汽車發(fā)動機水箱溫度監(jiān)控器的設(shè)計

1、1緒論1.1課題背景及意義隨著當代科學技術(shù)的發(fā)展，大量高科技不斷被運用到汽車系統(tǒng)中去，推動著汽車工業(yè)的快速發(fā)展。由于在我們的日常生活中汽車是重要的代步工具，其性能的好壞，以及使用壽命等都直接決定汽車的好壞。因此，在汽車的設(shè)計過程中，對其發(fā)動機水箱溫度的測試是必不可少的1。在發(fā)動機使用過程中，水箱溫度是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是個比較棘手的問題。如果溫度很高，再加之發(fā)動機工作時產(chǎn)生很高的熱量，若是水箱的散熱效果不好，或水箱虧水，電子扇、節(jié)溫器等元件損壞都極易造成發(fā)動機水箱溫度過高。若不及時將這些過多熱量散發(fā)掉而仍然持續(xù)高負荷駕駛，就會使活塞、活塞環(huán)、連桿等部件的強度降低，甚至變形，承受不了正常的負荷，

2、同時也會破壞各零件間的正常間隙，使零件間不能保持正常的油膜，輕則會使發(fā)動機拉缸、拉瓦，重則還會使整個發(fā)動機損壞甚至報廢2。本文的主要內(nèi)容，就是設(shè)計出發(fā)動機水箱溫度監(jiān)測裝置，并實現(xiàn)報警等功能，以保障發(fā)動機正常工作和不必要的損壞。隨著現(xiàn)代汽車的發(fā)展，尤其是對車自身的安全要求的提高，對汽車發(fā)動機水箱溫度控制系統(tǒng)的需求量會大幅增加，并且技術(shù)要求也會提高。隨著社會的發(fā)展，科技的進步，以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來，溫度控制已應用到人們的生活的各個方面，但溫度控制一直是一個未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個實際問題，針對這種實際情況，設(shè)計一個溫度

3、控制系統(tǒng)，具有廣泛的應用前景與實際意義。對發(fā)動機水箱溫度的監(jiān)控，可以避免由于發(fā)動機溫度很高，使活塞、活塞環(huán)、連桿等部件的強度降低，甚至變形，承受不了正常的負荷，同時也會避免破壞各零件間的正常間隙，使零件間不能保持正常的油膜。1.2課題研究的現(xiàn)狀發(fā)動機水箱溫度過高會使得發(fā)動機停止工作，汽車也就無法正常的行駛，若是停留在高速公路及交通繁忙的路段上會給自己和他人帶來很大的不便，嚴重的甚至會引發(fā)交通事故。如果可以在水箱溫度過高前顯示當前的水箱溫度或者是進行報警，則會避免一些不必要的麻煩，對汽車發(fā)動機本身也起到很好的保護。到目前為止，國內(nèi)的有關(guān)汽車發(fā)動機的研究所和高校已經(jīng)進行了相關(guān)的研究，但是仍沒有研制

4、出比較優(yōu)良的測試途徑。溫度，已經(jīng)成為限制發(fā)動機發(fā)展的瓶頸項目。國家有關(guān)部門積極推動著這方面的發(fā)展3。1.3 課題研究的主要內(nèi)容本課題主要是要完成基于桑塔納系列ajr型發(fā)動機水箱溫度監(jiān)控器的設(shè)計，溫度傳感器選用半導體二極管作為檢測元件，按照系統(tǒng)設(shè)計功能要求，完成信號調(diào)理電路、顯示電路、掃描驅(qū)動電路、報警電路等總體電路的設(shè)計及編程。信號處理電路，把模擬信號變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計算顯示讀出或其他目的的數(shù)字信號。模擬傳感器可測量很多物理量，如溫度、壓力、光強等.但由于傳感器信號不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)，這是因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數(shù)字信號之前必須進行調(diào)理

