機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)---單片機(jī)控制的液壓、油溫檢測(cè)系統(tǒng)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p>  設(shè)計(jì)題目:?jiǎn)纹瑱C(jī)控制的液壓、油溫檢測(cè)系統(tǒng)</p><p><b>  一、選題背景</b></p><p>  機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)作為機(jī)械電子專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),考察學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力.科學(xué)合理地安排課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容.使學(xué)生即能在有限的時(shí)間內(nèi)掌機(jī)電一體化設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力,又能

2、訓(xùn)練學(xué)生抓住問(wèn)題的主要矛盾有針對(duì)性的加以深入的研究是課程設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵所在.本文針對(duì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中實(shí)際遇到的問(wèn)題,探索機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)置,對(duì)于提高課程設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量具有重要意義.</p><p><b>  二、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>  設(shè)計(jì)一電路板控制系統(tǒng),檢測(cè)液壓油油、壓油溫檢測(cè)系統(tǒng),其中壓力P〈=15 MPa,油溫T〈=80℃,繪制

3、電路原理圖和電路板圖。</p><p><b>  二、設(shè)計(jì)思路:</b></p><p><b>  1)方案論證:</b></p><p>  實(shí)現(xiàn)溫度控制的方法主要有以下幾種:</p><p>  方案一:采用純硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該控制的優(yōu)點(diǎn)在于速度較快,但可靠性較差,控制精度比較低、靈活性

4、小、線路復(fù)雜、調(diào)試、安裝都不方便,且要實(shí)現(xiàn)題目所有的要求難度較大。</p><p>  方案二:采用單片機(jī)與高精度傳感器結(jié)合的方式,即用單片機(jī)完成人機(jī)界面,系統(tǒng)控制,信號(hào)分析處理,由前端溫度傳感器和壓力傳感器完成信號(hào)的采集與轉(zhuǎn)換。這種方案克服了方案一的缺點(diǎn),所以本次設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)和溫度、壓力傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和壓力的控制。</p><p><b>  系統(tǒng)整體框圖如下:</

5、b></p><p><b>  其中:</b></p><p>  液壓壓力傳感器采用油壓傳感器選型為應(yīng)變式壓力傳感器</p><p>  油溫傳感器選型為AD590油溫傳感器。。</p><p>  A/D轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0809。</p><p>  單片機(jī)采用8031。</p

6、><p>  I/0擴(kuò)展采用8155。</p><p>  鍵盤(pán)、顯示接口采用8279。</p><p><b>  2)系統(tǒng)工作原理:</b></p><p>  整個(gè)系統(tǒng)擬采用壓力傳感器和溫度傳感器對(duì)所需的信號(hào)進(jìn)行采集,當(dāng)獲取所需的信號(hào)之后,經(jīng)過(guò)對(duì)信號(hào)的濾波和放大電路的放大號(hào),傳輸至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,將采集到的

7、模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),最后將數(shù)字信號(hào)讀入8051單片機(jī)內(nèi),經(jīng)過(guò)單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理后,最后將處理后的結(jié)果顯示出來(lái)。</p><p>  在系統(tǒng)中,設(shè)置按鍵電路,當(dāng)按鍵按下,向單片機(jī)輸入信號(hào),單片機(jī)接收信號(hào)后,可改變預(yù)設(shè)的壓力和油溫值,使系統(tǒng)能夠在不同的狀況下工作,增加了系統(tǒng)的靈活性。系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)有顯示電路部分,經(jīng)單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù),可由顯示模塊將所測(cè)量的壓力和油溫顯示出來(lái),增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)用性。此外,當(dāng)所測(cè)量的油溫或

8、壓力超出了預(yù)設(shè)值之后,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警裝置,向外界發(fā)出警報(bào)。</p><p>  合理性論證:在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,經(jīng)檢查,系統(tǒng)的原理是可行的,方案布置的也比較合理,因此,該設(shè)計(jì)方案是可行的、合理的。</p><p><b>  3)電路分析:</b></p><p><b>  1.單片機(jī)選擇:</b></p>

