专利名称：通用智能缓冲式气体减压阀的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及工业控制中的气体减压稳压控制装置，特别是罐装高压可燃性气体的减压稳压控制，具体地讲是一种通用智能缓冲式气体减压阀。
背景技术：
气体减压阀是工业控制中的气体压力控制的重要部件，传统的气体减压阀基本上都是机械式的。目前，机械式气体减压阀的控制都是手动式，他们根据控制原理可分为两种形式一种是直动式减压阀，也称弹簧薄膜式减压阀。它直接靠手柄操纵调压弹簧来调节输出压力，可在规定调压范围内实现无级调压，并保持稳定于调定值。另一种是弹簧活塞式减压阀，是弹簧薄膜式减压阀的换代产品。它通过启闭件的节流，造成压力损失迫进口压力在出口处防范低某一个需要值，当流量和压力变化时，利用本身介质能量，来控制出口压力基本不变的目的。机械手动式减压阀虽然结构简单，操作方便，但存在调节范围有限，只能现场手动调节，调节精度不高等缺陷，因此在工业生产中只能作为辅助控制阀门。特别是对对控制系统要求极高的燃料电池电动汽车罐装高压可燃性气体的减压稳压控制的影响更大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能随着入口端气压的变化自动调节阀门的大小，保证出口端气压的大小恒定；同时出口端气压大小的设定值是可以通过按键手动给定也可通过通讯口上位机远程给定的通用智能缓冲式气体减压阀，以克服上述的不足。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是它由步进电机、调节阀及压力传感器构成，其中步进电机的输出与调节阀的进气调节阀门连接，即步进电机控制调节阀的进气门开度，压力传感器设置在调节阀的出气端，用于检测调节阀的出气压力，其特点是还有一个微处理器单元设置在步进电机的前端，步进电机的控制输入端与微处理器单元中的脉冲宽度调制(PWM)功率输出模块信号输出端相连接，压力传感器的输出端与微处理器单元中的A/D(模/数)转换器数据输入端相连接；上述调节阀出气端还固定有一个管状物缓冲包，管状物缓冲包的进气口与调节阀出气端相通，压力传感器设置在管状物缓冲包的出口端；上述微处理器单元由嵌入式微处理器、PWM功率输出模块及A/D(模/数)转换器构成，其中嵌入式微处理器接收来自A/D转换器输出信号，并进行智能调节后，从而输出控制信号给PWM功率输出模块；上述嵌入式微处理器上还设置有一个与上位机通信的通讯口，还连接有控制键盘和LCD显示；上述PWM功率输出模块由大功率光电隔离放大器、MOS管、稳压管、二极管及电阻器构成，其中大功率光电隔离放大器信号输入端与嵌入式微处理器的控制信号输出端连接，大功率光电隔离放大器信号输出端通过电阻器与MOS管的基极(栅极)相连接，MOS管的集电极通过二极管输出POWER信号，MOS管的集电极输出COM信号，MOS管的发射极接地，MOS管的基极与发射极之间连接有一个电阻器，MOS管的集电极与发射极之间连接有一个稳压管，MOS管的输出的POWER信号和COM信号与步进电机的控制端相连接。
本发明用压力传感器来检测减压阀的气体出口压力，用电机来控制减压阀工作，与传统的机械式气体减压阀相比，能大大改善气体减压后压力变化的稳定性，并可以在宽范围内调节气体减压后的稳压值。因此，通用智能缓冲式气体减压阀必将逐步取代传统机械式的气体减压阀。本发明在设计上加入了一个缓冲包，可以有效的降低由于入口端气体压力大小的波动对出口端气体压力大小的影响。
图1为本发明实施例结构框图。
图2为本发明PWM功率输出模块电路原理图。
图3为本发明嵌入式微处理器控制单元的电路原理图。
图4为本发明缓冲包结构原理图。
图5为本发明实施例的软件流程图。
具体实施方案下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
本发明带有压力传感器，能快速并准确的检测出口端的气压大小，并将检测信号转换成电压信号送入PIC16C7X系列微处理器。微处理器软件实现PWM(脉冲宽度调制)信号输出，通过PWM功率输出模块驱动步进电机调节入口端阀门的开启度，从而达到调节出口端气压大小的目的。它自带控制按键与LCD显示，可手动设定减压之后的稳压值，同时它也带有RS323通讯串口，可与上位机通信并通过上位机设定减压之后的稳压值。
如图1所示的本发明实施例，它具有与上位机通信的RS232接口、向减压阀的步进电机输出控制信号的信号输出端、接受压力传感器压力反馈信号的信号输入端。它包括嵌入式微处理器和PWM功率输出模块，其中嵌入式微处理器为PIC16C7X单片机；PWM功率输出模块将嵌入式微处理器给出的PWM信号通过由MOS管组成的自举电路进行功率放大，从而驱动步进电机精确调节入口端调节阀的开度。出口端由压力传感器检测压力信号，反馈回嵌入式微处理器进行A/D转换。
如图2所示，由嵌入式微处理器给出的PWM信号，通过大功率光隔TLP250被放大，用该放大信号作为MOS管的驱动信号。在POWER和COM之间形成新的可驱动大功率器件的新的PWM信号，该信号与由嵌入式微处理器给出的PWM信号正好反向。本发明实施例中，PWM开关频率为0HZ-10KHZ，占空比变化范围较大。