5、。調(diào)理就是放大，緩沖或定標模擬信號等，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)的輸入。然后，adc對模擬信號進行數(shù)字化，并把數(shù)字信號送到mcu或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。本次設(shè)計采用的是動態(tài)顯示，動態(tài)顯示控制的基本原理是，8051單片機依次發(fā)出段選控制字和對應哪一位led顯示器的位選控制信號，顯示器逐個循環(huán)點亮。適當選擇掃描速度，利用人眼“留光”效應，使得看上去好像這幾位顯示器同時在顯示一樣，而在動態(tài)掃描顯示控制中，同一時刻實際上只有一位led顯示器被點亮4。技術(shù)要求：1）測溫范圍為50100，水箱溫度超過75時，報警電路聲光報警。2）允許誤差0.5。3）溫度可用led數(shù)碼管直讀顯示。2

6、方案論證要設(shè)計一個測試系統(tǒng)，就必須了解其測量原理，這樣才可以進一步地設(shè)計系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分。本系統(tǒng)所要測量的參數(shù)主要是汽車發(fā)動機的水箱溫度。溫度的測量方法有很多，目前主要的測量方法有：熱電阻測溫，熱電偶測溫，集成溫度傳感器測溫，二極管測溫等。2.1 熱電阻測溫熱電阻測溫的原理是：根據(jù)導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的性質(zhì)，通過測量電阻值來表示被測對象的溫度值。常用的低溫電阻計有鉑電阻溫度計（適用范圍14900k）、銠鐵電阻溫度計（0.1500k）、碳電阻溫度計（0.01100k）、玻璃碳電阻溫度計（1.5300k）等。選用鉑電阻溫度計測量溫度。但在實驗中發(fā)現(xiàn)，當溫度在30030k 左

7、右時，所測溫度值比較溫度，而當溫度低于30k 左右后，溫度顯示儀表上讀數(shù)開始發(fā)生波動，并且隨著溫度的進一步下降，溫度漂移越來越劇烈，已經(jīng)遠遠超出了實驗允許的誤差范圍，所以不適合本實驗的要求5。2.2 熱電偶測溫熱電偶測溫基本原理是將兩種不同材料的導體或半導體焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路。由于兩種不同金屬所攜帶的電子數(shù)不同，當兩個導體的二個執(zhí)著點之間存在溫差時，就會發(fā)生高電位向低電位放電現(xiàn)象，因而在回路中形成電流,溫度差越大，電流越大，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，也叫塞貝克效應，熱電偶就是利用這一效應來工作的。其優(yōu)點是測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。而且測量范圍廣。常用的熱電

8、偶從-50-+1600均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-271-+2800如金鐵鎳鉻和鎢-錸。還有就是構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。但是其冷端的溫度不易調(diào)零，所以在很多場合的應用中有所限制6。2.3 集成溫度傳感器測溫集成溫度傳感器測溫可直接輸出與熱力學溫度成正比的電流信號，在輸出端串聯(lián)一個電阻則轉(zhuǎn)換成電壓信號，其優(yōu)點是不像熱電偶測溫，集成溫度傳感器進行測溫的時候不需要參考點，其抗干擾能力強，互換性好，但是成本比較高，也不適合本次設(shè)計中使用7。2.4 二極管測溫圖1是二極管在低溫下正向電流分別為200、10

9、0和50時的正向電壓降溫度曲線。由上述特性曲線可知，在液氮溫區(qū)以及液氮以上的溫區(qū)，硅二極管溫度計的正向電壓降溫度特性近似為直線，這對實現(xiàn)用電子儀器進行溫度的數(shù)字顯示，以及自動控溫很有用處。在實際使用二極管作為測溫元件時，常在二極管兩端并聯(lián)一只小電容以避免因二極管的檢波效應而使天電干擾訊號進入測量儀表8。圖1 硅和砷化鎵二極管的正向電壓降-溫度特性任何一個普通的二極管（例如 in4148），從原理上講，都可以作為一個優(yōu)良的、具有一定精度的電子溫度計的傳感元件，因為二極管在溫度每升高1度時，其正向壓降將降低2mv。2.5 本課題所選測溫方案最終根據(jù)本課題的任務(wù)要求，選擇二級管作為溫度傳感器。本測試

