畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-數(shù)字液壓閥的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、北京工商大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）摘 要液壓閥是流體傳動(dòng)中不可或缺的功能單元。一方面，流體傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)需要液壓閥相應(yīng)提高性能；另一方面，液壓閥本身的創(chuàng)新也給流體系統(tǒng)帶來(lái)了新的活力。如今，液壓閥在體積、性能、能耗、智能化、制造加工工藝等方面都有了極大的發(fā)展。隨著液壓系統(tǒng)與電子技術(shù)、IT技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，液壓閥進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。液壓數(shù)字閥是未來(lái)與比例閥、伺服閥相輔相爭(zhēng)的一個(gè)全新的新閥種。它具有價(jià)格更低、更易與計(jì)算機(jī)相接、放大驅(qū)動(dòng)裝置更簡(jiǎn)單，而且體積更小的特點(diǎn)?？此莫?dú)特性能，在今后的市場(chǎng)上，勢(shì)必將占有更大的份額！關(guān)鍵詞：數(shù)字液壓閥；步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī)控制；壓力傳感器反饋AbstractThe

2、hydraulic valve is the indispensable part of function unit in the fluid drive. The fluid drive systems optimized promotion needs the hydraulic valve to enhance the performance correspondingly; On the other hand, hydraulic valves innovation also bring new vigor to the fluid system. Now, the hydraulic

3、 valve had enormous development in aspects volume, performance, energy consumption, intellectualized, manufacture processing craft and etc. Along with the hydraulic system, the electronic technology, the IT technology and networkings fusion, the hydraulic valve entered digital times. In the future,

4、the hydraulic pressure digital valve will be a brand new valve which the proportioning valve, the servo valve auxiliary will contend with. It has the lower price , easier docking to the computer, simpler enlargement drive, moreover, the smaller volume. Its unique performance, will hold a bigger shar

5、e inevitably in presents market!Keyboard：hydraulic valve；stepper motor；SCM Control；Pressure sensor feedback目錄第一章緒論1 1.1目的和意義 -1 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 - 31.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 -5第二章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) -2.1 液壓閥的選擇 -67 2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 -72.3 壓力傳感器的選擇 -2.4 改造圖及說(shuō)明 -第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) -910133.1 89C51單片機(jī)的介紹 -3.1.1 引腳簡(jiǎn)要說(shuō)明 -14143.1.2 P3口的第二功能 -3.2 步進(jìn)

6、電機(jī)工作原理的介紹 -15153.3 硬件部分設(shè)計(jì) -3.3.1 單片機(jī)電路 -3.3.2 反饋電路 -3.3.3 電路圖 -第四章 控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) -4.1 環(huán)形脈沖分配 -4.2 步進(jìn)電機(jī)的頻率設(shè)定 -4.3 89C51單片機(jī)源程序 -第五章 實(shí)驗(yàn) -5.1 實(shí)際實(shí)驗(yàn) -5.2實(shí)驗(yàn)步驟 -5.3 實(shí)際誤差 -5.4 實(shí)驗(yàn)圖片 -參考文獻(xiàn) -附錄 -161616171920212125252630303233數(shù)字液壓閥的系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章 緒論1.1 目的和意義液壓閥的發(fā)展應(yīng)從技術(shù)與市場(chǎng)相結(jié)合來(lái)看，它分成三個(gè)層次和三種發(fā)展方向。首先是以技術(shù)占領(lǐng)市場(chǎng)制高點(diǎn)，高端市場(chǎng)需要高層次、高水平的技術(shù)。

7、目前，通用的是CAN總線(xiàn)，這種機(jī)電液總線(xiàn)一體化的技術(shù)將占領(lǐng)未來(lái)5年以上的技術(shù)制高點(diǎn)。各大跨國(guó)液壓公司已經(jīng)或正在發(fā)展基于這一技術(shù)基礎(chǔ)上的液壓閥系列產(chǎn)品，并用于液壓泵的變量控制以及系統(tǒng)的各種閥控回路上。這方面的發(fā)展以工程機(jī)械液壓產(chǎn)品領(lǐng)先，如已用于攤鋪機(jī)的液壓控制上， 這方面的跨國(guó)企業(yè)有Sauer-Danfoss的PLUS1系列產(chǎn)品；Rexroth也在致力于發(fā)展這方面的產(chǎn)品與技術(shù)。這些跨國(guó)企業(yè)在這方面已經(jīng)走在前列。第二個(gè)層面是技術(shù)與市場(chǎng)相結(jié)合。這是目前國(guó)際市場(chǎng)上一種流行的理念，即不僅僅是提供產(chǎn)品而是提供給用戶(hù)所需的解決方案或整體銷(xiāo)售理念。目前這種理念更發(fā)展為液壓銷(xiāo)售商提供給用戶(hù)的是增值服務(wù)，而不只是

8、傳統(tǒng)的產(chǎn)品本身。第三個(gè)層面是市場(chǎng)因素占主導(dǎo)，液壓閥的發(fā)展在于集成度的提高，以及大批量、低成本的生產(chǎn)模式。在這方面值得注意的是螺紋插裝閥，它作為液壓元件五種連接方式之一，正以更快的速度增加市場(chǎng)占有量。今后的趨勢(shì)是螺紋插裝閥在擠壓板式閥的市場(chǎng)空間。盡管板式閥在今后幾年中仍然是市場(chǎng)的主體，但已不占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。今后插裝閥會(huì)逐步取代板式閥成為閥類(lèi)的主體。這是因?yàn)槁菁y插裝閥不只是一種結(jié)構(gòu)形式的變化，而它還給液壓閥的發(fā)展帶來(lái)了原來(lái)意想不到的推動(dòng)力。螺紋插裝閥最初是由于工程機(jī)械需要液壓閥減輕重量而產(chǎn)生，同時(shí)這種閥還具有重量輕、成本低、易開(kāi)發(fā)、集成度高、易組合、知識(shí)專(zhuān)有性強(qiáng)、系統(tǒng)變化適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。因此它不僅為

