機械制造技術課程設計任務書

1、 目錄一、 概述3二、 設計要求3三、 選題目的3四、 方案論證4五、 電路分析51. 變壓電源52. 油壓、油溫感測及放大電路63. A/D轉換64. 單片機75. 外接鍵盤86. 報警系統(tǒng)9六、 LED顯示電路10七、 原理圖 10八課程設計心得體會 11九參考文獻 11一、選題背景機電一體化課程設計作為機械電子專業(yè)的實踐教學環(huán)節(jié),考察學生綜合運用所學專業(yè)知識進行分析問題和解決問題的能力.科學合理地安排課程設計的內容.使學生即能在有限的時間內掌機電一體化設備的設計過程,培養(yǎng)學生的工程設計能力和解決實際問題能力,又能訓練學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計成功與否的關鍵所

2、在.本文針對課程設計教學過程中實際遇到的問題,探索機電一體化課程設計的內容設置,通過了解液壓油油溫過高的危害： 液壓油黏度、容積效率和液壓系統(tǒng)工作效率均下降，泄漏增加，甚至使機械設備無法正常工作。液壓系統(tǒng)的零件因過熱而膨脹，破壞了相對運動零件原來正常的配合間隙，導致摩擦阻力增加、液壓閥容易卡死，同時，使?jié)櫥湍ぷ儽?、機械磨損增加，結果造成泵、閥、馬達等的精密配合面因過早磨損而使其失效或報廢。加速橡膠密封件老化變質，壽命縮短，甚至喪失其密封性能，使液壓系統(tǒng)嚴重泄漏。油液汽化、水分蒸發(fā)，容易使液壓元件產生穴蝕；油液氧化形成膠狀沉積物，易堵塞濾油器和液壓閥內的小孔，使液壓系統(tǒng)不能正常工作。因此，液壓

3、油油溫過高會嚴重影響機器的正常使用、降低液壓元件的使用壽命，并增加工程機械的維修成本。設計完成后對于以后教學質量具有重要意義.二、設計要求要求設計一個基于單片機的液壓系統(tǒng)壓力和油溫的檢測系統(tǒng)。其中主要數據要求為壓力15MPa，溫度80。三、概述當代數學信號處理的發(fā)展趨勢之一是在通用的硬件上借助軟件實現復雜的功能，伴隨對軟件依賴性的增加，軟件的開發(fā)成本也相應提高，甚至出現趕超硬件投入的趨勢。機電一體化是指機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進了電子技術，并將機械裝備和電子設備以及軟件等有機的結合起來所構成的系統(tǒng)的總稱。也就是說機電一體化的連接機械和電子、氣壓、液壓等相關的的關鍵技術

4、，在微電子技術、計算機技術、及信息處理技術的高速發(fā)展，消費者對高性能、高自動化的機械化產品提出了更高的要求，也就是要求我們從事機械設計制造及自動化行業(yè)的技術人員掌握機電一體化技術的重要性所在。 機電一體化的關鍵技術有：（1）機械技術，（2）計算機及信息處理技術，（3）系統(tǒng)技術，（4）自動控制技術，（5）傳感檢測技術，（6）侍服傳動技術。在新的歷史背景下，同時因也是個知識爆炸的年代，不管是對祖國經濟的發(fā)展，還是一個很現實的問題：對自己將來的發(fā)展，對于掌握、精通這門技術都尤為的顯得重要。而這次課程設計，一方面讓我們從理論到實踐的一個聯系，另一方面也是溫習和鞏固所學的專業(yè)知識特別是單片機方面的知識，

5、對于單片機系統(tǒng)能夠從整體上認識和把握，能夠從整體的高度上根據實際需求設計出有效的系統(tǒng)。接觸和學習一種相當有效的電路設計軟件PROTEL99，熟悉和了解基本的操作，能夠根據設計需求獨立設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，都是非常必要的。四、方案論證方案一：采用純硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該控制的優(yōu)點在于速度較快，但可靠性較差，控制精度比較低、靈活性小、線路復雜、調試、安裝都不方便，且要實現題目所有的要求難度較大。方案二：采用單片機與高精度傳感器結合的方式，即用單片機完成人機界面，系統(tǒng)控制，

