畢業(yè)設計--廠房的暖通系統(tǒng)機電一體化改造

1、<p>　　第1章 總體方案設計</p><p>　　根據(jù)畢業(yè)設計任務書要求，確定對某廠房的暖通系統(tǒng)進行機電一體化改造，達到將廠房的白天工作溫度控制在18～22攝氏度之間，夜晚的非工作時間控制在6～10攝氏度之間，以節(jié)約能源。重點是電動調(diào)節(jié)閥、微機控制系統(tǒng)和相關軟件的設計，總體方案如下：</p><p>　　§1.1機械系統(tǒng)設計方案</p><p&

2、gt;　　機械系統(tǒng)主要是設計電動調(diào)節(jié)閥，用于控制熱媒的流量。電動調(diào)節(jié)閥由電動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。具體包括步進電動機、減速器、滑動絲杠、導桿、聯(lián)軸器、閥門、機座等。為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滑動絲杠螺母副，因為滑動絲杠有自鎖功能，比較適合垂直安裝。其中螺母用工程塑料制作，以減少摩擦。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。由于該電動調(diào)節(jié)閥是垂直安裝的，屬于輕載、低速的絲杠傳動系統(tǒng)，所以選用了雙推-自由式支撐方式。機

3、械系統(tǒng)中還設計了齒輪減速箱和推進裝置箱，用以對這兩部分傳動機構(gòu)進行封閉，支撐。步進電機通過減速裝置帶動絲杠轉(zhuǎn)動，導桿限制了螺母的轉(zhuǎn)動，所以螺母上下移動，通過聯(lián)軸器等連接裝置推動閥門的閥芯，達到控制水流量的目的。</p><p>　　§1.2計算機系統(tǒng)方案</p><p>　　根據(jù)畢業(yè)設計任務書要求，本次設計的控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方案。控制用微機選用8051單片機。檢測傳感元件有溫

4、度傳感器，溫度傳感器的AD轉(zhuǎn)換模塊選用ADC0804。LED顯示采用七段LED顯示快，用于顯示工業(yè)廠房的室內(nèi)溫度，鎖存器選用74LS273。步進電機驅(qū)動選用專用的SD-2H044MA兩相混合式步進電機驅(qū)動器，控制步進電機的正反轉(zhuǎn)。此外還設計了一些狀態(tài)指示燈和操作鍵，用于系統(tǒng)運行狀態(tài)的指示和操作。</p><p>　　§1.3傳感器選用方案</p><p>　　本次設計溫度傳感器采

5、用STT-R-A1-B2-C20-D1-E2 F2 G1 H1-L3-PA-T2-</p><p>　　W2-S1型鉑電阻溫度傳感器，測量溫度范圍為-50～100℃。STT-R系列鉑電阻溫度傳感器是北京賽億凌科技有限公司的高科技產(chǎn)品，采用不銹鋼外殼封裝，內(nèi)部填充導熱材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，防水防震性能極佳，可達IP67，能夠滿足對該工業(yè)廠房室內(nèi)環(huán)境溫度測量的要求。位置傳感器選用Honeywell公司的9

6、14CE1-12型限位開關，該產(chǎn)品微型體積，執(zhí)行廣泛可選，精密動作特性，鑄鋅外殼，安裝支架可選，橡膠密封，預引線，裝設在導桿的兩個極端位置，用于步進電機的強停。</p><p>　　第2章 電動調(diào)節(jié)閥機械部分設計計算</p><p>　　機械部分設計計算內(nèi)容包括:確定系統(tǒng)的負載,確定系統(tǒng)脈沖當量,運動部件慣量計算,起動及力矩計算,確定步進電動機,運動及導向元件的設計,計算及選用,繪制機械部

7、分裝配圖及零件工作圖等。</p><p>　　§2.1 確定系統(tǒng)脈沖當量及輸出推力</p><p>　　電動調(diào)節(jié)閥選用永嘉新奧自控閥門有限公司的ZDLP型電子電動單座調(diào)節(jié)閥。公稱直徑DN32的該型電動調(diào)節(jié)閥原配用的電動執(zhí)行機構(gòu)型號為361LSA-20，具體參數(shù)見表2-1中黑體字部分，耗電功率（額定負載時）為50VA，最大行程L為30mm，動作速度2.1mm/s，輸出推力為2000

8、N。現(xiàn)利用其閥體，將其電動執(zhí)行機構(gòu)拆除，換用自己設計的電動執(zhí)行機構(gòu)。</p><p>　　表2-1 執(zhí)行機構(gòu)主要技術參數(shù)</p><p>　　本次設計的電動執(zhí)行機構(gòu)的行程L仍為30mm，動作速度改為2mm/s。本設計設定步進脈沖當量：0.01mm/脈沖。</p><p>　　由于步進電動機的工作特點是一個脈沖走一步，每一步都有一個加速過程，因而對負載慣量很敏感。為

9、滿足負載慣量盡可能小的要求，同時也滿足一定的脈沖當量，故采用齒輪降速傳動。有關參數(shù)計算見下幾節(jié)內(nèi)容。</p><p>　　§2.2 滑動絲杠螺母副的計算和選型</p><p>　　滑動絲杠副的組成及特點</p><p>　　許多滑動絲杠的導程精度都可以達到磨制螺桿的品質(zhì)，尤其是滾軋成型的精密滑動絲杠，比如Kerk Motion公司生產(chǎn)的，再配上以工程塑料制

10、作的螺母部件，已能夠超越滾珠絲杠的使用壽命。只需關注一下汽車工業(yè)，就可以發(fā)現(xiàn)有許多可用的現(xiàn)代合成材料，完全適用于上述工作要求。如今生產(chǎn)的滑動絲杠和螺母在很多方面都比滾珠絲杠副更勝一籌。 </p><p>　　誠然，滾珠絲杠能夠應對更高的設計載荷，擁有很高的傳動效率，然而，在許多載荷較低且客戶更為關注可靠性和可重復性的應用場合，滑動絲杠副卻可以成為很好的替代品。在某些應用中，較低的傳動效率反而成為滑動絲杠的一種優(yōu)勢