9、液壓閥的發(fā)展帶來(lái)更大的可塑性，也給系統(tǒng)的形成帶來(lái)更多的專(zhuān)有性。近年來(lái)有些國(guó)外液壓系統(tǒng)專(zhuān)利正是應(yīng)用螺紋插裝閥而獲得的。今后二通插裝閥與螺紋插裝閥可分割閥的整個(gè)流量范圍，即二通插裝閥用于300500 l/min以上，螺紋插裝閥用于300500 l/min以下的系統(tǒng)領(lǐng)域。同時(shí)應(yīng)該看到液壓正向4248MPa 領(lǐng)域發(fā)展，要能達(dá)到這一壓力領(lǐng)域，閥的連接形式只有插裝式。液壓數(shù)字閥是未來(lái)與比例閥、伺服閥相輔相爭(zhēng)的一個(gè)全新的新閥種。它具有價(jià)格更低、更易與計(jì)算機(jī)相接、放大驅(qū)動(dòng)裝置更簡(jiǎn)單，而且體積更小的特點(diǎn)。典型的應(yīng)用在Sauer-Danfoss的PVG比例多路閥上已經(jīng)可見(jiàn)，EATONVICHERS的二通插裝流量閥

10、專(zhuān)利產(chǎn)品也可見(jiàn)到。上海豪高機(jī)電科技有限公司在2006年開(kāi)發(fā)出了用于31.5MPa下的高速開(kāi)關(guān)數(shù)字閥，空載頻響在0.2ms以下，31.5MPa下頻響在2ms以下，達(dá)到了目前的最好水平，之所以達(dá)到這一水平主要原因是材料的突破。我國(guó)的液壓工業(yè)經(jīng)過(guò)不到五十年發(fā)展，已跨入世界前列。液壓工業(yè)應(yīng)抓住改革開(kāi)放大發(fā)展的機(jī)遇，企業(yè)家與技術(shù)人員要更新產(chǎn)品和理念，從為用戶(hù)增值的理念體現(xiàn)出市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，站在市場(chǎng)的高峰和前列。多路閥得到廣泛應(yīng)用：閥在組合成液壓系統(tǒng)時(shí)，有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是必須給它們?cè)O(shè)計(jì)安裝閥板。安裝閥板的配合孔精度要求很高，在單件小批量非數(shù)控加工的條件下，很容易產(chǎn)生不合格品。那么有沒(méi)有一種不需要加工閥板，

11、又能任意組合的能形成特定控制功能的閥組呢？這就是多路閥。多路閥有手柄凸輪、拉桿、遙控軟軸、旋轉(zhuǎn)手柄等控制方式。其中手柄控制使用最為廣泛，即可以控制動(dòng)作又可以作為應(yīng)急備用。如在高空作業(yè)車(chē)中，當(dāng)作業(yè)臂舉升到一定高度而控制電器發(fā)生故障時(shí)，為了保證人身安全，必須把作業(yè)臂降下來(lái)，這時(shí)只需要扳動(dòng)換向手柄即可。多路閥有純電控、氣控、電液控等多種換向方式。常規(guī)的板式安裝閥幾乎不能做到既帶手柄又帶電、氣液聯(lián)合控制方式。而移動(dòng)液壓設(shè)備住往又有這個(gè)要求，即在電器自動(dòng)控制方式失效時(shí)必須做到能夠手動(dòng)控制，便于將作業(yè)功能恢復(fù)后對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修。多路閥進(jìn)油聯(lián)、控制聯(lián)、出油聯(lián)能夠有機(jī)地組合在一起，只進(jìn)行簡(jiǎn)單的拆分就可以湊成聯(lián)數(shù)

12、不同的換向閥組來(lái)分別控制多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如油缸、液壓、馬達(dá)等。多路閥本身并不需要用戶(hù)自己加工閥板，這樣多路閥在使用過(guò)程中，對(duì)用戶(hù)就沒(méi)有過(guò)高的工藝要求，基本杜絕了常見(jiàn)液壓系統(tǒng)泄漏的通病。再加上多路閥結(jié)構(gòu)緊湊，所以在工程機(jī)械、專(zhuān)用車(chē)輛等各種移動(dòng)設(shè)備上使用相當(dāng)廣泛。由于多路閥是三位六通的，控制聯(lián)可以做成串聯(lián)功能的，幾個(gè)閥組之間只需一根油管就可以組成一個(gè)過(guò)橋油路，使用起來(lái)非常方便，對(duì)防止設(shè)備聯(lián)動(dòng)，提高設(shè)備的使用安全性是相當(dāng)必要的。另外多路閥也可以在工作油口上加裝液壓鎖、過(guò)載閥、卸荷閥等。多路閥還可以做成比例閥型、負(fù)載敏感型、LS反饋型等多種特殊功能的類(lèi)型。節(jié)能是持續(xù)的挑戰(zhàn)：液壓控制閥的工作總是伴隨著壓力

13、損失，即能量損失。在一定意義上，液壓閥的功能是以能量損失為代價(jià)而獲得的。從節(jié)能的角度看，采用泵控的液壓系統(tǒng)應(yīng)比閥控的系統(tǒng)好。但從總體的工況、性能、多重負(fù)載以及成本等各個(gè)方面綜合考慮，閥控的液壓系統(tǒng)還是處于主導(dǎo)的位置。因此，一方面在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候，應(yīng)盡可能地考慮節(jié)能措施，如采用變量泵、負(fù)載傳感控制或三通型調(diào)速等。另一方面采用高性能、高質(zhì)量、高可靠及低成本的液壓閥就是一種節(jié)能措施。如閥體的鑄造流道經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，精密鑄造，表面光潔、流暢，這樣的閥體必定外形緊湊、重量輕，且通流能力強(qiáng)，故可減少液流流經(jīng)閥體內(nèi)部通道時(shí)產(chǎn)生的不必要的流阻損失。如果同樣功能的控制閥，其中某種閥的抗污染能力強(qiáng)，工作可靠性好，則其