9、;<p>  單片機(jī)的選擇在整個(gè)系統(tǒng)中至關(guān)重要,需要滿足大內(nèi)存、高速率、通用性、價(jià)格便宜等要求。在本次的設(shè)計(jì)中,選擇最常用到的51系列單片機(jī)。</p><p>  AT80C51是一種低功耗、高性能的8位單片機(jī),片內(nèi)含有4KB的掩膜ROM,用于存放程序和原始數(shù)據(jù);內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括RAM(128×8)和RAM地址寄存器,用于存放可讀/寫(xiě)的數(shù)據(jù)。</p><p>  

10、AT80C51單片機(jī)有如下特性:</p><p> ?、倨瑑?nèi)含有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能,并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制;</p><p> ?、谟?個(gè)8位并行I/O口(P0、P1、P2、P3),以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出;</p><p> ?、蹆?nèi)部含有5個(gè)中斷源,即外中斷2個(gè),定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè),串行中斷1個(gè);</p>

11、<p>  AT80C51單片機(jī)共有40個(gè)管腳,介紹如下:</p><p> ?、?個(gè)8位的并行輸入/輸出口線:P0.0~P0.7/P1.0~P1.7/P2.0~P2.7/P3.0~P3.7</p><p> ?、诘刂锋i存控制信號(hào)ALE,用于控制把P0口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來(lái),以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。</p><p>  ③外部程序

12、存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)PSEN,Z在讀外部ROM時(shí)有效,實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作;</p><p> ?、茉L問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)EA,當(dāng)為低電平時(shí),對(duì)ROM的讀操作是針對(duì)外部程序存儲(chǔ)器的;當(dāng)信號(hào)為高電平時(shí),對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始,并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器。</p><p> ?、輳?fù)位信號(hào)RST,用于完成單片機(jī)的復(fù)位操作;</p><p> ?、尥饨缇w引

13、線端XTAL1和XTAL2,當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí),用于外接石英晶體諧振器和微調(diào)電容;當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí),用于接入外部時(shí)鐘脈沖信號(hào);</p><p>  單片機(jī)引腳圖如下所示:</p><p><b>  2.傳感器選擇:</b></p><p><b>  壓力傳感器:</b></p><p>  在

14、本課題的設(shè)計(jì)中,選用應(yīng)變式壓力傳感器,其型號(hào)為AK-1C-2應(yīng)變式壓力傳感器,特點(diǎn)如下:</p><p> ?、偻鈿ず湍て惑w結(jié)構(gòu),體積小,平膜片感壓;</p><p> ?、谛阅芊€(wěn)定可靠,量程范圍廣;</p><p> ?、鄄讳P鋼材料,耐腐蝕,安裝使用方便;</p><p> ?、苓B接螺紋:M20×1.5 (可提供用戶要求的各種機(jī)

15、械連接方式,最小外形尺寸:ø10);</p><p> ?、葸m用于各種動(dòng)態(tài)、靜態(tài)、一般腐蝕氣體、液體的壓力測(cè)量。</p><p>  為了減小系統(tǒng)的復(fù)雜程度,選用數(shù)字式溫度傳感器,傳感器型號(hào)為DS18B20,其特點(diǎn)為:獨(dú)特的單線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊;測(cè)量溫度范圍為-55 °C至+125 ℃ 。

16、華氏相當(dāng)于是-67 ° F到257華氏度 -10 ° C至+85 ° C范圍內(nèi)精度為±0.5 ° C;電壓范圍為3.0 V至5.5 V 無(wú)需備用電源;在使用中不需要任何外圍元件,測(cè)量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送;因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào),多個(gè)ds18b20s可以同時(shí)存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多,包括空調(diào)環(huán)境控制,感測(cè)建筑物內(nèi)

17、溫設(shè)備或機(jī)器,并進(jìn)行過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制。</p><p>  DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成:64位光刻ROM,溫度傳感器,非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL,告訴暫存器。DS18B20的管腳排列如下圖所示</p><p>  CPU對(duì)DS18B20的訪問(wèn)流程是:先對(duì)DS18B20初始化,再進(jìn)行ROM操作命令,最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作,數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序

18、和通信協(xié)議。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過(guò)程,根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議,須經(jīng)三個(gè)步驟:每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位,復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令,最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)訂的操作。</p><p>  DS18B20的供電方式有兩種:寄生電源供電方式和外部電源供電方式;在此次的設(shè)計(jì)中,采用外部電源供電方式。DS18B20與單片機(jī)連接的電路圖如下所示:<

