基于WiFi的电液伺服阀控制器硬件电路设计

利用EP4CE22F17C8实现无线输液监控系统硬件设计作者：于洋来源：《电子技术与软件工程》2015年第11期摘要 Cyclone Ⅳ系列的FPGAS以其低成本、低功耗、高宽带在无线、工业、通信领域得到了广泛应用。

本文以EP4CE22F17C8为核心处理器设计无线输液自动监测及报警系统硬件电路，以实现液位低某个位置时自控监测并以编码的方式通过无线射频电路传输液位信号至护士站，完成液位自动监测与报警。

该硬件电路的设计极大地保护了临床输液病人安全，降低了值班护士的工作量，具有较强的使用价值。

同时，无线输液自动监测及报警系统的设计，对于Cyclone Ⅳ系列的FPGAS嵌入式处理器的设计与应用具有重要的借鉴价值。

【关键词】Cyclone Ⅳ Qsys NiosII EP4CE22F17C8Cyclone Ⅳ系列的FPGA以最低成本、最低功耗理念的基础上推出的低成本、高容量的FPGAs，以满足带宽成本敏感性的市场需求。

该系列有两类芯片：Cyclone Ⅳ E和Cyclone ⅣGX，前者提供核电压为1.0V和1.2V。

Cyclone Ⅳ系列FPGA拥有6K-150K逻辑单元、最高至6.3Mb的内部存储容量，其18*18乘法器数量最多可达360个；M9K存储模块可提供9kbit的嵌入式SRAM，并可配置为多个数据宽度的存储模块，如真实双端口的×1、×2、×4、×8/9、×16/18；全局时钟高达30个，8个PLLs连接5个输出时钟；该系列芯片支持SDR、DDR、DDR2 SDRAM、和QDRII SRAM，可以利用Memory Controller MegaCore function完成存储器界面的设计。

封装形式为FBGA的EP4CE22F17C8是Cyclone Ⅳ E系列的FPGAs嵌入式处理器，支持Rs OCT或单端口的Rs，可实现可编程的总线保持、上拉电阻、时延、速率转换控制以优化信号完整性；其配置方式包括AS、AP、PS、FPP和JTAG，通过选择EPCS和并行FLASH采取相应的配置数据方式，以实现上电数据自动加载；该芯片支持速率等级8。

无线电液控制研究论文一、无线电液控制技术基本原理无线电液控制技术的基本工作原理：首先，无线电液控制系统将操作者或机器的控制指令进行数字化处理（包括对信号的滤波，A/D转化等处理），变为易于处理的数字信号；其次，对数字指令信号进行编码处理；再次，指令信号在经发射系统进行数字调制后，通过发射天线以无线电波的方式传递给远处的接收系统。

最后，接收系统通过接收天线把带控制指令的无线电波接收下来，经过解调和解码，转换为控制指令，实现对各种类型阀的进行控制。

由于无线电液控制技术在工程机械领域占有重要地位，它也越来越受到各国的重视，都投入了很多的技术力量和资金进行研究开发。

虽然红外遥控也可以实现电液控制技术的远程遥控，但是由于红外遥控存在对工作背景要求高、能耗高、传输距离短（一般不会超过10米），且必需在同一直线上，中间不能有任何障碍物以及易受工业热辐射影响等缺点，使得无线电液控制技术成为当前研究的主要方向。

二、无线电液控制技术的研究现状及趋势（一）无线电液控制技术的研究现状最初，遥控电液控制系统都是采用有线遥控方式进行的。

早在60年代初期，人们就能利用拖缆遥控装置来控制液压机械上的手动、电液多路阀，操作时通过拖缆遥控装置上的双向单轴摇杆输出线性比例信号来控制电液比例多路阀，线控盒摇杆的信号完全能模拟液压多路阀上手动拉杆的动作。

虽然这种方式也可以使操作人员在作业区外对机械设备进行操作控制，但是由于控制信号在电缆线中的衰减，使得遥控的距离有限，同时由于电缆线的存在，影响了操作的灵活性，而且数米长的电缆经常是生产事故中的主要根源。

