思想是：根据设定值与反馈值的误差e之正负确定执行器膜头进气还是排气。根据e的绝对值大小采用不同的控制策略。在误差e大于规定值时，微控制器切除积分项，PWM输出脉宽较大，阀位快速向设定值靠近；在误差e小于规定值时，微控制器引入积分项，PWM输出脉宽逐渐收窄，阀位缓慢接近设定值，直到误差e低于设定的死区，PWM不再输出信号，阀门位置保持不变。为适应应用要求，还设置流量特性补偿环节，用多段折线实现非线性补偿。

3.3 HART通信与实时控制兼容的实现

消除HART通信对控制实时性的影响，本文采取的方法是：通信数据的每一个字节收发都采用中断方式实现，提高CPU处理的效率。中断程序流程图如图4所示。在接收中断程序中，定位器对上位机数据帧进行识别和判断，判断依据是接收到的前导符0xFF个数以及字符间隔是否超时。发送中断程序则是将已传入发送缓存的数据逐个发送。接收数据帧的解析及发送数据帧的打包在主程序中实现。

3.4 抗干扰及可靠性设计实现

本文设计的智能阀门定位器采取了以下措施。

（1） 串入4～20 mA电流信号输入接口滤波电路。滤波电路如图5所示。该电路具有防反接、防过压、防过流、防浪涌、滤除共模干扰等功能。

（2） 软件数字滤波。数字滤波技术是比较成熟和行之有效的抗干扰措施，具体可参考相关文献。

（3） 采用“看门狗”技术。看门狗技术就是通过不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则强迫单片机程序返回到复位入口，使系统正常运行。它分为软件型、无独立时钟硬件型和有独立时钟硬件型。大量的实验表明，软件看门狗和无独立时钟的硬件看门狗都有可能因为单片机程序本身的故障而关闭失效。本文设计的智能阀门定位器采用了Atmega644PV单片机，其内部有一个带独立时钟且不受程序关闭的硬件看门狗，真正解决了智能阀门定位器“死机”的难题。

（4） 采用双E2PROM存储芯片技术。智能型阀门定位器因采用微控制器为核心，可通过程序内设参数极大地增强了控制的灵活性。但是，程序跑飞导致系统存储的重要数据被改写的现象时有发生，反而降低了阀门定位器的可靠性。其他文献提出的诸如软件锁、数据备份、数据校验与恢复、单片机BOD设置等措施，都只能减少该现象的发生。本文设计的双E2PROM存储芯片技术，较好地解决了这个难题。如图6所示，外部扩展的E2PROM数据存储需要人工按键使能，杜绝了程序跑飞导致重要数据改写的可能性；出厂校准、用户设置等重要参数均存储在该芯片中。AVR单片机内部的E2PROM数据存储不需要人工使能；定位器运行中的一些过程状态数据存储在此。

4 结 语

在笔者开发的基于HART通信协议的智能阀门定位器中运用前述方法， 获得了良好的系统性能。经过批量试用测试，该智能阀门定位器即使在恶劣的环境下运行稳定可靠。证明了本文所论述的关键技术及实现方法具有可行性和先进性，对相关产品的研制有重要的指导意义。

参考文献

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