一种调节进气道蝶阀开度的数字式控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种调节进气道蝶阀开度的数字式控制器，它包括壳体（19）、工作状态指示灯（20）和控制板（21）三个部分，其特征是：控制板（21）是由电源电路（27）、输入接口电路（28）、单片机接口电路（29）、开度信号转换输出电路（30）和执行器驱动电路（31）组成；本实用新型具有输出电流大、控制精度高、调试和操作简单特点。本实用新型通过实时采集进气管道蝶阀的开度信号，将其与目标信号进行对比，经过单片机计算得到控制信号，该控制信号通过电机驱动电路控制进气蝶阀执行器到达目标位置，同时输出蝶阀当前的开度信号。本实用新型还具有蝶阀关闭、堵转保护、执行器重置和执行器自动标定的功能。
【专利说明】
一种调节进气道蝶阀开度的数字式控制器
技术领域
[0001]本实用新型涉及发动机进气道蝶阀开度控制装置，具体涉及一种调节发动机进气道蝶阀开度的数字式控制器。
【背景技术】
[0002]在发动机运行过程中，针对不同的工况，需要实时的调节燃气和空气的进气量，同时发动机运行时进气蝶阀需要承受较大的压力，因此就需要响应迅速且输出扭矩较大控制系统。现有的调节进气道蝶阀开度的控制器，具有驱动能力差、响应缓慢、调试和操作复杂等缺陷，难以满足发动机进气调节的需要。
【发明内容】
[0003]—种调节进气蝶阀开度的数字式控制器，它由壳体、工作状态指示灯和控制板三个部分组成。控制板是由电源电路、输入接口电路、单片机接口电路、开度信号转换输出电路和执行器驱动电路等几部分组成。其中电源电路将24V电源电压转换成5V和12V的工作电压为其他电路供电；输入接口电路将外部模拟或数字输入量处理之后输入到单片机的相应引脚;开度信号转换输出电路将单片机处理得到的蝶阀开度信号转换为0.5V~4.5V的电压信号输出到外接的开度显示表上;执行器驱动电路将单片机处理得到的控制信号转换为执行器驱动电流。
[0004]外接的蝶阀关闭开关、手动调节电位器、外部输入、外接执行器的位置反馈传感器的输出分别与输入接口电路的各输入端相连，输入接口电路的各输出端分别与单片机接口电路的各输入端相连，单片机接口电路的各输出端分别与开度信号转换输出电路、执行器驱动电路的输入端相连，开度信号转换输入电路的输出端与外接的开度显示设备相连，执行器驱动电路的输出端与执行器电枢绕组相连。
[0005]电源电路采用专用DC-DC电源模块LM2576-5V作为数字信号5V电源，采用TPS6734作为模拟12V电源，采用LM7805作为模拟5V电源;单片机接口电路采用ATMEGA64单片机进行数据采集、计算并得到控制信号，同时通过工作状态指示灯显示控制器当前状态;开度信号转换输出电路采用LM358芯片对输出位置信号进行处理;执行器驱动电路采用A3941芯片控制4片IRF540组成的H桥输出驱动电流，并且通过AD8205芯片对电流信号进行采集，并将结果反馈给单片机。
[0006]与现有的技术相比，本实用新型具有以下特点:
[0007]1、本实用新型输出电流大、响应速度快、调整和操作简单。
[0008]2、本实用新型具有自动标定、执行器零位自动重置、蝶阀关闭和工作状态实时显示等功能，其中自动标定功能可以分别对蝶阀零位以及最大位所对应的位置反馈电压值进行标定;执行器零位自动重置功能可以将执行器恢复到出厂时设置的零位;蝶阀关闭功能可以将进气蝶阀关闭以实现发动机停机的功能;工作状态实时显示功能可以通过工作状态指示灯状态的变化实时的显示控制器当前的状态，如绿灯快闪代表正常运行、绿灯慢闪代表重置或标定中、红灯常亮代表执行器堵转和红灯慢闪代表标定错误等。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型电气连接与结构示意图；
[0010]图2为本实用新型基本工作框图；
[0011]图3为电源电路图；
[0012]图4为输入接口电路图；