[2]随着无线电技术的成熟，把无线电技术引入电液控制系统成为了可能。

由于无线电液控制技术是通过无线电波来传递控制指令，完全消除了拖缆式遥控装置所带来的故障隐患。

但是一开始的无线电液控制系统都只能发射简单的指令，如：打开/关闭等指令。

进入70年代后，随着大规模集成电路及专用微处理器的出现，开发出了可靠性更高的手持式无线遥控系统。

现代商贸工业２０１８年第３２期２１５㊀基金项目:武汉市教育局市属高校产学研项目 基于W i F i 的智能电液伺服阀控制器设计阶段性研究成果,课题编号:C X Y ２０１６３９.作者简介:李媛(１９８０－),女,汉族,湖北武汉人,武汉城市职业学院讲师,主要研究方向:工业自动化技术.图６㊀S J A １００初始化５㊀系统测试系统测试就是随整个系统进行可行性调试.最后通过L a bV I E W 上位机软件制作通信界面,并显示测试结果.通过多次试验可得出结论:电压采集精度为ʃ５m V ,温度采集精度为ʃ１ħ,电流采集精度为ʃ５m A .可知该系统工作稳定可靠,满足最初的设计要求.６㊀结论动力电池数据此采集系统完成了对电池电压㊁温度和电流的采集,完成了均衡,并把采集到的信息通过C A N 总线传输给整车控制器,完成了系统的硬件和软件设计.通过实验并得出以下结论:(１)通过串联电池的方法采集单体电压和总电压,简单精确,利用霍尔传感器和温度传感器进行电流和温度的采集,实现了对信息稿精度的采集.(２)在系统的设计过程中使用了L T C ６８０２,可实现均衡,使得监测系统更为安全可靠,同时也加入了软件和硬件滤波的措施,从而使得系统信号采集更为稳定㊁准确和抗干扰能力强等优点,总电压并未使用单体电压的直接叠加,使总电压这个数据更加准确可靠.参考文献[１]TT a k e i s h i ．P e r s p e c t i v e o n e n e r g y f o r v e h i c l e s f r o mt h e v i e w po i n t o f e n e r g y r e s o u r c e s ．E n v i r o n m e n t a n d e c o n o m y [J ]．J ．S o c ．A u t o ．J a pa n ,１９９５,４９(１):２８Ｇ３３．[２]S t e v e nGc h a l k ,J a m e s s F M i l l e r ．K e y c h a l l e n ge s a n dr e c e n t p r o Ｇg r e s s i nb a t t e r i e s ,f u e l c e l l s ,a n dh y d r og e n s t o r a ge f o r c l e a n e n e r Ｇg y s ys t e m s ．J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e s ,２００６,１５９(１):７３Ｇ８０．[３]刘小诗．动力电池测试平台数据采集系统设计[D ]．北京:北京交通大学,２０１４．[４]杨润宇．宽量程高精度电池数据采集系统的研究[D ]．北京:北京交通大学,２０１２．[５]G r e g o r y L ．P l e t t ．S i g m a －P o i n t K a l m a nF i l e r i n g f o rB a t t e r y Ma n Ｇa g c －m e n tS y s t e m so fL iP B－B a s e d H E V B a t t e r y Pa c k s [J ]．J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e s ,２００６,８２６(１):１Ｇ１３．[６]房继业．电动汽车B M S 中电池单体电压采集及其均衡方案研究[D ]．安徽:合肥工业大学,２０１３．[７]林如意,黄继业,高明煜等．H E V 动力电池组数据采集系统设计[J ]．电子器件,２０１１,(１０):５７７Ｇ５７９．[８]刘晓诗．动力电池测试平台数据采集系统设计[D ]．北京:北京交通大学,２０１４．基于W i F i 的电液伺服阀控制器硬件电路设计李㊀媛(武汉城市职业学院机电工程学院,湖北武汉４３００６４)摘㊀要:设计基于S TM ３２F １０３R C T ６单片机的液压伺服控制系统,合理解决电液伺服阀在系统中的柔性化设计问题.给出了W i F i 的电液伺服阀控制器硬件各单元的设计电路.关键词:控制;通讯;电路中图分类号:T B ㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀d o i :１０．１９３１１/j ．c n k i ．１６７２Ｇ３１９８．２０１８．３２．１０９㊀㊀电液伺服控制装置主要完成的功能是将控制中心发出的指令通过无线输入电压信号与反馈信号比较后的偏差信号加以放大和运算,输出一个与偏差信号电压成一定函数关系的控制电流,驱动电液伺服阀.该控制器的硬件电路包括W i F i 通讯模块㊁A \D ㊁D \A ㊁功率放大电路等模块,其电液伺服控制装置总体框图如图１.图１㊀电液伺服控制装置设计框图１㊀电源单元电源系统的稳定性会直接影响到了整个系统的稳定性.在本系统中,S TM ３２芯片需要３．３V 电源,外围器件均使用的ʃ５V ㊁１０V ㊁ʃ１２电源.为了使系统简化,整个系统输入电源采用１０V 直流线性电源.３．３V 是在５V 的基础上,使用L M １１１７三端固定电压３．３V 芯片得到的.L M １１１７输出电流为１A ,输入电压范围４．７５V~１２V ,输出电压在３．２６７V~３．３３３V 之间,在各种接口电路及开关电源中应用广泛,３．３V 供电电路如图２所示.工程管理与技术现代商贸工业２０１８年第３２期２１６㊀㊀图２㊀３．３V 供电电路２㊀处理器(M C U )主控器选择S TM ３２F １０３R C T ６芯片,选择该芯片的原因是该处理器基于A R M ３２位的C o r t e x T M－M ３的内核,拥有４８K B 的S R AM 和２５６K B 的F L A S H ,２个基本定时器㊁４个通用定时器㊁２个高级定时器㊁２个D MA 控制器(共１２个通道)㊁３个S P I ㊁２个I I C ㊁５个串口㊁１个U S B ㊁１个C A N ㊁３个１２位A D C ㊁１个１２位D A C ㊁１个S D I O 接口及５１个通用I O 口.本课题选用此芯片则不需要再扩展其它内存,大部分需求该芯片均可完成,因此选择该芯片作为主控器.要想使该芯片正常工作必须包含电源电路㊁晶振电路㊁复位电路㊁调试电路(J T A G ),称之为S TM ３２的最小工作系统.