11、，在立式應用或者設計人員不希望絲杠被逆向驅(qū)動的場合，滑動絲杠能夠?qū)⒇撦d保持在原位，而無需使用帶抱閘的電機或者系統(tǒng)中附加的摩擦制動裝置。從原則上講，只要導程低于絲杠直徑的三分之一，上述自鎖條件就能夠成立。 </p><p>　　源于較低的傳動效率，驅(qū)動滑動絲杠的力矩要求會高一些，為此也就需要力矩更大的電機。不過，這只是成本構(gòu)成的一個方面，只要你把單位成本更高的滾珠絲杠，維護保養(yǎng)，潤滑及其不利影響，立式應用中防止逆向

12、驅(qū)動的抱閘，以及消除反向間隙的可選螺母等因素都考慮進來，那么滑動絲杠的總體成本和優(yōu)勢就足以顯現(xiàn)出來了。</p><p>　　螺母材料的多樣性可以有效提高設計的靈活性?；瑒咏z杠螺母材料的選用原則可以基于溫度條件，運行PV（壓力-速度）值，抗磨壽命要求，使用環(huán)境，以及成本等因素，例如，可供選用的材料特性包括：從-50℃到+150℃的溫度允許范圍，高達60,000psi-fpm的可用PV值，可提供5千萬英寸累計工作行程

13、的反向間隙消除能力，免維護運行，以及可用于污染和惡劣環(huán)境等。 </p><p>　　滑動絲杠螺母副的計算和選型</p><p>　?、庞嬎氵M給率引力（N）</p><p>　　縱向進給為綜合型導軌 </p><p>　　=1.15×2000</p><p><b>　　=2300N&l

14、t;/b></p><p>　　式中 K—考慮顛復力矩影響的實驗系數(shù),綜合導軌取K=1.15；</p><p><b>　?、朴嬎阕畲髣迂撦dC</b></p><p><b>　　C=</b></p><p>　　式中 —滑動絲杠導程，初選=4㎜；</p><p>　

15、　—最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度的（），此處=0.12m/min；</p><p>　　—使用壽命，按15000h</p><p>　　—運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取=1.2～1.5；</p><p>　　—壽命，以轉(zhuǎn)為1單位。</p><p><b>　　C==</b></p><p>　

16、?、腔瑒咏z杠螺母副的選型</p><p>　　查資料，選用直徑為20mm的滑動絲杠，其額定動負載為7600N。選用直徑為70mm的塑料螺母，因為塑料螺母與鋼制滑動絲杠的摩擦系數(shù)比較小，可以提高工作效率。</p><p>　　§2.3 齒輪傳動比計算</p><p><b>　　一、降速比</b></p><p>

17、;　　本設計設定步進脈沖當量：0.01mm/脈沖，即δp=0.01，伺服進給單元所更換滑動絲杠導程t=4mm，初步選定步進電機步距角1.8°可計算降速比i：</p><p><b>　　二、齒輪參數(shù)</b></p><p>　　計算出傳動比i以后，本設計方案選用一級齒輪傳動，因為進給伺服系統(tǒng)傳遞功率不大，故取m=2。</p><p>

18、　　由i=ω1/ω2=Z2/Z1（Z1、Z2為降速齒輪的齒數(shù)），選取齒數(shù)Z1=18、Z2=36。</p><p>　　為了消除齒輪側(cè)隙，采用雙片齒輪，齒寬取5m。</p><p>　　齒輪各部分幾何參數(shù)按表2-2計算。（單位：mm）</p><p>　　§2.4步進電機的計算和選型</p><p><b>　　步進電機計算

19、選型</b></p><p><b>　　1．轉(zhuǎn)動慣量計算</b></p><p>　　絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 kg</p><p>　　齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 </p><p><b>　　=4.192 kg</b></p><p>　　電機轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略。&l

20、t;/p><p><b>　　總的轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　2．所需轉(zhuǎn)動力矩計算</p><p><b>　　快速啟動時所需力矩</b></p><p>　　式中： ——啟動時折算到電機軸上的加速度力矩

21、；</p><p>　　——折算到電機軸上的摩擦力矩,相比啟動時折算到電機軸上的加速度力矩可忽略；</p><p><b>　　當時，</b></p><p>　　所以，快速啟動所需力矩</p><p>　　3．步進電機最高工作頻率</p><p><b>　　4．步進電機的選擇<

22、/b></p><p>　　對于工作方式為五相十拍的步進電機</p><p>　　查資料選用35BYG203型步進電機，其最大靜轉(zhuǎn)矩是900。步進電機驅(qū)動器選用型號為SD-2H044MA兩相混合式步進電機驅(qū)動器。</p><p>　　二、35BYG203型步進電機性能</p><p>　　General Specifications（詳

23、細說明）      混合式步進電機</p><p>　　Step Accuracy-------------------------------------±5%Temperature Rise--------------------------------80℃ Max. Ambient Temperature Range------------------

24、---20℃~+50℃Insulation Resistance-------------------100MΩ Min.50V DCDielectric Strength---------------------500V AC 1minute </p><p>　　圖2-1 35BYG203型步進電機外觀圖</p><p>　　表2-3 35BYG203型步進電機技術數(shù)據(jù)表

25、</p><p>　　圖2-2 35BYG203型步進電機外形圖</p><p>　　圖2-3 35BYG203型步進電機接線圖</p><p>　　圖2-4 35BYG203型步進電機矩頻特性圖</p><p>　　三、SD-2H044MA兩相混合式步進電機驅(qū)動器</p><p><b>　　1、概述

