2012-02-17
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DPF系列電子膨脹閥由主閥和定子線圈組成，電子膨脹閥的驅(qū)動部件是一個脈沖步進電機。電子膨脹閥的執(zhí)行機構(gòu)有多種形式，但專門用于測試膨脹閥性能的試驗機卻并不多見。因此，開發(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(shù)就變得很有意義，如通過閥的循環(huán)開閉來測試閥的壽命、通過閥的開度來進行流量系數(shù)、流量與閥的開度實驗等。
1系統(tǒng)硬件設(shè)計
DPF電子膨脹閥試驗機主要由鍵盤操作來控制。系統(tǒng)主要功能鍵分為兩大類：設(shè)置顯示鍵和控制鍵。設(shè)置顯示鍵主要設(shè)置及顯示試驗機參數(shù)，控制鍵主要用來控制閥的各種性能測試試驗。
整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計。系統(tǒng)硬件電路主要由單片機、鍵盤、顯示、A/D采樣電路、步進電機驅(qū)動電路等部分組成。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(jié)的RAM。因試驗機對常用的參數(shù)要進行保護，所以，單片機外接了一個EEPROM。為了減少數(shù)字電路對模擬驅(qū)動電路和采樣電路的影響，在它們中間加光耦進行隔離。
為了使采樣電壓的精度達到0.1％，翻蓋試驗機本系統(tǒng)中采用了內(nèi)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(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換及傳送，利用軟件和通過一個I/O口發(fā)控制脈沖。在本系統(tǒng)中，MAX186 和單片機的接口有四根線：轉(zhuǎn)換信號線(ADCS)、時鐘線(CLOCK)、數(shù)據(jù)輸入線(MISO)、數(shù)據(jù)輸出線(MOSI)。軟件利用單片機的P1.6和 P1.7口模擬ADCS和CLOCK時序，通過P1.4口輸出相應(yīng)的控制字到MAX186，從P1.5得到12bit的電壓采樣數(shù)據(jù)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由于步進電機的驅(qū)動電壓一般為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：單片機通過154控制燈位、通過8255的B口輸出當前的段碼值來定時刷新顯示，通過8255C口定時掃描鍵盤。當有鍵按下時，如“位置1”鍵按下，CPU通過掃描8255C口狀態(tài)且延時去鍵抖動后，確認是“位置1”鍵按下，于是，系統(tǒng)就進入“控制”模塊中的“位置1”子程序。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的膨脹閥轉(zhuǎn)到“位置1”所需的脈沖數(shù)和當前的脈沖數(shù)循環(huán)調(diào)用單步轉(zhuǎn)動子程序。在單步轉(zhuǎn)動子程序中，軟件把電機控制字節(jié)寫到8255，并通過 8255的A口，經(jīng)過光耦的隔離，輸入步進電機驅(qū)動電路，通過控制功率開關(guān)三極管的開斷，進而控制步進電機的正反轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)膨脹閥的開閉，同時系統(tǒng)更改當前的“實時脈沖”值，并通過LED顯示出來。這樣，通過全程脈沖數(shù)和“實時脈沖”值就可知道當前的閥的開度。在電機轉(zhuǎn)動的過程中，通過采樣電路把采集到的驅(qū)動相電壓值送入單片機，并通過LED實時顯示。
2軟件設(shè)計
在本程序設(shè)計中，采用置事件標志和分時控制的辦法對事件進行處理。如在T0中斷子程序中，每隔lms進行LED動態(tài)掃描，每隔60ms對鍵盤進行掃描。當通過EX0外部中斷子程序得到某“控制”鍵鍵值時，在主程序中則置一相應(yīng)的標志位。當進入下一T0中斷時，T0中斷子程序中除了對LED動態(tài)掃描事件進行處理外，還對步進電機驅(qū)動脈沖寬度進行控制；若此時的時間片為60ms，則還對鍵盤掃描事件進行處理。此外，為了提高事件的實時響應(yīng)程度，我們把中斷子程序中耗時長的部分交給主程序來做(主程序把處理的結(jié)果放到相應(yīng)的緩沖區(qū))。當中斷子程序處理到相應(yīng)的事件時，只需從緩沖區(qū)把數(shù)據(jù)讀入，并把數(shù)據(jù)放到相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)即可。如在本系統(tǒng)中，經(jīng)常要通過鍵盤對LED顯示的參數(shù)數(shù)值進行更改，則系統(tǒng)需要對參數(shù)所對應(yīng)的以二進制形式存儲的內(nèi)部數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的更改操作，并把它轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的七段碼和顯示在 LED上，此時可把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換這一耗時長的程序交給主程序來做，主程序把得到的相應(yīng)的七段碼放到一個緩沖區(qū)中，當進入T0中斷子程序?qū)ED內(nèi)容刷新時，只需把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入到8255的相應(yīng)口。運用這種處理方法，使系統(tǒng)可以實時有序地處理各種事件。
整個軟件采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法設(shè)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(shè)置顯示子程序、控制子程序。由于試驗機的操作都由鍵盤中斷來控制，所以，在主程序中通過查詢鍵值來進入相應(yīng)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(tǒng)資源，如定時器、寄存器等的初始化，把EEPROM存儲的參數(shù)寫入到相應(yīng)的RAM、8255、參數(shù)寄存器等。
在設(shè)置顯示子程序中，主要根據(jù)讀入的鍵值顯示設(shè)置的參數(shù)或進行更改并保存到相應(yīng)的EEPROM和RAM。
在控制子程序中，根據(jù)讀入的鍵值和設(shè)置的參數(shù)驅(qū)動電機作相應(yīng)的動作，循環(huán)轉(zhuǎn)動或復(fù)位。同時采集相應(yīng)的相電壓，并把電壓值存儲到相應(yīng)的緩存區(qū)。