畢業(yè)設(shè)計(jì)--- 基于溫度傳感器的內(nèi)燃機(jī)水冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于溫度傳感器的內(nèi)燃機(jī)水冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展日益受到節(jié)能、環(huán)保、安全等方面的高要求。而且內(nèi)燃機(jī)在工作時(shí)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性能直接與內(nèi)燃機(jī)水溫是否符合要求有重要的關(guān)系。本設(shè)計(jì)基于以上原因，設(shè)計(jì)了冷卻水溫度智能控制系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)將根據(jù)冷卻水當(dāng)前水溫、工作要求等參數(shù)，以單

2、片機(jī)為控制核心元件，實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，節(jié)溫器的開(kāi)閉隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。冷卻風(fēng)扇采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　關(guān)鍵字：內(nèi)燃機(jī)；水冷系統(tǒng)；節(jié)溫器；溫度傳感器；智能控制</p><p><b>　　1內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)介：</b></p><p>　　內(nèi)燃機(jī)，是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過(guò)使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)力

3、的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。</p><p>　　內(nèi)燃機(jī)性能主要包括動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能。動(dòng)力性能是指內(nèi)燃機(jī)發(fā)出的功率(扭矩)，表示內(nèi)燃機(jī)在能量轉(zhuǎn)換中量的大小，標(biāo)志動(dòng)力性能的參數(shù)有扭矩和功率等。經(jīng)濟(jì)性能是指發(fā)出一定功率時(shí)燃料消耗的多少，表示能量轉(zhuǎn)換中質(zhì)的優(yōu)劣，標(biāo)志經(jīng)濟(jì)性能的參數(shù)有熱效率和燃料消耗率。</p><p>　　而內(nèi)燃機(jī)工作溫度的控制對(duì)內(nèi)燃機(jī)工作效率以及性能影響極其重要。使發(fā)動(dòng)機(jī)在所有工況下都保持

4、在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。</p><p>　　2方案設(shè)計(jì)的目的與意義：</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于燃料的燃燒，氣缸內(nèi)氣體溫度高達(dá)1927℃--2527℃，大</p><p>　　約1/3做功轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，另外大部分隨廢氣排出，其余則被發(fā)動(dòng)機(jī)零件吸收，使發(fā)動(dòng)機(jī)零部件溫度升高，特別是直接與高溫氣體接觸的零件，若不及時(shí)冷卻，則難以保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。</p&

5、gt;<p>　　高溫會(huì)破壞氣缸壁上的潤(rùn)滑油膜,使?jié)櫥脱趸冑|(zhì),以致活塞、活塞環(huán)和氣缸套嚴(yán)重磨損、咬傷或粘著。此外，過(guò)高的溫度還會(huì)使進(jìn)入氣缸的空氣密度降低，引起爆震、早燃等不正常燃燒現(xiàn)象。內(nèi)燃機(jī)在工作時(shí)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性能直接與內(nèi)燃機(jī)水溫是否符合要求有重要的關(guān)系。內(nèi)燃機(jī)各工況下，水套散熱量呈非線性關(guān)系變化，冷卻系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)內(nèi)燃機(jī)水溫， 自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度，以使內(nèi)燃機(jī)獲得可靠和有效的熱狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)能、減排的效果

6、。為了保證內(nèi)燃機(jī)正常、可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，必須通過(guò)冷卻系統(tǒng)對(duì)這些高溫機(jī)件冷卻。隨著燃油價(jià)格的上漲和環(huán)境保護(hù)的壓力，冷卻技術(shù)已成為優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)溫度控制，提高燃油效率及改進(jìn)環(huán)境特性的重要環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　3水冷系統(tǒng)簡(jiǎn)介：</b></p><p>　　水冷系統(tǒng)使高溫機(jī)件的熱量先傳給水，然后再將熱量散掉。水冷系統(tǒng)由節(jié)溫器、散熱器、風(fēng)扇、水泵和水套等組成。在氣缸蓋和機(jī)件