10、系統(tǒng)所要測量溫度，所以從成本和精度等綜合因素來考慮，所以選擇使用二極管作為測溫傳感器。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計本測試系統(tǒng)硬件電路主要有傳感器電路，信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機電路，led顯示電路組成。其中，信號調(diào)理電路包括放大電路、濾波電路。測試系統(tǒng)測量獲得的溫度數(shù)據(jù)存儲在單片機中，經(jīng)處理后通過led顯示。測試系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)框圖如圖2所示。led顯示信號調(diào)理ad轉(zhuǎn)換溫度傳感器采集溫度單片機處理圖2測試系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)框圖3.1 二極管的選擇以及二極管測溫電路任何一個普通的二極管（例如 in4148），從原理上講，都可以作為一個優(yōu)良的、具有一定精度的電子溫度計的傳感元件，因為二極管在溫度每升高

11、1度時，其正向壓降將降低2mv9。二極管測溫部分是溫度測試系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，也是第一個環(huán)節(jié)，它是將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號的電路。其電路圖如圖3所示。圖3 二極管測溫電路圖在圖3中，測溫二極管接在輸入端，溫度每升高一度，二極管的正向壓降就減少2mv，此時vo就會發(fā)生變化，vo變化的值與二極管所處的溫度有關(guān)，所以可以達到溫度測量的目的。3.2 信號調(diào)理電路傳感器輸出的測量信號一般都比較微弱，因而在大多數(shù)情況下都需要放大電路。放大電路主要用來將傳感器輸出的測量信號進行放大，為測試系統(tǒng)提供高精度的模擬輸入信號，它對測試系統(tǒng)的精度起著關(guān)鍵作用10。信號調(diào)理簡單的說就是將待測信號通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集

12、設(shè)備能夠識別的標準信號。是指利用內(nèi)部的電路(如濾波器、轉(zhuǎn)換器、放大器等)來改變輸入的訊號類型并輸出之。因為工業(yè)信號有些是高壓，過流，浪涌等，不能被系統(tǒng)正確識別，必須調(diào)整理清之。a/d芯片只能接收一定范圍的模擬信號，而傳感器把非電物理量變換成電信號后，并不一定在這一范圍內(nèi)。傳感器輸出的信號有時還必須經(jīng)放大等措施后，才能送a/d轉(zhuǎn)換器。本課題集成運放選用lm324放大器，lm324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為mc1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍

13、包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖5所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“v+”、“v-”為正、負電源端，“vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端vo的信號與該輸入端的位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端vo的信號與該輸入端的相位相同11。lm324放大器的元件圖如圖4所示：圖4 lm324管腳圖二極管測溫調(diào)理電路如圖5所示。圖中反饋電容，起濾波并穩(wěn)定電路的作用。圖5 二極管測溫調(diào)理電路如圖5所示，二極管接入輸入端，vo的變化與二極管的電壓有關(guān)，從而vo1的值與

14、v1有關(guān)。相關(guān)表達式：vo1= -vor2/r1 。經(jīng)過調(diào)理后的電壓信號在送入a/d轉(zhuǎn)換之前，需要進行放大，放大電路如圖6所示。圖6信號調(diào)理電路圖如圖6所示，放大電路首先通過r14進行調(diào)零，即在輸入為零的情況下調(diào)節(jié)r14使得輸出也為零。完成調(diào)零工作后，vo1接入放大器的輸入端，此時可以通過調(diào)節(jié)r10來改變放大倍數(shù)，使得vo2符合a/d轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求。3.3 a/d轉(zhuǎn)換電路傳感器輸出的模擬信號，需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，才可以被計算機識別和處理，這時就要用到a/d轉(zhuǎn)換電路。a/d轉(zhuǎn)換在測控系統(tǒng)中是非常重要的環(huán)節(jié)，在以單片機和計算機為核心的系統(tǒng)中是不可或缺的一部分。一般分為串行a/d和并行a/d,并

