摘 要：本文的智能调节阀直接从RS-485总线上获得数字命令，通过单片机控制步进电动机转动。并且通过以电位器式角位移传感器、放大器、ADC构成的位置发送器把阀门的开度信号反馈给单片机，以控制步进电机精确定位，并把阀门开度通过总线传给控制端。
关键词：单片机；步进电动机；阀门；RS-485总线
引言
传统的电动调节阀由伺服放大器和执行机构两部分组成。伺服放大器将输入信号和来自执行机构位置发送器的反馈信号进行比较，并将二者的偏差进行放大，以驱动电动机转动，经过减速器减速，带动阀芯转动以改变阀门开度。其接收和输出的都是模拟信号。本文设计的智能调节阀直接从RS-485总线上获得数字命令，通过单片机控制步进电动机转动。此智能调节阀也可连接PC，通过PC发送指定的程序完成控制，有较高的控制精度和通用性。
系统总体设计
控制端由单片机AT89S51和键盘显示芯片8279等组成，8279把键盘的信息采集并交给单片机处理，单片机把键盘的信息转换成控制调节阀的命令，以报文的形式发送到RS-485总线上。执行端由位置发送器、执行及显示部分、通信部分组成。执行器端的单片机接收RS-485总线上的命令，经放大、A/D转换后，对这个有效信号进行标度转换，变成0麀90?精度0.5?的信号后再转换成 3位BCD码的形式。总线上的命令也是3位的BCD码，作为控制阀门开度的命令。单片机收到转动命令后，用位置发送器转换后的BCD码和命令中的BCD码相减，其差值作为单片机控制步进电机转到角度的基础。如图1所示。
各部分设计及实现
控制端设计：AT89S51的作用是采集8279扫描的按键代码，并把采集到的键码转换成一定的命令格式转送到总线上，控制总线上的调节阀，使调节阀转动或发送开度信息。
控制阀门转动命令为：起始位(OFH)+地址位(即阀门编号00H~32H)+命令名(55H)+开度值(3字节BCD码)+结束位(FOH)。AT89S51还把总线上各调节阀发送的开度信号通过8279显示。显示阀门开度命令为：起始位(OFH)+地址位(即阀门编号00H~32H)+命令名(66H)+结束位(FOH)。
执行器端设计：电源给单片机和步进电动机供电，分别为24V和5V。为了有效地隔离电源端带来的干扰，采用DC/DC电压转换器，选用的器件是广州周立功单片机公司BS(D)-1W系列产品中的B2405D-1W。为了增强系统的抗干扰能力，在DC/DC的输入/输出两端加了滤波电路。
传感器部分：由于采用的阀门是角位移式阀门，所以采用WDD-35型角位移传感器来检测阀门的开度。由于阀门转角范围为0°~90°，所以此传感器的输出电阻范围为0W~2.5kW，当给传感器提供5V电压时，其输出的电压范围为0V~1.25V。
放大器部分： AD623把角位移传感器输出的0V~1.25V模拟信号放大到0V~5V，根据AD623增益与外接电阻的关系，可以计算出需在AD623的1、8引脚间跨接16kW的电阻，使AD623的增益为4倍。
ADC部分：如图2所示，ML2280是MicroLinear公司推出的差动输入8位逐次逼近型ADC，转换时间是6ms，捕捉时间为375ns。在0~50kHz的频带范围内能保障线性变换以及达到其他额定的技术指标。
步进电机与单片机的接口电路：单片机的P2.0、P2.1、P2.2通过7404分别接3个直流固态继电器JGZ01的2端(内部发光二极管的阴极)。3个JGZ01的输出接3相步进电动机的A、B、C三相。如图3所示。利用ML2280数据传输的时序，每个时钟信号的下降沿发送一位数据。所以把单片机的P1.0口接ML2280的时钟端(CLK)，P1.1接数据输出端(DO)，P1.2接片选端(CS)。当P1.2给片选端置低电平时，A/D转换开始，单片机的P1.0口给ML2280提供时钟信号。单片机通过判断数据输出端的状态就可知道A/D转换是否完成(当A/D转换结束时，DO端由高阻态眺变为低电平)。当转换完毕后，在单片机P1.0口的每个上升沿时判断P1.1口的状态，如果是高电平，则说明DO此位输出的数据是“1”，那么累加器A加01H(A先清零)，之后左移一位。如果是低电平，则说明DO此位输出的数据是“0”，之后左移一位。以此类推，把8位数据全部接收结束。
通信部分：执行器端和控制端的通信采用RS-485总线。RS-485接口具有良好的抗噪性，长的传输距离和多站能力等优点使其成为首选的串行接口。因为RS-485接口组成的半双工网络只需两根连线，所以采用屏蔽双绞线传输。由于RS-485协议与TTL逻辑电平不同，所以需要电平转换，此设计采用Maxim公司的MAX485作为RS-485与TTL之间的电平转换芯片。
智能调节阀软件设计
控制端软件的主要功能是完成键盘的扫描，并把键盘的控制信息转化为统一的命令格式。最后发送给总线上的各阀门。执行器端软件的功能为解释总线上的命令、控制步进电动机转动、检测阀门开度，显示并发送。
结语
本方案通过与AT89S51中从控制端传来命令的比较，得出步进电动机应该转动的方向和步数，使阀门能精确地定位，比传统的调节阀有更高的精度。由于采用RS-485协议，所以传输的距离比较远，达1200m，总线的负载能力较强，能携带32台外设。■
参考文献
1沙占友.智能化集成温度传感器原理与应用.第1版.北京：机械工业出版社，2002
2 刘大茂.单片机原理与应用.第1版.上海：上海交通大学出版社，2000
3 孙传友，孙晓斌，汉泽西，张欣.测控系统原理与设计.第1版.北京：北京航空航天大学出版社，2002