CN101709980B - 一种基于智能型电动执行机构的免开盖标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于智能型电动执行机构的免开盖标定方法，其步骤是：1、位置传感器采集智能型电动执行机构位置数据；2、模数转换器将数据转换成数字信号；3、单片机采集数据，并将最小值和最大值存储；4、将阀门关位置定义为关限位，开位置定义为开限位，采集到的当前位置定义为当前值，无用区间的中间值定义为中点值，行程百分比定义为百分比；5、单片机按照定义对数据进行零点和满度的标定处理；6、将处理后的数据代入计算公式：

计算出百分比值，即可标定阀门当前的开度。本方法实现了免开盖调试，电动执行机构开、关位置任意可设，断电后，即使位置改变，再上电也能准确记忆位置，因此使现场的调试更加方便快捷。

Description

一种基于智能型电动执行机构的免开盖标定方法

技术领域

本发明涉及电动执行机构的调试方法，特别涉及一种基于智能型电动执行机构的免开盖标定方法。

背景技术

当今市场上智能型电动执行机构所采用的位置传感器基本上有三种：精密塑料电位器、编码器和霍尔元件。其中多圈绝对值编码器和霍尔元件能够实现免开盖调试。但是多圈绝对值编码器因为其价格昂贵而很少采用。霍尔元件因为其不能掉电保存数据而逐渐为市场所淘汰。虽然精密塑料电位器以其低廉的价格和优越的性能使用的最多，但是它不能实现免开盖调试，因为塑料电位器有一个非常不利的条件，那就是它不能360度区间有效，再精密的电位器也会有一段无效区间，即死区。由于死区的存在，导致执行机构在调试时需要打开端盖调整电位器。传统的标定方法都是关位置小于开位置，并且从开位置到关位置值一定是线性的。行程位置百分比也很容易计算，而且对标定的零点和满度不做任何处理。这容易引起标定时数据计算错误，以至影响电动执行机构调试的精度。

发明内容

鉴于以上现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于智能型电动执行机构的免开盖标定方法。为了提高电动执行机构的调试效率，同时也为了降低成本，本方法研发一种全新的数据处理方法，并采用一种价格低廉的新型编码器作为智能型电动执行机构的位置传感器，与采用绝对值编码器实现的免开盖调试方法相比，大大降低了成本。该传感器没有死区。可使电动执行机构的开关位置任意可设。采用本方法，即可实现真正意义上的免开盖调试。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案是：一种基于智能型电动执行机构的免开盖标定方法，包括如下步骤：

(一)、位置传感器采集智能型电动执行机构的开、关位置数据；

(二)、模数转换器将位置数据模拟信号转换成数字信号；

(三)、单片机采集数据，并将数据中的最小值和最大值进行存储；

(四)、将阀门关位置变量定义为关限位，开位置定义为开限位，位置传感器采集到的当前位置数据定义为当前值，位置传感器的无用区间的中间值定义为中点值，行程位置百分比变量定义为百分比；

(五)、单片机按照步骤(四)中的定义对采集的数据进行处理，其步骤包括：

(1)、首先标定关限位值和开限位值并进行存储，然后根据出现的两种情况进行处理；

(2)、判断标定的关限位值是否小于开限位值，若关限位值＜开限位值，计算中点值，然后继续判断中点值是否在最小值和关限位之间，若是，则判断当前值：如果最小值＜当前值＜中点值，则当前值＝当前值+最大值，否则当前值不变；如果中点值没在最小值和关限位之间，则判断当前值：若中点值＜当前值＜最大值，则当前值＝最小值，否则当前值不变。

(3)、如果判断标定的关限位值大于开限位值，计算中点值，然后对关限位值和开限位值进行处理，则关限位值＝关限位值-中点值+最小值；开限位值＝开限位值-中点值+最大值；接着判断当前值是否小于中点值，若是，则对当前值进行处理：当前值＝当前值+最大值-中点值；如果当前值大于中点值，则对当前值进行处理：当前值＝当前值-中点值+最小值；

(六)、将处理后的数据代入百分比计算公式：

计算出百分比值，即可标定阀门当前的开度。

本发明所达到的有益效果是：采用本方法即可实现电动执行机构的免开盖调试，电动执行机构开、关位置任意可设，切断电源后，即使位置发生改变，再重新上电也能准确记忆位置，因此，使现场的调试更加方便快捷。

