专利名称：电动执行机构的数字智能定位器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于工业仪器仪表领域，尤其是一种电动执行机构的数字智 能定位器。
背景技术：
电动执行机构是工业过程控制系统中的末端执行设备，其主要作用是将上 位机控制系统发出的控制信号转换成相应的动作，达到控制阀门内截流件的 位置或其他调节机构位置的目的，广泛应用于电力、冶金、石化、供热、水 泥、建材、轻纺、食品等行业。目前，工业过程控制系统主要以集散式控制
系统为主，电动执行机构普遍采用4 20mA、 0 10 mA及0 20 mA直流模拟 信号和开关量等多种信号作为控制信号，反馈输出信号包括4 20mA、 0 10 mA、 0 20 mA 、 0 5V及0 10V等多种直流模拟信号，因此，作为电动执 行机构控制核心的定位器就需要适应多种类型产品的信号要求。定位器的控 制通常采用模拟电路控制、模拟与数字混合电路控制方式，现有的定位器很 少能够将输入信号与输出信号进行隔离，即使具备隔离功能的定位器也会因 为光耦输出后的电路受到干扰而引起反馈信号的变化，而定位器无法对反馈 信号的非正常变化进行实时监控，即上述定位器只能对反馈信号进行开环控 制，存在抗干扰能力差、可靠性低的问题。 发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗干扰能力强、 可靠性高并且能够对反馈信号进行实时监控的电动执行机构的数字智能定位
器o
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的 一种电动执行机构的数字智能定位器，由CPU、给定信号检测电路、位置 反馈检测电路、报警信号检测电路、开关量信号检测电路、按键电路、显示
模块、功率放大电路、第一光耦、第二光耦和D/A模块构成，CPU的两个A/D 接口分别与给定信号检测电路、位置反馈检测电路相连接，CPU的1/0接口分 别与报警信号检测电路、开关量信号检测电路、按键电路、显示模块及功率 放大电路相连接，CPU的一输出接口通过第一光耦与D/A模块的数据输入端相 连接，该D/A模块的数据输出端通过第二光耦与CPU的一输入接口相连接。 而且，所述的D/A模块的输出选择端口与输出选择开关相连接。 而且，所述的显示模块由显示控制芯片和LED数码管连接构成，显示控制芯片与CPU的1/0接口相连接。
而且，所述的CPU为ATMEGA88V芯片，所述的第一光耦和第二光耦均为 HCPL0601芯片。
而且，所述的D/A模块为AD420芯片。
而且，所述的显示控制芯片为CH452芯片。
本实用新型的优点和积极效果是
1. 本数字智能定位器使用D/A模块及光耦对输出信号进行闭环控制，D/A 模块将CPU的输出信号转换成模拟信号进行输出的同时，将收到的输出信号 回送给CPU， CPU对该输出信号进行校验，如果出现错误将重新向D/A模块发 送输出信号，实现了对反馈信号的实时监控，因此这种输出信号带隔离功能 的闭环控制方式有效地保证了输出信号的准确性，提高了数字智能定位器的 抗干扰能力及可靠性。
2. 本数字智能定位器选用了高性能、高集成度的CPU和D/A模块，使得 定位器的电路简单、使用外围器件少，提高了输出信号的准确性。
3. 本数字智能定位器采用专用的LED数码管显示控制芯片，大大节省了 CPU的系统资源，提高了数字智能定位器的处理速度。
4. 本数字智能定位器内的控制程序能够对多种不同输入信号进行采集识 别，并能够根据输出选择开关输出不同的电流信号或电压信号，扩大了数字 智能定位器的适用范围。
5. 本实用新型通过CPU、光耦和DA转换芯片构成闭环控制电路，保证了
定位器的输出信号的准确性，提高了定位器的抗干扰能力及可靠性，同时能 够对多种不同输入信号及输出信号进行控制，扩大了其适用范围。
图1是本实用新型的连接方框图2是CPU控制部分的电路图3是CPU与开关量信号检测电路的连接电路图4是CPU与显示模块的连接电路图5是CPU与D/A模块的连接电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。
一种电动执行机构的数字智能定位器，如图1所示，由CPU、给定信号检
测电路、位置反馈检测电路、报警信号检测电路、开关量信号检测电路、按
键电路、显示模块、功率放大电路、第一光耦、第二光耦和D/A模块构成。 在本实施例中，CPU选用了 ATMEL公司的ATMEGA88V高性能微处理器， ATMEGA88V微处理器具有集成A/D转换器、看门狗电路、Flash和EEPROM等功能。CPU的两个A/D接口分别与给定信号检测电路、位置信号相连接，CPU 的I/O接口分别与报警信号检测电路、开关量信号检测电路、按键电路、显 示模块及功率放大电路相连接，CPU的一输出接口通过第一光耦与D/A模块的 数据输入端相连接，D/A模块的数据输出端通过第二光耦与CPU的一输入接口 相连接，在本实施例中，该D/A模块为AD420芯片，该第一光耦和第二光耦 均为HCPL0601芯片。本数字智能定位器主要负责上位机控制系统的给定信号 和执行机构的位置反馈信号、故障报警信号(限位报警信号、力矩报警信号 和温度报警信号)、开关量信号的输入采集处理和电机控制信号的输出，AD420 芯片将当前执行机构的位置转换成模拟信号传输给上位机控制系统，CPU与 AD420芯片配合对输出信号进行闭环控制，CPU控制显示模块显示执行机构的 运行状态信息和参数设定信息。 下面对各部分电路具体说明