7、中鑄有存水的水套，以便使水接近受熱機(jī)件。一般采用結(jié)構(gòu)緊湊、輸水量大的離心水泵，由曲軸通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)水泵。冷卻水經(jīng)水泵供入水套并從氣缸壁和氣缸蓋吸收熱量后流入散熱器的上水箱內(nèi)。在散熱器的上下水箱間排列有許多用金屬材料制成的扁平直管，管的周?chē)b有許多薄的散熱片。風(fēng)扇安裝在水泵皮帶輪上，風(fēng)扇帶動(dòng)空氣高速?gòu)纳崞g流過(guò)散熱器。散熱器上水箱內(nèi)的熱水在流過(guò)散熱器的扁平管內(nèi)流往下水箱時(shí)，將熱量傳給空氣而得到冷卻。這種用泵強(qiáng)迫冷卻水循環(huán)的系統(tǒng)稱(chēng)為強(qiáng)制冷卻

8、系統(tǒng)。還有一種不用泵的自然對(duì)流冷卻系統(tǒng)。</p><p>　　水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)保持正常工作，其冷卻水的溫度應(yīng)在80℃--90℃之間，</p><p>　　此時(shí)：氣缸壁溫度不超過(guò)200℃--300℃</p><p>　　汽缸蓋，活塞頂部的溫度不超過(guò)300℃--400℃</p><p>　　潤(rùn)滑油溫度在70℃--90℃</p><

9、p>　　風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)鋁氣缸壁的溫度準(zhǔn)許在150℃--180℃</p><p>　　鋁氣缸蓋則為160℃--200℃</p><p><b>　　4節(jié)溫器簡(jiǎn)介：</b></p><p>　　節(jié)溫器是控制冷卻液流動(dòng)路徑的閥門(mén)。是一種自動(dòng)調(diào)溫裝置，通常含有感溫組件，借著膨脹或冷縮來(lái)開(kāi)啟、關(guān)掉空氣、氣體或液體的流動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)節(jié)溫器可以根據(jù)冷卻水溫度的

10、高低自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入散熱器的水量，改變水的循環(huán)范圍，以調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的散熱能力，保證內(nèi)燃機(jī)在合適的溫度范圍內(nèi)工作。常用節(jié)溫器為蠟式節(jié)溫器。</p><p>　　這里選用電磁繼電器控制的電磁閥來(lái)代替。配合使用溫度傳感器。溫度傳感器將測(cè)量的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給電磁繼電器，電磁繼電器控制電磁閥來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)與散熱器的通道。</p><p>　　電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入

11、回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流。較低的電壓去控制較大電流。較高的電壓的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。</p><p>　　電磁繼電器一般由 電磁鐵,銜鐵,彈簧片，觸點(diǎn) 等組成的，其工作電路由低壓控制電路和高壓工作電路兩部分構(gòu)成。電磁繼電器還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)化控制。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電

12、流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。

13、 </p><p>　　溫度傳感器和電磁繼電器都布置在節(jié)溫器內(nèi)部，如圖為簡(jiǎn)示安裝圖</p><p><b>　　5控制系統(tǒng)方案：</b></p><p><b>　　5.1系統(tǒng)框圖：</b></p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)的控制器核心為單片機(jī)，輔以溫度檢測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)各個(gè)

14、工況下的控制，系統(tǒng)框圖如下：</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要研究了冷卻系統(tǒng)節(jié)溫器、風(fēng)扇的電子智能驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為控制核心的微控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)風(fēng)扇和電控節(jié)溫器協(xié)調(diào)下的對(duì)冷卻系統(tǒng)水溫的精確調(diào)節(jié)，從而保證了汽車(chē)在預(yù)熱、過(guò)熱及正常運(yùn)轉(zhuǎn)等各種工況下的可靠。</p><p>　　單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)來(lái)的溫度數(shù)據(jù)處理分析向執(zhí)行元件發(fā)出控制信號(hào)，使其完成如下操作：電控冷卻風(fēng)扇不工作。電控節(jié)溫器處于小循