14、可避免高額的過(guò)濾成本，更可降低因故障而造成停產(chǎn)損失等風(fēng)險(xiǎn)，這也可以說(shuō)是具有很好的節(jié)能效應(yīng)。一種液壓閥只能實(shí)現(xiàn)一種功能，這樣容易使系統(tǒng)閥塊體積過(guò)大。產(chǎn)品和產(chǎn)品之間的兼容性不好也很容易造成液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定，由此引發(fā)一系列的發(fā)熱、泄漏等非節(jié)能問(wèn)題。所以液壓閥的集成化發(fā)展方向應(yīng)該在節(jié)能方面是可行的，這樣可以減少泄漏，提高產(chǎn)品間的兼容性，一種閥可以實(shí)現(xiàn)3種甚至4種功能，這樣對(duì)節(jié)能是有幫助的，也提高了應(yīng)用的便捷性。此外各個(gè)公司的加工手段、加工工藝的好壞，先進(jìn)與否也很大程度上影響到閥的性能和節(jié)能問(wèn)題。數(shù)字化控制漸成趨勢(shì)：在更小的空間實(shí)現(xiàn)更多功能組件的設(shè)置,以滿(mǎn)足應(yīng)用中的特殊要求，是目前液壓產(chǎn)品設(shè)計(jì)中突出的問(wèn)題

15、。比例技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合可以解決這類(lèi)問(wèn)題，是未來(lái)液壓應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展方向。由于有永久存儲(chǔ)功能，數(shù)字管理保證了系統(tǒng)設(shè)置的可重復(fù)性，數(shù)字組件測(cè)試保證了所有功能參數(shù)設(shè)置的可重復(fù)性，新的控制技術(shù)提高了比例閥的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不懈的研究開(kāi)發(fā)，Atos公司在新型數(shù)字化電液技術(shù)上取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，并不斷在不同的領(lǐng)域成功應(yīng)用。相關(guān)的產(chǎn)品信息包括形成具有高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的比例插裝閥；形成具有P/Q組合比例控制功能的閥、插件、變量泵及伺服執(zhí)行器；形成具有便捷的參數(shù)設(shè)置和強(qiáng)大診斷功能可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的閥件；形成具有比例控制的防爆閥及不銹鋼閥；可在高強(qiáng)度振動(dòng)和沖擊等苛刻工況下，“粗獷”地操作運(yùn)行

16、；數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的接線(xiàn)，同時(shí)提高了系統(tǒng)的使用效率。 Atos新型數(shù)字電液技術(shù)可為任何電液軸提供位移、速度或力的閉環(huán)控制方案。通過(guò)一個(gè)帶有內(nèi)置位移傳感器的伺服缸，一個(gè)帶有閉環(huán)功能數(shù)字控制器的比例閥，連接到電源和閥體本身的電子傳感器反饋，并連接到機(jī)器設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，是實(shí)現(xiàn)高精度可控制軸運(yùn)動(dòng)的最佳解決方案。目前，Atos數(shù)字電液技術(shù)主要應(yīng)用于注塑機(jī)行業(yè)的壓力/流量控制，吹塑機(jī)的壁厚控制。液壓軸向同步控制主要應(yīng)用在CNC折彎?rùn)C(jī)的折彎階段，陶瓷壓機(jī)取料功能，大型工業(yè)提升器的平臺(tái)控制，還可應(yīng)用于航天工業(yè)的高精度仿真模擬試驗(yàn)設(shè)備、娛樂(lè)及訓(xùn)練系統(tǒng)。與常規(guī)的伺服閥相比，派克漢尼汾公司開(kāi)發(fā)的采

17、用VCD（音圈驅(qū)動(dòng)）技術(shù)的DFplus系列比例閥的動(dòng)、靜態(tài)特性完全能滿(mǎn)足液壓伺服系統(tǒng)的要求，而其結(jié)構(gòu)上避免了“噴嘴”等對(duì)污染極其敏感的因素。因此，該系列閥對(duì)油液清潔度的要求都大大低于傳統(tǒng)的伺服閥，僅與一般的比例閥相當(dāng)，故其工作可靠性好，使用成本大大降低。順便提及的DFplus是派克漢尼汾公司為更好地適應(yīng)現(xiàn)代控制技術(shù)而開(kāi)發(fā)的新型液壓元件。此外，派克公司同時(shí)開(kāi)發(fā)了一系列配套的數(shù)字式電子控制器，能直接與計(jì)算機(jī)或程序控制器連接，用以作為主機(jī)控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)之間信息傳遞和處理的橋梁，為主機(jī)的總體控制提供了極為方便、準(zhǔn)確和有效的工具。目前液壓閥的發(fā)展程度可歸結(jié)為產(chǎn)品功能與規(guī)格基本齊全，可滿(mǎn)足工程的總體需

18、求。但隨著材料技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及先進(jìn)加工技術(shù)的發(fā)展，呈現(xiàn)出液壓閥發(fā)展的多元性及深入性。由材料技術(shù)與電控技術(shù)的發(fā)展，加上計(jì)算機(jī)技術(shù)的需要，催生出液壓高速開(kāi)關(guān)閥即液壓數(shù)字閥。它目前已嶄露頭角，但應(yīng)用仍不為注目，然而它將是伺服閥與比例閥的更新?lián)Q代產(chǎn)品。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，催生出以微處理器與軟件技術(shù)結(jié)合的具體總線(xiàn)傳輸控制的液壓閥系列化產(chǎn)品。目前這種閥的名稱(chēng)還停留在各跨國(guó)公司的命名上。建議稱(chēng)為總線(xiàn)控制型液壓閥（或簡(jiǎn)稱(chēng)線(xiàn)控或網(wǎng)控液壓閥）。這種系列產(chǎn)品目前在液壓閥的技術(shù)發(fā)展中是最高端技術(shù)的產(chǎn)品。另外，由于先進(jìn)加工技術(shù)如數(shù)控機(jī)床的推廣，催生出液壓螺紋插裝閥的發(fā)展與應(yīng)用，它使液壓閥的制

19、造與應(yīng)用都產(chǎn)生深刻的影響和變化。在今后幾年，螺紋插裝閥的市場(chǎng)占有量將由現(xiàn)在的5%10%增至25%30%，二通插裝閥的市場(chǎng)占有量將由現(xiàn)在的15%20%增至20%25%，而疊加式、板式、管式等閥種的市場(chǎng)占有量將有可能下降。 目前，國(guó)內(nèi)的企業(yè)正從設(shè)備等硬件設(shè)施與管理等軟件設(shè)施各方面追趕世界先進(jìn)水平，并取得了明顯的成績(jī)，他們的產(chǎn)品在2006年的PTC ASIA展覽會(huì)上大家有目共睹。總的來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)閥優(yōu)勢(shì)在價(jià)格，差距在質(zhì)量。但這只是從表面上看，我國(guó)液壓工業(yè)與國(guó)外相比在液壓閥方面的差距，在中低端市場(chǎng)上既不在于技術(shù)也不在于質(zhì)量，而在于管理。說(shuō)到底，真正的差距是理念上的及資金體制與機(jī)制方面的，實(shí)質(zhì)上并不是技術(shù)上