26、</b></p><p>　　SD系列步進電機及驅(qū)動器是由常州萬泰電器有限公司最新推出的高科技產(chǎn)品。隨著電子技術的高速發(fā)展，電子產(chǎn)品的工藝和性能也不斷更新和提高，本產(chǎn)品采用超大規(guī)模的硬件集成電路，具有高度的抗干擾性及快速的響應性，從根本上解決了傳統(tǒng)步進電機低速爬行、存在共振區(qū)、噪音大、高速力矩小、啟動頻率低及驅(qū)動器可靠性差等缺點。本品適合驅(qū)動相電流在4.2A以下的任何一款低壓兩相或四相步進電機，廣泛應

27、用于數(shù)控機床、紡織機械、針織設備、包裝機械、醫(yī)療設備、電子元件制造等一系列自動化控制領域。</p><p><b>　　2、特點</b></p><p>　　先進的雙極性恒流斬波驅(qū)動技術。</p><p>　　高速力矩輸出提高40％，避免丟步（空載啟動速度達300～420r/min）最高轉(zhuǎn)速達3500 r/min。</p><

28、;p>　　靈活的輸出電流設定，適配不同型號電機，同時具備自動半電流功能，減少電機發(fā)熱。</p><p>　　最大128細分設定，滿足各種機械傳動，而且不影響其輸出力矩。</p><p>　　輸入脈沖模式設定及高低電平設定，便于用戶使用。</p><p>　　保護功能全：輸入電源過壓、欠壓、輸出過流、相間短路、驅(qū)動器高溫等報警保護功能。</p>&

29、lt;p>　　電機低速無爬行現(xiàn)象，噪音小，無共振區(qū)。</p><p><b>　　3、性能指標</b></p><p>　　表2-4 SD-2H044MA步進電機驅(qū)動器電氣性能表</p><p>　　注：環(huán)境溫度Tj＝25ºC時</p><p>　　表2-5 SD-2H044MA步進電機驅(qū)動器環(huán)境要求

30、表</p><p><b>　　4、功能及使用</b></p><p>　　??電源接口DC+、DC-</p><p>　　直流24～50DC，通常采用線性電源（見附錄：線性電源原理圖）供電，用戶須注意整流濾波后電源紋波電壓，不可超過50VDC，以免損壞驅(qū)動器，線性電源的額定輸出電流應大于驅(qū)動器設定電流的60％。當采用開關電源供電時，應注意其標

31、稱的額定輸出電流，盡量選購與電機相電流匹配的開關電源。一般的，電源電壓越高，電機的力矩輸出越大，可避免高速丟步現(xiàn)象，但同時也會導致低速振動加大以及發(fā)熱，使用時應根據(jù)現(xiàn)場機械要求合理調(diào)整供電電壓，我們通過試驗得出，最為理想的電壓范圍為30VDC～40VDC之間。</p><p>　　接線時應特別注意輸入電源極性，DC+為電源正極；DC-為電源地，錯誤的接線可導致驅(qū)動器損壞！</p><p>

32、　　為滿足驅(qū)動器電磁兼容性要求，推薦使用本公司為驅(qū)動器設計的直流電源供電。</p><p><b>　　??設定輸出電流</b></p><p>　　本驅(qū)動器設計8檔輸出電流選擇，由驅(qū)動器上的編碼開關（SW1 SW2 SW3）設定，電流大小以最大值標稱。SD-2H044MA型驅(qū)動器最大可提供4.25A的輸出電流，電流設定分辨率為0.41A。編碼開關（SW1 SW2 S

33、W3）組合的每一種狀態(tài)代表一個電流值輸出設定，參見表2-6，本設計采用第2種編碼組合，即輸出電流為1.53A。</p><p>　　表2-6 SD-2H044MA步進電機驅(qū)動器電流輸出設定表</p><p>　　在設定此參數(shù)時務必使驅(qū)動器處于不加電源或加電源但電機未運行的狀態(tài)，這樣可避免因電流突變對驅(qū)動器功率逆變部分產(chǎn)生的沖擊。參數(shù)設定完畢請關閉電源，重新上電后新參數(shù)才會有效。不規(guī)范的操

34、作可能會造成驅(qū)動器的損壞！</p><p><b>　　??自動半電流</b></p><p>　　驅(qū)動器在控制脈沖信號停止施加0.1秒左右，會自動進入半電流狀態(tài)，這時電機相電流為運行時的50%，以降低功耗和保護電機，收到新的控制脈沖后驅(qū)動器自動退出半點流狀態(tài)，此功能由驅(qū)動器面板上撥碼開關（SW4）來設定：OFF－－自動半流有效、ON－－自動半流無效。自動半電流設定同

35、樣是必須在驅(qū)動器未加電或已加電但電機未運行時，設定完畢請關閉電源，重新上電后新參數(shù)才會有效。</p><p><b>　　??驅(qū)動器細分設定</b></p><p>　　用戶可以通過調(diào)整驅(qū)動器面板上撥碼開關（SW5 SW6 SW7 SW8）的狀態(tài)來設定15種細分模式。此15種細分模式基本上涵蓋了用戶對電機步距角的要求。具體設置參見表2-7或驅(qū)動器的外殼絲印面板圖，本設

36、計不采用細分設定，表2-7僅供參考。細分數(shù)設定同樣是必須在驅(qū)動器未加電或已加電但電機未運行時。設定完畢請關閉電源，重新上電后新參數(shù)才會有效。</p><p>　　表2-7 SD-2H044MA步進電機驅(qū)動器細分設定表</p><p>　　????控制脈沖模式選擇（J1，J2）</p><p>　　用戶可以通過改變驅(qū)動器內(nèi)部電路板上跳線開關（J1,J2）的狀態(tài)來設定