最小工作系统如图３.图３㊀S TM ３２最小系统结构图(１)复位电路.当系统在运行过程中,有时受到环境干扰出现程序异常时,可以按下复位按钮,将系统恢复到初始状态,让内部程序从头开始执行.其电路如图４.图４㊀S TM ３２复位电路(２)时钟电路.时钟电路主要由系统时钟和R T C (实时时钟).系统时钟主要作为C o r t e x T M－M ３处理器和S TM ３２外设的驱动时钟,一般称为高速外部振荡器(H S E O S C ).它可以来源于石英/陶瓷共振体提供.R T C 实际上就是一个独立的定时器R T C 模块拥有一组连续计数的计数器,在相应软件配置下,可提供时钟日历的功能.修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期.在本课题需要对有实时时钟,因此需要对其配置.其电路图如图５.图５㊀时钟电路(３)调试电路.为了让S TM ３２能运行起来,还需要硬件调试端口,这样才可以使用仿真器链接S TM ３２.S TM ３２的C o r e S i gh t 调试系统支持两种标准接口:５针的J T A G 端口和２针的S WD 串行接口.S WD 与J T A G 模式相比,S WD 在高速模式下更加可靠,在大数据量的情况下J T A G 下载程序会失败,S WD 发生的几率就会小很多.而且,基本上使用J T A G 仿真模式情况下都可以之际使用S WD 模式.因此,本课题的调试电路选择S WD 模式的调试电路,其电路图如图６.图６㊀S WD 调试电路３㊀A /D 单元电液伺服阀控制装置只针对唯一的伺服阀进行控制,A /D 单元主要是采集伺服阀内部位移传感器的信号,进行滤波㊁放大和调零.其原理框图如图７.图７㊀A \D 单元原理框图(１)位移信号.本系统主要采集的是电液伺服阀位移传感器(L V D T )的信号.L V D T 由初㊁次级线圈和可移动的磁芯组成.初级线圈由外部参考正弦波信号源激励,两个次级线圈产生感应电动势,感应电动势大小与磁芯位置有关.当活动磁芯在零位时,两个次级线圈互感系数相等,感应电动势相等;当活动磁芯移动时,两个次级线圈的互感系数发生变化,感应电动势不相等,两个次级线圈为反向串联连接,因此感应电动势不等,即磁芯位置变化时会产生电压输出.总而言之,L V D T 是一种将机械信号转换成电信号的装置,其输入信号是机械位移,输出的电压信号与机械位移信号成正比.１㊁２输出＋１０V~－１０V 的电压信号,３㊁４脚需要外加正弦振荡信号,如图８.图８㊀L V D T 原理图(２)滤波电路.L V D T 输出为＋１０V~－１０V 的电压信号,其滤波电路如图９,此电路的传递函数为G (s)＝－R ４R ２R ４C １s ＋１,属于一阶惯性环节,利用R ４和C １将其输入信号中不需要的高频信号滤掉,从而消除高频信号对系统的影响.图９㊀滤波电路原理图(３)调零电路.电液伺服阀受到现场环境或是伺服阀的设计偏差,当输入信号为零时,电液伺服阀会产生一个较小输出信号,导致整个控制系统的控制出现偏差,从而降低系统精度因此,在信号输入到A D 前,加入调零电路其电路原理图如图１０.现代商贸工业２０１８年第３２期２１７㊀图１０㊀调零电路原理图(４)A /D 单元电路.本装置采集仅完成一路A D 采集,虽然采集通道少,但是数据读取频率高,数据量大,如利用芯片内部的A D C 不能完全满足要求.因此,我们利用外部扩展A D 模块来完成位移传感器的信号采集.通过A D ９７６A 芯片转换后数字量的电压为５V .S TM ３２为３．３V ,虽然S TM ３２的I O 口都支持T T L 电平,但是I O口的总电流不能超过限定值,不能将其与A D ９７６A 的数字接口直接相连,需要进行电平转换.本课题中我们选用７４L V C ４２４５A .４㊀D /A 单元图１１㊀D /A 单元图将D A 输出的控制信号与调零信号和颤振信号通过加法器进行混合,通过功率放大器将电流信号放大去驱动电液伺服阀,实现对电液伺服阀的控制.(１)颤振电路.颤振电路是由于电液伺服阀中的阀芯与阀套间存在一定的静摩擦力,使得电液伺服阀存在一定大小的分辨率,当输入电流的变化值小于电液伺服阀的分辨率时,其输出流量不变,而且,油液的污染会使得电液伺服阀的分辨率增大.电液伺服阀在工作时受到静摩擦力的影响,会引起极限环振荡或静态误差,从而降低系统对低频信号的响应.为了减小静摩擦力干扰的影响,其电路设计如图１２.图１２㊀颤振信号原理图(２)调零电路.此单元所用的调零电路与A D 单元中的相同,电路设计如图９.(３)D A 模块.D A 模块选用了D A C ７６２５模数转换芯片.该芯片即可使用单电源或双电源,本设计中控制电液伺服阀的信号为ʃ１０V ,因此选用双电源的方式,输出电压的计算式如下:V O U T＝V R E F L ＋(V R E F H －V R E F L )∗N４０９６通过计算,V R E F L 表示低参考电压接－５V 电源,V R E F L 表示高参考电压接＋５V 电源,因此,D A 输出的电压的范围在ʃ１０V .由于S TM ３２为３２位单片机,D A C ７６２５为１２位数模转换芯片,S TM ３２上的I O 引脚可直接与D A C ７６２５的D B 接口相连.当该芯片的C S 引脚为低电平时,此芯片被选中,将数据传输给D A 转换芯片后将RW 引脚置为低电平,从而完成对电液伺服阀的电压控制.其电路设计如图１３.图１３㊀D A 模块电路(４)功率放大电路.D A C ７６２５输出的模拟信号输出电流和功率都较小,难以驱动电液伺服阀,因此,需要使用功率放大电路来放大输出电流和功率.其电路设计如图１４.图１４㊀功率放大电路５㊀W i F i 单元W i F i 单元采用W S UM １０２A 的芯片,该芯片稳定性高,抗干扰性强,使用方便,无需设计复杂的配合回来,其设计电路如图１５.图１５㊀W i F i 单元电路６㊀总结本电液伺服阀控制器已经试运行了两年,工作状态稳定,将W i F i 技术和S TM ３２技术应用于电液伺服控制系统中,快速实现电液伺服系统中电液伺服阀的个数的增减,方便了客户的使用.参考文献[１]L M １１１７－X X X J ３１A L o w D r o p o u tP o s i t i v eV o l t a g eR e gu l a t o r [M ]．C Y S t e c hE l e c t r o n i c sC o r p ,２００７:４７Ｇ４８．[２]刘小初．三级电液伺服阀特性及其控制技术研究[D ]．哈尔滨:哈尔滨工业大学,２０１０．[３]吴根茂,丘敏芳等．新编实用电液比例技术[M ]．杭州:浙江大学出版社,２００６．。

