機電一體化課程設(shè)計--控制和檢測液壓系統(tǒng)的液壓和液壓油的溫度

1、<p><b>　　機電一體化課程設(shè)計</b></p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)老師：

2、 </p><p><b>　　2013年3月7日</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一：題目綜述···············

3、;····································2&l

4、t;/p><p>　　二：設(shè)計思路································&

5、#183;··················3</p><p>　　三：電路分析·············

6、;····································

7、83;·4</p><p>　　四：附錄······························

8、83;························12</p><p>　　五：實習(xí)心得·······

9、····································

10、3;······16</p><p><b>　　一：題目綜述</b></p><p><b>　　選題背景 </b></p><p>　　機電一體化專業(yè)旨在培養(yǎng)從事機電設(shè)備的使用、維護(hù)、維修、設(shè)備的管理與設(shè)計等工作的高素質(zhì)、高技能、應(yīng)用型高級職業(yè)技術(shù)人才，

11、機電一體化課程設(shè)計作為機械電子專業(yè)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié),考察學(xué)生綜合運用所學(xué)專業(yè)知識進(jìn)行分析問題和解決問題的能力.科學(xué)合理地安排課程設(shè)計的內(nèi)容.使學(xué)生即能在有限的時間內(nèi)掌機電一體化設(shè)備的設(shè)計過程,培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力和解決實際問題能力,又能訓(xùn)練學(xué)生抓住問題的主要矛盾有針對性的加以深入的研究是課程設(shè)計成功與否的關(guān)鍵所在.本文針對課程設(shè)計教學(xué)過程中實際遇到的問題,探索機電一體化課程設(shè)計的內(nèi)容設(shè)置,對于提高課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量具有重要意義.<

12、/p><p><b>　　題目要求</b></p><p>　　本次設(shè)計題目旨在控制和檢測液壓系統(tǒng)的液壓和液壓油的溫度，以防系統(tǒng)的壓力或者油溫的變化而導(dǎo)致的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，設(shè)計一電路板控制系統(tǒng)，檢測液壓油油、壓油溫檢測系統(tǒng)，其中壓力P〈=15 MPa，油溫T〈=80℃，繪制電路原理圖和電路板圖。</p><p><b>　　選題目的<

13、;/b></p><p>　　當(dāng)代數(shù)學(xué)信號處理的發(fā)展趨勢之一是在通用的硬件上借助軟件實現(xiàn)復(fù)雜的功能，伴隨對軟件依賴性的增加，軟件的開發(fā)成本也相應(yīng)提高，甚至出現(xiàn)趕超硬件投入的趨勢。</p><p>　　機電一體化是指機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)了電子技術(shù)，并將機械裝備和電子設(shè)備以及軟件等有機的結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。也就是說機電一體化的連接機械和電子、氣壓、

14、液壓等相關(guān)的的關(guān)鍵技術(shù)，在微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、及信息處理技術(shù)的高速發(fā)展，消費者對高性能、高自動化的機械化產(chǎn)品提出了更高的要求，也就是要求我們從事機械設(shè)計制造及自動化行業(yè)的技術(shù)人員掌握機電一體化技術(shù)的重要性所在。</p><p>　　機電一體化的關(guān)鍵技術(shù)有：（1）機械技術(shù)，（2）計算機及信息處理技術(shù)，（3）系統(tǒng)技術(shù)，（4）自動控制技術(shù)，（5）傳感檢測技術(shù)，（6）侍服傳動技術(shù)。在新的歷史背景下，同時因也是個知識爆

15、炸的年代，不管是對祖國經(jīng)濟的發(fā)展，還是一個很現(xiàn)實的問題：對自己將來的發(fā)展，對于掌握、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，一方面讓我們從理論到實踐的一個聯(lián)系，另一方面也是溫習(xí)和鞏固所學(xué)的專業(yè)知識特別是單片機方面的知識，對于單片機系統(tǒng)能夠從整體上認(rèn)識和把握，能夠從整體的高度上根據(jù)實際需求設(shè)計出有效的系統(tǒng)。接觸和學(xué)習(xí)一種相當(dāng)有效的電路設(shè)計軟件PROTEL99，熟悉和了解基本的操作，能夠根

