可以看出，系統(tǒng)功能的要求并不復雜。這里控制器CPU選擇LPC2119 ARM7 處理器，其高性能、低功耗領域發(fā) 統(tǒng)總體 如圖的特點可以在工業(yè)圖 3-3 系統(tǒng)硬件結構圖3.3 控制器硬件設計控制器的設計

28、主要包括硬件設計和軟件設計，硬件設計是整個系統(tǒng)的根本，只 有在完善的硬件上才能編出完善的軟件來運行整個系統(tǒng)，從而使整個系統(tǒng)達到理想 的結果。啟動電源后， ARM 主機開始系統(tǒng)初始化， 如操作系統(tǒng)初始化， I/O 初始化， 定時器初始化，串口初始化，創(chuàng)建任務如采樣、保護、通信、調試等任務，最后進 入正常監(jiān)控運行狀態(tài)。系統(tǒng)通過 CAN 總線與上位機或者網關連接，測控模塊完成 電流信號、開關量的采集，并根據系統(tǒng)設置執(zhí)行相應的動作。根據設計要求， 本文中的 ARM 開發(fā)基于 LPC2119 微處理器，需開發(fā)如下電路： 復位電路、時鐘電路、穩(wěn)壓電源電路等基本電路，壓力信號采集、電流信號采集等 前項通道的

29、電路設計，電機控制電路后項通道的電路設計，通信電路的設計等。33 1 最小應用系統(tǒng)的電路設計（1）復位電路LPC2119 開始執(zhí)行程序前，首先要對機器內部的全部寄存器、 I/O 接口等進行 復位，所以整個設計中首先需要一個復位電路。 LPC2119/2129/2194/2292/2294 有兩個復位源： RESET 管腳和看門狗復位。 RESET 管腳為施密特觸發(fā)輸入管腳，帶有一個額外的干擾濾波器。任何復位源提供的芯片復位都會啟動喚醒定時器，復 位將保持有效直至外部復位撤除，振蕩器幵始運行。當計數達到一個固定個數的時 鐘時，Flash控制器完成其初始化。(2 )時鐘電路LPC2119內部集成時

30、鐘電路，可以給系統(tǒng)運行提供準確的時鐘。(3)直流穩(wěn)壓電源設計為了確保整個系統(tǒng)能夠有效的運行，我們必須有一個電源模塊，且它的精度對于整個系統(tǒng)而言有著重要的影響。我們所需要的直流穩(wěn)壓源包括電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分，在經過這四部分后可以得到比較穩(wěn)定的直流電源，但是通 常這樣得到的電壓還會有波動，并不是十分穩(wěn)定的，所以需要加個穩(wěn)壓電路。直流 穩(wěn)壓電路如圖3-4所示:圖3-4直流穩(wěn)壓電源電路本系統(tǒng)提供電壓，系統(tǒng)中所用工作電壓需要+12V還需要+5V，故用集成穩(wěn)壓器LM78M05將+12V電壓轉換為+5V電壓，這類穩(wěn)壓器所需外接元件少，因為其芯片內部已經設有過流、過熱保護以與調整管安全保護電

31、路，所以使用非常方便，而且可靠，被廣泛應用于各種電子設備中。電源電路如圖3-7所示，電路中接入電容用來實現頻率補償，防止穩(wěn)壓器產生高頻自激震蕩和抑制電路中引入的高頻干擾，電解電容用以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。33 2 前項通道的設計前項通道設計即閥門端的硬件設計，一般包括信號采集、信號調節(jié)以與信號轉 換等電路，是微處理器和被測對象與控制參數輸入部分之間聯(lián)系必不可少的橋梁。（1）電機電流反饋信號輸入接口 為了保證電機的正常運行，需要在電機運行時對電機的實際電流進行檢測，并 將檢測結果與額定電流進行比較，還要注意進行過流、堵轉等故障處理。在電機運 行時會出現一些非正常狀態(tài)，一般當