15、環(huán)狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升很快；當(dāng)水溫升至80℃ ，單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)來(lái)的溫度數(shù)據(jù)及溫度變化數(shù)據(jù)處理分析向執(zhí)行元件發(fā)出控制信號(hào)，使電控節(jié)溫器的加熱電阻絲斷電，進(jìn)人大循環(huán)控制狀態(tài)；當(dāng)水溫高于90℃時(shí)，單片機(jī)經(jīng)數(shù)據(jù)分析發(fā)出控制指令使電控冷卻風(fēng)扇工作，而此時(shí)節(jié)溫器仍處于大循環(huán)狀態(tài)，這時(shí)冷卻系統(tǒng)的冷卻能力最大，實(shí)現(xiàn)快速降溫；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫降至9O℃，溫度變化較慢時(shí)，單片機(jī)根據(jù)采樣數(shù)據(jù)分析處理發(fā)出控制指令，使電控冷卻風(fēng)扇不工作，電控節(jié)溫器處于大循環(huán)狀態(tài)。這

16、樣，直到發(fā)動(dòng)機(jī)水溫返升高90℃ 。電控冷卻風(fēng)扇又重新工作。</p><p>　　5.2單片機(jī)的選擇：</p><p>　　AT89S52單片機(jī)特點(diǎn)與性能</p><p>　　AT89S52單片機(jī)是一種低功耗高性能的CMOS8位微控制器，內(nèi)置8KB可在線編程閃存。該器件采用Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集兼容。片內(nèi)程序存儲(chǔ)

17、器允許重復(fù)在線編程，允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)SPI串行口改寫(xiě)或用同用的非易失性存儲(chǔ)器改寫(xiě)。通過(guò)把通用的8位CPU與可在線下載的Flash集成在一個(gè)芯片上，AT89S52便成為一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。它的應(yīng)用范圍廣，可用于解決復(fù)雜的控制問(wèn)題，且成本較低。</p><p>　　AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，二個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)

18、數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　89S52

19、是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單﹑可靠。用89S52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)：</p><p>　　有可供用戶(hù)使用的大量I/O口線。</p><p>　　內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。</p><p&g

20、t;　　應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性。</p><p><b>　　一 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　89S52雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。89S52單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計(jì)采用最常用

21、的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHZ到12MHZ之間選擇。電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振的速度有少許影響，CX1、CX2可在20pF到100pF之間取值。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇12MHZ,電容選擇30pF。</p><p><b>　　單片機(jī)時(shí)鐘電路</b></p><p><

22、b>　　二 復(fù)位電路</b></p><p>　　89S52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2,施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。</p><p>　　復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要V

23、CC的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用12MHZ時(shí)C取10uF,R取10KΩ。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見(jiàn)圖。時(shí)鐘頻率選用12MHZ時(shí)，C取10uF,R1取10KΩ。</p><p><b>　　復(fù)位電路</b></p><p>　

24、　89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　5.3測(cè)溫電路設(shè)計(jì)：</p><p>　　5.3.1溫度傳感器的選用</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，需要采集內(nèi)燃機(jī)冷卻水的溫度，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷卻水溫</p><p>　　采用智能溫度傳感器DS18B20來(lái)進(jìn)行溫度的測(cè)量：</p><p>　　DS18B20是美國(guó)DALLA

25、S半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改</p><p>　　進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在93.75 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫(xiě),溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B2

26、0供電，而無(wú)需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。</p><p><b>　　DS18B20介紹</b></p><p><b>　　技術(shù)性能描述 </b></p><p>　　（1）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

27、。 </p><p>　　（2）測(cè)溫范圍 －55℃～+125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃。 </p><p>　?。?）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過(guò)多，會(huì)使供電電源電壓過(guò)低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 </p><p>　?。?）工作電源: 3~5V/DC </p><p&g

28、t;　?。?）在使用中不需要任何外圍元件 </p><p>　　（6） 測(cè)量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送 </p><p>　?。?）不銹鋼保護(hù)管直徑 Φ6 </p><p>　　（8）適用于DN15~25, DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測(cè)溫 </p><p>　?。?） 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, M12X1.5

