機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)班班級(jí)級(jí)學(xué)學(xué)號(hào)號(hào)姓姓名名指導(dǎo)老師：吳來杰指導(dǎo)老師：吳來杰付先成付先成一、一、 課程設(shè)計(jì)的題目及任務(wù)要求課程設(shè)計(jì)的題目及任務(wù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的液壓系統(tǒng)油溫油壓檢測(cè)系統(tǒng)，其中：壓力p=016mpa，油溫 t=0120。要求設(shè)計(jì)并繪制電路原理圖和印刷電路板（pcb 圖） 。內(nèi)容包括：1、繪制電路原理圖；2、繪制印刷電路板圖；3、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書。二、二、 課程設(shè)計(jì)的目的及意義課程設(shè)計(jì)的目的及意義目的：目的：機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)，梳理了我們這三年來所學(xué)的東西，把我們一些原來學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行了融合。這次課程設(shè)計(jì)，我們從理論聯(lián)系了實(shí)踐，同時(shí)也溫習(xí)和鞏固了所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，

2、 對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)能夠從整體上認(rèn)識(shí)和把握， 能夠從整體的高度上根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)出有效的系統(tǒng)。對(duì)于電路設(shè)計(jì)軟件 protel99，熟悉和了解了基本的操作，根據(jù)設(shè)計(jì)需求獨(dú)立設(shè)計(jì)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(duì)實(shí)際問題的解決和設(shè)計(jì)思路，掌握獨(dú)立解決問題的方法，為即將面臨的社會(huì)實(shí)踐打好基礎(chǔ)，都是非常必要的。機(jī)電一體化是連接機(jī)械和電子、氣壓、液壓等的關(guān)鍵技術(shù)，故而要求我們從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化行業(yè)的技術(shù)人員掌握機(jī)電一體化技術(shù)。機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)有：（1）機(jī)械技術(shù)（2）計(jì)算機(jī)及信息處理技術(shù)（3）系統(tǒng)技術(shù)（4）自動(dòng)控制技術(shù)（5）傳感檢測(cè)技術(shù)（6）侍服傳動(dòng)技術(shù)意義意義:機(jī)

3、電一體化課程設(shè)計(jì)的意義有以下三點(diǎn)：（1）綜合應(yīng)用相關(guān)課程的知識(shí)，培養(yǎng)工程技術(shù)能力（2）一邊設(shè)計(jì)一邊學(xué)習(xí)，積累專業(yè)知識(shí)，鍛煉動(dòng)手能力（3）熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)軟件，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)以至于以后的專業(yè)生涯打下扎實(shí)的基礎(chǔ)三、三、 系統(tǒng)方案論證系統(tǒng)方案論證1、 單片機(jī)控制的液壓油溫檢測(cè)系統(tǒng)中，其要檢測(cè)的指標(biāo)有油壓和油溫兩個(gè)。油壓的檢測(cè)要用壓力傳感器，而油溫的檢測(cè)要用溫度傳感器。傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。敏感元件直接感受被測(cè)量，并以確定的關(guān)系輸出某一物理量。 轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量。基本轉(zhuǎn)換電路將電路參數(shù)量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量。2、電量通過整流電路的輸出電

4、壓不是理想的平滑直流， 而是單方向的脈動(dòng)直流，即除了直流分量以外還有許多交流分量。 所以要針對(duì)電源的負(fù)載特性選擇合適的濾波電路。濾波電路就是使單向脈動(dòng)直流變成平滑直流的電路，常用電阻，電容和電感組合而成。3、 由于傳感器檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)整流，濾波放大電路后輸出的是模擬信號(hào)， （如電壓，電流，頻率等） 。這些信號(hào)計(jì)算機(jī)是識(shí)別不了的，所以要進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換。a/d 轉(zhuǎn)換電路的功能是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)處理。4、 通過 a/d 轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)進(jìn)入 mcs-51 單片機(jī)，通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和控制功能。本系統(tǒng)中要控制油溫和油壓，還要在油溫和油壓超過設(shè)定的額定值

5、時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。所以要通過顯示器，鍵盤和報(bào)警電路來實(shí)現(xiàn)。液壓傳感器溫度傳感器濾波、放 大 電路濾波、放大電路a/d轉(zhuǎn)換芯片mcs51系列單片機(jī)4*4 鍵盤電路報(bào)警電路8位led顯示其中：其中：1、液壓壓力傳感器采用油壓傳感器選型為應(yīng)變式壓力傳感器2、油溫傳感器選型為 ad590 油溫傳感器。 。3、a/d 轉(zhuǎn)換芯片采用 adc0809。4、單片機(jī)采用 8031。5、i/0 擴(kuò)展采用 8155。6、鍵盤、顯示接口采用 8279。四、四、 各單元電路分析與設(shè)計(jì)各單元電路分析與設(shè)計(jì)1、油壓檢測(cè)電路油壓檢測(cè)電路2、油溫檢測(cè)電路油溫檢測(cè)電路以油壓檢測(cè)及放大電路為例，插座 j 外接一應(yīng)變式壓力、檢測(cè)傳感