37、接收控制脈沖的形式，本設計采用第1種模式，即脈沖加方向模式（PULS+DIR）正邏輯。跳線開關J1的定義是：ON－－脈沖加方向模式；OFF－－雙脈沖模式。跳線開關J2的定義是：ON－－脈沖上升沿有效；OFF－－脈沖下降沿有效。具體設置參見下表。</p><p>　　通常的，控制脈沖有四種形式如下圖所示：脈沖加方向模式（PULS+DIR）正邏輯、雙脈沖模式（CW+CCW）正邏輯、脈沖加方向模式（PULS+DIR）負

38、邏輯、雙脈沖模式（CW+CCW）負邏輯。脈沖加方向模式下控制脈沖由驅(qū)動器脈沖接收端口（PULS+、PULS-）輸入，而驅(qū)動器方向端口（DIR+ 、DIR-）的電平高低決定電機的旋轉(zhuǎn)方向；雙脈沖模式下，驅(qū)動器脈沖端口（PULS+、PULS-）接收正轉(zhuǎn)指令脈沖，驅(qū)動器方向端口（DIR+ 、DIR-）接收反轉(zhuǎn)指令脈沖。無論是哪一種控制脈沖形式，驅(qū)動器內(nèi)部都是用高速光耦來接收的?？刂泼}沖形式設定必須在驅(qū)動器未加電或已加電但電機未運行時，設定完畢

39、不用關閉電源新參數(shù)即可生效。</p><p>　　圖2-5 SD-2H044MA步進電機驅(qū)動器控制脈沖設置圖</p><p><b>　　????保護功能</b></p><p>　　當輸入電源過壓、輸出過流、相間短路報警中任何一個報警產(chǎn)生時，驅(qū)動器面板上的紅色狀態(tài)指示燈會亮起，同時自動切斷電機使能，使電機處于脫機狀態(tài)。最大限度的保護驅(qū)動器和

40、電機的安全。</p><p><b>　　5、控制接口</b></p><p>　　??脈沖輸入接口PULS+、PULS-</p><p>　　步進脈沖接口PULS：步進電機驅(qū)動器把上位控制裝置發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移，驅(qū)動器每接受一個脈沖信號PULS，就驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)一個步距角，PULS的頻率和步進電機的轉(zhuǎn)速成正比。該信號接收為

41、標準差分接收電路，推薦指令脈沖采用差分輸出方式，實際中指令脈沖也存在集電極開路輸出方式，在標準接線圖中我們將詳細介紹。對于最佳輸入要求，此信號最好是占空比1：1，脈沖信號的頻率要求不大于500KHz；脈沖信號的寬度要求不小于1μS，詳細要求見下圖。</p><p>　　??方向輸入接口DIR+、DIR-</p><p>　　方向電平信號DIR：此信號決定電機的旋轉(zhuǎn)方向。比如說，此信號為高電

42、平時電機為順時針旋轉(zhuǎn)，此信號為低電平時電機則為反方向逆時針旋轉(zhuǎn)，此種換向方式，我們稱之為脈沖加方向模式。另外，還有一種雙脈沖驅(qū)動模式：驅(qū)動器接受兩路脈沖信號（CW；CCW），當其中一路（如CW）有脈沖信號時，電機正向運行，當另一路（如CCW）有脈沖信號時，電機反向運行。當采用雙脈沖驅(qū)動模式時，脈沖輸入接口PULS+、PULS-連接正轉(zhuǎn)脈沖信號CW，方向輸入接口DIR+、DIR-連接反轉(zhuǎn)脈沖信號CCW。該信號接收同樣為標準差分接收電路。&

43、lt;/p><p>　　如果驅(qū)動器輸入信號為電壓信號，要求：3.6V≤高電平≤5.5V； -5.5V≤低電平≤0.3V，最常用的為TTL電平。如果驅(qū)動器輸入信號為電流信號，要求：7mA≤高電流≤18mA； -18mA≤低電流≤0.2mA。脈沖信號的頻率要求不大于500KHz；脈沖信號的寬度要求不小于1μS；脈沖信號的驅(qū)動電流要求為7-18mA。</p><p>　　??使能信號接口ENBL+、

44、ENBL-：</p><p>　　使能信號ENBL：用驅(qū)動器的上下電進行電機通斷電操作會使驅(qū)動器快速老化，為避免這種情況。本驅(qū)動器設計了使能信號（ENBL）輸入端口，即通常所說的脫機電平信號（FREE）。用戶可隨時控制此信號，當此信號有效時，驅(qū)動器將自動切斷電機繞組電流，使電機處于自由（不通電）狀態(tài)。當此信號在不連接時默認為無效狀態(tài)，這時電機繞組通過電流，可正常工作。此信號的接收電路與脈沖輸入接口電路一致，此信號

45、有效的含義為使得驅(qū)動器內(nèi)部接收光耦導通。</p><p><b>　　??電機動力輸出：</b></p><p>　　本品適合驅(qū)動相電流在4.25A以下4線、6線或8線的任何一款兩相或四相步進電機。電機繞組接線共有五種接法，見圖2-6，本設計采用普通4線電機接線方式： </p><p>　　圖2-6 SD-2H044MA步進電機驅(qū)動器電機接線

46、圖</p><p>　　根據(jù)上圖所示的五種接線方式，應合理設定驅(qū)動器輸出電流，理論上電流設定越大，電機力矩輸出越大，可用于避免電機高速丟步現(xiàn)象，但同時也會引起電機的溫升。一般的，高速輸出的接線方式其輸出電流設定在電機額定相電流的1.4倍；高力矩輸出的接線方式其輸出電流設定在電機額定相電流的70％。實際應用中，應將電流設定在電機長期工作表面溫升不超過+80℃的范圍內(nèi)。</p><p><