电液伺服控制器的电路设计及精度研究李永建王少萍摘要：本文针对目前电液伺服控制器中电液伺服阀显示电路影响其驱动电路设计的问题，提出了用电流式模拟表头加继电器方法，代替了采样电路加电压式模拟表头，改善了线性度和精度；针对一般的传感器调理电路增益调节范围小，线性度不好的问题，本文采用了一种新的电路增加了放大倍数和改善了线性度；本文还介绍了一种根据实际情况把电位计和固定电阻结合的方法，提高了电位计在电路中的精度。

关键词：电液伺服阀驱动电路调理电路精度The circuit design of electro-hydraulic servo controller and Accuracy researchAbstract:This paper aimed at issue of electro-hydraulic servo controller servo valve display circuit affecting their driving circuit at present, using Current analog Head and Relay , insteading of sampling circuit and voltage analog Head, improved the linearity and precision；Gain adjustment of the sensor conditioning circuits aimed at the general scope of the small, poor linearity. In this paper, a new amplifier circuit to increase and improve the linearity；It also introduces a method according to the actual situation to put a fixed resistance combination of potentiometer,and it improved the accuracy of circuit.Key words:electro-hydraulic Servo Valve；Driving Circuit；Conditioning circuit；Accuracy近年来电液伺服控制技术的发展非常迅速，覆盖从民用机械到精确打击武器等关键国民经济领域。

电液位置伺服控制系统设计方法电液位置伺服系统是最基本和最常用的一种液压伺服系统，如机床工作台的位置、板带轧机的板厚、带材跑偏控制、飞机和船舶的舵机控制、雷达和火炮控制系统以及振动试验台等。

在其它物理量的控制系统中，如速度控制和力控制等系统中，也常有位置控制小回路作为大回路中的一个环节电液位置伺服系统主要是用于解决位置跟随的控制问题，其根本任务就是通过执行机构实现被控量对给定量的及时和准确跟踪，并要具有足够的控制精度。

电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。

它由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂。

因此，电液伺服控制系统的设计及仿真受到越来越多的重视。

液压伺服系统的基本设计步骤○1分析整理所需的设计参数，明确设计要求；○2拟定控制方案，构成控制系统原理图；○3确定动力元件参数（如供油压力、执行元件规格、伺服阀容量）和其他组成元件；○4分析计算系统的静、动态特性，确定回路放大系数和设计校正措施等。

○5根据技术要求设计出系统以后，需要检查所设计的系统是否满足全部性能指标，如不满足，可通过调整参数或改变系统结构（即校正）等方法重复设计过程，直至满足要求为止。

因为设计是试探性的，所以设计方法具有很大的灵活性，在设计中结合MATLAB的SIMULINK软件进行仿真，对系统的参数进行调整和可靠性作进一步验证，最终可以得出比较可靠的电液伺服系统。

(一)组成控制系统原理图由于系统的控制功率比较小、工作台行程比较大，所以采用阀控液压马达系统。

系统方块原理如图1（二）由静态计算确定动力元件参数，选择位移传感器和伺服放大器1．绘制负载轨迹图负载力由切削力c F ，摩擦力f F 和惯性力a F 三部分组成。