20、的，包括高端市場(chǎng)。1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我采用實(shí)驗(yàn)法，選擇在KEILC51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，以確定實(shí)際中所需要的參數(shù)，再使用這些參數(shù)完成相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算，最終確定設(shè)計(jì)方案。主要是對(duì)于數(shù)字液壓閥這個(gè)新領(lǐng)域的一個(gè)探索，這是一個(gè)機(jī)電一體化的產(chǎn)品，體現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品一個(gè)未來(lái)的走勢(shì)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：1. 液壓閥改造（步進(jìn)電機(jī)與液壓閥的連接）；2. 單板機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)；3. 壓力傳感器反饋。第二章 數(shù)字液壓閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械部分設(shè)計(jì)，其中一個(gè)主要的部分就是對(duì)于普通液壓閥的改造，使其成為一個(gè)數(shù)字液壓閥，可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。而這其中就包括了三個(gè)重要部分：傳動(dòng)部分、控制部分、反饋

21、部分。在傳動(dòng)部分中，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用了步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)液壓閥的轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)可以運(yùn)用單片機(jī)的輸出功能,通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)輸出3個(gè)信號(hào)分別給步進(jìn)電機(jī)的三相A、B、C,并通過(guò)輸出時(shí)信號(hào)的循環(huán)次序,來(lái)設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及輸出信號(hào)的頻率以便設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。這是非常容易實(shí)現(xiàn)的一個(gè)控制方式，簡(jiǎn)單方便。而且，在我的設(shè)計(jì)中，步進(jìn)電機(jī)軸將與液壓閥的軸同軸連接，這樣可以得到一個(gè)穩(wěn)定的傳動(dòng)比，也就是1：1的傳動(dòng)比，易于設(shè)計(jì)和計(jì)算。雖然用齒輪傳遞動(dòng)力可以得到不錯(cuò)的扭矩，但是精確度不能保證，對(duì)于空間的占用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接連接的方式，與本次設(shè)計(jì)思想不符，所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)還是采用步進(jìn)電機(jī)軸將與液壓閥的軸同軸連接的方式的理

22、念進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于控制部分，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將使用89C51單片機(jī)進(jìn)行控制。89C51單片機(jī)是一個(gè)使用很普遍的芯片，它的40個(gè)引腳的功能，也基本上可以滿(mǎn)足我這次設(shè)計(jì)的需要，是一個(gè)很好用的芯片。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，89C51單片機(jī)將作為一個(gè)控制芯片，對(duì)其編輯程序，便可以讓它對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行一定的控制，不如控制轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)方向等。由于89C51輸出的信號(hào)比較弱，所以必要的時(shí)候會(huì)連接一個(gè)放大芯片，以放大信號(hào)，這樣可以更好的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。最后是反饋部分，對(duì)于一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，反饋部分是很重要的一個(gè)部分。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，基于執(zhí)行元件是液壓閥，所以我設(shè)計(jì)了壓力傳感器作為一個(gè)反饋系統(tǒng)，它的作用是測(cè)量液壓閥系統(tǒng)內(nèi)部的壓力

23、，以反饋給89C51單片機(jī)，讓89C51單片機(jī)可以通過(guò)反饋的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的控制。由于壓力傳感器反饋的信號(hào)是一個(gè)電信號(hào)，所以還需要把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，這就需要一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片在壓力傳感器與89C51之間進(jìn)行工作。以上就是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，對(duì)于機(jī)械部分的一些構(gòu)思，基于以上構(gòu)思，我將進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)，以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)和這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)達(dá)到的要求。2.1 液壓閥的選擇本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將選用YG13H型高靈敏度先導(dǎo)式減壓閥，下面是這個(gè)型號(hào)的減壓閥的介紹：本系列減壓閥屬于先導(dǎo)活塞式減壓閥。由主閥和導(dǎo)閥兩部分組成。主閥主要由閥座、主閥盤(pán)、活塞、彈簧等零件組成。導(dǎo)閥主要由閥座、閥瓣、膜片、彈簧、調(diào)節(jié)彈簧等零件

24、組成。通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)彈簧壓力設(shè)定出口壓力、利用膜片傳感出口壓力變化，通過(guò)導(dǎo)閥啟閉驅(qū)動(dòng)活塞調(diào)節(jié)主閥節(jié)流部位過(guò)流面積的大小，實(shí)現(xiàn)減壓穩(wěn)壓功能。本系列產(chǎn)品在普通減壓閥基礎(chǔ)上做了以下改進(jìn)，加大了活塞面積，改變了節(jié)流結(jié)構(gòu)，改變了密封形式，改進(jìn)了導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)彈簧形式，從而從以下幾方面提高了產(chǎn)品的性能：1、提高了對(duì)出口壓力變化的傳感效能，提高了靈敏度，大大降低了因上游壓力變化，流量變化等因素引起的壓力偏差。2、改善了流線(xiàn)分布，降低了噪聲。3、改進(jìn)了密封面結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)了密封面壽命。本產(chǎn)品主要用于液壓管路，適用于進(jìn)口壓力變化大，流量變化大的液壓管路。我選擇這款液壓閥有以下幾個(gè)理由：首先，它本身可以用于液壓油路，而

25、且它的性能可以適應(yīng)大流量（本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，液壓閥必須可以承受30MPa的壓力）；其次，他可以適應(yīng)大流量的變化（030MPa的壓力變化）；它的靈敏度比較高，比較適合改造成數(shù)字液壓閥；最后，它的結(jié)構(gòu)比較好，可以較為容易的進(jìn)行改造工作。2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，通俗地說(shuō)：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 一、步進(jìn)電機(jī)常識(shí) 常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁

26、式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB），永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。 二、計(jì)算在選用步進(jìn)電機(jī)之前，我必須做一個(gè)計(jì)算，需要得到一個(gè)數(shù)值，以確定選用的步進(jìn)電機(jī)必須提供多大的扭矩才能帶動(dòng)我選用的液壓閥轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)！根據(jù)我選用的YG13H型高靈敏度先導(dǎo)式減壓閥，它的先導(dǎo)閥心的開(kāi)口直徑為2mm，本