32、檢測到電動機電流超過額定電流的 28 倍時， 可以說其處于非正常狀態(tài)，當然如果這種情況很短暫的，可以不把其認為是非正常 狀態(tài)。控制器在對檢測到的電流進行處理時，根據電機電流與額定電流的比值大小 確定時間 t ，如果電機在一定時間 t 內保持過流，則斷開電機，發(fā)出報警信號；如 果電機電流是額定電流的 810 倍，則判斷為電機短路，則立即斷開電機，發(fā)出報 警信號；當檢測到電流小于額定電流的 0.6 倍，如果電機電流小于額定電流的 0.6 倍達到一定的時間，則認為電機斷相，立即斷開電機，發(fā)出報警信號。經過分析， 本系統(tǒng)采用霍爾型電流互感器對電機電流進行檢測。關于霍爾型電流傳感器這里不 做詳細介紹。本

33、系統(tǒng)選用的是300W/220V 的單相交流電機，故選擇SENSOR （北 京森社）霍爾電流傳感器 CHS-3A/V1 ，其額定電流為 3A 、可隔離測量交流電流、 輸出15V直流標準信號、電源電壓為 12V。電機電流經過霍爾型電流傳感器，輸 出為 15V 標準電壓，經其電壓比較器 LM393 ，輸出轉化為數字信號，電路如圖 3-5 所示：圖3-5電機電流檢測電路（2 ）壓力反饋信號輸入接口由于閥門系統(tǒng)是建立在油壓的基礎上，經過傳輸、處理，送至控制器，再經過系統(tǒng) 的比較、分析作出相應的控制判斷，從而使整個系統(tǒng)可靠的運行。根據分析，本系 統(tǒng)采用PTP503油壓變送器，PTP503油壓變送器采用不銹

34、鋼整體構件，進口彈性 原件，高精度應變計與先進的貼片工藝，油壓變送器具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、良好的抗沖擊能力。其主要技術參數如下：壬口量程：-0.1 0 1 150(MPa)綜合精度：0.25%FS、0.5%FS、1.0%FS輸出信號：420mA（二線制）、05V、15V、010V（三線制）供電電壓：24DCV(9 36DCV)介質溫度：-20 85 150 C環(huán)境溫度：常溫(-2085 C )負載電阻：電流輸出型：最大 800 Q;電壓輸出型：大于50K Q絕緣電阻：大于 2000M Q (100VDC)密封等級：IP65長期穩(wěn)定性能：0.1%FS/年振動影響：在機械振動頻率20Hz1000

35、Hz內，輸出變化小于0.1%FS電氣接口（信號接口）：緊線螺母+四芯屏蔽線機械連接（螺紋接口）：1/2-20UNF 、M14 X 1.5、M20 X 1.5、M22 X等1,5其它螺紋可依據客戶要求設計外形尺寸： M20 X26 X 115由壓力傳感器采集到的模擬量壓力反饋信號經電壓比較器LM393，輸出數字量信號，再輸入微處理器I/O 口，壓力反饋信號拾取電路圖如圖3-6所示：圖3-6壓力反饋信號拾取電路3 . 3 . 3后項通道設計后項通道的設計主要是針對電機正反轉控制電路的設計，電機正反轉控制部分要求電機能實現正反轉的換向功能，并且要求正反轉互鎖。本文選用固態(tài)繼電器（Solid Stat

36、e Relay ，簡稱SSR）作為幵關器件。微處理器的控制信號經過光耦TPL521-1隔離，將信號傳給繼電器驅動單相電機正反轉。其電路如圖 3-7所示：圖3-7電機正反轉驅動電路4軟件介紹上面詳細介紹了整個系統(tǒng)的硬件設計部分，該章將重點介紹系統(tǒng)的軟件部分的 設計。一個系統(tǒng)能否有效的運行，很大程度上取決于軟件設計的優(yōu)劣。一個合理的 軟件設計能夠充分發(fā)揮微處理器的運算和邏輯控制能力，可靠地實現系統(tǒng)的各種功 能。4.1控制器軟件設計控制器的編程選用 ADS1.2軟件，ADS1.2是一個使用方便的集成幵發(fā)環(huán)境，全稱是ARM Developer Suite v1.2。它是由ARM公司提供的專門用于 AR

