課程設(shè)計說明書冷卻水溫電控系統(tǒng)

2015 畢業(yè)論文專題百手起駕 整理為您目 錄摘 要.- 3 -1 引 言.- 4 -1.1 問題的提出.- 4 -1.2 所在研究領(lǐng)域的歷史和現(xiàn)狀，前沿的主要問題及遇到的問題 .- 4 -1.3 系統(tǒng)研究的意義 .- 5 -1.4 任務(wù)與分析 .- 5 -2 方案設(shè)計 .- 5 -2.1 總體設(shè)計和方案論證 .- 5 -2.1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 .- 6 -2.1.2 總體方案論證 .- 6 -2.1.3 溫度采集模塊方案論證 .- 7 -3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計.- 8 -3.2 溫度檢測電路 .- 8 -3.3 電機驅(qū)動控制電路 .- 9 -3.4 LED 顯示電路： .- 10 -4 軟件設(shè)計：.- 10 -4.1 主程序流程圖： .- 10 -4.2 溫度檢測程序流程圖.- 12 -4.3 顯示子程序流程圖.- 13 -4.4 電機控制子程序流程圖.- 13 -5 系統(tǒng)仿真.- 14 -5.1 Proteus 軟件環(huán)境介紹 .- 14 -5.2 軟件仿真步驟 .- 15 -5.2.1 仿真電路的搭建.- 15 -5.2.2 系統(tǒng)調(diào)試過程 .- 16 -5.2.2 仿真結(jié)果.- 18 -結(jié) 論.- 20 -致 謝.- 21 -參考文獻.- 22 -前言- 1 -百手起駕 整理為您附錄 A 程序代碼 .- 23 -附錄 B 電路原理圖： .- 31 -附錄 C 電路 PCB 圖 .- 32 -附錄 D 電路仿真圖 .- 33 -前言- 2 -百手起駕 整理為您摘 要在本設(shè)計中，通過，DS18B20 溫度傳感器對發(fā)動 機冷卻水溫度的檢測， 經(jīng)其內(nèi)部電路處理后傳到單片機 AT89C51，單片機對數(shù)據(jù)進行處理并與設(shè)定值進行比較，當溫度達到報警的下限值時，即觸發(fā)報警器報警，同 時驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，此 處電機用于模擬汽車上的電控單元的執(zhí)行機構(gòu)噴油器電磁閥，數(shù)碼管顯示此狀態(tài)下的冷卻水溫度值和設(shè)定的溫度值，并可隨之改變。設(shè)計基于 PROTEUS 仿真軟件進行仿真。關(guān)鍵詞：單片機 ， 報警，電機，數(shù)碼管，仿真。 前言- 3 -百手起駕 整理為您1 引 言 1.1 問題的提出 溫度控制，在工業(yè)自動化控制中占有非常重要的地位。單片機系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命，自動化、智能化均離不開單片機的應(yīng)用。將單片機控制方法運用到溫度控制系統(tǒng)中，可以克服溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴重滯后現(xiàn)象，同時在提高采樣頻率的基礎(chǔ)上可以很大程度的提高控制效果和控制精度?，F(xiàn)代自動控制越來越朝著智能化發(fā)展，在很多自動控制系統(tǒng)中都用到了工控機，小型機、甚至是巨型機處理機等，當然這些處理機有一個很大的特點，那就是很高的運行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)存儲器。但隨之而來的是巨額的成本。在很多的小型系統(tǒng)中，處理機的成本占系統(tǒng)成本的比例高達 20%，而對于這些小型的系統(tǒng)來說，配置一個如此高速的處理機沒有任何必要，因為這些小系統(tǒng)追求經(jīng)濟效益，而不是最在乎系統(tǒng)的快速性，所以用成本低廉的單片機控制小型的，而又不是很復(fù)雜，不需要大量復(fù)雜運算的系統(tǒng)中是非常適合的。課題基于 AT89C51 單片機，設(shè)計了冷卻水溫度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的溫度控制。1.2 所在研究領(lǐng)域的歷史和現(xiàn)狀，前沿的主要問題及遇到的問題隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學研究得到了質(zhì)的飛躍，那么單片機技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。目前，單片機在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是其中的 C51 系列單片機的出現(xiàn)，由于它具有極好的穩(wěn)定性，更快和更準確的運算精度。因此，它的出現(xiàn)不但推動了工業(yè)的生產(chǎn)，也影響著人們的工作和學習。采用單片機來對它們進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大的優(yōu)點，而且可以大幅度提高被測溫度的技術(shù)指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。前言- 4 -百手起駕 整理為您1.3 系統(tǒng)研究的意義近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，各企業(yè)對溫度檢測技術(shù)提出了更高的要求，希望制造出適應(yīng)性更強、精度更高、性能更穩(wěn)定、并具有智能功能的新一代溫度檢測儀表。單片微處理器具有高精確度、高靈敏度、高響應(yīng)速度，以及耗能少、機構(gòu)小、可以連續(xù)測量、自動控制、安全可靠等優(yōu)點。同時，其邏輯控制運算是由軟件來進行的,可以容易的實現(xiàn)各種控制規(guī)則，甚至是比較復(fù)雜的控制算法的實現(xiàn)，而且不受外界的工作環(huán)境的影響。因此，基于單片機的溫度控制器可以安全可靠地運行，智能地控制環(huán)境溫度穩(wěn)定在某一給定值，或者給定值附近，可以大幅度提高被測溫度的技術(shù)指標。1.4 任務(wù)與分析 本設(shè)計是對發(fā)動機冷卻液進行的溫度控制。