摩擦力具有“下降”特性，为了简化，可认为与速度无关，是定值，取最大值f F = 1500N 惯性力按最大加速度考虑a max F 800t m a N ==假定系统是在最恶劣的负载条件下工作(即所有负载力都在存在，且速度最大)下工作，则总负载力为max f F F F F =l c a =++400+1500+800=2700N2.选取供油压力 5s P 6310Pa =⨯3.求取液压马达排量设齿轮减速比'm i=/2m θθ=，丝杠导程21.210/t m r -=⨯，则所需液压马达力矩为22700 1.210 2.58222L L F t T N m i ππ-⨯⨯===⋅⨯ 取L s 2P =P 3，则液压马达弧度排量为-63L 5s 3T 3 2.58D ==0.610m /2P 26310m rad ⨯=⨯⨯⨯ 液压马达每转排量为-63-632D 20.610m / 3.710m /m m Q r r ππ==⨯⨯=⨯计算出的液压马达排量需标准化。

电液位置伺服控制系统设计方法本文将介绍电液位置伺服控制系统设计的方法，并针对其中的几个关键环节进行详细说明。

一、系统建模几何方法是通过几何分析来建立系统的几何关系方程，例如通过机械结构的分析来推导出负载移动和油液角位移的关系。

物理方法是通过物理定律和原理来建立系统的动态方程，例如利用牛顿第二定律和液压力学原理来推导出系统的动态方程。

数学方法是通过系统的输入和输出响应数据来建立系统的数学模型，例如通过实验数据拟合出系统的传递函数或状态空间模型。

二、控制策略选择在电液位置伺服控制系统中，常用的控制策略包括PID控制、模糊控制和自适应控制等。

PID控制是最常用的控制策略之一，通过调节比例、积分和微分三个控制参数来实现位置控制。

PID控制具有简单、稳定的特点，适用于许多工业领域。

模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制策略，能够处理非线性、模糊的系统。

模糊控制通过建立模糊规则和模糊推理机制来实现控制。

自适应控制是一种根据系统状态和参数变化进行自动调节的控制策略。

自适应控制能够实时调节控制参数，以适应系统的变化。

根据具体的系统动态特性和控制性能要求，选择适合的控制策略。

三、控制器设计根据选定的控制策略，设计合适的控制器参数，例如PID控制中的比例、积分和微分参数。

控制器参数的选择通常通过试验和调整得到，常用的方法包括试探法、经验法和优化算法。

试探法是最常用的方法，通过对控制器参数进行调整，观察系统的响应，找到最佳的控制参数。

经验法是通过工程经验来选择控制器参数，常用的经验法包括Ziegler-Nichols 方法和Chien-Hrones-Reswick 方法等。

优化算法是一种通过优化方法来寻找最优控制参数的方法，例如遗传算法、粒子群算法等。

四、系统仿真和调试在设计完成后，应进行系统仿真和调试，以验证系统的性能和稳定性。

系统仿真可以通过利用系统的数学模型，使用仿真软件（如Matlab/Simulink）进行。

仿真可以帮助设计人员评估系统的性能，并对控制器参数进行进一步调整。

毕业设计（论文）题目基于WIFI的无线控制系统毕业设计(论文)任务书题目基于WIFI的无线控制系统专题主要内容及要求物联网技术掀起了世界信息产业成长的第三次浪潮，其中WIFI技术广泛应用于许多领域。

本设计以WIFI技术为基础，建立基于WIFI的无线控制系统。

要求实现：（1）控制器采集温度和湿度，并在LCD上进行显示；（2）通过串口将数据发送给WIFI模块，然后发送到手机；（3）通过手机发送命令实现温度和湿度的改变。

主要技术参数（1）WIFI网线网卡支持AP模式。

（2）无线网卡支持802.11g，802.11b标准。

（3）LCD显示模块（4）控制电机实现温度和湿度调整进度及完成日期3月21日-4月4日：查阅并整理相关资料，并确定大体思路。

4月5日-4月15日: 先进行温度和湿度的采集，并在LCD上显示。

4月16日-4月29日：进行WIFI模块的调试。

4月30日-5月12日：将数据从控制器发送给WIFI模块。

5月13日-5月27日：对整个系统进行测试。

5月28日-6月12日：修改论文，最终定稿。

6月13日-6月15日：论文提交和答辩。

教学院长签字日期教研室主任签字日期指导教师签字日期第 1 页指导教师评语本文以基于WIFI的无线控制系统为题，建立以WIFI为通信方式的物联网系统，通过DHT11温湿度传感器采集环境中温度和湿度，选择STM32f103ZE单片机作为微控制器，利用WIFI网络进行数据传输，实现手机APP控制电机启动与停止。