附图说明

图1是实现本发明的数据采集电路原理图。

图2是本发明数据处理程序流程图并作为摘要附图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明的实现是基于智能型电动执行机构的数据采集电路，数据采集电路包括单片机、位置传感器和数模转换器。单片机采用Atmel64芯片，Atmel64芯片是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器。它具有64K字节的可编程Flash，2K字节的EEPROM，4K字节的SRAM，53个可编程I/O口，2.7-5.5V的供电电压。

位置传感器采用ED-18系列模拟输出磁性编码器，既可用于旋转位置反馈，也可用于人机界面装置。作为一种轻型反馈传感器，它可以提供旋转速度、方向和位置信息以及可选的串行输出模式。甚至当电源在不断地开、关状态下仍然能提供绝对角度位置信息。ED-18编码器输出0～5Vdc，工作温度-40℃～85℃，最大转速可达300PRM。它的输出波形对应的角度为一个锯齿波，它最大的特点是没有死区，在360°和0°过度时是一个非常垂直的阶越信号，因此它可以在360°区间内有效。ED-18编码器输出0～5V电压信号。

模数转换器选用一个12位的MCP3201模数转换芯片，并用高精度电压自动调整器的TL431稳压芯片来为MCP3201模数转换芯片提供基准电压。将编码器采集的信号转换成数字信号后由单片机进行数据处理。单片机输入有数据处理程序，处理时分两种情况，一种是标定的关位置小于开位置时，一种是标定的关位置大于开位置时。数据处理是对ED-18编码器输出0°和360°的阶越信号进行处理。

本发明的数据采集电路如图1所示，图中：U6为TL431稳压芯片，U7为MCP3201模数转换芯片。5V电源与模数转换芯片U7的8管脚相连，为模数转换芯片U7提供电源，5V电源与地之间通过电容C15、电容C13滤波，5V电源与电阻R25相连，电阻R25与稳压芯片U6的1管脚、电阻R23、模数转换芯片U7的1管脚、电容16、电容C4相连，电阻R23的一端与稳压芯片U6的8管脚、电阻R24相连，电阻R24与模数转换芯片U7的2、3、6、7脚相连，模数转换芯片U7的1管脚与地之间加电容C16、电容C14滤波，位置传感器(ED-18编码器)的VCC、OUT、GND分别与模数转换芯片U7的1、2、3管脚相连，模数转换芯片U7的3、4管脚与地相连，模数转换芯片U7的2、3管脚间加电容C18、电容C19滤波。模数转换芯片U7的5、6、7管脚分别与单片机的三个I/O管脚PD5、PD6、PD7相连，用于数据的传输。

稳压芯片U6的管脚8始终提供基准电压2.5V，模数转换芯片U7的管脚1的电压为模数转换芯片U7的2管脚为模拟量输入，也就是位置传感器的输出值。模数转换芯片U7的5管脚为转换控制引脚，由单片机控制，模数转换芯片U7的6管脚为数据输出引脚，输出转换的数字信号。模数转换芯片U7的管脚7为时钟引脚，由单片机控制。单片机通过程序控制模数的转换并采集数据。

单片机后对采集的数据进行零点和满度的标定。理论上采集的数据范围为0～4095，由于误差和元器件本身性能等因素的影响，ED-18编码器采集数据信号被转换后的数据范围达80～4000左右。但这并不影响它的性能，因为只要保证0°和360°的阶越点垂直即可。将采集到的“最小值”和“最大值”进行存储。“最小值”和“最大值”即为ED-18编码器的阶越点，同时这两个值所对应的位置传感器的位置为同一个点。定义阀门关位置变量为“关限位”，开位置为“开限位”，位置传感器采集到的当前数据为“当前值”。为了便于计算，还定义了一个位置传感器的无用区间中间值为“中点值”。定义行程百分比变量为“百分比”。标定时会出现两种情况：(a)、关限位值小于开限位值时；(b)、关限位值大于开限位值时。

一种基于智能型电动执行机构的免开盖标定方法，包括如下步骤：

(一)、位置传感器采集智能型电动执行机构的开、关位置数据；

(二)、模数转换器将位置数据模拟信号转换成数字信号；

(三)、单片机采集数据，并将数据中的最小值和最大值进行存储；

(四)、将阀门关位置变量定义为关限位，开位置定义为开限位，位置传感器采集到的当前位置数据定义为当前值，位置传感器的无用区间的中间值定义为中点值，行程位置百分比变量定义为百分比；