15、行式a/d轉(zhuǎn)換器是目前轉(zhuǎn)換速度最快，轉(zhuǎn)換原理最直觀的a/d轉(zhuǎn)換技術(shù)，主要用于瞬態(tài)信號采集，快速波形記錄與存儲，視頻信號采集及高速數(shù)字通訊技術(shù)領(lǐng)域。此處，我們選用adc0809為核心來實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能12。adc0809是美國國家半導體公司生產(chǎn)的cmos工藝8通道，8位逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)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(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應用最廣泛的8位通用a/d芯片。adc0809的主要特性是：1）8路輸入通道，8位a/d轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 3）轉(zhuǎn)換時間為100s(時鐘為640khz時)，1

16、30s（時鐘為500khz時） 4）單個+5v電源供電 5）模擬輸入電壓范圍0+5v，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度 7）低功耗，約15mw。下面簡單介紹一下本設(shè)計所用到的引腳的功能：in0in7：8路模擬量輸入端。 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。 adda、addb、addc：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ale：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 start： a/d轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動a/d轉(zhuǎn)換）。 eoc： a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端

17、輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 oe：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 clk：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640khz。 ref（+）、ref（-）：基準電壓。 vcc：電源，單一+5v。 gnd：地13。adc0809引腳圖如圖7所示：圖7 adc0809引腳圖adc0809的工作過程：首先輸入3位地址，并使ale=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。start上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 a/d轉(zhuǎn)換，之后eoc輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到a/d轉(zhuǎn)

18、換完成，eoc變?yōu)楦唠娖?，指示a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當oe輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 a/d轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認a/d轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。 1）定時傳送方式 對于一種a/d轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標是已知的和固定的。例如adc0809轉(zhuǎn)換時間為128s，相當于6mhz的mcs-51單片機共64個機器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，a/d轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完

19、成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。 2）查詢方式 a/d轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如adc0809的eoc端。因此可以用查詢方式，測試eoc的狀態(tài)，即可確認轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。 3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（eoc）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時，oe信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接受14。本課題采用的a/d轉(zhuǎn)換電路如圖8所示。圖8 a/d轉(zhuǎn)換電路圖工作原理簡單說明：a/d轉(zhuǎn)換主要用中斷方式來實現(xiàn)，通過wr和rd以及p2.7來實現(xiàn)對ad轉(zhuǎn)換啟

20、動及轉(zhuǎn)換之后結(jié)果輸出，當wr和p2.7不都為高電平時，ale有效，鎖存通道號；當wr和p2.7都為高電平時，start有效，開始轉(zhuǎn)換；當ad轉(zhuǎn)換完成時，adc0809的eoc為高電平，觸發(fā)單片機中斷；p2.7和rd不都為低電平時，oe有效，讀出a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果。3.4 單片機及其接口電路由于單片機具有體積小，重量輕，價格便宜，功耗低，控制能力強以及運算速度快等特點，因而在各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應用。本課題采用采用8051單片機。單片機電路系統(tǒng)框圖如圖9所示。muc8051復位電路并行通訊接口電路數(shù)據(jù)采集存儲電路時鐘電路圖9 單片機電路系統(tǒng)框圖3.4.1 單片機簡介下面就本次設(shè)計中所用到的引腳作簡

21、單的介紹。其引腳圖如圖10所示。ale/prog 地址鎖存控制信號：在系統(tǒng)擴展時，ale用于控制把p0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。（在后面關(guān)于擴展的課程中我們就會看到8051擴展 eeprom電路，當cpu對外部進行存取時，用以鎖住地址的低位地址，即p0口輸出。ale有可能是高電平也有可能是低電平，當ale是高電平時，允許地址鎖存信號，當訪問外部存儲器時，ale信號負跳變（即由正變負）將p0口上低8位地址信號送入鎖存器。當ale是低電平時，p0口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致。在沒有訪問外部存儲器期間，ale以1/6振蕩周期頻率輸出（即6分頻），當訪問外部存儲器以

