機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)--基于單片機(jī)的液壓系統(tǒng)壓力和油溫的檢測(cè)系統(tǒng)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　選題背景………………………………………………3</p><p>　　設(shè)計(jì)要求………………………………………………3</p><p>　　選題目的………………………………………………3</p><p>　　方案論證………………………………………………4<

2、/p><p>　　電路分析………………………………………………5</p><p>　　變壓電源……………………………………………5</p><p>　　油壓、油溫感測(cè)及放大電路………………………6</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換……………………………………………6</p><p>　　單片機(jī)…………………………………………

3、……7</p><p>　　外接鍵盤……………………………………………8</p><p>　　報(bào)警系統(tǒng)……………………………………………9</p><p>　　LED顯示電路…………………………………………10</p><p>　　原理圖………………………………………………… 10</p><p>　　電路原理圖轉(zhuǎn)化P

4、CB板………………………………11</p><p>　　九、電路原理圖轉(zhuǎn)化PCB板三維圖………………………12</p><p>　　課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)………………………………………… 13</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………… 13</p><p><b>　　一、選題背景</b></

5、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

6、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>　　要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的液壓系統(tǒng)壓力和油溫的檢測(cè)系統(tǒng)。其中主要數(shù)據(jù)要求為壓力≤15MPa，溫度≤80℃。</p><p><b>　　三、選題目的</b></p><p>　　當(dāng)代數(shù)學(xué)信號(hào)處理的發(fā)展趨

7、勢(shì)之一是在通用的硬件上借助軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，伴隨對(duì)軟件依賴性的增加，軟件的開(kāi)發(fā)成本也相應(yīng)提高，甚至出現(xiàn)趕超硬件投入的趨勢(shì)。</p><p>　　機(jī)電一體化是指機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)了電子技術(shù)，并將機(jī)械裝備和電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)的結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。也就是說(shuō)機(jī)電一體化的連接機(jī)械和電子、氣壓、液壓等相關(guān)的的關(guān)鍵技術(shù)，在微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、及信息處理技術(shù)的高速發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)

8、高性能、高自動(dòng)化的機(jī)械化產(chǎn)品提出了更高的要求，也就是要求我們從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化行業(yè)的技術(shù)人員掌握機(jī)電一體化技術(shù)的重要性所在。</p><p>　　機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)有：（1）機(jī)械技術(shù)，（2）計(jì)算機(jī)及信息處理技術(shù)，（3）系統(tǒng)技術(shù)，（4）自動(dòng)控制技術(shù)，（5）傳感檢測(cè)技術(shù)，（6）侍服傳動(dòng)技術(shù)。在新的歷史背景下，同時(shí)因也是個(gè)知識(shí)爆炸的年代，不管是對(duì)祖國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題：對(duì)自己將來(lái)的發(fā)展，對(duì)于掌握、

9、精通這門技術(shù)都尤為的顯得重要。</p><p>　　而這次課程設(shè)計(jì)，一方面讓我們從理論到實(shí)踐的一個(gè)聯(lián)系，另一方面也是溫習(xí)和鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)特別是單片機(jī)方面的知識(shí)，對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)能夠從整體上認(rèn)識(shí)和把握，能夠從整體的高度上根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)出有效的系統(tǒng)。接觸和學(xué)習(xí)一種相當(dāng)有效的電路設(shè)計(jì)軟件PROTEL99，熟悉和了解基本的操作，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)需求獨(dú)立設(shè)計(jì)和布局出合理的電路原理圖（SCH）和電路板圖（PCB）。系統(tǒng)化針對(duì)

10、實(shí)際問(wèn)題的解決和設(shè)計(jì)思路，掌握獨(dú)立解決問(wèn)題的方法，為即將面臨的社會(huì)實(shí)踐打好基礎(chǔ)，都是非常必要的。</p><p><b>　　四、方案論證</b></p><p><b>　　檢測(cè)系統(tǒng)方案框圖</b></p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于8031的液壓系統(tǒng)中油壓和油溫的檢測(cè)。若系統(tǒng)采用純硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)。控制精度比較低、

11、靈活性小、線路復(fù)雜、調(diào)試、安裝都不方便。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)的采集并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將溫度傳感器及壓力傳感器所獲得的信號(hào)，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。單片機(jī)將所獲得的信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)與程序中的溫度、壓力的安全值進(jìn)行比較，若在安全值范圍之內(nèi)則無(wú)需進(jìn)行報(bào)警，只需對(duì)所測(cè)得的值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。若檢測(cè)出來(lái)的值超過(guò)安全值則單片機(jī)控制報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)按鍵輸入電路

