摘 要
阀门是管道系统介质流量的重要调节执行机构，阀门定位器是其主要附件之一。国内传统定位器主要以力平衡式为主，所以行程和零点调整时需反复调整，调校麻烦、功能单一、可扩充性差。而国外进口的智能型阀门定位器价格昂贵。实现数字化、智能化诊断与无人看守的智能阀门定位器己经变得十分迫切。本文就是根据这样的实际需求，阐述了自主开发的阀门定位器的工作基本原理和设计过程中所涉及到的基本知识，并对关键环节进行了详细分析。
本文所述的阀门定位器是以单片机ATmega16为核心部件，还包括显示电路，RS485接口、电源、复位电路、I/V转换电路、报警器等组成基本控制系统的硬件结构。因为智能阀门定位器具有非线性和实时性，并且在控制过程中出现滞后现象，所以采用模糊自整定PID结合产生相应的控制信号，使阀芯准确定位，实现对阀门工作的闭环控制。模糊自整定PID使系统可以进行在线的、实时的控制。这些功能的实现是用C语言的软件程序支持。同时，在软件程序的支持下其它的硬件也能够对各种电信号进行反应和处理，并同时对阀门工作中出现的故障情况也可以做出紧急反应。
经过实验证明，该阀门定位器的设计方案是切实可行的。与国内传统定位器相比，该阀门定位器不仅可以显示阀位、与上位机进行串口通信、故障报警且具有控制精度高、调整方便、能耗低、适用范围广等特点。
关键词：阀门定位器，模糊控制，PID
ABSTRACT
....
KEY WORDS:valve positioner, fuzzy control,PID
目 录
摘 要I
ABSTRACTII
第一章 绪论1
1.1 课题背景及发展状况1
1.1.1 课题背景1
1.1.2 发展状况2
1.2 设计的研究内容和技术关键2
1.2.1 阀门定位器的原理2
1.2.2 研究内容2
1.2.3 设计的关键技术3
1.3 预期成果3
1.4 本文的主要内容4
第二章 系统的总体设计5
2.1 系统的总体方案设计思路5
2.2 硬件结构设计5
2.3 软件结构设计7
第三章 系统硬件设计7
3.1 单片机的选择及功能介绍8
3.1.1 单片机的选择8
3.1.2 ATmega16的管脚说明9
3.1.3 ATmega16的主要特征10
3.2 电源电路的设计11
3.3 前向通道的设计11
3.3.1 I/V转换电路12
3.3.2 时钟电路的设计12
3.3.3 复位电路的设计13
3.4 后向通道的设计13
3.4.1 输出电路的设计13
3.4.2 报警电路14
3.5 单片机与上位机的接口电路14
3.6 键盘、显示电路15
3.7 硬件抗干扰16
第四章 软件设计17
4.1 开发环境和编程语言17
4.2 软件系统的结构分析与规划17
4.2.1 软件功能的规划17
4.2.2 功能结构17
4.3 主程序18
4.3.1 初始化程序18
4.3.2 数据处理模块18
4.3.3 数字滤波19
4.3.4 对阀门异常的判别和报警19
4.4 通讯接口程序设计21
4.4.1 通讯接口的协议21
4.4.2 单片机的通信程序设计22
第五章 系统控制策略24
5.1 模糊控制的概述24
5.2 模糊控制原理24
5.3 模糊自适应整定PID控制原理25
第六章 总结与展望28
参 考 文 献29
致 谢30
毕业设计小结31
附录 设计原理图32