27、次畢業(yè)設(shè)計(jì)所要求的液壓閥的最大壓力為30MPa，這樣我們就能算出，所需要步進(jìn)電機(jī)的扭矩，計(jì)算如下：F = P * A =30 * 3.14 * 1 * 1 = 94.2N(液壓系統(tǒng)的阻力)P扭 = F * S =94.2 * 0.006 =0.57N/m（電動(dòng)機(jī)必須提供的扭矩）根據(jù)上面的計(jì)算，電動(dòng)機(jī)的扭矩必須大于0.57N/m才能把液壓閥帶動(dòng)起來(lái)，所以根據(jù)需要我選用混合式步進(jìn)電機(jī)BS86HB65-04三、混合式步進(jìn)電機(jī)BS86HB65-04下面列出了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到的混合式步進(jìn)電機(jī)的一些典型參數(shù)： 產(chǎn)品名稱(chēng)：BS86HB65-04步距精度：5%溫升：80 Max環(huán)境溫度：-20+50 （圖2.

28、1）絕緣電阻：100M Min 500VDC耐壓：500V AC 1minute徑向跳動(dòng)：最大0.06mm（450g負(fù)載）軸向跳動(dòng)：最大0.08mm（450g負(fù)載）電氣規(guī)格（Specifications）：型號(hào)步距角電機(jī)長(zhǎng)度保持轉(zhuǎn)矩相電阻相電感轉(zhuǎn)子慣量電機(jī)重量ModelStep Angle（）LengthL(mm)Holding Torque(N.m)Resistance()Inductance(mH)Rotor inertia(g.cm2)Weight(Kg)BS86HB65-041.8510.721.650.92750.65(表2.2)2.3 壓力傳感器的選擇壓力傳感器，我選擇了高溫壓力傳

29、感器TQ-550系列離子束濺射薄膜壓力傳感器。它應(yīng)用了先進(jìn)的離子束濺射和離子束刻蝕工藝，將應(yīng)變電橋直接制作在金屬測(cè)壓膜片上。由于不用傳統(tǒng)的膠粘工藝,顯著改善了應(yīng)變式傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及抗蠕變特性，使產(chǎn)品使用的溫度范圍大為擴(kuò)展。由于沒(méi)有活動(dòng)部件,抗振動(dòng)和抗沖的能力很強(qiáng)，可用于惡劣的環(huán)境。技術(shù)參數(shù)：量 程: 030MPa 工作電壓: 5 DC精 度: 0.1、0.250.5%FS輸 出: 1.51.8mv/v環(huán)境溫度: 40125介質(zhì)溫度:40400（） 溫度可選輸出阻抗: 30.5K絕緣電阻: 1000M允許過(guò)載: 120%FS響應(yīng)時(shí)間:1（ms）響應(yīng)頻率:10KHZ溫度對(duì)零點(diǎn)影響: 0.01%

30、FS/溫度對(duì)靈敏度影響:0.02%FS/突出特點(diǎn)：1、高溫、高壓；2、高精度、高穩(wěn)定性精度優(yōu)于0.1%/年；3、抗振動(dòng)、沖擊、耐腐蝕，全不銹鋼結(jié)構(gòu)；4、體積小、重量輕、直接過(guò)程安裝。 我選擇這款壓力傳感器的原因是，高溫壓力傳感器TQ-550它有很適合的量程030MPa（與本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求相符）；其次，它可以使用于液壓環(huán)境，可以耐高溫、高壓；然后，它的響應(yīng)時(shí)間很短、響應(yīng)頻率較快，可以說(shuō)是很精密，很適合數(shù)字控制；最后，它體積較小，尺寸很合適我選定的液壓閥。這就是我選用它的原因，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，它起到的作用是測(cè)定壓力值并把信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，即壓力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)定液壓閥內(nèi)部系統(tǒng)的壓力值，并把這個(gè)壓力

31、值通過(guò)電信號(hào)的形式反饋給控制系統(tǒng)。2.4 改造圖及說(shuō)明改造圖：（圖2.3）如圖2.3所示：1.先導(dǎo)閥芯 2.閥體 3.主閥芯 4.端蓋5.步進(jìn)電機(jī) 6.軸套 7.壓力傳感器局部圖：(圖2.4)如圖2.4所示1.步進(jìn)電機(jī) 2.軸套 3.閥體如圖2.3，此圖為YG13H型高靈敏度先導(dǎo)式減壓閥改造成數(shù)字液壓閥的機(jī)械部分的改造圖。圖中所示，編號(hào)2部分為閥體，編號(hào)5部分為步進(jìn)電機(jī)，編號(hào)7部分為壓力傳感器，編號(hào)6部分為連軸器。YG13H型高靈敏度先導(dǎo)式減壓閥是一個(gè)定差減壓閥，它可以使液壓系統(tǒng)中的某一支路的壓力低于系統(tǒng)壓力且保持壓力恒定。壓力油由閥的進(jìn)口流入，經(jīng)減壓口減壓后從出油口流出。當(dāng)出口油壓力低于先導(dǎo)

32、閥的調(diào)定壓力時(shí)，先導(dǎo)閥關(guān)閉，主閥心上下兩腔壓力相等；當(dāng)出口油壓力高于先導(dǎo)閥的調(diào)定壓力時(shí)，先導(dǎo)閥心移動(dòng)，先導(dǎo)閥打開(kāi)，主閥心的油液便從外泄口流回油箱。根據(jù)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的需要，我的改造部分主要是在編號(hào)5、6、7所示部分。首先，編號(hào)6部分原是一個(gè)旋緊手柄，用于給液壓閥調(diào)定一個(gè)固定的壓力值，為了讓其可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，我把旋緊手柄卸下，換上步進(jìn)電機(jī)，并用軸套（圖示編號(hào)6）連接步進(jìn)電機(jī)的伸出軸與的伸出軸，讓其可以聯(lián)動(dòng)，即當(dāng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，液壓閥的軸也隨其一起旋轉(zhuǎn)。這樣，再用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，就可以達(dá)成液壓閥的數(shù)字控制。其次，本設(shè)計(jì)中附加了隔板一個(gè)，為了可以讓步進(jìn)電機(jī)可以擺放在液壓閥附近一個(gè)合適的位置

