电路板控制检测液压油油温检测系统.doc

《电路板控制检测液压油油温检测系统.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路板控制检测液压油油温检测系统.doc（16页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、目录 综述2一、课程任务（题目、要求、目的）31、题目：电路板控制检测液压油油温检测系统32、要求：33、目的：3二、设计思路4三、电路分析51、单片机选择52、传感器选择63、变压电源94、油压、油温感测及放大电路95、A/D转换106、外接键盘107、并行I/0的扩展118、报警系统129、LED显示电路12四、附录131、电路原理图132、ERC比较143、PCB图144、3D图15心得体会16综述机电一体化技术是在电子技术、计算机和自动控制技术基础上发展起来的一门新兴的综合学科。机电一体化专业旨在培养从事机电设备的使用、维护、维修、设备的管理与设计等工作的高素质、高技能、应用型高级职业

2、技术人才，机电一体化课程设计作为机械电子专业的实践教学环节,考察学生综合运用所学专业知识进行分析问题和解决问题的能力.科学合理地安排课程设计的内容.使学生即能在有限的时间内掌机电一体化设备的设计过程,培养学生的工程设计能力和解决实际问题能力,又能训练学生抓住问题的主要矛盾有针对性的加以深入的研究是课程设计成功与否的关键所在.本文针对课程设计教学过程中实际遇到的问题,探索机电一体化课程设计的内容设置,对于提高课程设计的教学质量具有重要意义.一、课程任务（题目、要求、目的）1、题目：电路板控制检测液压油油温检测系统 2、要求：本次设计题目旨在控制和检测液压系统的液压和液压油的温度，以防系统的压力或

3、者油温的变化而导致的系统工作不稳定，设计一电路板控制系统，检测液压油油、压油温检测系统，其中压力P=15 MPa，油温T=80，绘制电路原理图和电路板图。3、目的：当代数学信号处理的发展趋势之一是在通用的硬件上借助软件实现复杂的功能，伴随对软件依赖性的增加，软件的开发成本也相应提高，甚至出现赶超硬件投入的趋势。机电一体化是指机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进了电子技术，并将机械装备和电子设备以及软件等有机的结合起来所构成的系统的总称。也就是说机电一体化的连接机械和电子、气压、液压等相关的的关键技术，在微电子技术、计算机技术、及信息处理技术的高速发展，消费者对高性能、高自动化的

4、机械化产品提出了更高的要求，也就是要求我们从事机械设计制造及自动化行业的技术人员掌握机电一体化技术的重要性所在。 机电一体化的关键技术有：（1）机械技术，（2）计算机及信息处理技术，（3）系统技术，（4）自动控制技术，（5）传感检测技术，（6）侍服传动技术。在新的历史背景下，同时因也是个知识爆炸的年代，不管是对祖国经济的发展，还是一个很现实的问题：对自己将来的发展，对于掌握、精通这门技术都尤为的显得重要。而这次课程设计，一方面让我们从理论到实践的一个联系，另一方面也是温习和巩固所学的专业知识特别是单片机方面的知识，对于单片机系统能够从整体上认识和把握，能够从整体的高度上根据实际需求设计出有效的

5、系统。接触和学习一种相当有效的电路设计软件PROTEL99，熟悉和了解基本的操作，能够根据设计需求独立设计和布局出合理的电路原理图（SCH）和电路板图（PCB）。系统化针对实际问题的解决和设计思路，掌握独立解决问题的方法，为即将面临的社会实践打好基础，都是非常必要的。二、设计思路一个单片机系统应该包括信号检测处理板块，控制中心板块，人机对话板块，因此，按照本题的要求，设计如下组成框图。液压传感器温度传感器滤波、放大电路滤波、 放大电路A/D转换芯片MCS51系列单片机4*4键盘电路报警电路8位LED显示整个系统拟采用压力传感器和温度传感器对所需的信号进行采集，当获取所需的信号之后，经过对信号的