[0013]图5为单片机接口电路图；
[0014]图6为开度转换输出电路图；
[0015]图7为执行器驱动电路图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
[0017]如图1所示，本实用新型由壳体19、工作状态指示灯20和控制板21三个部分组成。工作时可按需要外接以下部件:蝶阀关闭开关22、手动调节点位器23、外部输入24、开度显示设备25、电源和执行器26。控制板21上有18个端子，其中蝶阀关闭开关22分别与端子2、4相连，手动调节电位器的CW端、S端和CCW端分别与端子6、7、8相连，外部输入24信号的负极、正极分别与端子7、8相连，开度显示25设备的输入负极、正极分别与端子9、10相连，执行器26位置反馈信号地、信号、电源分别与端子12、13、14相连，电源正极、负极分别与端子15、16相连，执行器电机输入的负极、正极分别与端子17、18相连。本实用新型通过外接手动调节电位器23或外部输入24信号，线性的控制与进气蝶阀对接的执行器26转动的角度，从而实现对进气蝶阀阀片开度的控制。
[0018]如图2所示，控制板19是由电源电路27、输入接口电路28、单片机接口电路29、开度信号转换输出电路30和执行器驱动电路31组成的。外接的蝶阀关闭开关22、手动调节电位器23、外部输入24、外接执行器26的位置反馈传感器的输出分别与输入接口电路28的各输入端相连，输入接口电路28的各输出端分别与单片机接口电路29的各输入端相连，单片机接口电路29的各输出端分别与开度信号转换输出电路30、执行器驱动电路31的输入端相连，开度信号转换输入电路48的输出端与外接的开度显示设备25相连，执行器驱动电路31的输出端与执行器26电机电枢绕组相连。
[0019]电源电路27采用专用DC-DC电源模块LM2576-5V作为数字信号5V电源，采用TPS6734作为模拟12V电源，采用LM7805作为模拟5V电源;单片机接口电路29采用ATMEGA64单片机进行数据采集、计算并得到控制信号，同时通过工作状态指示灯20显示控制器当前状态;开度信号转换输出电路30采用LM358芯片对输出位置信号进行处理;执行器驱动电路31采用A3941芯片控制4片IRF540组成的H桥输出驱动电流，并且通过AD8205芯片对电流信号进行采集，并将结果反馈给单片机。
[0020]电路的工作过程为:控制器正常工作时，由手动调节电位器23或外部输入24产生的0.5V~4.5V的目标开度信号和由执行器26位置反馈传感器产生的当前开度信号经过输入接口电路28的处理输入到单片机相应引脚，单片机根据目标开度信号与当前开度信号通过程序计算并输出相应的PWM控制信号和蝶阀阀片开度信号，PWM控制信号输入到执行器驱动电路产生驱动电流使蝶阀阀片转动到目标位置，蝶阀阀片开度信号输入到开度信号转换输出电路30经过电平转换最终产生0.5V~4.5V的开度信号，该信号与蝶阀阀片开度成线型正比关系，其中0.5V代表最小开度，4.5V代表最大开度。
[0021]如图3所示，电源电路27包括三种电源模块U5、U6、U7，其型号分别为LM2576-5V、1117805和了？56734，二极管01~07，电容(:1^:5、(:12~(:16、025^:31、051^:53，电感1^1、1^和电阻R46。电源输入端经过电容、二极管、电阻与电源模块的输入端相连，稳压模块的输出经过滤波二极管、电感和电容与另一稳压模块的输入或其它功能电路的电源输入端相连。