6、信號分析處理，由前端溫度傳感器和壓力傳感器完成信號的采集與轉換。這種方案克服了方案一的缺點，所以本次設計是基于單片機和溫度、壓力傳感器實現對溫度和壓力的控制。系統(tǒng)整體框圖如下： 8051壓力傳感器感器按鍵輸入濾波及信號放大大電路A/D轉換電源電路 顯示溫度傳感器濾波及信號放大A/D轉換 看門狗電路 報警器 檢測系統(tǒng)方案框圖系統(tǒng)工作原理 本系統(tǒng)設計是基于8051的液壓系統(tǒng)中油壓和油溫的檢測。若系統(tǒng)采用純硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂凭缺容^低、靈活性小、線路復雜、調試、安裝都不方便。采用單片機與高精度傳感器結合的方式，即用單片機完成人機界面，系統(tǒng)控制，信號分析處理。由前端溫度傳感器和壓力傳感器完成信號

7、的采集并進行AD轉換，將溫度傳感器及壓力傳感器所獲得的信號，傳輸到單片機。單片機將所獲得的信號進行處理，通過與程序中的溫度、壓力的安全值進行比較，若在安全值范圍之內則無需進行報警，只需對所測得的值進行實時顯示。若檢測出來的值超過安全值則單片機控制報警電路進行報警。同時按鍵輸入電路可以用于設定單片機中液壓和油溫的最大值。這種控制電路能避免純硬件控制電路的所有缺點。對于油壓檢測部分采用外接應變式壓力傳感器。采到的差動信號經后經過運算放大電路輸入到ADC0809，經過A/D轉換后送入單片機進行數據存儲和運算，再經過LED顯示出來。對于油溫檢測部分采用K型熱電偶，經過濾波放大后輸入到ADC0809進行

8、A/D轉換，轉換得到的數據送入單片機進行運算和存儲，然后經過LED顯示出來。系統(tǒng)擁有鍵盤輸入部分，用來設定系統(tǒng)允許的油壓和油溫的最大值。在本系統(tǒng)中設計了報警電路。當檢測到的油壓和油溫超過系統(tǒng)設定值時，單片機輸出報警信號，此信號經過三極管放大后驅動揚聲器進行報警。五、 電路分析1、變壓電源由于電路電壓為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。FK將220V交流電轉換為低壓直流的常規(guī)方法是采用變壓器降壓后再整流濾波，但是當產品受體積和成本等因素的限制時，最簡單實用的方法就是采用電容降壓方式。電路原理：電容降壓式簡易電源的基本電路如圖1，C1為降壓電容器，VD2為半波

9、整流二極管，VD1在市電的負半周時給C1提供放電回路，VD3是穩(wěn)壓二極管，R1為關斷電源后C1的電荷泄放電阻。在實際應用時常常采用的是圖2的所示的電路。當需要向負載提供較大的電流時,可采用圖3所示的橋式整流電路。整流后未經穩(wěn)壓的直流電壓一般會高于30伏，并且會隨負載電流的變化發(fā)生很大的波動,這是因為此類電源內阻很大的緣故所致,故不適合大電流供電的應用場合。整流后未經穩(wěn)壓的直流電壓一般會高于30伏，并且會隨負載電流的變化發(fā)生很大的波動，這是因為此類電源內阻很大的緣故所致，故不適合大電流供電的應用場合。 1.電路設計時，應先測定負載電流的準確值，然后參考示例來選擇降壓電容器的容量。因為通過降壓電容

10、C1向負載提供的電流Io，實際上是流過C1的充放電電流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，則流經C1的充、放電電流越大。當負載電流Io小于C1的充放電電流時，多余的電流就會流過穩(wěn)壓管，若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax小于Ic-Io時易造成穩(wěn)壓管燒毀。2.為保證C1可靠工作,其耐壓選擇應大于兩倍的電源電壓。3.泄放電阻R1的選擇必須保證在要求的時間內泄放掉C1上的電荷。2、油壓、油溫感測及放大電路 以油壓檢測及放大電路為例，插座J外接一應變式壓力、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