6、滤波和放大电路的放大号，传输至A/D转换器进行A/D转换，将采集到的模拟信号转化为数字信号，最后将数字信号读入8051单片机内，经过单片机的数据处理后，最后将处理后的结果显示出来。在系统中，设置按键电路，当按键按下，向单片机输入信号，单片机接收信号后，可改变预设的压力和油温值，使系统能够在不同的状况下工作，增加了系统的灵活性。系统中还设计有显示电路部分，经单片机处理后的数据，可由显示模块将所测量的压力和油温显示出来，增强了系统的实用性。此外，当所测量的油温或压力超出了预设值之后，系统会自动触发报警装置，向外界发出警报。单片机控制的液压油温检测系统中，其要检测的指标有油压和油温两个。油压的检测要

7、用压力传感器，而油温的检测要用温度传感器。传感器一般由敏感元件，转换元件和基本转换电路三部分组成。敏感元件直接感受被测量，并以确定的关系输出某一物理量。转换元件将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数量。基本转换电路将电路参数量转换成便于测量的电量。 电量通过整流电路的输出电压不是理想的平滑直流，而是单方向的脉动直流，即除了直流分量以外还有许多交流分量。所以要针对电源的负载特性选择合适的滤波电路。滤波电路就是使单向脉动直流变成平滑直流的电路，常用电阻，电容和电感组合而成。 由于传感器检测到的信号经整流，滤波放大电路后输出的是模拟信号，（如电压，电流，频率等）。这些信号计算机是识别不了的，所以要

8、进行A/D转换。A/D转换电路的功能是将连续变化的模拟信号转换成数字信号，以适应计算机处理。 通过A/D转换电路输出数字信号，该信号进入MCS-51单片机，通过单片机来实现检测和控制功能。本系统中要控制油温和油压，还要在油温和油压超过设定的额定值时，系统发出报警，实现人机对话。三、电路分析1、单片机选择单片机的选择在整个系统中至关重要，需要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求。在本次的设计中，选择最常用到的51系列单片机。AT80C51是一种低功耗、高性能的8位单片机，片内含有4KB的掩膜ROM，用于存放程序和原始数据；内部数据存储器包括RAM（1288）和RAM地址寄存器，用于存放可读

9、/写的数据。AT80C51单片机有如下特性：（1）片内含有两个16位的定时器/计数器，用于实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制；（2）有4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出；内部含有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个；内部有时钟电路，为单片机产生时钟脉冲序列；（3）AT80C51单片机共有40个管脚，介绍如下：（4）4个8位的并行输入/输出口线：P0.0P0.7/P1.0P1.7/P2.0P2.7/P3.0P3.7地址锁存控制信号ALE，用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分

10、时传送。（5）外部程序存储器读选通信号PSEN,Z在读外部ROM时有效，实现外部ROM单元的读操作；（6）访问程序存储器控制信号EA，当为低电平时，对ROM的读操作是针对外部程序存储器的；当信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。（7）复位信号RST，当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用于完成单片机的复位操作；（8）外界晶体引线端XTAL1和XTAL2，当使用芯片内部时钟时，用于外接石英晶体谐振器和微调电容；当使用外部时钟时，用于接入外部时钟脉冲信号；（9）地线GND和电源接口VCC；2、传感器选择压力传感器：在本课题的设计中，选用

11、应变式压力传感器，其型号为AK-1C-2应变式压力传感器，特点如下：外壳和膜片一体结构，体积小，平膜片感压；性能稳定可靠，量程范围广；不锈钢材料，耐腐蚀，安装使用方便；连接螺纹：M201.5 (可提供用户要求的各种机械连接方式，最小外形尺寸：10)；适用于各种动态、静态、一般腐蚀气体、液体的压力测量。AK-1C-2主要技术指标如下：主 要 技 术 指 标测量范围AK-1C-200.1,0.2,0.5,1,2,5,10,15,20,25,30,40,50,60MPa输出灵敏度 0.50.8mV/V 基本误差0.2; 0.3; 0.5%F.S 线性误差L0.2; 0.3; 0.5%F.S 回程误差