29、, G1/2”任選 </p><p>　?。?0）PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。 </p><p><b>　　封裝引腳圖</b></p><p>　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　DS18B20工作原理 </p><p>　　DS18B20的讀

30、寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s 減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì) 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)

31、器1的預(yù)置值減到0時(shí)，</p><p>　　溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重 新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度。圖3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。 </p><p>　　DS18B20測(cè)溫原理框圖 </

32、p><p>　　DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： （1）光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開(kāi)始8位 （28H）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B

33、20的目的。 （2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。 </p><p>　　表1: DS18B20溫度值格式表 </p><p>　　這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0， 這5

34、位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際 溫度。 例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FE6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H 。</p><p>　　表2: DS18B20溫度數(shù)據(jù)表 </p><p>　　（3）DS

35、18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 （4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下：</p><p>　　表3：配置寄存器結(jié)構(gòu) </p><p>　　低五位一直都是"1"，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試

36、模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用 戶(hù)不要去改動(dòng)。R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位） </p><p>　　表4：溫度分辨率設(shè)置表 </p><p>　　5.3.2 DS18B20供電方式</p><p>　　要想使DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由 于每個(gè)DS1

37、8B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到1mA，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，只靠4.7K上拉電阻就無(wú)法提供足夠的 能量，會(huì)造成無(wú)法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用DS18B20的外部電源供電方式</p><p>　　在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問(wèn)題，可以保證 轉(zhuǎn)換精度，

38、同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空 ，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85℃。</p><p><b>　　外部電源供電方式</b></p><p>　　5.3.3 DS18B20使用中注意事項(xiàng)</p><p>　　DSB1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)

39、簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： </p><p>　　1較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) DS1820操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 </p><

40、p>　　2在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 要加以注意。 </p><p>　　3連接DS1820的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總

41、線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正 常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS1820進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考 慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。 </p><p>　　4 在DS1820測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦 某個(gè)DS1820

42、接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予 一定的重視。 測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。</p><p>　　5.4 電磁繼電器的選擇：</p><p>　　繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號(hào)而動(dòng)作的自動(dòng)控制電器，常用的電磁式繼電器有

43、電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器和時(shí)間繼電器。電磁式繼電器一般由控制線圈、鐵芯、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成，控制線圈和接點(diǎn)組之間是相互絕緣的，因此，能夠?yàn)榭刂齐娐菲鸬搅己玫碾姎飧綦x作用。當(dāng)我們?cè)诶^電器的線圈兩頭加上其線圈的額定的電壓時(shí)，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返

44、回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的接通、切斷的開(kāi)關(guān)目的?；诒敬卧O(shè)計(jì)的要求，我們?cè)陔娐分羞x用了電壓繼電器，用來(lái)切換冷卻水流通路徑，即行使節(jié)溫器的作用。當(dāng)溫度高于80攝氏度時(shí)，繼電器吸合，使冷卻水流經(jīng)散熱片，冷卻水處在大循環(huán)下，散熱能力加強(qiáng)。繼電器的開(kāi)合信號(hào)由控制器發(fā)出。本設(shè)計(jì)所使用的繼電器連接圖如圖所示</p><p><b>　　繼電器連接圖&l

45、t;/b></p><p><b>　　5.5報(bào)警器電路：</b></p><p>　　蜂鳴器屬于低成本器件，所以在很多設(shè)計(jì)中均采用蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。本設(shè)計(jì)中也包含了蜂鳴器電路。如圖所示，由于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器需要比較大的驅(qū)動(dòng)電流，所以利用了三極管8550 來(lái)增加驅(qū)動(dòng)能力。電阻R主要作為限流保護(hù)電阻，防止電流過(guò)大。本設(shè)計(jì)中蜂鳴器采用電平驅(qū)動(dòng)，P2.6輸出高電平將觸發(fā)