16、據(jù)設(shè)計需求獨立設(shè)計和布局出合理的電路原理圖（SCH）和電路板圖（PCB）。系統(tǒng)化針對實際問題的解決和設(shè)計思路，掌握獨立解決問題的方法，為即將面臨的社會實踐打好基礎(chǔ)，都是非常必要的。</p><p><b>　　二：設(shè)計思路</b></p><p>　　一個單片機系統(tǒng)應(yīng)該包括信號檢測處理板塊，控制中心板塊，人機對話板塊，因此，按照本題的要求，設(shè)計如下組成框圖。</

17、p><p>　　整個系統(tǒng)擬采用壓力傳感器和溫度傳感器對所需的信號進(jìn)行采集，當(dāng)獲取所需的信號之后，經(jīng)過對信號的濾波和放大電路的放大號，傳輸至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最后將數(shù)字信號讀入8051單片機內(nèi)，經(jīng)過單片機的數(shù)據(jù)處理后，最后將處理后的結(jié)果顯示出來。</p><p>　　在系統(tǒng)中，設(shè)置按鍵電路，當(dāng)按鍵按下，向單片機輸入信號，單片機接收信號后，可改變預(yù)設(shè)的壓

18、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)計有顯示電路部分，經(jīng)單片機處理后的數(shù)據(jù)，可由顯示模塊將所測量的壓力和油溫顯示出來，增強了系統(tǒng)的實用性。此外，當(dāng)所測量的油溫或壓力超出了預(yù)設(shè)值之后，系統(tǒng)會自動觸發(fā)報警裝置，向外界發(fā)出警報。</p><p>　　單片機控制的液壓油溫檢測系統(tǒng)中，其要檢測的指標(biāo)有油壓和油溫兩個。油壓的檢測要用壓力傳感器，而油溫的檢測要用溫度傳感器。傳感器一般由敏感元

19、件，轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。敏感元件直接感受被測量，并以確定的關(guān)系輸出某一物理量。轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量?；巨D(zhuǎn)換電路將電路參數(shù)量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量。</p><p>　　電量通過整流電路的輸出電壓不是理想的平滑直流，而是單方向的脈動直流，即除了直流分量以外還有許多交流分量。所以要針對電源的負(fù)載特性選擇合適的濾波電路。濾波電路就是使單向脈動直流變成平滑直流的電路，常用電阻，

20、電容和電感組合而成。</p><p>　　由于傳感器檢測到的信號經(jīng)整流，濾波放大電路后輸出的是模擬信號，（如電壓，電流，頻率等）。這些信號計算機是識別不了的，所以要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換電路的功能是將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以適應(yīng)計算機處理。</p><p>　　通過A/D轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號，該信號進(jìn)入MCS-51單片機，通過單片機來實現(xiàn)檢測和控制功能。本系統(tǒng)中要控制油溫和

21、油壓，還要在油溫和油壓超過設(shè)定的額定值時，系統(tǒng)發(fā)出報警，實現(xiàn)人機對話。</p><p><b>　　三：電路分析</b></p><p><b>　　1.單片機選擇：</b></p><p>　　單片機的選擇在整個系統(tǒng)中至關(guān)重要，需要滿足大內(nèi)存、高速率、通用性、價格便宜等要求。在本次的設(shè)計中，選擇最常用到的51系列單片機。

22、</p><p>　　AT80C51是一種低功耗、高性能的8位單片機，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>　　AT80C51單片機有如下特性：</p><p>　　（1）片內(nèi)含有兩個16位的定時器/計數(shù)器，用于實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或

23、計數(shù)結(jié)果對單片機進(jìn)行控制；</p><p>　?。?）有4個8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出；</p><p>　　內(nèi)部含有5個中斷源，即外中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個，串行中斷1個；</p><p>　　內(nèi)部有時鐘電路，為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列；</p><p>　?。?）AT80C51單片機共有40個