33、上而設(shè)計(jì)，它的作用是支撐步進(jìn)電機(jī)的重量，限制步進(jìn)電機(jī)的位移，以防止其振動(dòng)。隔板主要由兩塊鋼板組成，一塊與步進(jìn)電機(jī)后部安裝孔相連，另一塊與閥體相連，在安裝過(guò)程中，要保證與閥體相連的鋼板與閥體中心軸的平行度公差和垂直度公差，還要保證于步進(jìn)電機(jī)相連的鋼板的平行度公差，這樣才能保證步進(jìn)電機(jī)與液壓閥兩軸之間的同軸度，從而保證正常的工作需要！最后，編號(hào)7部分為壓力傳感器。編號(hào)7部分原是一個(gè)螺栓，卸下螺栓，便可以擰上尺寸相同的壓力傳感器TQ-550，它可以測(cè)定液壓閥系統(tǒng)內(nèi)部壓力油的壓力，并以電信號(hào)的形式反饋給控制系統(tǒng)，即反饋?zhàn)饔谩５谌?控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，采用89C51單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)芯片，A/D

34、轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器、步進(jìn)電機(jī)和負(fù)載來(lái)構(gòu)成一個(gè)整體的控制系統(tǒng)的硬件部分。首先對(duì)89C51單片機(jī)進(jìn)行程序編輯（在軟件部分進(jìn)行講述），使其根據(jù)需要，產(chǎn)生一定頻率的A、B、C、D四相信號(hào)(根據(jù)實(shí)際需要,可擴(kuò)充更多相信號(hào))，這樣就可以控制步進(jìn)電機(jī)按照需要一需要的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)行動(dòng)作。當(dāng)采用單片機(jī)進(jìn)行控制時(shí),需要在單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)之間設(shè)驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流相對(duì)較大,需要驅(qū)動(dòng)電路放大信號(hào)來(lái)提供步進(jìn)電機(jī)的工作電流，這樣才能使步進(jìn)電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)。這樣步進(jìn)電機(jī)就可以驅(qū)動(dòng)負(fù)載（數(shù)字液壓閥），當(dāng)絲杠開(kāi)始動(dòng)作（相當(dāng)于旋緊手柄），系統(tǒng)的內(nèi)部壓力開(kāi)始逐漸加大，此時(shí)壓力傳感器將不斷測(cè)量負(fù)載（數(shù)字液壓閥）的內(nèi)部壓力，并

35、不斷反饋給ADC0809這個(gè)A/D轉(zhuǎn)換芯片，而ADC0809芯片也會(huì)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，再次反饋給89C51單片機(jī)，這樣周而復(fù)始，直到壓力到達(dá)需要值，系統(tǒng)將停止工作?？刂葡到y(tǒng)硬件部分由4大部分組成,即: 89C51單片機(jī)；驅(qū)動(dòng)電路；反饋電路；步進(jìn)電機(jī)。系統(tǒng)的總體框圖如圖3.1所示。8051單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電 路步進(jìn)電 機(jī)負(fù)載壓力傳感器ADC0809輸出信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)做功檢測(cè)信號(hào)A/D輸入信號(hào)（圖3.1）3.1 89C51單片機(jī)的介紹3.1.1 引腳簡(jiǎn)要說(shuō)明 hkU& YeWE1、主電源引腳Vcc和Vss &jpLKd(, 4Ri&EVcc（40腳）：主電源接5V Z7Wn c:Y Vss（20腳

36、）：接地 sGEP): O$Jt=F 2、時(shí)鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2 $qc6!uZL .IH4bz XTAL2（18腳）：接外部晶體振蕩器的一端。片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸出端。 am_UR XTAL1（19腳）：接外部晶體振蕩器的另一端。片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸入端。 PyNxZ D8PS_y Y3、控制信號(hào)RST/Vpd、ALE/(/PROG) 、/ PSEN和 (/EA)/Vpp (*f( 7 _aS!tH RST/Vpd（9腳）：復(fù)位端。高電平有效，寬度在24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上， （圖3.2）使單片機(jī)復(fù)位。該引腳有復(fù)用功能，Vpd為備用電源輸入端，防止主電源掉

37、電。 /jS#0j ALE/（/PROG）（30腳）：地址鎖存信號(hào)端。訪(fǎng)問(wèn)片外存貯器時(shí)，ALE作低八位地址的鎖存控制信號(hào)。平時(shí)不訪(fǎng)問(wèn)片外存貯器時(shí)，該端以六分之一的時(shí)鐘振蕩頻率固定輸出脈沖。ALE端負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為8個(gè)LSTTL門(mén)。該引腳有復(fù)用功能， 為片內(nèi)程序存貯器編程（固化）的編程脈沖輸入。 #Qdrp0 /PSEN（29腳）：片外程序存貯器讀選通信號(hào)端。負(fù)載能力為8LSTTL門(mén)。 xdSKh0 (/EA)/Vpp（31腳）：/EA端接高電平時(shí)，CPU取指令從片內(nèi)程序存貯器自動(dòng)順延至片外程序存貯器。 /EA端接低電平時(shí)，CPU僅從片外程序存貯器取指令。該引腳有復(fù)用功能，Vpp為片內(nèi)程序存貯器編

38、程時(shí)的編程電壓。4、輸入/輸出引腳P0、P1、P2和P3口 dc!og_ P0.0P0.7（3932腳）：訪(fǎng)問(wèn)片外存貯器時(shí)作為低八位地址線(xiàn)和八位數(shù)據(jù)線(xiàn)（復(fù)用）。負(fù)載能力為8個(gè)LSTTL門(mén)。 4ruk9N9* P1.0P1.7（18腳）： 8位準(zhǔn)雙向I/O口。負(fù)載能力為3個(gè)LSTTL門(mén)。 Wr169E P2.0P2.7（2128腳）：訪(fǎng)問(wèn)片外存貯器時(shí)作為高八位地址線(xiàn)。 6(DM= P3.0P3.7（1017腳）：8位準(zhǔn)雙向I/O口。負(fù)載能力為3個(gè)LSTTL門(mén)。另外還有專(zhuān)門(mén)的第二功能。 6P( zlmW-x3.1.2 P3口的第二功能 P3.0（10腳）： RXD（串行口輸入端） Lg- P3.1