22、1/12振蕩周期輸出（12分頻）。從這里我們可以看到，當系統(tǒng)沒有進行擴展時ale會以1/6振蕩周期的固定頻率輸出，因此可以做為外部時鐘，或者外部定時脈沖使用15。p0口的功能：1）外部擴展存儲器時，可當做數(shù)據(jù)總線或地址總線； 2）不擴展時，可做一般的i/o使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。 p1口只做i/o口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 p2口有兩個功能： 1）擴展外部存儲器時，當作地址總線使用； 2）做一般i/o口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 p3口有兩個功能： 除了作為i/o使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置，具體功能請參考我們后面的引腳說明

23、。 有內(nèi)部eprom的單片機芯片（例如8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的。圖10 8051單片機引腳圖3.4.2 時鐘電路晶振電路是單片機的心臟，它控制著單片機工作的節(jié)奏，8051單片機允許的時鐘頻率典型值是12mhz。電容c1和c2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用，其典型值是30pf。時鐘電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。它產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號作為整個系統(tǒng)的時鐘，在這個時鐘下，單片機系統(tǒng)所進行的所有的操作都按著此節(jié)拍有序的進行著。任何一個計算機系統(tǒng)，包括嵌入系統(tǒng)，都需要有一個時鐘電路。mcs

24、-51系列單片機芯片內(nèi)都有一個由反相放大器所構(gòu)成的振蕩電路。xtal1和xtal2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。時鐘產(chǎn)生的方式有兩種：外部方式和內(nèi)部方式。外部方式的時鐘電路如圖11所示。xtal2浮空，xtal1接外部振蕩源。一般只有當整個單片機系統(tǒng)已有時鐘或者為了取得時鐘上的同步，可以采用此方式。圖 11 外部時鐘方式內(nèi)部方式時鐘電路如圖12所示。在xtal1和xtal2之間外接晶振元件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。外接振蕩電路的原因，是因為晶振的集成度很低，很難將其集成到芯片中，所以大多數(shù)芯片廠商都是將晶振電路做成外接形式，使用時只需要在xtal1和xtal2之間接上一定頻率的晶振就可

25、以和芯片內(nèi)部的振蕩電路作用產(chǎn)生所需要的振蕩脈沖。圖12 內(nèi)部時鐘方式在本系統(tǒng)中，并沒有可以使用的時鐘，而且沒有必要取得時鐘上的同步，因此該測試電路的時鐘方式采用內(nèi)部方式。外接晶振以及電容c1和c2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，這時內(nèi)部振蕩器就會產(chǎn)生自己振蕩。外部電容c1和c2的取值，雖然沒有嚴格的要求但是電容的大小多少會影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。c1和c2的典型值在20pf100pf之間選取，通常選擇30pf左右；外接陶瓷諧振器時，c1和c2的典型值約為47pf。在設(shè)計印刷電路板的時候，需要注意將晶振和電容盡量靠近單片機，以減少寄生電容的影響。電容的大小對振

26、蕩頻率有微小的影響，可以起到頻率微調(diào)的作用16。晶振電路如圖13所示：圖13晶振電路圖3.4.3 復位電路復位電路如圖14所示。為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。一般微機電路正常工作需要供電電源為5v5%，即4.755.25v。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當vcc超過4.75v低于5.25v以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。復位電路工作原理如圖14所示，vcc上電時，c充電，在10k電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位；幾個毫秒后，c充滿，10k電阻上電流降為0，電壓

27、也為0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下s，則c放電。s松手，則c又充電，在10k電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位。幾個毫秒后，單片機進入工作狀態(tài)。圖14 復位電路圖3.5 顯示電路本設(shè)計采用的是led顯示。led是英文單詞的縮寫，主要含義：led = light emitting diode，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導體器件它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。led耗電相當?shù)?，直流?qū)動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦），電光功率轉(zhuǎn)換接近100%。一般來說led的工作電壓是2-3.6v，工作電流是0.02-0.03a；這就是說，它消耗的電能不超過0.1w，相同照明效果比傳