[0022]具体连接方式为:端子15、C51、C52的一引脚、Dl的阳极与D2的阳极相连，端子16、〇51的另一引脚、(:1^:5、(:15、(:16工25工27工29^:31的阴极、(:12~(:14工25工28工53的一引脚、D3、D4、D7的阳极、U5的3、5脚、U2的2脚、U7的5脚与GND相连，C52、C53的另一引脚与壳体相连，Dl的阴极、C1~C5的阳极与24V相连，D2、D4的阴极、C25、C27的阳极、C26的一引脚R46的一引脚与U5的I脚相连，Ul的2脚、D3的阴极与LI的一引脚相连，U5的4脚、U7的1、8脚、L2的一引脚、LI的另一引脚、C16、C29的阳极、C28的另一引脚与VCC相连，U6的I脚、D6的阴极与R46的另一引脚相连，U6的3脚、D6的阳极、D7的阴极、C30的阳极、C31的一引脚与5V相连，U7的2脚与C12的另一引脚相连，U7的3脚与C13的另一引脚相连，U7的4脚与C14的一引脚相连，U7的6脚、D5的阳极与L2的另一引脚相连，U7的7脚、D5的阴极、C15的阳极、C14的另一引脚与12V相连。
[0023]如图4所示，输入接口电路包括电容035441、057^:59，电阻030^:36、041^:43、〇58~C50o
[0024]具体连接方式为:1?35、1?40、1?42的一引脚与￥0:相连，040工41工35^:39工57^:59的一引脚、R30、R32、R58的一引脚、端子7与GND相连，端子6与5V相连，端子2、C41的另一引脚与R43的一引脚相连，R43的另一引脚与引出线32相连，端子3、C40的另一引脚与R41的一引脚相连，R41的另一引脚与引出线34相连，端子5、C39的另一引脚与R36的一引脚相连，R36的另一引脚与引出线33相连，端子8、R31的一引脚与R30的另一引脚相连，C35、R31的另一引脚与引出线35相连，端子11、C36、R32的另一引脚与R33的一引脚相连，C37、R33的另一引脚与R34的一引脚相连，C38、R34的另一引脚与引出线36相连，端子13、C57、R58的另一引脚与R59的一引脚相连，C58、R59的另一引脚与R60的一引脚相连，C59、R60的另一引脚与引出线37相连。
[0025]如图5所示，单片机接口电路包括单片机UI，其型号为ATmega64，集成电路U3，其型号为MAX705E，发光二极管XD1、XD2，晶振JZ，电感L3，电容CU1、CU3、C6~C11、C60、C61，电阻R2?R10、R61。
[0026]具体连接方式为:XD1、XD2的阳极、CU3、R2-R4、R6~R8的一引脚、UI的21、52脚、U3的2脚与VCC相连，L3、R61的一引脚与5V相连，C6?Cll、C60、C61的一引脚、CU3的另一引脚、R5的一引脚、Ul的22、53、63脚、U3的3、4脚与GND相连，L3、C10、C61的另一引脚与Ul的64脚相连，C9、C60、R61的另一引脚与Ul的62引脚相连，连接线36与Ul的61脚相连，连接线35与Ul的60脚相连，连接线38与Ul的59脚相连，连接线39与Ul的57脚相连，连接线37与Ul的56脚相连，R9的一引脚与Ul的55脚相连，XDl的阴极与R9的另一引脚相连，Rl O的一引脚与Ul的54脚相连，XD2的阴极RlO的另一引脚相连，R8的另一引脚、Ul的33脚与U3的6脚相连，JZ的一引脚、C7的另一引脚与Ul的24脚相连，JZ的另一引脚、C6的另一引脚与Ul的23脚相连，R2~R6的另一引脚分别与连接线42?46相连，C8、R7的另一引脚、Rll的一引脚与Ul的20相连，Rll的另一引脚与U3的7脚相连，Cll的另一引脚与Ul的1、8脚相连，连接线41与Ul的11脚相连，连接线40与Ul的10脚相连，连接线32与Ul的8脚相连，连接线34与Ul的7脚相连，连接线33与Ul的6脚相连，连接线47与Ul的5脚相连。
[0027]如图6所示，开度转换输出电路包括集成电路U8，其型号为LM358，电容C32?C34、〇56、0]8，电阻1?26~1?29。
[0028]具体连接方式为:连接线47与R26的一引脚相连，R27、C32的一引脚与R26的另一引脚相连，R27的另一引脚、C33的一引脚与U8的3脚相连，U8的1、2脚与R28的一引脚相连，端子10、C34、R29的一引脚与R28的另一引脚相连、R29的另一引脚、C56的一引脚与连接线38相连，⑶8的一引脚、U8的8脚与12V相连，⑶8、C32-C34、C56的另一引脚、U8的4脚与GND相连。