12、H0.2; 0.3; 0.5%F.S 重复性R0.2; 0.3; 0.5%F.S 工作温度-10+60温度补偿范围室温+60零点温度影响0.3%F.S/10 输出温度影响0.3%F.S/10 激励电压512VDC绝缘电阻1000M/100VDC输入电阻35020 输出电阻35020 零点输出05%F.S 安全过负荷率120%F.S AK-1C-2传感器外形如下图所示：AK-1C-2电气连接如下表：电 气 连 接 方 式连接方式插头座号导线颜色输入(电源)正端1红输出信号正端2蓝输出信号负端3白输入(电源)负端4黄若插头座号、导线颜色发生颜色变化时，请以传感器检定合格证书为准。温度传感器：为了减

13、小系统的复杂程度，选用数字式温度传感器，传感器型号为DS18B20，其特点为：独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；测量温度范围为-55 C至+125 。华氏相当于是-67 F到257华氏度 -10 C至+85 C范围内精度为0.5 C；电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源；在使用中不需要任何外围元件，测量结果以912位数字量方式串行传送；因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设

14、备或机器，并进行过程监测和控制。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH和TL，告诉暂存器。DS18B20的管脚排列如下图所示 CPU对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通信协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预订的操作。DS18B20的供

15、电方式有两种：寄生电源供电方式和外部电源供电方式；在此次的设计中，采用外部电源供电方式。DS18B20与单片机连接的电路图如下所示：引脚VCC外接5V的电源，引脚GND接地，中间引脚直接与单片机的P2.2口相接进行数据传输。3、变压电源由于电路电压为6v，故需把220V交流变成低压直流，由四个组成部分:降压整流滤波稳压。4、油压、油温感测及放大电路以油压检测及放大电路为例，插座J外接一应变式压力、检测传感器，插座上的1、2脚将控制板中的+6V及-6V电源引出向传感器供电，3、4脚为传感器输出的差动信号。三个运算放大器组成差动放大电路，对传感器输出信号进行放大，其中R36用于调节零点，R37用于

16、调整放大倍数。油温检测系统采用相同系统，两套系统分别接在AD0809的p01和p06两个输口。5、A/D转换ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺，可实现8路模数信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码器电路，其转换时间为100us左右。IN-7IN-0是模数输入通道，ADC0809对输入信号的电压要求是05V，若信号过小还需要进行放大。另外，模拟输入量在A/D转换过程中其值不应该有变化，对变化快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路，本课题中的油压及油温的变化不会很快，所以不必采用采样保持电路。A、B、C是地址线，设置P0.1P0.3口

17、经过地址锁存后接A、B、C地址线。ALE地址锁存允许信号，A、B、C地址状态进入地址锁存器中，由P2.0及WR控制地址锁存。START转换启动信号，上跳沿时，所有内部寄存器清零，下跳沿时，开始进行A/D转换，在转换过程中应保持低电平，由P2.0及WR控制转换信号。D7D0数据输出线，和单片机的P0口直接连接。EOC输出允许信号，用于控制三态门。A/D转换器与单片机的连接如上图所示6、外接键盘为了减少键盘和单片机接口时所占用I/O口线的数目，此系统采用了串行口控制的键盘接口，扩展了44的行列式键盘，用以输入油压、油温的报警设定值。采用8255可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位的并行I/O口，

18、具有三种工作方式，可通过程序改变其功能。RESET:复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。 CS:片选信号线，当这个输入引脚为低电平时，表示芯片被选中，允许8155与CPU进行通讯。 RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许8155通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。 wR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时，允许CPU将数据或控制字写入。7、并行I/0的扩展单片机内部的硬件电路已基本上构成具有基本形式的微机系统，可以满足许多控制场合的需要。这些电路包括定时器、中断、串行接口、内部

19、数据存储器、外部程序存储器等。但为了在应用中硬件电路还不够用，需要在单片机外增加新的电路（芯片），也就是所谓的扩展。本设计采用的扩展芯片是8255.8、报警系统如图当接收到来自单片机P2.3口的输出信号后，三极管Q1导通，报警器便会发出警报声。9、LED显示电路 系统扩展八位共阳极LED静态显示电路，分时显示油压及油温检测值。四、附录1、电路原理图162、ERC比较3、PCB图4、3D图 心得体会 机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物。随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和电子紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化，机电一体化是机电工业发展的必然趋势。现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电 一体化”为特征的发展阶段。.忽略此处.