從系統(tǒng)溫度的檢測、變換到信號的轉(zhuǎn)換和傳送這一系列的過程都牽扯到很多的知識，在設(shè)計過程中我們也遇到很多困難，比如說溫度測量器件的選用，變換成電壓信號還是電流信號，相應(yīng)的怎么傳送等，都經(jīng)過了考慮才選擇了這個方案。單片機的設(shè)計中，單片機外部線路的設(shè)計，端口的分配和選用，復(fù)位和內(nèi)部時鐘的配合和電路的驅(qū)動等方面也遇到了不少問題，經(jīng)過分析和查找資料我都基本上解決了。這里利用芯片 DS18B20 作為恒溫箱的溫度檢測元件。DS18B20 芯片可以直接把測量的溫度值變換成單片機可以讀取的標準電壓信號。單片機從 DS18B20 讀入的數(shù)據(jù)與預(yù)置數(shù)進行比較，當達到溫度下限值即驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，在此電機用于模擬汽車上的噴油器電磁閥。2 方案設(shè)計 2.1 總體設(shè)計和方案論證 系統(tǒng)總體設(shè)計分為硬件和軟件兩個部分?？傮w結(jié)構(gòu)包括 AT89C51 的主控芯片，溫度采集電路，電機驅(qū)動控制電路，數(shù)碼管顯示電路，蜂鳴器報警電路。前言- 5 -百手起駕 整理為您2.1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 圖 2-1 溫度控制結(jié)構(gòu)框圖如上圖所示，系統(tǒng)以 AT89C51 為控制核心，在基于外圍采集，控制電路的配合下，完成對溫度的控制。主要的軟件模塊為，溫度采集模塊，數(shù)碼管顯示模塊，電機控制模塊，蜂鳴器報警控制模塊。2.1.2 總體方案論證方案一：采用傳統(tǒng)的模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，采用上下限比較電路將實測的溫度值與給定的溫度值進行比較，決定加熱或者降溫。由于采用模擬控制方式，系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做得較高，而且不能用液晶顯示和鍵盤設(shè)定。方案一系統(tǒng)框圖如圖 2-2 所示：AT89C51溫度傳感器LED顯示電機驅(qū)動模塊蜂鳴器報警比較電路放大電路A D 轉(zhuǎn)換圖 2-2 方案一系統(tǒng)框圖前言- 6 -百手起駕 整理為您方案二：采用單片機為控制核心。采用了 DS18B20 芯片對溫度進行采集（芯片內(nèi)部會進行 AD 轉(zhuǎn)換）通過單片機處理后去控制溫度，使其達到穩(wěn)定。使用單片機具有編程靈活，控制簡單的優(yōu)點，使系統(tǒng)能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過軟件編程能實現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點。方案二系統(tǒng)框圖如圖 2-3 所示：AT89C51溫度傳感器D S 1 8 B 29LED顯示電機驅(qū)動模塊蜂鳴器報警圖 2-3 方案二系統(tǒng)框圖對比方案一，方案二明顯的改善了方案一的不足及缺點，并具有控制簡單、控制溫度精度高的特點，因此設(shè)計電路采用方案二。2.1.3 溫度采集模塊方案論證方案一：采用熱敏電阻，可滿足測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性和可靠性都比較差，對于檢測精度小于 1的溫度信號是不適用的。方案二：采用溫度傳感器 AD590K。AD590K 具有較高精度和重復(fù)性，良好的非線性保證0.1的測量精度。加上軟件非線性補償可以實現(xiàn)高精度測量。AD590 將溫度轉(zhuǎn)化為電流信號，因此要加相應(yīng)的調(diào)理電路，將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，送入 A/D 轉(zhuǎn)換器，最終送往單片機。方案三：采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。DS18B20 為數(shù)字式溫度傳感器，無需其他外加電路，直接輸出數(shù)字量，轉(zhuǎn)換速度快，精度高，可靠性高?？芍苯优c單片機通信，讀取測溫數(shù)據(jù)，電路簡單。經(jīng)比較，我選擇方案三。前言- 7 -百手起駕 整理為您3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 單片機最小系統(tǒng)圖 3- 1 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)包括時鐘電路、復(fù)位電路、及電源電路等幾個部分，單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該增益反相放大器的輸入端為 X1，輸出引腳為 X2。兩個引腳跨接晶振和微調(diào)電阻，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位電路。通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實現(xiàn)。如圖 3-1 所示：3.2 溫度檢測電路在本設(shè)計中，選用的是溫度測量的專用芯片 DS18B20。DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 為新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟。圖 3-2 是DS18B20 與單片機的連接圖：前言- 8 -百手起駕 整理為您圖 3- 2 DS18B20 與單片機的連接圖3.3 電機驅(qū)動控制電路本設(shè)計中電機驅(qū)動采用的是集成直流電機驅(qū)動芯片 L298，它具有驅(qū)動功率大，效率高、可控性好等優(yōu)點，通過單片機 P1.6 、P1.7 兩個 IO 口可控制電機正反轉(zhuǎn)。此處電機用于模擬汽車噴油器電磁閥。L298N 與單片機的連接如圖 3-3：圖 3- 3 L298 與單片機連接圖前言- 9 -百手起駕 整理為您3.4 LED 顯示電路：單片機對數(shù)據(jù)進行處理后通過 LED 進行顯示。LED 接成共陰