37、M相關應用幵發(fā)和調試的綜合性軟件。在功能和易用性上比較 SDT都有提高，是一款功能 強大又易于使用的幵發(fā)工具。ADS囊括了一系列的應用，并有相關的文檔和實例的 支持。使用者可以用它來編寫和調試各種基于ARM家族RISC處理器的應用。ADS主要由以下部件構成：（1 ）命令行幵發(fā)工具（2）圖形界面幵發(fā)工具（3）各種輔助工具（4 ）支持軟件本文中的CAN總線和各閥門端的關系如圖 4-1所示：圖4-1系統(tǒng)總體結構圖根據分析，本文需要對 CAN總線實現初始化、設置中斷響應函數、發(fā)送數據等功能。流程圖如圖4-2所示：圖 4-2 CAN 總線流程圖這里分布介紹：(1) 初始化 CAN使用 CANInit()

38、 函數完成創(chuàng)建 CAN 控制器所需要的軟硬件資源，并完成對應的引腳功能配置。CanInit(CAN1,pucCanArg,NULL); / 初始化 CAN 控制器 0(2) 設置中斷響應函數在初始化 CAN 控制器之后，收發(fā)數據之前，應該使用 SetVICIRQ() 函數設置 CAN 中斷響應函數。在 can.h 頭文件中已經提供 CAN 的中斷服務函數，只需要使 用 SetVICIRQ() 函數對其進行設置即可。SetVICIRQ(CAN_IRQ_CHN,7,(uint32)Can_ISR); / 設置中斷響應函數，優(yōu) 先級 7(3) 發(fā)送數據數據的發(fā)送使用 CanWrite() 函數，以幀

39、格式進行。 發(fā)送數據前， 需要根據 CAN 數據幀結構填寫發(fā)送數據，然后使用 CanWrite() 函數將數據發(fā)送到 CAN 總線。CANINFO dat1; / 發(fā)送緩沖，大小為 1 幀/ 填充 CAN 發(fā)送數據， 擴展幀，數據長度為 8，/ 數據 0x11 0x22 0x33 0x44 0x55 0x66 0x77 0x88 0x99dat0.canrfs =FILFRAME(0X88,FRAME_DATA,FRAME_EXT);/ 填充幀信息/ 數據dat0.canid =0x55; / 幀 IDdat0.candat0 =0x44332211;dat0.candat1 =0x88776

40、655; / 數據CanWrite(CAN1,dat,1,NULL); / 發(fā)送 1 幀數據(4) 接收數據CAN 總線數據的接收通過 CanRead() 函數完成。CANINFO dat1; / 接收數據If(1 = CanRead(CAN1,dat,1,NULL) / 讀 1 幀數據/數據處理4.2 VB 監(jiān)控軟件設計VB6.0 全稱為 Visual Basic6.0 ，它是一種開發(fā)圖形用戶界面的基于 Basic 的可 視化程序設計軟件。在 Visual Basic 6.0 中，一方面繼承了先輩 Basic 所具有的程 序語言簡單易用的特點，另一方面在其編程系統(tǒng)中采用了面向對象、事件驅動的

41、編 程機制，提供了一種所見即所得的可視化程序設計方法。通過 Visual Basic 提供的 MSComm 串行通信對象，可以很容易的編寫相關的串 行通信程序如下：Private Sub Com_open_Click()On Error GoTo err1If MSComm1.PortOpen = True ThenMSComm1.PortOpen = FalseEnd IfIf Not MSComm1.PortOpen ThenMSComm1.CommPort = Com_port.Text'通信口'串口參數設置MSComm1.Handshaking = 0'握手信號MSComm1.Settings = "9600,E,8,1"MSComm1.PortOpen = TrueCom_fig.FillCo