46、蜂鳴器。</p><p><b>　　報(bào)警電路</b></p><p>　　5.6 冷卻電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)：</p><p>　　考慮到冷卻風(fēng)扇的功率為40W左右，而汽車(chē)電瓶通常為24V，現(xiàn)選擇24V直流電機(jī)作為冷卻風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。為控制電機(jī)的方便，先選擇H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)，H橋可以根據(jù)需要搭建也可以使用集成芯片L298N。L298N為恒壓恒流橋式

47、2A驅(qū)動(dòng)芯片。</p><p><b>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)完整電路</b></p><p>　　6 應(yīng)用前景與設(shè)計(jì)的不足之處：</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容為內(nèi)燃機(jī)冷卻水溫度控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)之初，了解了內(nèi)燃機(jī)冷卻方式和內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。由于大多內(nèi)燃機(jī)采用水冷方式，即通過(guò)冷卻風(fēng)扇，帶動(dòng)空氣通過(guò)散熱片，以此達(dá)到散熱的目的。冷卻水的溫度對(duì)內(nèi)燃機(jī)的性

48、能有很大影響，且目前，內(nèi)燃機(jī)在環(huán)保、節(jié)能方面的要求越來(lái)越高。綜合比較冷卻風(fēng)扇的幾種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)值后。本設(shè)計(jì)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇，并設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)。滿(mǎn)足內(nèi)燃機(jī)在各個(gè)工況下對(duì)冷卻水溫度的要求。</p><p>　　但此設(shè)計(jì)距離實(shí)際應(yīng)用還有段距離，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的過(guò)程中并沒(méi)有考慮到內(nèi)燃機(jī)冷卻水流通路徑的分布和冷卻空氣的功率對(duì)冷卻水溫度的影響。這樣初步的設(shè)計(jì)的風(fēng)扇能滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)散熱性能的要求。盡管從

49、理論上說(shuō)明了電動(dòng)風(fēng)扇應(yīng)用于客車(chē)上的可行性，但是在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)涉及到很多問(wèn)題，比如水箱、發(fā)電機(jī)的配合，還有空間布置的問(wèn)題。電動(dòng)風(fēng)扇還有一個(gè)特點(diǎn)是風(fēng)阻增大，風(fēng)量迅速下降，如何提高高靜壓下風(fēng)扇的保風(fēng)量是目前的技術(shù)難點(diǎn)，也是目前影響其在客車(chē)上使用的關(guān)鍵。這也是本設(shè)計(jì)的改進(jìn)方向。</p><p>　　7設(shè)計(jì)心得與改進(jìn)意見(jiàn)：</p><p>　　通過(guò)將近一周的時(shí)間，在指導(dǎo)老師的幫助下，應(yīng)用自己之前所學(xué)

50、的理論知識(shí)，查閱相關(guān)資料，完成了一個(gè)基于溫度傳感器和電磁繼電器的發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。鍛煉的自己獨(dú)立思考，獨(dú)立完成工作的能力，了解了內(nèi)燃機(jī)水冷系統(tǒng)的過(guò)程和原理，培養(yǎng)了根據(jù)課題需要查閱相關(guān)文獻(xiàn)的能力；掌握簡(jiǎn)單的傳感器電路分析方法和工程設(shè)計(jì)方法；為以后從事相關(guān)工作打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　由于溫度傳感器測(cè)溫范圍在-55℃—+125℃之間，而由于天氣的影響，特別是東北地區(qū)，冬天多達(dá)零下30℃左右，還有

51、水的沸點(diǎn)是100℃，所以溫度傳感器工作溫度大約在-30℃到+100℃之間，而實(shí)際敏感測(cè)溫范圍在80 ℃——90 ℃之間，符合溫度傳感器的性能要求。但長(zhǎng)期工作在液體環(huán)境中，而且發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部存在震動(dòng)，都會(huì)影響元件的工作性能，所以在防腐方面和防震方面應(yīng)該做一些技術(shù)處理，如果應(yīng)用到實(shí)際中，還會(huì)出現(xiàn)各種各樣的意想不到的影響因素，都值得考慮進(jìn)去。此課題的繼續(xù)研究是必要的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)<

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