(五)、单片机按照步骤(四)中的定义对采集的数据进行处理，其步骤包括：

(1)、首先标定关限位值和开限位值并进行存储，然后根据出现的两种情况进行处理；

(2)、判断标定的关限位值是否小于开限位值，若关限位值＜开限位值，计算中点值，然后继续判断中点值是否在最小值和关限位之间，若是，则判断当前值：如果最小值＜当前值＜中点值，则当前值＝当前值+最大值，否则当前值不变；如果中点值没在最小值和关限位之间，则判断当前值：若中点值＜当前值＜最大值，则当前值＝最小值，否则当前值不变。

(3)、如果判断标定的关限位值大于开限位值，计算中点值，然后对关限位值和开限位值进行处理，则关限位值＝关限位值-中点值+最小值；开限位值＝开限位值-中点值+最大值；接着判断当前值是否小于中点值，若是，则对当前值进行处理：执行机构运行时，采集到的当前值＝当前值+最大值-中点值；如果当前值大于中点值，则对当前值进行处理：执行机构运行时，采集到的当前值＝当前值-中点值+最小值；

(六)、将处理后的数据代入百分比计算公式：

计算出百分比值，即已知阀门当前的开度。

为了防止关位置或开位置标定位置太接近阶越点时而引起计算错误，本标定方法通过根据关限位值和开限位值计算出无用区间“中点值”，而且分两种情况在对采集的数据进行相应的数据处理。一种情况是当关限位值小于开限位值时；另一种情况是当关限位值大于开限位值时。

经过以上数据处理，将所采集到的数据在各种情况下都调整成线性数据，再根据计算公式很容易算出执行机构运行的百分比。计算出了百分比值也就知道了阀门当前的开度，电动执行机构将当前的开度百分比传输到中控室的控制系统，即成功实现了对智能型电动执行机构的免开盖标定。

传统的位置传感器为导电塑料电位器，导电塑料电位器大约300°的有效区间，而电动装置一般需要大约270°的区间，并且进行位置标定时必须把关位置标在电位器的低电压处，开位置设在电位器的高电压处，执行机构运行时，从关位置到开位置的采集位置数据必须是线性变化的，如果设反了或者标定在电位器的无效区间内，则标定失败。所以标定时必须把执行器的端盖打开调整电位器。而采用ED-18位置传感器则不存在死区，而采用新型的算法则能保证标定时位置任意可设。

Claims (1)

1.一种基于智能型电动执行机构的免开盖标定方法，包括如下步骤：

(一)、位置传感器采集智能型电动执行机构的开、关位置数据；

(二)、模数转换器将位置数据模拟信号转换成数字信号；

(三)、单片机采集数据，并将数据中的最小值和最大值进行存储；

(四)、将阀门关位置变量定义为关限位，开位置定义为开限位，位置传感器采集到的当前位置数据定义为当前值，位置传感器的无用区间的中间值定义为中点值，行程位置百分比变量定义为百分比；

(五)、单片机按照步骤(四)中的定义对采集的数据进行处理，其步骤包括：

(1)、首先标定关限位值和开限位值并进行存储，然后根据出现的两种情况进行处理；

(2)、判断标定的关限位值是否小于开限位值，若关限位值＜开限位值，计算中点值，然后继续判断中点值是否在最小值和关限位之间，若是，则判断当前值：如果最小值＜当前值＜中点值，则当前值＝当前值+最大值，否则当前值不变；如果中点值没在最小值和关限位之间，则判断当前值：若中点值＜当前值＜最大值，则当前值＝最小值，否则当前值不变；

(3)、如果判断标定的关限位值大于开限位值，计算中点值，然后对关限位值和开限位值进行处理，则关限位值＝关限位值-中点值+最小值；开限位值＝开限位值-中点值+最大值；接着判断当前值是否小于中点值，若是，则对当前值进行处理：当前值＝当前值+最大值-中点值；如果当前值大于中点值，则对当前值进行处理：当前值＝当前值-中点值+最小值；

(六)、将处理后的数据代入百分比计算公式：

计算出百分比值，即已知阀门当前的开度。

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