经测试系统工作性能良好，达到了设计要求。

论文选题符合本专业培养目标，具有一定的学术研究价值和实用意义，有一定难度，工作量较大。

该生查阅文献资料能力较强，能较为全面地收集关于WIFI技术、软硬件设计等相关资料。

能综合运用所学专业知识，解决系统的需求分析、硬件电路设计和软件设计等问题，综合运用知识能力较强。

文章内容较为完整，层次结构安排科学，主要观点突出，逻辑关系清楚，但在系统实现的功能方面略显简单。

伺服阀的无线传感网络与互联技术无线传感网络与互联技术为伺服阀的控制及监测提供了更加可靠、高效的解决方案。

伺服阀作为一种关键的工业自动化设备，广泛应用于各个行业中，包括石油化工、能源、制造业等。

传统上，伺服阀的控制和监测主要依靠有线连接，但这种传统方式存在许多限制和不足之处。

无线传感网络与互联技术的出现，为伺服阀的控制带来了新的机遇和挑战。

一、无线传感网络的优势无线传感网络是一种通过无线通信技术连接各种传感器和执行器的网络系统。

相比传统有线连接方式，无线传感网络具有以下优势：1. 降低成本：无线传感网络无需布置大量的数据线缆，可以减少成本和安装时间。

同时，减少了故障点和维护工作，提高了系统的可靠性。

2. 灵活性：无线传感网络可以根据现场需求随意布置传感器和执行器，不受布线限制，可以灵活地应对不同的工程需求。

3. 扩展性：无线传感网络可以轻松扩展和添加新的设备，无需更改原有的布线和设备。

4. 实时监测：通过无线传感网络，用户可以实时获取伺服阀的状态信息，以及工作参数，实现对设备的远程监控和故障诊断。

二、无线传感网络与互联技术在伺服阀中的应用1. 远程控制：无线传感网络可以实现对伺服阀的远程控制，减少人工干预和提高自动化程度。

通过无线传感网络，操作员可以远程调整伺服阀的开关状态、调节参数，实现远程控制功能。

2. 故障诊断：无线传感网络可以实时监测伺服阀的工作状态和参数，如果发生故障或异常，可以通过互联技术发送通知或报警信息给操作员或维修人员，及时进行处理，避免停机和生产损失。

3. 节能减排：无线传感网络使得对伺服阀的节能控制更加方便和精确。

通过实时监测伺服阀的工作参数和能耗，可以进行精细化的控制，最大程度地降低能耗和排放。

4. 数据采集和分析：无线传感网络可以将伺服阀的工作数据实时传输到有关部门的数据中心，进行数据采集和分析。

通过大数据技术，可以对伺服阀的工作状态和性能进行深入分析，为后续的优化和改进提供依据。

沈阳工程学院毕业设计摘要电液伺服系统融合了电气和电液两个方面的优点。

具体来说有对系统反应很敏捷，很强大的精准控制，再输出端的功数值相当高、在处理系统送来的相应相当快，非常善于反馈各种参数控制量。

在综合了上述的优点后它在对需求速度核装载量大的对象时候更能发挥他的特长。

在各种形式的恶劣环境中均有着不同的应用。

比如说在军事上的应用、航空航天上的应用，钢铁电力行业的应用，制造加工业的应用、各种飞机车里的模拟台的控制、电炉冶炼的电极位置的控制以及各种实验机的压力的控制。

机械手运动伺服系统是隶属于电液控制系统的一类，他将小液压功率转换为大功率的液压信号，早些年代的机械手伺服系统是一起执行所有的命令，这样对机器的性能往往会有所限制，因为PLC是周期性循环扫描方式，每一瞬间就只能专心做一件事，同时使得运算速度特别快，让他与外部电器动作几乎同步，实现控制上的要求。

