一、引言
氣動馬達作為一種執行機構，在工業生產和工業控制中起著很重要的作用。氣動馬達使用空氣取代電力和液壓來產生動力，可以實現無級變速，可瞬間啟動、停滯和換向，具有自動冷卻功能，無電火花，可在易燃易爆，如含有化學、易燃性或揮發性等物質濕熱和多塵的環境下運行，如礦區、隧道、油漆廠、化學工廠、石化、生物科技、藥廠、晶圓、半導體、光纖、兵工廠、船舶、養殖等行業用于驅動，因用空氣作為動力，容易獲得，用后空氣可以直接排入大氣無污染，壓縮空氣還可以進行集中供給和遠距離控制。
二、氣動閥門執行器工作原理
利用壓縮空氣推動執行期內多組組合氣動活塞運動，傳力給橫梁和內曲線軌道的特性，帶動空芯主軸作旋轉運動，壓縮空氣氣盤輸至各缸，改變進出氣位置以改變主軸旋轉方向，根據負載（閥門）所需旋轉扭矩的要求，可調整氣缸組合數目，帶動負載（閥門）工作。
三、氣動閥門執行器的控制方式
由于現在的控制方式和手段越來越多，在實際工業生常和工業控制中，用來控制氣動執行機構的方法也很多，常用的有以下幾種。
（一）基于單片機開發的智能顯示儀控制
智能顯示儀是用來監測閥門工作狀態，并控制閥門執行期工作的儀器，它通過兩路位置傳感器監視閥門的工作狀態，判斷閥門是處于開閥還是關閥狀態，通過編程記錄閥門開關的數字，并且有兩路與閥門開度對應的4～20mA輸出及兩足常開常閉輸出觸點。通過這些輸出信號，控制閥門的開關動作。根據系統的要求，可將智能閥門顯示儀從硬件上分為3部分來設計：模擬部分、數字部分、按鍵/顯示部分。
1．模擬電路部分主要包括電源、模擬量輸入電路、模擬量輸出電路三部分。
電源部分供給整個電路能量，包括模擬電路、數字電路和顯示的能源供應。為了實現閥門開讀的遠程控制，需要將閥門的開度信息傳送給其他的控制儀表，同時控制儀表能從遠方制定閥門為某一開度，系統需要1路4～20mA的模擬量輸入信號和1～2路4～20mA的模擬量輸出信號。模擬量輸入信號通過A/D轉換變成與閥門開度相對應的數字信號后送給數字部分的單片機，在單片機中對它進行濾波處理后就可以輸出了。閥門的開度信息通過D/A轉換后變成模擬信號輸出，用來接顯示儀顯示閥門開度或連接其他的控制設備。在本設計系統中，所有的數字量數據均采用串行的輸入輸出方式，為了節省芯片資源和空間，輸入的4～20mA的模擬量在轉化為數字量時，采用已有的4路DA芯片與單片機的系統資源相結合作8位的AD使用。
2．數字電路部分主要包括：單片機、掉電保護、兩路監測脈沖輸入信號、兩路常開常閉轉換觸點輸出。
在設計方案中選用目前普遍使用的51系列單片機AT89C4051。AT89C4051是一款低電壓、高性能的CMOS8位微控制器，它具有4K字節的可擦除、可重復編程的只讀閃存。通過在單芯片內復合一個多功能的8位CPU閃存，在性能、指令設定和引腳上與80C51和80C52完全兼容。
考慮到在系統掉電或重新啟動時，需要保持先前在儀表中設置的一些閥門參數，而單片機中的數據存儲器不具備掉電存儲功能，所以在片外擴展了一個具有掉電保存功能的芯片X5045。X5045是一種集看門狗、電源監控和串行EEPROM3種功能于一身的可編程電路，這種組合設計可以減少電路對電路板空間的需求，X5045中的看門狗為系統提供了保護，當系統發送故障而超過設定時間時，電路中的看門狗將通過RESET信號向CPU作反應。X5045提供了三個時間值供用戶選擇使用。它所具有的電壓監控功能還可以保護系統免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許范圍以下時，系統將復位，直到電源電壓返回到穩定值為止。X5045的存儲器與CPU可通過串行通信方式接口。共4069位，可以按512×8個字節來放置數據。
圖1
X5045的管腳排列如圖1所示，它共有8個引腳，各個引腳的功能如下：
CS：電路選擇端，低電平有效；
SO：串行數據輸出端；
SI：串行數據輸入端；
SCK：串行時鐘輸出端；
WP：寫保護輸入端，低電平有效；
RESET：復位輸出端；
Vcc：電源端；
Vss：接地端。
檢測脈沖輸入信號電路如圖2所示。
圖2
圖3