47、;b>　　6、標準接線圖</b></p><p>　　????NPN集電極開路脈沖控制方式：</p><p>　　圖2-7 SD-2H044MA步進電機驅(qū)動器標準接線圖</p><p><b>　　7、安裝尺寸</b></p><p>　　圖2-8 SD-2H044MA步進電機驅(qū)動器安裝尺寸圖<

48、;/p><p><b>　　8、線性電源原理圖</b></p><p>　　圖2-9 SD-2H044MA步進電機驅(qū)動器線性電源原理圖</p><p><b>　　圖中：</b></p><p>　　TX1為隔離變壓器，根據(jù)電源負載確定其參數(shù)。一般的，變壓器輸出電壓根據(jù)輸出直流電壓要求而定，整流濾波之

49、后的直流電壓VDC+≈1.414×Vout。當用于SD-2H044MA驅(qū)動器時，推薦電壓器輸出為AC21～28V。其中：變壓器容量根據(jù)負載電流決定；C1為電解電容，推薦參數(shù)為：100V/2200uF；C2為無感突波吸收電容，推薦參數(shù)為：400V/0.22 uF；D1參數(shù)根據(jù)負載電流及輸出電壓而定。</p><p>　　第3章 電動調(diào)節(jié)閥微機控制系統(tǒng)</p><p>　　§

50、;3.1 8051單片機</p><p>　　本設計采用MCS-51系列單片機中的8051作為微機控制系統(tǒng)的核心。MCS-51系列單片機是目前8位微機中性能價格比最佳，應用較多的系列產(chǎn)品。8051片內(nèi)有4KB的ROM。</p><p>　　一、8051單片機的基本特性</p><p>　　8051單片機具有以下特點：</p><p>　?、啪?/p>

51、有功能很強的8位中央處理單元（CPU）</p><p>　?、破瑑?nèi)有時鐘發(fā)生電路（6MHz或12MHz）、每執(zhí)行一條指令時間為2或1。</p><p>　　⑶片內(nèi)具有128字節(jié)RAM。</p><p>　　⑷具有21個特殊寄存器。</p><p>　?、煽蓴U展64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器和64K字節(jié)的外部程序存儲器。</p>&l

52、t;p>　　⑹具有4個I/O口，32根I/O線。</p><p>　　⑺具有2個16位定時器/計數(shù)器。</p><p>　?、叹哂?個中斷源，配備2個中斷優(yōu)先級。</p><p>　?、途哂幸粋€全雙工串行接口。</p><p>　?、尉哂形粚ぶ纺芰?，適用邏輯運算。</p><p>　　二、8051芯片引腳及其功能

53、</p><p>　　8051芯片具有40根引腳，見圖3-1按其功能可以分為四類：</p><p>　　圖3-1 8051單片機引腳圖</p><p><b>　　1．電源線 2根</b></p><p>　　：編程和正常操作時的電源電壓，接+5V。</p><p><b>　?。旱仉?/p>

54、平。</b></p><p><b>　　2．晶振 2根</b></p><p>　　：振蕩器的反相放大器輸入。使用外部振蕩器時必須接地。</p><p>　?。赫袷幤鞯姆聪喾糯笃鬏敵龊蛢?nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。當使用外部振蕩器時用于輸入外部振蕩信號。</p><p>　　3．I/O口共有、、、四個8位口，32

55、根I/O線，其功</p><p><b>　　能如下：</b></p><p><b>　?、拧?（～）</b></p><p>　　是I/O端口0的引腳。端口0是一個8位漏極開路的雙向I/O端</p><p>　　口。在存取外部存儲器時，該端口分時地用作低8位的地址線和8位</p>

56、<p><b>　　雙向的數(shù)據(jù)端口。</b></p><p><b>　?、啤?lt;/b></p><p>　　端口1的引腳，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O通道，專</p><p><b>　　供用戶使用。</b></p><p><b>　　⑶～

57、 （～）</b></p><p>　　端口2的引腳，端口2是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，</p><p>　　在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址（～）。</p><p><b>　?、取?lt;/b></p><p>　　端口3的引腳。端口3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，</p>

58、<p>　　該口的每一位均可獨立地定義第一I/O口功能或第二I/O口功能。作</p><p>　　為第一功能使用時，口的結(jié)構(gòu)與操作與口完全相同，第二功能如下</p><p>　　示： 口引腳 第二功能</p><p><b>　　（串行輸入口）</b></p><

59、p><b>　?。ù休敵隹冢?lt;/b></p><p><b>　　（外部中斷）</b></p><p><b>　?。ㄍ獠恐袛啵?lt;/b></p><p>　?。ǘ〞r器0外部輸入）</p><p>　　（定時器1外部輸入）</p><p>　?。ㄍ?/p>

60、部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p><b>　　4．控制線</b></p><p>　?、牛撼绦虼鎯ζ鞯氖鼓芤_，是外部程序存儲器的讀選通</p><p>　　信號，低電平有效。從外部程序存儲器取數(shù)時，在每個機器周期內(nèi)二</p><p><b&

61、gt;　　次有效。</b></p><p>　　⑵：為高電平時，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。</p><p>　　為低電平時，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲器的指令。因8051芯片沒</p><p>　　有內(nèi)部程序存儲器，故必須接地。</p><p>　　⑶：是地址鎖存使能信號。作為地址鎖存允許時</p><p&

62、gt;　　高電平有效。因為端口是分時傳送數(shù)據(jù)和低8位地址。故訪問外部</p><p>　　程序存儲器時，信號鎖存低8位地址。即使在不訪問外部程序存</p><p>　　儲器時，也以1/6振蕩頻率的固定頻率產(chǎn)生，因此可以用它作為</p><p>　　外部的時鐘信號。主要是提供一個定時信號，在外部程序存儲器</p><p>　　取令時，把口的低位