28、統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。顯示電路可以分靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。動態(tài)顯示控制的基本原理是，8051單片機依次發(fā)出段選控制字和對應哪一位led顯示器的位選控制信號，顯示器逐個循環(huán)點亮。適當選擇掃描速度，利用人眼“留光”效應，使得看上去好像這幾位顯示器同時在顯示一樣，而在動態(tài)掃描顯示控制中，同一時刻實際上只有一位led顯示器被點亮18。靜態(tài)顯示方式無須以延時方式逐位送段選碼，只要在譯碼之后，傳送段選碼就可以了。本次設(shè)計采用的是動態(tài)顯示。顯示電路如圖15所示：圖15 顯示電路圖由于單片機輸出的是二進制碼，并非bcd碼，所以要進行驅(qū)動轉(zhuǎn)換。驅(qū)動芯片選用4511.其引腳如圖16所示。4511是雙列直插16腳封裝

29、，它將bcd標準代碼變換成驅(qū)動七段數(shù)碼管所需的信號。其中四線ad為bcd碼輸入端。高電平有效。a為低位輸入端，d為高位端。七段ag輸出高電平以驅(qū)動共陰極數(shù)碼管發(fā)光。le為鎖存控制端，高點平時能夠鎖存輸入的bcd碼。lt為燈測試反相控制端，bi為消隱反相控制端19。圖16 4511引腳圖驅(qū)動電路圖如圖17所示:圖17 驅(qū)動電路圖3.6 報警電路本次設(shè)計中采用聲光報警的方式來實現(xiàn)報警。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。兩種蜂鳴器又分有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，這里的源特指振蕩源；有源蜂鳴器直接加電就可以響起，無源蜂鳴器需要我們給提供

30、振蕩源。理想的振蕩源為一定頻率的方波20。根據(jù)設(shè)計要求，在這里選擇有源蜂鳴器。報警電路如圖18所示：圖18 報警電路圖工作原理：當水箱溫度達到設(shè)定的報警溫度時，p2.7口為高電平，進行聲光報警。3.7 電源設(shè)計為了滿足測試系統(tǒng)的存儲式要求，整體電路就需要采用內(nèi)部電源供電的方式，即使用電池為測量電路提供電源電壓。為了保證測試系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地正常工作，選用何種電池、所選用電池的性能就顯得非常重要。電池的能量通常以ah（安時）為單位，它表示電池所能工作的時間。負載電流越大，則其工作時間越短；負載電流越小，則其工作時間越長，它們之間是反比的關(guān)系。電池的種類有很多，常用的有鉛蓄電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳

31、氫電池。鋰離子電池、銀鋅電池以及積層電池等。每種電池都有其適用環(huán)境。鉛蓄電池應用極其廣泛，可以反復利用，其內(nèi)阻極小，可以提供很大的電流，用它給汽車的發(fā)動機供電，瞬時電流可達二十多安培，這是迄今為止其他任何電池都不可替代的，但是體積太大，不方便攜帶。鉛酸電池，其容量沒有鋰電池大，同樣容量的鉛酸電池的體積是鋰離子電池體積的幾倍，但由于其價格便宜，而且可以充電反復使用，因此在工業(yè)控制中使用較為廣泛。鎳鎘充電電池，其外觀和錳鋅電池干電池一樣，只不過是其材料是鎳鋼，成本高，但是可以反復充電使用。鎳鎘電池電壓只有1.2v，在某些場合不適合使用。鎳鎘其電阻小，當電流較大時，路端電壓很大；但是其缺點就是存在殘