39、（11腳）： TXD（串行口輸出端） ywZ&3_zc P3.2（12腳）： /INT0（外部中斷0輸入端） Bs|%BZ0U P3.3（13腳）： /INT1（外部中斷1輸入端） pIDP(a( P3.4（14腳）： T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端） 5nP9ku P3.5（15腳）： T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端） Q /R7gv P3.6（16腳）： /WR（片外數(shù)據(jù)存貯器寫(xiě)選通信號(hào)輸出端） .VN3U3S P3.7（17腳）： /RD（片外數(shù)據(jù)存貯器讀選通信號(hào)輸出端） zDhdiP $nusL$ 6 3.2 步進(jìn)電機(jī)工作原理的介紹步進(jìn)電機(jī)工作原理：以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例,其典型

40、結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。當(dāng)A相控制繞組接通脈沖電流時(shí),在磁拉力作用下使A相的定、轉(zhuǎn)子對(duì)齊,相鄰的B相和D相的定、轉(zhuǎn)子小齒錯(cuò)開(kāi)。若換成B相通電,則磁拉力使B相定、轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊(轉(zhuǎn)過(guò)),而與B相相鄰的C相和A相的定、轉(zhuǎn)子小齒又錯(cuò)開(kāi),即步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。若按ABCA規(guī)律循環(huán)順序通電,則步進(jìn)電機(jī)按一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)。若改變通電順序?yàn)?ACBA,則電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種控制方式稱(chēng)為三相單三拍。若按ABBCCAAB或AABBBCCCAA順序通電則稱(chēng)為三相雙拍或三相單、雙六拍。無(wú)論采用哪種控制方式,在一個(gè)通電循環(huán)內(nèi),步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角恒為一個(gè)齒距角。所以,可以通過(guò)改變步進(jìn)電機(jī)通電循環(huán)次序來(lái)改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向,可以通過(guò)改變通電

41、頻率來(lái)改變其角頻率。運(yùn)用單片機(jī)的輸出功能,通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)輸出3個(gè)信號(hào)分別給步進(jìn)電機(jī)的三相A、B、C,并通過(guò)輸出時(shí)信號(hào)的循環(huán)次序,來(lái)設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及輸出信號(hào)的頻率以便設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。本次采用的是四相八拍步進(jìn)電機(jī)，所以，通電方式為AABBBCCCDDDAA，反轉(zhuǎn)則為ADADCDCBCBABA。（圖3.3）3.3 硬件部分設(shè)計(jì)3.3.1 單片機(jī)電路本系統(tǒng)采用89C51單片機(jī)產(chǎn)生控制信號(hào)。單片機(jī)內(nèi)部的RAM和ROM即可滿(mǎn)足該項(xiàng)目的要求,在以后的實(shí)際運(yùn)用中,如需擴(kuò)展較多的外部RAM和ROM時(shí),可加上數(shù)據(jù)緩沖器。步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)通過(guò)89C51單片機(jī)的P1口的P1. 0、P1. 1、P1. 2

42、、P1. 3四個(gè)口輸出的具有時(shí)序的方波,經(jīng)ULN2803AP芯片(為方便輸出,起非門(mén)的作用)作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，并設(shè)置產(chǎn)生外部中斷,達(dá)到靈活控制步進(jìn)電機(jī)的目的。ULN2803AP芯片在整個(gè)電路中，起到一個(gè)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的作用，由于步進(jìn)電機(jī)工作需要較大的功率，所以通常需要使用功率放大器來(lái)提供步進(jìn)電機(jī)的工作電流,將89C51單片機(jī)送來(lái)的弱電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)電信號(hào),可以采用集成功放,也可以采用分立元件。本設(shè)計(jì)采用成本低、電路簡(jiǎn)單且可靠性高的直流固態(tài)繼電器ULN2803AP芯片，主要技術(shù)參數(shù):工作電壓12150VDC,額定電流15 A,隔離電壓1500 V,絕緣電壓2000 V,控制電壓332 V,開(kāi)啟電

43、流5mA,通態(tài)壓降(1. 3 V,通態(tài)電流(1mA,開(kāi)關(guān)時(shí)間0. 1 ms,工作環(huán)境溫度-3080)來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)隔離和放大的兩大功能。通過(guò)上面的主要技術(shù)參數(shù)可以看出,直流固態(tài)繼電器ULN2803AP芯片完全可以滿(mǎn)足該設(shè)計(jì)對(duì)于放大的需要。3.3.2 反饋電路本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我選用的傳感器為高溫壓力傳感器TQ-550型。它的工作電壓為5DC，輸出電壓為515DC，測(cè)量范圍為030MPa。它的工作原理是從負(fù)載上測(cè)出瞬時(shí)的系統(tǒng)內(nèi)部壓力，并用電信號(hào)的形式傳遞給芯片ADC0809。這樣，當(dāng)輸出電壓為5DC時(shí)，測(cè)量出來(lái)的系統(tǒng)內(nèi)部壓力就是0MPa；當(dāng)輸出電壓為15DC時(shí)，測(cè)量出來(lái)的系統(tǒng)內(nèi)部壓力就是30MPa。同樣

44、道理，我們就可以算出，當(dāng)電壓為515DC之間任意值時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部的壓力是多少了。之后把壓力傳感器的輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)接在芯片ADC0809的IN0接口上，這樣芯片ADC0809就可以讀取壓力傳感器輸出的電信號(hào)了。而在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，芯片ADC0809在反饋電路起到了一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的作用，即將壓力傳感器輸出的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再輸出給89C51單片機(jī)，單片機(jī)再根據(jù)得到的信號(hào)，進(jìn)行判斷（比較壓力是否已經(jīng)超過(guò)程序設(shè)定的最大壓力），在控制步進(jìn)電機(jī)是否繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，是則進(jìn)行下一次循環(huán)，否則步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，控制停止。芯片ADC0809的IN0引腳用于接收外部來(lái)的電信號(hào)，而D0D7引腳則用來(lái)輸出轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字信