CPU控制部分电路如图2所示，包括CPUATMEGA88V芯片、晶振电路、专 用复位芯片、按键电路、给定信号检测电路和位置反馈检测电路，ATMEGA88V 芯片将控制定位器工作的软件程序和系统参数分别存储在其内部的Flash和 EEPROM中，内部的晶振电路向ATMEGA88V芯片提供稳定的时钟信号；复位电 路选用IM809专用的复位芯片保证ATMEGA88V在稳压电源低于4. 2V的情况下 复位；按键电路选用轻触开关作为就地操作使用；给定信号检测电路选用250 欧姆的取样电阻对上位机控制系统的电流给定信号进行采集后送到CPU的A/D 端口；位置检测电路同样将检测到的位置信号送到CPU的A/D端口。 .开关量信号检测电路与CPU的连接如图3所示，开关量信号检测电路是 将上位机控制系统给定的开关量信号进行采集并送到CPU的I/O端口，为了 避免此信号对CPU的干扰，在该电路中使用三个SFH6156-3光耦对开关量信 号进行光电隔离。
显示模块与CPU的连接如图4所示，显示模块由显示控制芯片和LED数 码管连接构成，显示控制芯片与CPU的I/0接口相連接。显示控制芯片选用 的是CH452专用LED数码管显示控制芯片，其将CPU发送的显示数据解析处 理后控制LED数码管的显示，显示模块用于显示当前执行机构的位置值或操 作时的参数。
D/A模块与CPU的连接如图5所示，D/A模块选用AD公司工业级D/A (数 模)转换专用芯片AD420，其能够将CPU通过串行方式发送的16位数据转换 成模拟的电流或电压信号。在CPU的输出接口 (PD3)与AD420芯片的数据输 入端(DATAIN)之间连接第一光耦，在AD420的数据输出端(DATAOUT)与CPU 的一输入接口 (PC3)之间连接第二光耦，这样，AD420芯片将接收的数据通 过其数据输出端经第二光耦传回到CPU的输入接口上，CPU连续两次将输出的数据传送给AD420，并在第二次发送数据时同步采集数据输出端(MTA0UT) 的数据，并与与上一周期发送的数据作比较，相同则完成本次数据的传输； 如不相同则重复发送，直到接收到的数据正确为止。为了对定位器进行电流 或电压输出输出信号进行选择，以满足不同的设备要求，在AD420芯片的两 输出选择接口 (RANGE SELECT 1和RANGE SELECT2)分别输出选择开关相连接， 通过不同选择，AD420芯片从其IOUT或VOUT端口输出相应的电流或电压信号。
本实用新型的工作原理为给定信号检测电路对上位机控制系统的4 20mADC、 0 10mADC、 0 20 mA DC的直流电流给定信号转换为直流电 压给定信号并送到CPU中，CPU对此数据及采集的位置反馈信号、故障检测 信号、开关量信号进行处理后，输出电机控制信号，使执行机构动作到相应 的位置，AD420芯片根据与输出选择端口连接的输出选择开关确定输出信号 是电流还是电压，将接收到的数字量输出信号转换成4 20mA DC、0 10 mA DC、 0 20 mA DC、 0 5V DC、 0 10V DC等模拟量的电流信号或电压信号输出给 上位机控制系统。AD420芯片还将收到输出信号回送给CPU, CPU对该输出信 号进行校验，如果校验发现错误，则将重新向D/A模块发送输出信号，直到 接收到的数据正确为止，实现了对反馈信号的实时监控。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的， 因此本实用新型并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术 人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型 保护的范围。
权利要求1. 一种电动执行机构的数字智能定位器，其特征在于由CPU、给定信号检测电路、位置反馈检测电路、报警信号检测电路、开关量信号检测电路、按键电路、显示模块、功率放大电路、第一光耦、第二光耦和D/A模块构成，CPU的两个A/D接口分别与给定信号检测电路、位置反馈检测电路相连接，CPU的I/0接口分别与报警信号检测电路、开关量信号检测电路、按键电路、显示模块及功率放大电路相连接，CPU的一输出接口通过第一光耦与D/A模块的数据输入端相连接，该D/A模块的数据输出端通过第二光耦与CPU的一输入接口相连接。
2. 根据权利要求1所述的电动执行机构的数字智能定位器，其特征在于-所述的D/A模块的输出选择端口与输出选择开关相连接。
3. 根据权利要求1所述的电动执行机构的数字智能定位器，其特征在于 所述的显示模块由显示控制芯片和LED数码管连接构成，显示控制芯片与CPU 的I/0接口相连接。
4. 根据权利要求1所述的电动执行机构的数字智能定位器，其特征在于 所述的CPU为ATMEGA88V芯片，所述的第一光耦和第二光耦均为HCPL0601芯 片。
5. 根据权利要求1或2所述的电动执行机构的数字智能定位器，其特征 在于所述的D/A模块为AD420芯片。
6. 根据权利要求3所述的电动执行机构的数字智能定位器，其特征在于 所述的显示控制芯片为CH452芯片。
专利摘要本实用新型涉及一种电动执行机构的数字智能定位器，由CPU、给定信号检测电路、位置反馈检测电路、报警信号检测电路、开关量信号检测电路、按键电路、显示模块、功率放大电路、第一光耦、第二光耦和D/A模块构成，CPU的两个A/D接口分别与给定信号检测电路、位置反馈检测电路相连接，CPU的I/O接口分别与报警信号检测电路、开关量信号检测电路、按键电路、显示模块及功率放大电路相连接，CPU的一输出接口通过第一光耦与D/A模块的数据输入端相连接，该D/A模块的数据输出端通过第二光耦与CPU的一输入接口相连接。本实用新型采用闭环控制方式，提高了定位器的抗干扰能力及可靠性，扩大了其适用范围。
文档编号G05D3/20GK201307246SQ200820144219
公开日2009年9月9日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者伟 刘, 张中远, 桑卫东 申请人:天津市津达执行器有限公司