12、可以用于設(shè)定單片機(jī)中液壓和油溫的最大值。這種控制電路能避免純硬件控制電路的所有缺點(diǎn)。</p><p>　　對(duì)于油壓檢測(cè)部分采用外接應(yīng)變式壓力傳感器。采到的差動(dòng)信號(hào)經(jīng)后經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大電路輸入到ADC0809，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和運(yùn)算，再經(jīng)過(guò)LED顯示出來(lái)。對(duì)于油溫檢測(cè)部分采用K型熱電偶，經(jīng)過(guò)濾波放大后輸入到ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)，然后經(jīng)過(guò)LED顯示出來(lái)

13、。系統(tǒng)擁有鍵盤輸入部分，用來(lái)設(shè)定系統(tǒng)允許的油壓和油溫的最大值。在本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了報(bào)警電路。當(dāng)檢測(cè)到的油壓和油溫超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)輸出報(bào)警信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行報(bào)警。</p><p><b>　　電路分析</b></p><p><b>　　1、變壓電源：</b></p><p>　　由于電路電壓為6

14、v，故需把220V交流變成低壓直流，由四個(gè)組成部分:降壓—整流—濾波—穩(wěn)壓。</p><p>　　2、油壓、油溫感測(cè)及放大電路：</p><p>　　以油壓檢測(cè)及放大電路為例，插座J外接一應(yīng)變式壓力、檢測(cè)傳感器，插座上的1、2腳將控制板中的+6V及-6V電源引出向傳感器供電，3、4腳為傳感器輸出的差動(dòng)信號(hào)。三個(gè)運(yùn)算放大器組成差動(dòng)放大電路，對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行放大，其中R36用于調(diào)節(jié)零點(diǎn)，R

15、37用于調(diào)整放大倍數(shù)。油溫檢測(cè)系統(tǒng)采用相同系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)分別接在AD0809的p01和p06兩個(gè)輸口。</p><p><b>　　3、A/D轉(zhuǎn)換：</b></p><p>　　ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，CMOS工藝，可實(shí)現(xiàn)8路模數(shù)信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬選通開(kāi)關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼器電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右。IN

16、-7~IN-0是模數(shù)輸入通道，ADC0809對(duì)輸入信號(hào)的電壓要求是0~5V，若信號(hào)過(guò)小還需要進(jìn)行放大。另外，模擬輸入量在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中其值不應(yīng)該有變化，對(duì)變化快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路，本課題中的油壓及油溫的變化不會(huì)很快，所以不必采用采樣保持電路。A、B、C是地址線，設(shè)置P0.1~P0.3口經(jīng)過(guò)地址鎖存后接A、B、C地址線。ALE地址鎖存允許信號(hào)，A、B、C地址狀態(tài)進(jìn)入地址鎖存器中，由P2.0及WR控制地址鎖存。START

17、轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零，下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)保持低電平，由P2.0及WR控制轉(zhuǎn)換信號(hào)。D7~D0數(shù)據(jù)輸出線，和單片機(jī)的P0口直接連接。EOC輸出允許信號(hào)，用于控制三態(tài)門。</p><p><b>　　4、單片機(jī)：</b></p><p>　　在本次的設(shè)計(jì)中，選擇最常用到8031單片機(jī)。8031是一種低功耗、高性能的8位單片機(jī)

18、，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/寫的數(shù)據(jù)。</p><p>　　8031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

19、、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，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><p>　?、軆?nèi)部有時(shí)鐘電路，為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列；</p><p>　　8031單片片機(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/

20、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>　?、弁獠砍绦虼鎯?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)，

21、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，當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用于完成單片機(jī)的復(fù)位操作。</p><p>　?、尥饨缇w引線端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

22、時(shí)鐘脈沖信號(hào)。</p><p>　?、叩鼐€GND和電源接口VCC。</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)由晶振電路和復(fù)位電路組成，晶振電路能為單片機(jī)工作提供電源。復(fù)位電路為單片機(jī)工作時(shí)提供復(fù)位。</p><p><b>　　5、外接鍵盤：</b></p><p>　　為了減少鍵盤和單片機(jī)接口時(shí)所占用I/O口線的數(shù)目，此系統(tǒng)