19、/p><p>  引腳VCC外接5V的電源,引腳GND接地,中間引腳直接與單片機(jī)的P2.2口相接,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。</p><p><b>  3.放大電路:</b></p><p>  放大電路的作用是將壓力傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行放大,再傳輸?shù)紸DC0809內(nèi),電路圖如下:壓力傳感器的應(yīng)變電阻為橋式連接,從傳感器輸出端取出的電流要變換為差動(dòng)電壓輸出

20、,因此,要采用阻抗高、僅放大差動(dòng)電壓的放大電路,在本次設(shè)計(jì)中,采用通用運(yùn)放LM324構(gòu)成測(cè)量放大器。根據(jù)機(jī)電一體化的知識(shí),可算出放大電路的放大倍數(shù)為:。</p><p>  4.A/D轉(zhuǎn)換電路:</p><p>  本次設(shè)計(jì)中采用的A/D轉(zhuǎn)換器型號(hào)為ADC0809,ADC0809是M美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道,8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān),它可以根

21、據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào),只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片.Q其主要特性如下:</p><p> ?、?路輸入通道,8位A/D轉(zhuǎn)換器,即分辨率為8位;</p><p>  ②具有轉(zhuǎn)換起??刂贫?;</p><p> ?、坜D(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí)),130μs(時(shí)鐘為500kHz時(shí)); </p&

22、gt;<p>  ④單個(gè)+5V電源供電;</p><p> ?、菽M輸入電壓范圍0~+5V,不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn);</p><p> ?、薰ぷ鳒囟确秶鸀?40~+85攝氏度;</p><p> ?、叩凸模s15mW。</p><p>  ADC0809芯片有28條引腳,采用雙列直插式封裝。下面說(shuō)明各引腳功能:</p>

23、;<p>  ①I(mǎi)N0~I(xiàn)N7:8路模擬量輸入端。 </p><p>  ②2-1~2-8:8位數(shù)字量輸出端。 </p><p>  ③ADDA、ADDB、ADDC:3位地址輸入線,用于選通8路模擬輸入中的一路 </p><p> ?、蹵LE:地址鎖存允許信號(hào),輸入,高電平有效。 </p><p>  ⑤START:A/D轉(zhuǎn)換啟

24、動(dòng)脈沖輸入端,輸入一個(gè)正脈沖(至少100ns寬)使其啟動(dòng)(脈沖上升沿使0809復(fù)位,下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換)。 </p><p> ?、轊OC:A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào),輸出,當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),此端輸出一個(gè)高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)。 </p><p> ?、逴E:數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào),輸入,高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),此端輸入一個(gè)高電平,才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén),輸出數(shù)字量。 </p>

25、;<p> ?、郈LK:時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 </p><p> ?、酭EF(+)、REF(-):基準(zhǔn)電壓。 </p><p>  ⑩Vcc:電源,單一+5V。GND:地。</p><p>  ADC0809的引腳圖如下;</p><p><b>  。</b></p>

26、;<p><b>  5.報(bào)警電路:</b></p><p>  三、電路原理圖,附圖如下:</p><p>  四、印刷電路板,附圖如下:</p><p><b>  網(wǎng)表比較結(jié)果如下:</b></p><p><b>  3D實(shí)物圖如下:</b></p&

27、gt;<p><b>  五、參考文獻(xiàn):</b></p><p>  [1] 柳淳 徐瑋. 單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用技能與技巧. 中國(guó)電力出版社</p><p>  [2] 李廣弟 朱月秀 冷祖祁. 單片機(jī)基礎(chǔ)(第3版). 北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>  [3] 趙景波. PROTEL99SE 電路設(shè)計(jì)與制板. 機(jī)械工業(yè)出版社&

28、lt;/p><p>  [4] 王煜東. 傳感器應(yīng)用電路400例. 中國(guó)電力出版社</p><p>  [5] 清源計(jì)算機(jī)工作室. PROTEL99SE 原理圖與PCB及仿真. 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p><b>  六、結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>  經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期的上機(jī)實(shí)習(xí),我收獲了很多。在這期間,我熟悉了PROT

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