如图3所示，本发明实施例的嵌入式微处理器为PIC16C7X，它内部硬件集成了PWM信号发生器与A/D模数转换模块。PIC16C7X单片机自带串行口，与MAX232芯片组成RS232通信串口。稳压值给定信号可以通过双绞线由上位机传出，经RS232通信串口送入微处理器。压力传感器给出的出口端压力反馈信号是一个模拟的电压信号，可以直接接到PIC16C7X的一路A/D引脚，当然需要给PIC16C7X的A/D模块供电，并为转换提供参考电压。给定与反馈在PIC16C7X经过一定的算法最终转化为占空比可变的PWM脉宽调制信号输出。
如图4所示，本发明实施例中加入的缓冲包为圆柱型管状物，入口端接调节阀，出口端嵌有压力传感器。
如图5所示的为本发明实施例的软件流程图，该软件流程中存在两个中断，一个是上位机ECU(RS232上位机)发出的数据引起本系统减压阀ECU的中断(每隔20ms)，通过中断发出此时刻的上位机所需的数据，并取出本发明实施例中所需要的数据，更新稳压设定值。另一个是本系统定时器周期引起的中断，在该中断程序中，进行控制算法，包括采样压力反馈信号，智能PID算法，然后更新PWM比较寄存器，通过调节PWM占空比调节调节阀的开度。
为了加快系统的响应速度，本发明采用了经过改进的智能PID控制算法。
C(k)为反馈量，R(k)为给定量，E(k)为偏差。
F(k)＝C(k)+Kd*[C(k)-C(k-1)]；E(k)＝R(k)-F(k)；IF E(k)＞0.5V，THEN控制量PWM比较值＝195(最大值85％的占空比)IF E(k)＜-0.5V，THEN控制量PWM比较值＝17(最大值10％的占空比)ELSE控制量U(k)＝U(k-1)+Ki*[E(k)-E(k-1)]+Kk*E(k)；IF U(k)＞5V，THEN U(k)＝5V；IF U(k)＜-5V，THEN U(k)＝-5V；控制量PWM比较值＝U(k)*12+95最后通过控制算法得出的PWM比较值去改变PIC16C7X输出的PWM信号的占空比，由此来调节调节阀的开度。
本发明经过实际测试，本发明实施例能很好的实现对出口压力的稳压控制，响应速度快，工作稳定可靠。
权利要求
1.一种通用智能缓冲式气体减压阀，它由步进电机、调节阀及压力传感器构成，其中步进电机的输出与调节阀的进气调节阀门连接，即步进电机控制调节阀的进气门开度，压力传感器设置在调节阀的出气端，用于检测调节阀的出气压力，其特征在于还有一个微处理器单元设置在步进电机的前端，步进电机的控制输入端与微处理器单元中的脉冲宽度调制(PWM)功率输出模块信号输出端相连接，压力传感器的输出端与微处理器单元中的A/D(模/数)转换器数据输入端相连接。
2.如权利要求1所述的通用智能缓冲式气体减压阀，其特征在于调节阀出气端还固定有一个管状物缓冲包，管状物缓冲包的进气口与调节阀出气端相通，压力传感器设置在管状物缓冲包的出口端。
3.如权利要求1所述的通用智能缓冲式气体减压阀，其特征在于微处理器单元由嵌入式微处理器、PWM功率输出模块及A/D转换器构成，其中嵌入式微处理器接收来自A/D转换器输出信号，并进行智能调节后，从而输出控制信号给PWM功率输出模块。
4.如权利要求1或3所述的通用智能缓冲式气体减压阀，其特征在于嵌入式微处理器上还设置有一个与上位机通信的通讯口，还连接有控制键盘和LCD显示。
5.如权利要求1或3所述的通用智能缓冲式气体减压阀，其特征在于PWM功率输出模块由大功率光电隔离放大器、MOS管、稳压管、二极管及电阻器构成，其中大功率光电隔离放大器信号输入端与嵌入式微处理器的控制信号输出端连接，大功率光电隔离放大器信号输出端通过电阻器与MOS管的基极(栅极)相连接，MOS管的集电极通过二极管输出POWER信号，MOS管的集电极输出COM信号，MOS管的发射极接地，MOS管的基极与发射极之间连接有一个电阻器，MOS管的集电极与发射极之间连接有一个稳压管，MOS管的输出的POWER信号和COM信号与步进电机的控制端相连接。
6.如权利要求2所述的通用智能缓冲式气体减压阀，其特征在于管状物缓冲包为圆柱型管状物缓冲包。
7.如权利要求3所述的通用智能缓冲式气体减压阀，其特征在于嵌入式微处理器为PIC16C7X单片机。
8.如权利要求5所述的通用智能缓冲式气体减压阀，其特征在于大功率光电隔离放大器为TLP250。
全文摘要
本发明涉及一种通用智能缓冲式气体减压阀，它由步进电机、调节阀及压力传感器构成，其中步进电机控制调节阀的进气门开度，压力传感器用于检测调节阀的出气压力，其特点是还有一个微处理器单元设置在步进电机的前端，步进电机的控制输入端与微处理器单元中的脉冲宽度调制(PWM)功率输出模块信号输出端相连接，压力传感器的输出端与微处理器单元中的A/D(模/数)转换器数据输入端相连接。本发明用压力传感器来检测减压阀的气体出口压力，用电机来控制减压阀工作，与传统的机械式气体减压阀相比，能大大改善气体减压后压力变化的稳定性，并可以在宽范围内调节气体减压后的稳压值。
文档编号G05D16/20GK1553066SQ200310111600
公开日2004年12月8日 申请日期2003年12月18日 优先权日2003年12月18日
发明者刘教瑜, 陶亮, 何青 申请人:武汉理工大学