23、采用了串行口控制的鍵盤接口，擴(kuò)展了4×4的行列式鍵盤，用以輸入油壓、油溫的報(bào)警設(shè)定值。采用8255可編程輸入輸出接口芯片，它具有3個(gè)8位的并行I/O口，具有三種工作方式，可通過(guò)程序改變其功能。</p><p>　　RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。 CS:片選信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，表示芯片被選中，允許

24、8155與CPU進(jìn)行通訊。 RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許8155通過(guò)數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 wR:寫入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入。</p><p><b>　　6、報(bào)警系統(tǒng)：</b></p><p>　　單片機(jī)的PB4、PB5、PB6引腳通過(guò)限流電阻、容與三

25、極管基極相連，三極管的集電極接有報(bào)警器。</p><p><b>　　六、LED顯示電路</b></p><p>　　系統(tǒng)擴(kuò)展八位共陽(yáng)極LED靜態(tài)顯示電路，分時(shí)顯示油壓及油溫檢測(cè)值。</p><p><b>　　七、原理圖</b></p><p>　　八、電路原理圖轉(zhuǎn)化PCB板</p>

26、<p>　　采用印制板的主要優(yōu)點(diǎn)是：1．由于圖形具有重復(fù)性（再現(xiàn)性）和一致性，減少了布線和裝配的差錯(cuò)，節(jié)省了設(shè)備的維修、調(diào)試和檢查時(shí)間； 2．設(shè)計(jì)上可以標(biāo)準(zhǔn)化，利于互換； 3．布線密度高，體積小，重量輕，利于電子設(shè)備的小型化；4．利于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率并降低了電子設(shè)備的造價(jià)。 </p><p>　　PCB板元器件的布局采用手動(dòng)布局，布線采用手動(dòng)布線。PCB板設(shè)計(jì)規(guī)則：設(shè)置不同網(wǎng)絡(luò)之間

27、的間距為12mil，將電源網(wǎng)絡(luò)之間的間距設(shè)置為15mil,短路設(shè)置為默認(rèn)設(shè)置；設(shè)置電源網(wǎng)絡(luò)和接地網(wǎng)絡(luò)的推薦線寬為20mil,普通網(wǎng)絡(luò)的推薦線寬為12mil；將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂C(jī)構(gòu)選為默認(rèn)的最短型；將電源的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為1，其他的設(shè)置為2；設(shè)置過(guò)孔的外徑為30mil,內(nèi)徑設(shè)置為12mil。</p><p>　　九、電路原理圖轉(zhuǎn)化PCB板三維圖</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)&l

28、t;/b></p><p>　　時(shí)間如白駒過(guò)隙，兩個(gè)星期轉(zhuǎn)眼間就過(guò)去了，經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期的機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)，我覺(jué)得我收獲相當(dāng)大，在這個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)中學(xué)到了很多知識(shí)，同時(shí)也提高了自身的實(shí)踐能力。課程設(shè)計(jì)誠(chéng)然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，不僅培養(yǎng)了我獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)

29、課上，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對(duì)于我們的將來(lái)也有很大的幫助。</p><p>　　回顧起此課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重

30、要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。在這次機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題，我們就的去翻閱以前的專業(yè)書籍來(lái)復(fù)習(xí)，以前學(xué)的大多是理論性極強(qiáng)的東西，而這次卻遇到了一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用問(wèn)題。在課程設(shè)計(jì)開(kāi)始之前，我就從圖書館找相關(guān)參考資料，當(dāng)在課

31、程設(shè)計(jì)中遇到難以解決的問(wèn)題的時(shí)候，我會(huì)晚上回宿舍上網(wǎng)查閱問(wèn)題的解決辦法。在課堂上，我遇到不懂的問(wèn)題，我會(huì)主動(dòng)和同學(xué)一起探討或請(qǐng)教老師，所有的渠道都在想辦法解決疑問(wèn)，為的是把問(wèn)題盡快的解決。實(shí)習(xí)過(guò)程中，我深刻地認(rèn)識(shí)到，在運(yùn)用四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，卻很難找到突破口。原因就在于我們用在實(shí)踐上的時(shí)間太少了，還不能熟</p><p>　　兩個(gè)星期的時(shí)間，很感謝吳老師和付老師的孜孜不倦的教導(dǎo)，不僅僅是專業(yè)知識(shí)，

32、還是學(xué)習(xí)等到了一些書本上學(xué)不到的到東西，所以我真摯的感謝兩位老師的教導(dǎo)！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 秦曾煌. 電工學(xué). 北京：高等教育出版社</p><p>　　[2] 李廣弟 朱月秀 冷祖祁. 單片機(jī)基礎(chǔ)（第3版）. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　[