2012-02-17
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DPF系列電子膨脹閥由主閥和定子線(xiàn)圈組成，電子膨脹閥的驅動(dòng)部件是一個(gè)脈沖步進(jìn)電機。電子膨脹閥的執行機構有多種形式，但專(zhuān)門(mén)用于測試膨脹閥性能的試驗機卻并不多見(jiàn)。因此，開(kāi)發(fā)出一種合適的試驗機，以測試DPF系列電子膨脹閥的一些重要性能及參數就變得很有意義，如通過(guò)閥的循環(huán)開(kāi)閉來(lái)測試閥的壽命、通過(guò)閥的開(kāi)度來(lái)進(jìn)行流量系數、流量與閥的開(kāi)度實(shí)驗等。
1系統硬件設計
DPF電子膨脹閥試驗機主要由鍵盤(pán)操作來(lái)控制。系統主要功能鍵分為兩大類(lèi)：設置顯示鍵和控制鍵。設置顯示鍵主要設置及顯示試驗機參數，控制鍵主要用來(lái)控制閥的各種性能測試試驗。
整個(gè)系統采用模塊化設計。系統硬件電路主要由單片機、鍵盤(pán)、顯示、A/D采樣電路、步進(jìn)電機驅動(dòng)電路等部分組成。其硬件電路框圖如圖1所示。
由于程序比較大、中間變量比較多，我們采用了ATMEL公司的AT89C52的單片機。它具有8KB的flash程序存儲空間、256字節的RAM。因試驗機對常用的參數要進(jìn)行保護，所以，單片機外接了一個(gè)EEPROM。為了減少數字電路對模擬驅動(dòng)電路和采樣電路的影響，在它們中間加光耦進(jìn)行隔離。
為了使采樣電壓的精度達到0.1％，翻蓋試驗機本系統中采用了內部帶有采樣保持器、十二位串行輸出的A/D采集芯片MAX186。為了準確控制數據的轉換及傳送，利用軟件和通過(guò)一個(gè)I/O口發(fā)控制脈沖。在本系統中，MAX186 和單片機的接口有四根線(xiàn)：轉換信號線(xiàn)(ADCS)、時(shí)鐘線(xiàn)(CLOCK)、數據輸入線(xiàn)(MISO)、數據輸出線(xiàn)(MOSI)。軟件利用單片機的P1.6和 P1.7口模擬ADCS和CLOCK時(shí)序，通過(guò)P1.4口輸出相應的控制字到MAX186，從P1.5得到12bit的電壓采樣數據，并存入相應的數據存儲區。由于步進(jìn)電機的驅動(dòng)電壓一般為12V，而MAX186的最大測量值為4.096V，因此，輸入的電壓還要經(jīng)過(guò)降壓處理；為了提高帶負載能力，中間還加入了電壓跟隨器。
試驗機工作原理大致如下：?jiǎn)纹瑱C通過(guò)154控制燈位、通過(guò)8255的B口輸出當前的段碼值來(lái)定時(shí)刷新顯示，通過(guò)8255C口定時(shí)掃描鍵盤(pán)。當有鍵按下時(shí)，如“位置1”鍵按下，CPU通過(guò)掃描8255C口狀態(tài)且延時(shí)去鍵抖動(dòng)后，確認是“位置1”鍵按下，于是，系統就進(jìn)入“控制”模塊中的“位置1”子程序。系統根據設置的膨脹閥轉到“位置1”所需的脈沖數和當前的脈沖數循環(huán)調用單步轉動(dòng)子程序。在單步轉動(dòng)子程序中，軟件把電機控制字節寫(xiě)到8255，并通過(guò) 8255的A口，經(jīng)過(guò)光耦的隔離，輸入步進(jìn)電機驅動(dòng)電路，通過(guò)控制功率開(kāi)關(guān)三極管的開(kāi)斷，進(jìn)而控制步進(jìn)電機的正反轉動(dòng)，實(shí)現膨脹閥的開(kāi)閉，同時(shí)系統更改當前的“實(shí)時(shí)脈沖”值，并通過(guò)LED顯示出來(lái)。這樣，通過(guò)全程脈沖數和“實(shí)時(shí)脈沖”值就可知道當前的閥的開(kāi)度。在電機轉動(dòng)的過(guò)程中，通過(guò)采樣電路把采集到的驅動(dòng)相電壓值送入單片機，并通過(guò)LED實(shí)時(shí)顯示。
2軟件設計
在本程序設計中，采用置事件標志和分時(shí)控制的辦法對事件進(jìn)行處理。如在T0中斷子程序中，每隔lms進(jìn)行LED動(dòng)態(tài)掃描，每隔60ms對鍵盤(pán)進(jìn)行掃描。當通過(guò)EX0外部中斷子程序得到某“控制”鍵鍵值時(shí)，在主程序中則置一相應的標志位。當進(jìn)入下一T0中斷時(shí)，T0中斷子程序中除了對LED動(dòng)態(tài)掃描事件進(jìn)行處理外，還對步進(jìn)電機驅動(dòng)脈沖寬度進(jìn)行控制；若此時(shí)的時(shí)間片為60ms，則還對鍵盤(pán)掃描事件進(jìn)行處理。此外，為了提高事件的實(shí)時(shí)響應程度，我們把中斷子程序中耗時(shí)長(cháng)的部分交給主程序來(lái)做(主程序把處理的結果放到相應的緩沖區)。當中斷子程序處理到相應的事件時(shí)，只需從緩沖區把數據讀入，并把數據放到相應的數據區即可。如在本系統中，經(jīng)常要通過(guò)鍵盤(pán)對LED顯示的參數數值進(jìn)行更改，則系統需要對參數所對應的以二進(jìn)制形式存儲的內部數據進(jìn)行相應的更改操作，并把它轉換為相應的七段碼和顯示在 LED上，此時(shí)可把數據轉換這一耗時(shí)長(cháng)的程序交給主程序來(lái)做，主程序把得到的相應的七段碼放到一個(gè)緩沖區中，當進(jìn)入T0中斷子程序對LED內容刷新時(shí)，只需把緩沖區中的數據寫(xiě)入到8255的相應口。運用這種處理方法，使系統可以實(shí)時(shí)有序地處理各種事件。
整個(gè)軟件采用結構化的程序設計方法設計。程序分為三大模塊：主程序模塊、EX0中斷服務(wù)子程序模塊、T0中斷服務(wù)子程序模塊。
主程序模塊按照功能又分為三大子程序：初始化子程序、設置顯示子程序、控制子程序。由于試驗機的操作都由鍵盤(pán)中斷來(lái)控制，所以，在主程序中通過(guò)查詢(xún)鍵值來(lái)進(jìn)入相應的子程序。其流程圖如圖2所示。在初始化子程序中，主要對AT89C52的系統資源，如定時(shí)器、寄存器等的初始化，把EEPROM存儲的參數寫(xiě)入到相應的RAM、8255、參數寄存器等。
在設置顯示子程序中，主要根據讀入的鍵值顯示設置的參數或進(jìn)行更改并保存到相應的EEPROM和RAM。
在控制子程序中，根據讀入的鍵值和設置的參數驅動(dòng)電機作相應的動(dòng)作，循環(huán)轉動(dòng)或復位。同時(shí)采集相應的相電壓，并把電壓值存儲到相應的緩存區。