智能型
电动执行机构是一种新型终端控制仪器，它根据控制电信号直接操作改变阀的开度，利用微机技术和现场通信技术实现双向通信、PID调节，在线自动标定、自校正与自诊断等多种控制技术要求的功能有效提高控制水平，是现代
电动执行机构的发展方向。本文将介绍基于单片机AT89C2051的
调节阀电动
执行机构。
一、结构原理
本电动执行机构主要由控制器和执行器组成，工作原理如图1所示。
执行器由电动机、减速器、行程限制器、手轮等组成。
驱动电机采用单相电容运转可逆电动机、具有体积小、重量轻、结构简单、转动惯量小、转矩大的特点。减速器采用谐波齿轮传动，具有传动平稳、承载能力高、传动精度高等优点。
控制器是本文重点讨论部分。它接收控制中心发送来的4~20mA或者1~5V设定信号，并与
阀门开度反馈信号比较，由单片机判断处理，控制电机正转或反转，运行到指定开度位置，同时将实际开度位置回送控制中心。
二、控制器硬件
电动执行机构控制器由AT89C2051单片机及外围电路组成，原理如图2所示。对控制器的基本要求是，能够实时采集阀门的状态信息，并加以分析、判断，控制电机正确运行，实时显示电动阀门的开度及系统的工作状况，同时保持与控制中心的通信。
1、单片机AT89C205l
由于AT89C2051单片机有较强的可再编程，具有体积小、功耗低以及和MCS-51软件完全兼容等特点，完全可以满足系统要求。
为了提高可靠性，防止出现死机现象，系统采用MAX813L作为复位控制器，它兼有“看门狗”的功能，当系统受到干扰，程序发生“飞逸”或“死机”时，看门狗可使程序复位。
2、A/D、D/A转换模块
AT89C2051单片机不含P
0、P
2总线口，为了充分利用系统资源，A/D、D/A转换均采用串行方式，既简化了系统的结构又使单片机的引脚得到了充分利用。
模数
转换器选用美国德州仪器公司（TI）的TLC2543芯片。它是11路输入的12位开关电容逐次逼近的串行A/D转换器，具有高速、高精度和低噪声的特点。零点调整、行程调整、灵敏度设定、阀门开度设定、开度反馈等5路模拟信号分别送入TLC2543内进行A/D转换，输出数字信号送入AT89C2051片内进行运算处理。TLC2543与AT89C2051单片机接口电路只用4根线，转换结束EOF未接入单片机。由于AT89C2051单片机不带串行外设接口（SPI）或相同的接口能力，为了和TLC2543模/数转换器接口，需要用软件合成SPI的操作，完成A/D数据的采集。
D/A转换器选用MAX518芯片，它是MAXIM公司生产的二线串行接口的8位D/A转换芯片。阀门开度传感器采用高性能导电塑料电位器，它送入单片机和阀位反馈信号与控制中心送来的控制信号进行比较，经单片机判断、运算处理后分别送往电机控制模块，控制电机运转；送往LCD显示模块，实时显示阀门开度；送往MAX518进行D/A转换，变成1-5V的电压信号，然后通过V/I转换电路变成电流信号输出，至控制中心。
3、开关键、LCD显示接口模块
受AT89C2051的I/O口数量限制，开关键、LCD显示与单片机的接口宜采用串行方式设计。用四2输入与门74HC08构成单片机串行口分时复用，完成LCD显示和开关键扫描。串行口工作在方式0，即同步移位寄存器输入输出方式。
8位串入并出移位寄存器74HC164将AT89C2051单片机送来的8位串行数据变成8位并行数据，做扫描开关键的控制信号，单片机P
1.0与开关键所有的输出线相连接，用于读取开关键的输入信号。控制器的显示部分采用4位段式EDM1190A显示模块和LED指示灯相结合的方式，实时显示阀门开度以及系统的工作状态。
4、电机控制信号模块
电机控制信号模块主要由正反互锁逻辑和交流固态继电器组成，完成电机正反转的启动、换向、停止等控制。AT89C2051通过2和3口对2个固态继电器实施控制。图2中的互锁电路如图3所示，由四2输入或门74HC32和六反相器74HC04组成，避免当P
3.2和P
3.3同时为低电平时，控制电机正反转的两个固态继电器同时导通。同时在固态继电器处分别接上了上拉电阻，以在初始化的时候把触发信号拉成高电平，避免误导通，大大提高了系统的可靠性。固态继电器选择的是杭州良宁固体继电器有限公司生产的380D03型固态继电器，它属于过零型固态继电器，内部光电耦合器用于强电和弱电的隔离，以防止输出端对输入端的影响。能有效地防止触点的电腐蚀，从而大大地提高了交流接触器的寿命。
三、控制器软件
软件设计是系统设计的关键所在。软件设计采用MCS51汇编语言。为了提高程序的可靠性和可理解性，采用模块化程序设计思想，即将程序设计成能相对独立的子程序，这样有利于程序的移植和修改。控制系统软件的主要功能是接受控制中心的指令或控制器上开关键指令；接受阀门开度反馈信号，计算后输出控制信号：向控制中心反馈信息；实时显示阀门开度；故障报警、故障处理，其程序主框图如图4所示。
四、结论
本电动执行机构采用机电一体化结构，减速器采用齿轮谐波传动，利用单片机技术、电子限位、液晶显示技术和固态继电器控制技术等多种新技术，具有体积小、可靠性高、精度高、成本低的特点。智能电动执行机构是我国目前新一代产品，随着控制系统的更新使工业过程控制的精度、可靠性得到了进一步提高。
参考资料
王宜怀，12位A/D转换器TLC2543与5l系列单片机接口技术.苏州丝绸工业学院学报，1999（10）
何立民.单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，199O
ATMEL.AT89C2051技术应用.
邓兵，潘俊民，潘志扬.数字化阀门电动执行机构.自动化仪表，2001，22（7）