11、信號進行放大，其中R36用于調節(jié)零點，R37用于調整放大倍數。油溫檢測系統(tǒng)采用相同系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)分別接在ADC0832。3、A/D轉換本次設計中采用的A/D轉換器型號為ADC0809，ADC0809是M美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉換器。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換，Q其主要特性如下： 8位分辨率； 雙通道A/D轉換； 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；ADC0832 5V電源供電時輸入電壓在05V之間； 工作頻率為250KHZ，轉換時間為32S； 一般功耗僅為15mW； 8P

12、、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝； 商用級芯片溫寬為0C to +70C，工業(yè)級芯片溫寬為40C to +85C；芯片接口說明： CS_片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。 GND 芯片參考0 電位（地）。 DI 數據信號輸入，選擇通道控制。 DO 數據信號輸出，轉換數據輸出。 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。ADC0832 為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓

13、輸入在05V之間。芯片轉換時間僅為32S，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇?？刂圃碚Ｇ闆r下ADC0832 與單片機的接口應為4條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯在一根數據線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平

14、直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應輸入2 位數據用于選擇通道功能，其功能項見官方資料。如資料 所示，當此2 位數據為“1”、“0”時，只對CH0 進行單通道轉換。當2位數據為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉換。當2 位數據為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當2 位數據為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+

15、進行輸入。到第3 個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數據輸出DO進行轉換數據的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉換數據最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數據。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數據DATA0，一個字節(jié)的數據輸出ADC0832完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數據，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數據，到第19 個脈沖時數據輸出完成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數據進行處理就可以了。作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是05V且8位分辨率時的

16、電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設定在某一個較大范圍之內，從而提高轉換的寬度。但值得注意的是，在進行IN+與IN-的輸入時，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉換后的數據結果始終為00H。ADC0809的引腳圖如下： 4、單片機在本次的設計中，選擇最常用到8051單片機。8051是一種低功耗、高性能的8位單片機，片內含有4KB的掩膜ROM，用于存放程序和原始數據；內部數據存儲器包括RAM（1288）和RAM地址寄存器，用于存放可讀/寫的數據。8051單片機有如下特性：片內含有兩個16位的定時器/計數器，用于實現定時或計數功能，并以其定時或計數結果對單

17、片機進行控制；有4個8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以實現數據的并行輸入/輸出；內部含有5個中斷源，外中斷2個，定時/計數中斷2個，串行中斷1個；內部有時鐘電路，為單片機產生時鐘脈沖序列；8031單片片機共有40個管腳，介紹如下：4個8位的并行輸入/輸出口線：P0.0P0.7/P1.0P1.7/P2.0P2.7/P3.0P3.7。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，以實現低位地址和數據的分時傳送。外部程序存儲器讀選通信號PSEN,Z在讀外部ROM時有效，實現外部ROM單元的讀操作。訪問程序存儲器控制信號EA，當為低電平時，對ROM的讀操作是針

18、對外部程序存儲器的；當信號為高電平時，對ROM的讀操作是從內部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。復位信號RST，當輸入的復位信號延續(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位操作。外界晶體引線端XTAL1和XTAL2，當使用芯片內部時鐘時，用于外接石英晶體諧振器和微調電容；當使用外部時鐘時，用于接入外部時鐘脈沖信號。地線GND和電源接口VCC。單片機最小系統(tǒng)由晶振電路和復位電路組成，晶振電路能為單片機工作提供電源。復位電路為單片機工作時提供復位。 單片機引腳圖如下所示： 5、外接鍵盤為了減少鍵盤和單片機接口時所占用I/O口線的數目，此系統(tǒng)采用了串行口控制的鍵盤接口，擴展了4