63、地址字節(jié)鎖存到外接的地址鎖存器中。</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　是復位/備用電源端。在振蕩器運行時，使引腳至少保持兩</p><p>　　個機器周期為高電平，可實現(xiàn)復位操作，復位后程序計數(shù)器清零，即</p><p>　　程序從0000H單元開始執(zhí)行。在關斷前加上（掉電保護）RAM</

64、p><p><b>　　的內(nèi)容將不變。</b></p><p>　　§3.2 其它輔助芯片的選擇</p><p>　　本次設計中顯示溫度采用七段LED顯示塊，鎖存器選用74LS273，74LS273是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器， 1D～8D為數(shù)據(jù)輸入端，1Q～8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作8位地址鎖存器。具體引腳見圖3-

65、2。</p><p>　　圖3-2 74LS273引腳圖</p><p>　　溫度傳感器采用STT-R-A1-B2-C20-D1-E2 F2 G1 H1-L3-PA-T2-W2-S1型鉑電阻溫度傳感器，AD轉(zhuǎn)換模塊選用ADC0804。</p><p>　　圖3-3 ADC0804引腳圖</p><p>　　ADC0804引腳功能及應用特性

66、如下：</p><p>　　CS 、RD 、WR （引腳1、2、3）：是數(shù)字控制輸入端，滿足標準TTL 邏輯電平。其中CS 和WR 用來控制A/D 轉(zhuǎn)換的啟動信號。CS 、RD 用來讀A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果，當它們同時為低電平時，輸出數(shù)據(jù)鎖存器DB0~DB7 各端上出現(xiàn)8 位并行二進制數(shù)碼。CLKI（引腳4）和CLKR（引腳19）：ADC0801~0805 片內(nèi)有時鐘電路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”兩端外接

67、一對電阻電容即可產(chǎn)生A/D 轉(zhuǎn)換所要求的時鐘，其振蕩頻率為fCLK≈1/1.1RC。其典型應用參數(shù)為：R=10KΩ，C=150PF，fCLK≈640KHZ，轉(zhuǎn)換速度為100μｓ。若采用外部時鐘，則外部fCLK 可從CLKI 端送入，此時不接R、C。允許的時鐘頻率范圍為100KHZ～1460KHZ。INTR （引腳5）： INTR 是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端，輸出跳轉(zhuǎn)為低電平表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，可作為微處理器的中斷或查詢信號。如果將CS 和

68、WR 端與INTR 端相連，則ADC0804 就處于自動循環(huán)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。CS ＝0 時，允許進行A/D 轉(zhuǎn)換。WR 由低跳高時A/D 轉(zhuǎn)換開始，8 位逐次比較需8×8=64 </p><p>　　步進電機驅(qū)動選用專用的SD-2H044MA兩相混合式步進電機驅(qū)動器，在上一章已做專門介紹，在此不再贅述。</p><p>　　§3.3 操作鍵和指示燈</p>&l

69、t;p>　　本次畢業(yè)設計設置了一些狀態(tài)指示燈和操作鍵，用于系統(tǒng)運行狀態(tài)的指示和操作。狀態(tài)指示燈包括:自動、手動、全開、全閉指示燈，用于電動調(diào)節(jié)閥運行狀態(tài)的指示。操作鍵包括：自動、手動、上調(diào)溫度、下調(diào)溫度、全開、全閉操作鍵，用于設定電動調(diào)節(jié)閥的運行狀態(tài)。</p><p>　　第4章 軟件程序設計</p><p>　　§4.1 程序流程圖</p><p&g

70、t;<b>　　圖4-1</b></p><p><b>　　圖4-2</b></p><p><b>　　圖4-3</b></p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　圖4-5 圖4

71、-6</p><p><b>　　圖4-7</b></p><p><b>　　圖4-8</b></p><p><b>　　圖4-9</b></p><p>　　注：（流程圖中未畫出）所有閥體轉(zhuǎn)動時，關中斷。轉(zhuǎn)動完成時開中斷。</p><p>　　選用

72、兩個單片機，一個用于上述控制，一個用于時間及環(huán)境溫度顯示控制。</p><p>　　溫度測量選用集成溫度傳感器，數(shù)字或模擬均可，編程依選件而定。</p><p>　　單片機選用STC12C5404AD 其內(nèi)核為8051</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過此次畢業(yè)設計，使我學到了很多的

73、知識，如機械圖和電路原理圖以及該論文均有由我一個人獨立完成，以前不了解的軟件，在這次設計中邊學邊用，對于不太熟練的AUTOCAD2008、中文字處理軟件WORD 2000來說也有了許多新的收獲。并且在這一過程中學會如何查閱手冊，了解國家標準。</p><p>　　另外，在電路方面我學會了單片機的的設計原理，接口電路，數(shù)字及模擬智能模塊，電力電子電器的設計，對單片機的仿真軟件，都讓我受益非淺。</p>

74、<p>　　由于工作較忙，本次設計大都在晚上進行，有時還加班、出差的情況，因此時間有限，未能完全按照我的計劃去搞，有些還不是特別清楚，如匯編語言與單片機的通訊，觸發(fā)電路的電路板繪制。因此，我感覺非常的遺憾。在以后的工作中再去解決它。</p><p>　　但不管怎樣，在這次設計中學到了很多的知識，為今后的工作和學習奠定了堅實的基礎，我認為這才是最主要的。</p><p><

75、;b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題的工作是在某某老師的指導下完成的。在此我衷心地向某老師表示感謝，他對我的指導和幫助，用言辭是無法表達的，在今后的工作和學習中，我將更加努力以不辜負老師對我的期望。</p><p>　　再一次感謝某大學給我這次設計的機會。</p><p>　　再一次感謝給我指導和幫助的老師和同學、同事們。&l