45、號(hào)，所以D0D7引腳與89C51單片機(jī)P00P07引腳相連。89C51單片機(jī)P00P07引腳根據(jù)介紹我們可以知道，它們的作用是訪(fǎng)問(wèn)片外存貯器時(shí)作為低八位地址線(xiàn)和八位數(shù)據(jù)線(xiàn)（復(fù)用）。負(fù)載能力為8個(gè)LSTTL門(mén)，同時(shí)可以做A/D轉(zhuǎn)換的接收端用，這一作用也正是本次設(shè)計(jì)中所需要的。而ADC0809的CS、WR、RD、EOC引腳用于單片機(jī)89C51交換數(shù)據(jù)，使芯片ADC0809可以正常工作。最后芯片ADC0809 的CLK引腳需要于系統(tǒng)的CLK引腳相連，使其與單片機(jī)89C51的CLOCK保持一致。3.3.3 電路圖如圖3.4所示：圖中包括的硬件有：89C51單片機(jī)、ULN2803AP放大芯片、步進(jìn)電機(jī)、

46、負(fù)載（數(shù)字液壓閥）、壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，以及復(fù)位電路所需要的一些元器件。其中89C51單片機(jī)31、40引腳接電源（+5V），P10P13引腳與放大芯片2、4、6、8引腳相連輸出控制信號(hào)；P00P07與D0D7相連，CSP27、WRWR、RDRD、INT0EOC相連用于接受反饋信號(hào)。引腳9連接復(fù)位電路。芯片ULN2803AP的引腳1接電源（5V）、12接地。引腳3、5、7、9與步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)相位1、2、3、4相連。步進(jìn)電機(jī)5、6引線(xiàn)接電源（12V），步進(jìn)電機(jī)伸出軸與負(fù)載（數(shù)字液壓閥）的軸相連。壓力傳感器通過(guò)螺紋旋緊在負(fù)載（數(shù)字液壓閥）上，引腳1接電源（15V），引腳2與AD

47、C0809芯片IN0引腳相連。ADC0809芯片，引腳A、B、C接地，而CLK引腳與系統(tǒng)的CLK相連以獲得相同的系統(tǒng)時(shí)鐘。這樣控制系統(tǒng)硬件電路就連接完畢了。（圖3.4）第四章 控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，采用的步進(jìn)電機(jī)是四相步進(jìn)電機(jī)，所以軟件的控制將采用四相八拍的控制方式，這樣可以很有效的提高精度，以適應(yīng)數(shù)字液壓閥的高精度的控制。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是KeilC51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其中KeilC51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。所以，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的軟件編

48、程，我也將采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，這樣既簡(jiǎn)化了操作，也使我的程序的有了很大的可讀性。本次軟件編程的主要要達(dá)到的目的是：89C51單片機(jī)通過(guò)輸出脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，然后接受壓力傳感器通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的反饋信號(hào)，以控制系統(tǒng)是否繼續(xù)動(dòng)作。如圖4.1所示：（圖4.1）根據(jù)控制流程圖圖4.1，首先要編輯程序，然后要編譯程序，看程序是否有錯(cuò)誤。有則返回第一步修改程序，修改后繼續(xù)編譯，如果還有錯(cuò)誤則再次返回其一步，直到0error為止。之后進(jìn)行下一步通過(guò)放大電路，把脈沖傳給步進(jìn)電機(jī)，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)以后，會(huì)帶動(dòng)數(shù)字液壓閥的伸出軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣數(shù)字液壓閥的系統(tǒng)壓力就會(huì)升高。然后由壓

49、力傳感器測(cè)量壓力的變化，通過(guò)電信號(hào)的形式傳遞給ADC0809芯片，ADC0809芯片能把這種電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，然后反饋給89C51單片機(jī)。此時(shí)89C51單片機(jī)會(huì)判斷，數(shù)字液壓閥的系統(tǒng)內(nèi)部壓力是否已經(jīng)超過(guò)預(yù)設(shè)壓力值，如果沒(méi)有，則控制步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，循環(huán)進(jìn)行上一循環(huán)；如果已經(jīng)達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值，則退出循環(huán)，系統(tǒng)不再動(dòng)作。這樣就完成了一次循環(huán)，達(dá)到了遠(yuǎn)程控制的目的，下面是實(shí)行這一控制的具體步驟。4.1 環(huán)形脈沖分配在單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中,相應(yīng)的控制信號(hào)由單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生,根據(jù)需要調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)速率，為了提高定位精度,四相步進(jìn)電機(jī)采用八拍方式。四相八拍環(huán)形脈沖控制字存放在數(shù)組step

50、中。四相步進(jìn)電機(jī)的四相分別為,構(gòu)成的八拍為。根據(jù)節(jié)拍的順序?qū)崿F(xiàn)正、反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)各相為低電平有效。P（1.0）P（1.1）P（1.2）P（1.3）16進(jìn)制0111Ox0E0011Ox0C1011Ox0D1001Ox091101Ox0B1100Ox031110Ox070110Ox06 （表4.2）將此環(huán)形分配脈沖控制字存放在位于單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)組step 中。unsigned char L_value8 = Ox0E,Ox0C,Ox0D,Ox09,Ox0B,Ox03,Ox07,Ox06;4.2 步進(jìn)電機(jī)的頻率設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以用頻率來(lái)控制，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率跟轉(zhuǎn)速成正比，可以通過(guò)計(jì)算公式

51、，計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速n = 頻率Hz * 60 /( 360 / T) * x)其中：步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速單位是：轉(zhuǎn)/分 、頻率H單位是：赫茲 、x：是指細(xì)分倍數(shù)、T:固有步進(jìn)角。根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，期望的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速n為30轉(zhuǎn)/分、固有步進(jìn)角T為1.8度、細(xì)分倍數(shù)x為2。把數(shù)據(jù)帶入公式：30 = H * 60/（360 / 1.8）* 2）H = 200Hz所以設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的頻率為200Hz。理論計(jì)算：步進(jìn)電機(jī)達(dá)到最大壓力所需要旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)：如之前所得，液壓閥內(nèi)部壓力F=94.2N，當(dāng)彈簧剛度K=1000N/m時(shí)；S = F / K = 0.0942m = 94.2mm步進(jìn)電機(jī)單步位移為0.1mm, 所以半步位移Ss=0.05mm;所以步進(jìn)電機(jī)要