32、留記憶性。也就是說，當電池還有1/2還沒有用完時就進行充電，只能充進總?cè)萘康?/2，而且下一次的放電量也只是這次沖入的電量，以前的1/2空間就會被堵死，再也不能充電使用了。因此，雖然理論上說充電可達上千次，但是一般充放電數(shù)百次之后便不宜再使用。鋰電池擁有高能量密度，供電量較大，內(nèi)阻小，多用于消費類電子設(shè)備中，例如用于照相機驅(qū)動卷片電機和手機通訊設(shè)備中。有一種可充電的塊狀鋰電池，其能量很大，可以提供7.2ah的電流，即為在1a的電流條件下，可以工作7.2h。而且體積和重量相對較小。顯然，它的性能遠優(yōu)于鎳鎘電池和鎳氫電池21。車載電源就是一種24v的蓄電池，本次課題是汽車水箱溫度監(jiān)測，所以采用的是

33、車載電源，但是要通過電路將其轉(zhuǎn)化為本設(shè)計電路中所需的5v的正負電壓。電源供電電路如圖19所示：圖19 電源供電電路4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計硬件離不開軟件，軟件語言一般有匯編語言，c語言等，我在本課題中采用匯編語言進行軟件部分的編程。匯編語言(assemblylanguage)是面向機器的程序設(shè)計語言。在匯編語合中，用助記符(memoni)代替操作碼，用地址符號(symbol)或標號(label)代替地址碼。這樣用符號代替機器語言的二進制碼，就把機器語言變成了匯編語言。于是匯編語言亦稱為符號語言。使用匯編語言編寫的程序，機器不能直接識別，要由一種程序?qū)R編語言翻譯成機器語言，這種起翻譯作用的程序叫匯編

34、程序，匯編程序是系統(tǒng)軟件中語言處理系統(tǒng)軟件。匯編程序把匯編語言翻譯成機器語言的過程稱為匯編22。在本設(shè)計中，測試電路部分的程序采用單片機編程實現(xiàn)。單片機程序主要包括：主程序 、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、報警。4.1 主程序主程序主要完成初始化，控制程序的流向，調(diào)用子程序等功能，其流程圖如圖20所示：開始初始化有觸發(fā)？n等待中斷n有中斷？進入中斷圖20主程序流程圖按照上面的流程圖，其執(zhí)行過程主要分為以下幾個步驟：1）上電復位后，程序從0000h開始執(zhí)行；2）清ram單元，初始化標志位，設(shè)置堆棧，初始化a/d；3）鑒別有無觸發(fā)信號，如有則進入下一步，如無則繼續(xù)鑒別；4）進入等待；如出現(xiàn)中斷，則

35、進入中斷程序，否則繼續(xù)等待。4.2 數(shù)據(jù)采集子程序數(shù)據(jù)采集，是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采集信息的過程。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。數(shù)據(jù)采集的目的是為了測量電壓、電流、溫度、壓力或聲音等物理現(xiàn)象。基于pc的數(shù)據(jù)采集，通過模塊化硬件、應用軟件和計算機的結(jié)合，進行測量。盡管數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)不同的應用需求有不同的定義，但各個系統(tǒng)采集、分析和顯示信息的目的卻都相同。數(shù)據(jù)采集的流程圖如圖21所示：初始化start上升沿開始轉(zhuǎn)換eoc=1?noe=1?n數(shù)據(jù)采集 圖21 數(shù)據(jù)采集流程圖4.3 數(shù)據(jù)處理子程序數(shù)據(jù)處理子程序?qū)纹瑱C接收的二進制轉(zhuǎn)換為bcd碼，再由4511芯片將