西门子S7-200具有模块化的结构，容易实现分布式的配置，同时具有很高电磁兼容特点，因此被广泛的应用。

本次设计采用S7-200 PLC，选用紫金桥软件作为上位机，实现对电液伺服控制系统的模拟。

关键词电液伺服系统，机械手，S7-200，紫金桥-I-基于PLC的电液伺服控制系统设计AbstactElectro hydraulic servo system integrated the advantages of the two aspects of electrical and electro hydraulic, with high control precision, fast response, large output power, signal processing flexibility, easy to achieve the feedback of various parameters, etc.. Therefore, in the load quality and response speed of occasions the most suitable for, its application has been throughout all areas of the national economy, such as control the position of the aircraft and ship steering control, radar and gun control, machine tool industry and trade and Taiwan, strip of rolling mill thickness control, electric furnace electrode position control, aircraft of various vehicles in the simulation table control, the generator speed control, material testing machine and other experimental machine pressure control.Belonging to the motion of the manipulator servo system of electro-hydraulic control system, he will be small power conversion for high power hydraulic signal and previous manipulator servo system is to execute all orders together, so on the machine's performance will limit, PLC cycle scanning mode, each moment concentrate on doing one thing, while the calculation speed is very fast, makes him almost simultaneous with the action of external appliances, achieve control requirements.SIEMENS S7-200 modular structure, easy to implement distributed configuration and cost-effective, strong electromagnetic compatibility characteristics, is widely used. The S7-200 is used as the upper computer, and the simulation is carried out on the purple bridge to realize the simulation of electro hydraulic servo control system.Key words electro hydraulic servo system, manipulator, S7-200, purple bridge-II-沈阳工程学院毕业设计目录摘要 (I)Abstact ............................................................................................................ I I 1绪论.. (1)1.1课题背景及选题意义 (1)1.2国内发展的趋势 (1)1.2.1我国的发展的初始阶段 (1)1.2.2我国发展的势头 (2)1.3本课题研究的内容 (2)2 电液伺服系统的基本原理 (3)2.1电液伺服控制系统的简介 (3)2.2电液伺服系统的概述 (4)2.2.1电液伺服阀驱动电路 (4)2.2.2电液伺服阀电流的显示电路 (4)2.3传感器的调节电路 (4)2.3.1系统模型 (5)2.3.2硬件的系统 (5)2.3.3软件的系统 (5)3 系统的设计 (7)3.1 PID的概述 (7)3.2调节器控制的规律 (8)4 控制设备及软件原理 (10)4.1 PLC概述 (10)4.1.1 PLC的定义 (10)4.1.2 PLC的特点 (10)4.1.3 PLC的应用与发展 (11)4.2 PLC的基本结构及工作原理 (11)4.2.1 PLC的基本结构 (11)4.2.2 PLC工作的原理 (13)4.2.3可编程控制器的编程原则和方法 (15)4.3监控软件的构成及功能 (15)4.3.1监控软件的用途及分类 (15)4.3.2紫金桥软件的功能及基本使用方法 (16)5 电液伺服系统的应用 (18)5.1设计思路 (18)5.2点设置 (18)5.3电气接线图 (19)5.4梯形图的实现 (19)5.5 I/O点的分配 (26)5.6调试运行 (27)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)-III-沈阳工程学院毕业设计1绪论1.1课题背景及选题意义机械手是现代工业化自动控制中涌现出来的的一项新工艺，已经成为工业现代化制造的一项重要组成部分。

基于WiFi的电液伺服阀控制器硬件电路设计设计基于STM32F103RCT6 单片机的液压伺服控制系统，合理解决电液伺服阀在系统中的柔性化设计问题。

给出了WiFi的电液伺服阀控制器硬件各单元的设计电路。

标签：控制；通讯；电路电液伺服控制装置主要完成的功能是将控制中心发出的指令通过无线输入电压信号与反馈信号比较后的偏差信号加以放大和运算，输出一个与偏差信号电压成一定函数关系的控制电流，驱动电液伺服阀。

该控制器的硬件电路包括WiFi 通讯模块、A＼＼D、D＼＼A、功率放大电路等模块，其电液伺服控制装置总体框图如图1。

1 电源单元电源系统的稳定性会直接影响到了整个系统的稳定性。

在本系统中，STM32芯片需要3.3V电源，外围器件均使用的±5V、10V、±12电源。

为了使系统简化，整个系统输入电源采用10V直流线性电源。

3.3V是在5V的基础上，使用LM1117三端固定电压3.3V芯片得到的。

LM1117输出电流为1A，输入电压范围4.75V～12V，输出电压在3.267V～3.333V之间，在各种接口电路及开关电源中应用广泛，3.3V供电电路如图2所示。

2 处理器（MCU）主控器选择STM32F103RCT6芯片，选择该芯片的原因是该处理器基于ARM32位的CortexTM-M3的内核，拥有48KB的SRAM和256KB的FLASH，2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器（共12个通道）、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口及51个通用IO口。

本课题选用此芯片则不需要再扩展其它内存，大部分需求该芯片均可完成，因此选择该芯片作为主控器。

要想使该芯片正常工作必须包含电源电路、晶振电路、复位电路、调试电路（JTAG），称之为STM32的最小工作系统。

最小工作系统如图3。

（1）复位电路。

当系统在运行过程中，有时受到环境干扰出现程序异常时，可以按下复位按钮，将系统恢复到初始状态，让内部程序从头开始执行。

一、上海湖泉普通防爆电动截止阀4G无线控制电动阀门系统方案本控制可通过远程控制、现场控制、总线型集中控制三种控制方式。

电动执行器控制模块接收到远程控制室的控制信号，经光电隔离防抖处理后传输给主控CPU。

CPU实时监测采集执行器状态信号，控制电机传动被控阀门，通过高精度电位器或对值编码器，不断实时采集阀门位置信号，通过现代工业控制软件算法，实现对阀门的精确控制。

同时将实时数据传送给远程控制室。

电动执行器控制模块原理先进、功能全面、长期稳定可靠、集成度高、发热量小、装卸方便、维护简单。

可通过红外遥控器或操作面板按键对其进行非侵入式的快速设置。

二、上海湖泉普通防爆电动截止阀4G无线控制电动阀门具有以下优点1．流体阻力小，其阻力系数与同长度的管段相等。

2．结构简单、体积小、重量轻。

3．紧密可靠，目前闸阀的密封面材料广泛使用塑料、密封性好，在真空系统中也已广泛使用。

4．操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90°，便于远距离的控制。

5．维修方便，闸阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸更换都比较方便。

6．在全开或全闭时，闸体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀。

7．适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。

球旋转90度时，在进、出口处应全部呈现球面，从而截断流动。

一、上海湖泉普通防爆电动截止阀4G无线控制电动阀门方案说明：1、每台电装有个无线模组，然后统一连接到云端服务器，可通过有外网的电脑与手机移动设备监视与控制每台电装2、每台电装要有个无线天线出来。