[0029]如图7所示，执行器驱动电路包括集成电路U2、U4，器型号分别为A3941、AD8205，MOS 管 Q1~Q4，其型号为 IRF540，电容 C17~C24、电阻 R13~R21、R25。
[0030]具体连接方式为:Q1、Q3的2脚、U2的1、13、14脚与24V相连，R17、R21的一引脚与Ql的I脚相连，端子18、C19的一引脚、Ql的3脚、Q2的2脚、U2的11脚与R21的另一引脚相连，R17的另一引脚与U2的10脚相连，Cl 9的另一引脚与U2的9脚相连，端子17、R45的一引脚与U4的8脚相连，R45的另一引脚、C17、R23的一引脚、Q3的3脚、Q4的2脚、U4的I脚与U2的4脚相连，C17的另一引脚与U2的6脚相连，R23的另一引脚、R19的一引脚与Q3的I脚相连，R19的另一引脚与U2的5脚相连，R18、R22的一引脚与Q2的I脚相连，R18的另一引脚与U2的12脚相连，R20、R24的一引脚与Q4的I脚相连，R20的另一引脚与U2的3脚相连，C24的一引脚、U4的6、7脚与5V相连，R25的一引脚与U4的5脚相连，连接线39、R23的一引脚与R25的另一引脚相连，R12、R13的一引脚与U2的28脚相连，R14的一引脚与U2的27脚相连，连接线41、R15的一引脚与U2的26脚相连，连接线40、R16的一引脚与U2的25脚相连，连接线42与U2的24脚相连，连接线45与U2的23脚相连，连接线46与U2的22脚相连，连接线43与U2的21脚相连，连接线44与U2的20脚相连，C22的一引脚、R13?R16的另一引脚与U2的20脚相连，C21的一引脚与U2的16脚相连，C21的另一引脚与1]2的15脚相连，(:18工20工23工24、1?12、1?22、1?24的另一引脚、1]2的2、17、18脚、U4的2、3脚与GND相连。
【主权项】
1.一种调节进气道蝶阀开度的数字式控制器，它包括壳体(19)、工作状态指示灯(20)和控制板(21)三个部分，其特征是:控制板(21)是由电源电路(27)、输入接口电路(28)、单片机接口电路(29)、开度信号转换输出电路(30)和执行器驱动电路(31)组成;外接的蝶阀关闭开关(22)、手动调节电位器(23)、外部输入(24)、外接执行器(26)的位置反馈传感器的输出分别与输入接口电路(28 )的各输入端相连，输入接口电路(28 )的各输出端分别与单片机接口电路(29 )的各输入端相连，单片机接口电路(29 )的各输出端分别与开度信号转换输出电路(30)、执行器驱动电路(31)的输入端相连，开度信号转换输入电路(48)的输出端与外接的开度显示设备(25)相连，执行器驱动电路(31)的输出端与执行器(26)电枢绕组相连。2.根据权利要求1所述的一种调节进气道蝶阀开度的数字式控制器，其特征是:电源电路(27)采用专用DC-DC电源模块LM2576-5V作为数字信号5V电源，采用TPS6734作为模拟12V电源，采用LM7805作为模拟5V电源;单片机接口电路(29)采用ATMEGA64单片机进行数据采集、计算并得到控制信号，同时通过工作状态指示灯(20)显示控制器当前状态;开度信号转换输出电路(30)采用LM358芯片对输出位置信号进行处理;执行器驱动电路(31)采用A3941芯片控制4片IRF540组成的H桥输出驱动电流，并且通过AD8205芯片对电流信号进行采集，并将结果反馈给单片机。
【文档编号】F16K31/04GK205639784SQ201620313288
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】吕田有, 王伟, 贾晓亮, 刘宏, 贾帅儒, 李烨, 梁建伟, 胡锡梅, 张以磊, 曾海东
【申请人】大同北方天力增压技术有限公司