电动阀门执行机构控制器设计与实现

发布时间：2017-08-19 02:35

  本文关键词：电动阀门执行机构控制器设计与实现

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【摘要】：电动阀门执行机构是一种可以接受外部控制命令,驱动电机和减速器将动力传递至阀门,并对阀门开度进行伺服控制的设备。由于在性能、体积、易用性上具有显著优势,电动阀门执行机构在许多领域逐渐取代传统的气动阀门执行机构和液动阀门执行机构成为市场主流设备。目前,随着对阀门开度快速、精确调节的需求越来越大,基于嵌入式系统设计的,具有多通信模式、精确开度调节性能的新一代电动阀门执行机构已成为阀门执行机构的发展趋势。本学位论文紧密围绕南通某机械公司委托的正式合同项目——“电动阀门执行机构控制器研制”开展工作。本人负责整个电动阀门执行机构控制器全部硬件设计、嵌入式应用软件设计、样机研制、系统功能调试,实际测试以及标定与校准工作。学位论文根据技术合同深入研究了阀门开度检测原理与技术实现方法、阀门开关的控制模式,学习研究了项目所需的Modbus总线技术、4-20mA总线技术,完成了系统总体方案设计、控制器硬件与软件详细设计,为提供系统整体可靠性,采用嵌入式实时操作系统RT-Thread作为软件的底层平台,在此操作系统之上进行驱动层程序设计,提供对硬件芯片的驱动支持,同时完成了应用层多任务程序的编写。最后研制的样机全面通过系统实验室功能调试和甲方测试平台实际工况应用测试,全部实现技术合同规定功能与控制准确度要求。学位论文共分六个章节：第一章,详细介绍了电动阀门执行机构控制器的背景以及国内外研究现状,提出本学位论文的主要研究内容和目标；第二章,介绍电动阀门执行机构控制器的设计要求,同时对主要技术难点进行研究,提出了本系统的总体设计方案；第三章,详细介绍电动阀门执行机构控制器硬件设计,并对主要硬件功能模块设计进行较详细的分析与探讨；第四章,扼要介绍了本控制器采用的嵌入式实时操作系统,详细介绍了本系统嵌入式应用软件的主要模块及其设计方法；第五章,对本系统各个模块进行了功能调试、验证,并针对在调试过程中遇到的问题进行了分析,并提出解决方案；第六章,对学位论文工作进行总结和展望。
【关键词】：电动阀门执行机构 Modbus 嵌入式 RT-Thread
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH134;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 引言9
• 1.2 国内外研究概况9-11
• 1.3 课题来源与主要研究内容11-12
• 1.4 本章小结12-13
• 第二章 电动阀门执行机构控制器总体方案设计13-19
• 2.1 系统设计要求13
• 2.2 相关技术综述13-15
• 2.2.1 嵌入式操作系统14-15
• 2.2.2 Modbus通信协议15
• 2.3 总体方案设计15-17
• 2.3.1 硬件系统方案16
• 2.3.2 软件系统方案16-17
• 2.4 本章小结17-19
• 第三章 电动阀门执行机构控制器硬件设计19-37
• 3.1 硬件方案总体设计19-20
• 3.2 核心控制模块设计20-23
• 3.2.1 STM32最小电路单元设计20-21
• 3.2.2 STM32外设资源分配21-23
• 3.3 检测模块设计23-24
• 3.3.1 阀位检测模块23
• 3.3.2 主轴转矩测量电路23-24
• 3.4 通信接口模块设计24-29
• 3.4.1 开关量发送与接收24-26
• 3.4.2 模拟量发送与接收26-28
• 3.4.3 485通信电路28-29
• 3.5 人机交互模块设计29-32
• 3.5.1 OLED驱动电路设计29-30
• 3.5.2 霍尔按键与旋钮检测电路设计30-31
• 3.5.3 LED指示灯31-32
• 3.6 电机驱动模块设计32-33
• 3.7 电源模块设计33-36
• 3.7.1 24V开关电源模块35
• 3.7.2 DCDC隔离电源35-36
• 3.7.3 5V开关稳压电源电路设计36
• 3.7.4 3.3V开关稳压电源电路设计36
• 3.8 本章小结36-37
• 第四章 电动阀门执行机构控制器软件设计37-61
• 4.1 RT-Thread操作系统介绍37-39
• 4.1.1 开发环境配置37-38
• 4.1.2 RT-Thread针对STM32移植38-39
• 4.2 软件总体设计39-41
• 4.2.1 软件框架设计39
• 4.2.2 简要流程图39-41
• 4.3 驱动层软件设计41-43
• 4.4 人机交互程序设计43-50
• 4.4.1 菜单显示程序设计43-45
• 4.4.2 按键响应程序设计45-46
• 4.4.3 一级菜单内容简介46
• 4.4.4 二级菜单内容简介46
• 4.4.5 三级菜单内容简介46-50
• 4.5 阀位检测程序实现50-51
• 4.6 就地模式程序设计51-53
• 4.7 远程模式程序设计53-55
• 4.8 参数自整定程序设计55-56
• 4.9 Modbus RTU通信程序设计56-59
• 4.9.1 Modbus通信协议消息帧56-57
• 4.9.2 Modbus事务处理57-58
• 4.9.3 RT-Thread系统中Modbus程序的编写58-59
• 4.10 本章小结59-61
• 第五章 系统调试61-71
• 5.1 各模块功能验证61-67
• 5.1.1 电源模块调试61
• 5.1.2 人机交互模块调试61-62
• 5.1.3 开关量、模拟量输入输出模块调试62-63
• 5.1.4 Modbus通信模块调试63-65
• 5.1.5 控制精度测试65-66
• 5.1.6 电磁兼容测试66-67
• 5.2 调试过程中遇到的问题及解决67
• 5.3 成果展示67-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-72
• 6.1 全文总结71
• 6.2 研究展望71-72
• 致谢72-73
• 研究生阶段研究成果及发表学术论文情况73-74
• 参考文献74-75

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本文编号：698224