36、bcd碼轉(zhuǎn)換為七段碼，送led顯示。單字節(jié)二進制無符號數(shù)最大為255，因此最多可轉(zhuǎn)換為3位bcd碼。在這個二進制數(shù)中所包含的64h的個數(shù)，即為bcd碼的百位數(shù)；減去百位數(shù)后的余數(shù)中所包含的0ah的個數(shù)，即為bcd碼的十位數(shù)；減去十位數(shù)的余數(shù)，即為bcd碼的個位數(shù)。單字節(jié)二進制無符號數(shù)轉(zhuǎn)換成bcd碼就是將00h-ffh范圍里的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為bcd數(shù)（0-256）。數(shù)據(jù)處理子程序如圖22所示：取操作數(shù)64h的個數(shù)bcd碼的百位減去百位數(shù)后的余數(shù)后0ah的個數(shù)bcd碼的十位減去十位的余數(shù)bcd碼個位圖22 數(shù)據(jù)處理子程序流程圖4.4 數(shù)據(jù)顯示子程序如果當前水箱溫度未到達設(shè)定值，則顯示當前溫度。數(shù)據(jù)顯

37、示子程序流程圖如圖23所示：開始p0口初始化測得值轉(zhuǎn)換為bcd碼十位選通n顯十位個位選通n顯示個位結(jié)束顯示圖23 數(shù)據(jù)顯示子程序流程圖4.5 報警實現(xiàn)子程序當水箱溫度達到設(shè)定值或者超過設(shè)定值的時候，p2.7口置高電平，實現(xiàn)聲光報警。報警子程序流程圖如圖24所示：將采集數(shù)據(jù)與設(shè)定值相比n高于設(shè)定值？p2.7高電平聲光報警圖24 報警實現(xiàn)子程序流程圖結(jié) 論本課題主要是要完成發(fā)動機水箱溫度監(jiān)控器的設(shè)計，溫度傳感器選用半導體二極管作為檢測元件，按照系統(tǒng)設(shè)計功能要求，完成了lm324信號調(diào)理電路、led顯示電路、掃描驅(qū)動電路、報警電路等總體電路的設(shè)計及編程，最終實現(xiàn)了發(fā)動機水箱溫度的顯示和報警功能。畢業(yè)

38、設(shè)計是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次發(fā)動機水箱溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際應用問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標準，各種電路的連接，我都是

39、隨著設(shè)計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟的角度對設(shè)計有了新的認識也對自己提出了新的要求，舉個簡單的例子：我使用的ad轉(zhuǎn)換是8位的，開始我設(shè)計的時候使用的是max196，成本較高，所以后來使用adc0809。通過這次畢業(yè)設(shè)計讓我提前了解了這些知識，這是很珍貴的。在二極管測溫電路的設(shè)計時，開始感覺無從下手，參考了許多電路，后來決定將二極管接在放大器的反饋中，但是這么一來，二極管有時就不會導通，達不到測溫的目的。經(jīng)過老師的指導，我將放大器接在輸入端，這樣一來，二極管隨溫度變化自身電壓也會發(fā)生變化，這種變化會在輸出端體現(xiàn)出來。所以在這次的設(shè)計過程中，我考慮問題還不夠全面，

40、細致。我想這點在以后還是要好好改進的。致 謝本課題是在張翠平老師的悉心指導下完成的。在課題設(shè)計和論文寫作中，得到張老師的無微不至的關(guān)懷和耐心的指導。張老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、寬廣淵博的學識、敏捷活躍的思維、科學的研究方法、敏銳的洞察力使作者受益匪淺，在以后的工作學中我必將終身受益。在本論文結(jié)束之際，特向張老師表示衷心的感謝！衷心地感謝我的同學們這段時間來對我的支持和幫助，他們的幫助與支持是我最大的精神支柱和動力來源！最后感謝所有在論文工作中對我給予支持、幫助和鼓勵的人們！參 考 文 獻1 歐偉明. 數(shù)顯溫度計的設(shè)計與制作m.北京：清華大學出版社,1997.2 張志永，李岳林. 發(fā)動機水溫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究j. 山東內(nèi)燃機：2006(1): 18-20,30. 3 魯直雄，劉奕貫. 汽車電噴發(fā)動機波形分析圖解m. 南京：江蘇科學技術(shù)出版社，2006.4 羅文華汽車電控發(fā)動機傳感器智能測試系統(tǒng)j交通標準化，2004(5):87-89. 5 楊明筑. 冷卻液溫度傳感器電路故障癥狀析j. 汽