24、管腳，介紹如下：</p><p>　?。?）4個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>　　地址鎖存控制信號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，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。</p><p>　?。?）外部程序存儲器讀選通信號PSEN,Z在讀外部ROM時有效，

25、實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作；</p><p>　　（6）訪問程序存儲器控制信號EA，當(dāng)為低電平時，對ROM的讀操作是針對外部程序存儲器的；當(dāng)信號為高電平時，對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。</p><p>　　（7）復(fù)位信號RST，當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)2個機器周期以上高電平時即為有效，用于完成單片機的復(fù)位操作；</p><p>　　

26、（8）外界晶體引線端XTAL1和XTAL2，當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，用于外接石英晶體諧振器和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接入外部時鐘脈沖信號；</p><p>　?。?）地線GND和電源接口VCC；</p><p><b>　　2.傳感器選擇：</b></p><p><b>　　壓力傳感器：</b></p>

27、<p>　　在本課題的設(shè)計中，選用應(yīng)變式壓力傳感器，其型號為AK-1C-2應(yīng)變式壓力傳感器，特點如下：</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.

28、5 (可提供用戶要求的各種機械連接方式，最小外形尺寸：ø10)；</p><p>　　⑤適用于各種動態(tài)、靜態(tài)、一般腐蝕氣體、液體的壓力測量。</p><p>　　AK-1C-2主要技術(shù)指標(biāo)如下：</p><p>　　AK-1C-2傳感器外形如下圖所示：</p><p>　　AK-1C-2電氣連接如下表：</p><

29、;p><b>　　溫度傳感器：</b></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，傳感器型號為DS18B20，其特點為：獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；測量溫度范圍為-55 °C至+125 ℃ 。華氏相當(dāng)于是-67 ° F到257華氏度 -10 ° C至+

30、85 ° C范圍內(nèi)精度為±0.5 ° C；電壓范圍為3.0 V至5.5 V 無需備用電源；在使用中不需要任何外圍元件，測量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送；因為每一個DS18B20的包含一個獨特的序號，多個ds18b20s可以同時存在于一條總線。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，感測建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機器，并進(jìn)行過程監(jiān)測和控制。</p><p>　

31、　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DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通

32、信協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對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)計中，采用外部電源供電方式。DS18B20與單片機連接的電路圖如下所示：</p><p>　　引腳VCC外接5V的電源，引腳GND接地，

33、中間引腳直接與單片機的P2.2口相接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。</p><p><b>　　3.變壓電源：</b></p><p>　　由于電路電壓為6v，故需把220V交流變成低壓直流，由四個組成部分:降壓—整流—濾波—穩(wěn)壓。</p><p>　　4.油壓、油溫感測及放大電路：</p><p>　　以油壓檢測及放大電路為例，插座

34、J外接一應(yīng)變式壓力、檢測傳感器，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信號。三個運算放大器組成差動放大電路，對傳感器輸出信號進(jìn)行放大，其中R36用于調(diào)節(jié)零點，R37用于調(diào)整放大倍數(shù)。油溫檢測系統(tǒng)采用相同系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)分別接在AD0809的p01和p06兩個輸口。</p><p><b>　　5.A/D轉(zhuǎn)換：</b></p>&

35、lt;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，可實現(xiàn)8路模數(shù)信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼器電路，其轉(zhuǎn)換時間為100us左右。IN-7~IN-0是模數(shù)輸入通道，ADC0809對輸入信號的電壓要求是0~5V，若信號過小還需要進(jìn)行放大。另外，模擬輸入量在A/D轉(zhuǎn)換過程中其值不應(yīng)該有變化，對變化快的模擬量，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

36、會很快，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)過地址鎖存后接A、B、C地址線。ALE地址鎖存允許信號，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轉(zhuǎn)換啟動信號，上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零，下跳沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持低電平，由P2.0及WR控制轉(zhuǎn)換信號。D7~D0數(shù)據(jù)輸出線，和單片機的P0口直接連接。EOC輸出允許信號，用于控制三態(tài)門。</p&