76、t;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　張建民主編.機電一體化系統(tǒng)設計.北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　張之敬主編.先進制造技術.北京：北京理工大學出版社，2007</p><p>　　高鐘毓主編.機電一體化系統(tǒng)設計.北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><

77、;p>　　趙長德主編.工業(yè)用微型計算機.北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　余孟嘗主編.模擬、數(shù)字電力電子技術.北京：機械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　顧京主編.現(xiàn)代機床設備.北京：化學工業(yè)出版社，2001</p><p>　　李愛華主編.工程制圖基礎.北京：高等教育出版社，2003</p><p>　　徐錦

78、康主編.機械設計.北京：機械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　沈志雄主編.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　《機械工程師手冊》第二版編輯委員會編.機械工程師手冊.</p><p>　　北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　三浦宏文主編.機電一體化實用手冊.北京：科學出版社，2001<

79、/p><p>　　李炎鋒主編.暖通自動化控制.北京:北京工業(yè)大學出版社.2006</p><p>　　10 設計中用到的應用軟件</p><p>　　微軟公司：word2007</p><p>　　PROTEL公司：PROTEI 99SE </p><p>　　AUTODESK公司：AUTO CAD 2008</p&

80、gt;<p><b>　　附錄1：軟件清單</b></p><p>　　;****************************</p><p><b>　　;主程序</b></p><p>　　;****************************</p><p>　　ad_c

81、s equ P3.5</p><p>　　ad_wr equ P3.6</p><p>　　ad_rd equ P3.7</p><p>　　ad_input_port equ p0</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　LJMP MAIN&

82、lt;/b></p><p><b>　　ORG 0003H</b></p><p><b>　　LJMP INT</b></p><p><b>　　ORG 0013H</b></p><p>　　MAIN: ;初始

83、化</p><p>　　MOV SP,#60H ;堆棧棧底設為60H</p><p>　　MOV TCON,#00H ;外部中斷電平觸發(fā)</p><p>　　MOV IE,#81H ;允許外部中斷0</p><p>　　MOV P3,#0FFH

84、 ;P3為輸入口</p><p>　　MOV 2AH,#00H ;位置計數(shù)器置零</p><p>　　CLR EA ;關中斷 </p><p>　　MOV 2FH,#00H ;標志位清零</p><p><b>　　CLR F0 <

85、;/b></p><p>　　LCALL TEMP ;調(diào)溫度讀顯子程序</p><p>　　LCALL YUZHI ;調(diào)預置點子程序</p><p>　　CLR P1.3 ;關閉手動指示燈</p><p>　　CLR P1.5

86、 ;關閉全開指示燈</p><p>　　CLR P1.7 ;關閉關閉指示燈 </p><p>　　SETB P1.2 ;打開自動指示燈</p><p>　　LCALL AUTO ;調(diào)自動子程序</p><p>　　SETB

87、EA ;開中斷</p><p>　　;****************************</p><p><b>　　;預置點子程序</b></p><p>　　;****************************</p><p><b>　　YUZHI:<

88、/b></p><p>　　LCALL OPENMAX ;調(diào)開最大子程序</p><p>　　MOV R1,#19 ;置循環(huán)次數(shù)</p><p>　　YU1: LCALL FAN100 ;調(diào)反轉(zhuǎn)100步子程序</p><p>　　DJNZ R1,YU1<

89、;/p><p>　　RET ;返回</p><p>　　;****************************</p><p><b>　　;自動子程序</b></p><p>　　;****************************</p><p

90、><b>　　AUTO:</b></p><p>　　SETB 2FH.1 ;置自動標志位</p><p>　　LCALL TEMP ;調(diào)溫度讀顯子程序</p><p>　　;--------------------------------------------------

91、-----------------------</p><p>　　;另設一單片機，用于產(chǎn)生時間信號，白天(7:00~17:00)/晚上(17:00~7:00)</p><p>　　;白天輸出高電平，晚上輸出低電平，輸入P3.0口</p><p>　　;由于實現(xiàn)相對簡單，且不屬于本設計重點，此處省略</p><p>　　;----------

92、---------------------------------------------------------------</p><p>　　AUTO1:JB P3.0,DAY ;判斷白天/晚上</p><p>　　AJMP NIGHT</p><p>　　DAY: ;白天

93、</p><p>　　MOV A,20H ;比較溫度與設定值20°C±2°C之間差異</p><p>　　CJNE A,#18,DAY1 </p><p>　　AJMP AUTO ;等于18°C,循環(huán)</p><p>　　

94、DAY1: JC DAY2 ;小于18°C,正轉(zhuǎn)100</p><p><b>　　AJMP DAY3</b></p><p>　　DAY2: LCALL ZHENG100</p><p>　　AJMP DELY3M ;延時3分鐘 </p><

95、;p>　　DAY3: CJNE A,#22,DAY4 </p><p>　　AJMP AUTO ;等于22°C,循環(huán)</p><p>　　DAY4: JNC DAY5 ;大于22°C,反轉(zhuǎn)100</p><p><b>　　AJMP AUTO</b&

96、gt;</p><p>　　DAY5: LCALL FAN100</p><p>　　AJMP DELY3M ;延時3分鐘</p><p>　　NIGHT: ;晚上</p><p>　　MOV A,20H ;比較溫度與設定值8&

97、#176;C±2°C之間差異</p><p>　　CJNE A,#6,DAY1 </p><p>　　AJMP AUTO ;等于6°C,循環(huán)</p><p>　　NIGHT1: JC DAY2 ;小于6°C,正轉(zhuǎn)100</p>