19、4的行列式鍵盤，用以輸入油壓、油溫的報警設定值。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，具有三種工作方式，可通過程序改變其功能。RESET:復位輸入線，當該輸入端外于高電平時，所有內部寄存器（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，當這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8155與CPU進行通訊。 RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8155通過數據總線向CPU發(fā)送數據或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數據。 wR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數據或控制字寫入。6、報警系統(tǒng)：單片機的PB4、

20、PB5、PB6引腳通過限流電阻、容與三極管基極相連，三極管的集電極接有報警器。7、 看門狗電路： 在由單片機構成的微型計算機系統(tǒng)中,由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾,造成程序的跑飛,而陷入死循環(huán),程序的正常運行被打斷,由單片機控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作,會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài),發(fā)生不可預料的后果,所以出于對單片機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測的考慮,便產生了一種專門用于監(jiān)測單片機程序運行狀態(tài)的芯片,俗稱看門狗 看門狗電路電路的應用,使單片機可以在無人狀態(tài)下實現連續(xù)工作,其工作原理是:看門狗芯片和單片機的一個I/O引腳相連,該I/O引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平(或

21、低電平),這一程序語句是分散地放在單片機其他控制語句中間的，一旦單片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段不進入死循環(huán)狀態(tài)時,寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行,這個時候,看門狗電路就會由于得不到單片機送來的信號,便在它和單片機復位引腳相連的引腳上送出一個復位信號,使單片機發(fā)生復位,即程序從程序存儲器的起始位置開始執(zhí)行,這樣便實現了單片機的自動復位.8、LED顯示電路 系統(tǒng)擴展八位共陽極LED靜態(tài)顯示電路，分時顯示油壓及油溫檢測值。七、原理圖課程設計心得體會 在這個實經過兩周的機電一體化課程設計，踐環(huán)節(jié)中學到了很多知識，同時也提高了自身的實踐能力。在這次機電一體化課程設計中我發(fā)現了很多問題，對于

22、出現的問題，我們就的去翻閱以前的專業(yè)書籍來復習，以前學的大多是理論性極強的東西，而這次卻遇到了一個實際的應用問題。在課程設計開始之前，我就從圖書館找相關參考資料，當在課程設計中遇到難以解決的問題的時候，我會晚上回宿舍上網查閱問題的解決辦法。在課堂上，我遇到不懂的問題，我會主動和同學一起探討或請教老師，通過所有的渠想辦法用四年所學的專業(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，不能熟練地將所學的理論知識應用于實際中，還有就是缺乏一個完整的知識體系，以前所學的知識沒有在學完之后進行歸納總結，對機械類和電子類的知識分別進行總結，只有這樣才能形成自己的知識體系，在面

23、對像機電一體化這樣的綜合性問題時才能有步驟地進行解決。此外，我學會了電子電路設計軟件PROTEL99SE，從電路原理圖的設計，到PCB板的設計等等，初步掌握了該軟件的使用及實際的應用，為以后從事相關的工作打下了良好的基礎。 通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關機械電子線路方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查，并且子啊苗老師的親切指導下終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。時間如白駒過隙，兩個星期轉眼間就過去了，經過這兩個星期的機電一體化課程設計，在這個

24、實踐環(huán)節(jié)中學到了很多知識，同時也提高了自身的實踐能力。課程設計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時，設計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計，不僅培養(yǎng)了我獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學會了很多學習的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。 過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲齲最終的檢測調試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設計終

25、于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可! 課程設計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計，我掌握了常用元件的識別和測試;熟悉了

26、常用儀器、儀表;了解了電路的連線方法;以及如何提高電路的性能等等，掌握了焊接的方法和技術，通過查詢資料，也了解了收音機的構造及原理。 我認為，在這學期的實驗中，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學會了很多學習的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實驗結束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。從理論到實踐，在這段日子里，可以說得

27、是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。 實驗過程中，也對團隊精神的進行了考察，讓我們在合作起來更加默契，在成功后一起體會喜悅的心情。果然是團結就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終完美的結果。 此次設計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網查詢，只要認真鉆研，動腦思考