阀门电动执行器应用方案一、上海湖泉普通防爆电动截止阀4G无线控制电动阀门系统方案本控制可通过远程控制、现场控制、总线型集中控制三种控制方式。

电动执行器控制模块接收到远程控制室的控制信号，经光电隔离防抖处理后传输给主控CPU。

CPU实时监测采集执行器状态信号，控制电机传动被控阀门，通过高J度电位器或J对值编码器，不断实时采集阀门位置信号，通过现代工业控制软件算法，实现对阀门的J确控制。

伺服阀的网络化与远程控制技术随着工业自动化的发展和智能化水平的提升，传统的伺服阀已经越来越难以满足现代工业对控制精度和效率的需求。

因此，将伺服阀与网络化与远程控制技术相结合，成为了当前研究和应用的热点之一。

本文将对伺服阀的网络化与远程控制技术进行介绍和探讨。

一、网络化控制技术网络化控制技术是指利用计算机网络技术实现远程控制和管理的方法。

对于伺服阀而言，网络化控制技术可以通过将伺服阀与计算机、传感器等设备连接起来，实现对伺服阀的监控和控制。

1.传感器网络传感器网络可以实时采集伺服阀的运行状态和环境参数，通过无线通信将数据传输给上位机，实现对伺服阀的远程监控。

传感器网络可以提供多种类型的传感器，如温度传感器、压力传感器等，可以帮助用户实时了解伺服阀的工作状态，并及时采取相应的措施。

2.远程监控与管理网络化控制技术使得伺服阀可以远程监控和管理。

用户可以通过手机、平板电脑等终端设备，远程实时监测伺服阀的运行状态，以及对其进行远程控制。

例如，当伺服阀出现故障或异常情况时，用户可以通过终端设备进行远程诊断和修复，有效降低了维修成本和停机时间。

3.网络化控制系统网络化控制系统是指将传感器、执行机构、控制器等设备通过计算机网络连接起来，形成一个统一的控制系统。

网络化控制系统可以实现对伺服阀的自动化控制、运行参数调节和性能优化等功能。

通过网络化控制系统，用户可以对伺服阀设备进行远程监控和管理，提高生产效率和产品质量。

二、远程控制技术远程控制技术是指通过远程传输信号，实现对伺服阀的控制。

远程控制技术可以分为无线远程控制和有线远程控制两种方式。

1.无线远程控制无线远程控制技术可以通过无线通信方式，实现对伺服阀的远程控制。

用户可以通过终端设备发送指令，通过无线传输到伺服阀控制器，控制伺服阀的开关、速度、位置等参数。

无线远程控制技术具有操作简便、灵活性高等特点，适用于无线环境和移动应用场景。

2.有线远程控制有线远程控制技术可以通过有线通信方式，如以太网、RS485等，实现对伺服阀的远程控制。

伺服阀的无线传感与智能控制随着科技的飞速发展，无线传感与智能控制技术在众多领域得到广泛应用，其中包括了伺服阀领域。

伺服阀作为工业自动化控制系统中的关键组件，起到调节流体流量的重要作用。

在传统的伺服阀控制系统中，需要通过有线连接的方式传递控制信号，然而，随之而来的布线复杂、安装成本高昂的问题，限制了伺服阀的应用范围。

为了解决这一问题，无线传感与智能控制技术被引入到伺服阀中，实现了更高效、便捷的控制方式。

首先，无线传感技术为伺服阀提供了更多的灵活性。

相比于传统的有线连接方式，无线传感技术能够通过无线信号传输控制信号，不再受限于距离和布线的限制。

可以将传感器与伺服阀分离，便于调整和维修。

同时，无线传感技术也能够实现多个传感器与一个伺服阀的连接，提高了系统的扩展性。

其次，无线传感技术在伺服阀的智能控制中发挥了重要作用。

传感器采集到的数据能够通过无线传输到控制器，控制器根据这些数据进行分析和判断，并根据需要对伺服阀进行实时调整。

这种智能控制方式使得伺服阀能够根据工况实时调整，提高了工作效率和精确度。

智能控制还可以通过数据分析和学习算法，不断优化伺服阀的工作状态，提高阀门的精确控制能力。

另外，无线传感与智能控制技术还为伺服阀带来了更高的安全性。

无线传感器可以通过无线网络与控制中心进行通信，实时监测伺服阀的工作状态，以防止因为阀门的故障或错误操作导致的危险情况。

而且，通过智能算法的支持，系统可以实时对阀门进行故障检测和预警，减少因突发故障而带来的风险。

然而，无线传感与智能控制技术在伺服阀中的应用还面临一些挑战和问题。

首先是无线传输的稳定性和可靠性。

由于无线传感器与控制器之间的通信是通过无线信号传输，受到信号干扰、遮挡和衰减等因素的影响。

因此，需要选择合适的无线传输技术和信号强度来保障传输的稳定性和可靠性。

其次是无线传感器的能耗问题。

无线传感器需要不断地采集和传输数据，这会消耗较多的能量，因此如何提高无线传感器的能效性能也是一个需要解决的问题。