37、gt;<p>　　A/D轉(zhuǎn)換器與單片機的連接如上圖所示</p><p><b>　　6.外接鍵盤：</b></p><p>　　為了減少鍵盤和單片機接口時所占用I/O口線的數(shù)目，此系統(tǒng)采用了串行口控制的鍵盤接口，擴展了4×4的行列式鍵盤，用以輸入油壓、油溫的報警設(shè)定值。采用8255可編程輸入輸出接口芯片，它具有3個8位的并行I/O口，具有三種工

38、作方式，可通過程序改變其功能。</p><p>　　RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時，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:片選信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8155與CPU進(jìn)行通訊。 RD:讀信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許8155通過數(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)。 w

39、R:寫入信號，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入。</p><p>　　7.并行I/0的擴展：</p><p>　　單片機內(nèi)部的硬件電路已基本上構(gòu)成具有基本形式的微機系統(tǒng)，可以滿足許多控制場合的需要。這些電路包括定時器、中斷、串行接口、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、外部程序存儲器等。但為了在應(yīng)用中硬件電路還不夠用，需要在單片機外增加新的電路（芯片），也就是所謂的擴展。本設(shè)計采用的擴展

40、芯片是8255.</p><p><b>　　8.報警系統(tǒng)：</b></p><p>　　附圖如下，當(dāng)接收到來自單片機P2.3口的輸出信號后，三極管Q1導(dǎo)通，報警器便會發(fā)出警報聲。</p><p><b>　　9LED顯示電路：</b></p><p>　　系統(tǒng)擴展八位共陽極LED靜態(tài)顯示電路，分時

41、顯示油壓及油溫檢測值。</p><p><b>　　四：附錄</b></p><p><b>　　電路原理圖：</b></p><p><b>　　ERC比較</b></p><p><b>　　PCB圖</b></p><p>&

42、lt;b>　　3D圖</b></p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　隨著機電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術(shù)，是機械和電子緊密集合的一門技術(shù)，他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化，機電一體化是未來機

43、械發(fā)展大勢所趨。</p><p>　　在這兩個多星期實習(xí)中，我收獲了很多。在這期間，我對于單片機系統(tǒng)的設(shè)計有了很深入的了解，同時，我也熟悉了PROTEL99SE軟件的操作，對于PCB板的設(shè)計和繪制也有了一定的理解，這些都讓我受益匪淺，對于我將來的學(xué)習(xí)和工作，都會起到很好的促進(jìn)作用。</p><p>　　實習(xí)中我發(fā)現(xiàn)很多疑問，對于出現(xiàn)的問題，我們就的去翻閱以前的專業(yè)書籍來復(fù)習(xí)，以前學(xué)的大多是

44、理論性極強的東西，而這次卻遇到了一個實際的應(yīng)用問題。在課程設(shè)計開始之前，我就從圖書館找相關(guān)參考資料，當(dāng)在課程設(shè)計中遇到難以解決的問題的時候，我會晚上回宿舍上網(wǎng)查閱問題的解決辦法。在課堂上，我遇到不懂的問題，我會主動和同學(xué)一起探討或請教老師，所有的渠道都在想辦法解決疑問，為的是把問題盡快的解決。實習(xí)過程中，我深刻地認(rèn)識到，在運用四年所學(xué)的專業(yè)知識來解決實際問題時，卻很難找到突破口。原因就在于我們用在實踐上的時間太少了，還不能熟練地將所學(xué)的

45、理論知識應(yīng)用于實際中，還有就是缺乏一個完整的知識體系，以前所學(xué)的知識沒有在學(xué)完之后進(jìn)行歸納總結(jié)，對機械類和電子類的知識分別進(jìn)行總結(jié)，只有這樣才能形成自己的知識體系，在面對像機電一體化這樣的綜合性問題時才能有步驟地進(jìn)行解決。此外，我學(xué)會了電子電路設(shè)計軟件PROTEL 99SE，從電路原理圖的設(shè)計，到PCB板的設(shè)計等等，初步掌握了該軟件的使用及實際的應(yīng)用，為以后從事相關(guān)的工作打下了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　衷