98、<p><b>　　AJMP DAY3</b></p><p>　　NIGHT2: LCALL ZHENG100</p><p>　　AJMP DELY3M ;延時3分鐘 </p><p>　　NIGHT3: CJNE A,#10,DAY2 </p><p>　　A

99、JMP AUTO ;等于10°C,循環(huán)</p><p>　　NIGHT4: JNC DAY5 ;大于10°C,反轉(zhuǎn)100</p><p><b>　　AJMP AUTO</b></p><p>　　NIGHT5: LCALL FAN100</p>

100、<p>　　DELY3M: ;延時3分鐘</p><p>　　MOV 13H,#18</p><p>　　DELY4:MOV 12H,#200</p><p>　　DELY3:MOV 11H,#100</p><p>　　DELY2:MOV 10H,#250</p>

101、<p>　　DELY1:DJNZ 10H,DELY1</p><p>　　JB 2FH.2,SHOUDONG ;自動狀態(tài)手動按鈕按下</p><p>　　DJNZ 11H,DELY2</p><p>　　DJNZ 12H,DELY3</p><p>　　LCALL TEMP ;延時中顯

102、示環(huán)境溫度</p><p>　　DJNZ 13H,DELY4</p><p>　　LJMP AUTO1 </p><p>　　;****************************</p><p><b>　　;溫度讀顯子程序</b></p><p>　　;*************

103、***************</p><p>　　TEMP: ;AD轉(zhuǎn)換讀取延時程序，顯示讀到的數(shù)值</p><p>　　CLR EA ;關中斷</p><p>　　lcall AdcStart</p><p>　　lcall delay1ms&l

104、t;/p><p>　　lcall adcread</p><p>　　;-------------------------------------------------------------------------</p><p>　　;根據(jù)讀取的數(shù)值查表求得當前溫度值,并將該溫度值轉(zhuǎn)換為顯示代碼,進行顯示</p><p>　　;由于查表具體

105、細節(jié)繁瑣且與設計關系不大,故本設計省略該部分內(nèi)容</p><p>　　;以下所用“十位/個位”為轉(zhuǎn)換后的顯示代碼</p><p>　　;-------------------------------------------------------------------------</p><p><b>　　SHOW: </b></p&

106、gt;<p>　　CLR EA ;關中斷</p><p><b>　　……查表……</b></p><p>　　MOV 21H,十位 </p><p>　　MOV 22H,個位</p><p>　　MOV P0,21H </p&

107、gt;<p>　　CLR P1.0 </p><p><b>　　SETB P1.0</b></p><p>　　MOV P0,22H</p><p>　　CLR P1.1 </p><p><b>　　SETB P1.1</b>

108、;</p><p>　　SETB EA ;開中斷</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　AdcStart: ;啟動AD轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　clr ad_cs</b></p>

109、<p><b>　　nop</b></p><p><b>　　clr ad_wr</b></p><p><b>　　nop</b></p><p>　　setb ad_wr</p><p><b>　　nop</b></p>

110、<p>　　setb ad_cs</p><p><b>　　nop</b></p><p><b>　　ret</b></p><p>　　AdcRead: ;讀AD轉(zhuǎn)換</p><p>　　mov ad_input_port,#0ffh<

111、;/p><p><b>　　clr ad_cs</b></p><p><b>　　nop</b></p><p><b>　　clr ad_rd</b></p><p><b>　　nop</b></p><p><b>　

112、　nop</b></p><p>　　mov a,AD_INPUT_PORT</p><p>　　mov 20h,a ;存環(huán)境溫度值</p><p><b>　　nop</b></p><p>　　setb ad_rd</p><p><b>　　

113、nop</b></p><p>　　setb ad_cs</p><p><b>　　ret</b></p><p>　　delay1ms: ;1ms延時 </p><p>　　mov 11h,#10</p><p><b>

114、　　tt1:</b></p><p>　　mov 10h,#50</p><p>　　djnz 10h,$</p><p>　　djnz 11h,tt1</p><p><b>　　ret</b></p><p>　　;****************************</

115、p><p><b>　　;開最大子程序</b></p><p>　　;****************************</p><p><b>　　OPENMAX:</b></p><p>　　CLR F0 ;清零開最大標志位</p><p&

116、gt;　　CLR P1.4 ;正轉(zhuǎn)</p><p>　　OPEN1:SETB P1.4</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P1.4</b></p>

117、;<p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　JB F0,0PEN2 ;是否開最大</p><p>　　AJMP OPEN1 ;沒到開最大,繼續(xù)開</p><p>　　OP

118、EN2:LCALL FAN100 ;開最大,為關閉中斷信號,關100步</p><p>　　MOV 2AH,#39</p><p>　　SETB EA ;開中斷</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　;******************

119、**********</p><p><b>　　;正轉(zhuǎn)100子程序</b></p><p>　　;****************************</p><p><b>　　ZHENG100:</b></p><p>　　CLR EA ;關中斷<

120、/p><p>　　CLR P1.4 </p><p>　　MOV A,2AH ;讀位置</p><p>　　CJNE A,#39,ZHENG ;是否快最開位置</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　ZHE

121、NG:MOV R0,#100 ;正轉(zhuǎn)100步</p><p>　　ZHENG1:SETB P1.4</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P1.4</b></p&

122、gt;<p>　　DJNZ R0,ZHENG1</p><p>　　ADD A,#1 ;記錄位置</p><p><b>　　MOV 2AH,A</b></p><p>　　CJNE A,#39,ZHENG2</p><p>　　SETB P1.5

123、 ;打開全開指示燈 </p><p>　　ZHENG2:SETB EA ;開中斷</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　;****************************</p><p><b>　　;反轉(zhuǎn)100子程序</

124、b></p><p>　　;****************************</p><p><b>　　FAN100:</b></p><p>　　CLR EA ;關中斷</p><p>　　CLR P1.6 </p><