6、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(dòng)信號(hào)。三個(gè)運(yùn)算放大器組成差動(dòng)放大電路，對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行放大，其中 r36 用于調(diào)節(jié)零點(diǎn)，r37 用于調(diào)整放大倍數(shù)。油溫檢測(cè)系統(tǒng)采用相同系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)分別接在 ad0809 的 p01 和 p06 兩個(gè)輸口。3 3、a/da/d 接口電路接口電路adc0809 是典型的 8 位 8 通道逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn)換器，cmos 工藝，可實(shí)現(xiàn) 8路模數(shù)信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有 8 路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼器電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100us 左右。in-7-in-0 是模數(shù)輸入通道

7、，adc0809對(duì)輸入信號(hào)的電壓要求是 0-5v，若信號(hào)過小還需要進(jìn)行放大。另外，模擬輸入量在 a/d 轉(zhuǎn)換過程中其值不應(yīng)該有變化，對(duì)變化快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路由于油壓及油溫的變化不會(huì)很快， 所以不必采用采樣保持電路。 a、 b、c 是地址線，設(shè)置 p0.1-p0.3 口經(jīng)過地址鎖存后接 a、b、c 地址線。ale 地址鎖存允許信號(hào)，a、b、c 地址狀態(tài)進(jìn)入地址鎖存器中，由 p2.0 及 wr 控制地址鎖存。start 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)， 上跳沿時(shí)， 所有內(nèi)部寄存器清零， 下跳沿時(shí)， 開始進(jìn)行 a/d轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持低電平，由 p2.0 及 wr 控制轉(zhuǎn)換信號(hào)。d7-d0

8、數(shù)據(jù)輸出線，和單片機(jī)的 p0 口直接連接。eoc 輸出允許信號(hào)，用于控制三態(tài)門。4、單片機(jī)擴(kuò)展電路、單片機(jī)擴(kuò)展電路采用擴(kuò)展芯片是 8155。單片機(jī)內(nèi)部的硬件電路包括定時(shí)器、中斷、串行接口、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、外部程序存儲(chǔ)器等，已基本上構(gòu)成具有基本形式的微機(jī)系統(tǒng)，可以滿足許多控制場(chǎng)合的需要。但有的時(shí)候應(yīng)用中硬件電路還不夠用，需要在單片機(jī)外增加新的電路（芯片） ，故需要擴(kuò)展。5 5、鍵盤接口電路、鍵盤接口電路為了減少鍵盤和單片機(jī)接口時(shí)所占用 i/o 口線的數(shù)目， 此系統(tǒng)采用了串行口控制的鍵盤接口，擴(kuò)展了 44 的行列式鍵盤，用以輸入油壓、油溫的報(bào)警設(shè)定值。采用 8255 可編程輸入輸出接口芯片，它具有

9、 3 個(gè) 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(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時(shí)，所有內(nèi)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(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，表示芯片被選中，允許 8155 與cpu 進(jìn)行通訊。rd:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許 8155 通過數(shù)據(jù)總線向 cpu 發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即 cpu 從 8255 讀取信息或數(shù)據(jù)。wr:寫入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許 cpu 將數(shù)據(jù)或控制字寫入。通過鍵盤的輸入來確定油壓和油溫的最大值，從而確定報(bào)警電路的安全值，該過程通過編程實(shí)現(xiàn)

10、。在設(shè)定某個(gè)最大值時(shí)，按下相應(yīng)的按鈕開關(guān)，從而使得pa 口的相關(guān)位為低電平，再?gòu)膯纹瑱C(jī)的存儲(chǔ)器中調(diào)用已經(jīng)預(yù)存的相應(yīng)最大值即可。鍵盤是由若干獨(dú)立按鍵組成， 鍵的按下與釋放是通過機(jī)械觸點(diǎn)的閉合與斷開來實(shí)現(xiàn)的，因機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合與斷開的瞬間均有一個(gè)抖動(dòng)過程 。抖動(dòng)必須消除，去抖動(dòng)的方法主要有以下兩種：硬件消抖，軟件消抖。此處采用軟件消抖，即利用單片機(jī)延時(shí)程序，消除抖動(dòng)干擾。6 6、ledled 顯示接口電路顯示接口電路7、報(bào)警電路報(bào)警電路單片機(jī)的 pb4、pb5 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(bào)警器。8、電源電路電源電路由于電路電壓為 5v，故需把 220v 交流

11、變成低壓直流，由四個(gè)組成部分:降壓整流濾波穩(wěn)壓。五、五、電路原理圖及電路原理圖及 pcbpcb 圖設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)六、課程設(shè)計(jì)小結(jié)六、課程設(shè)計(jì)小結(jié)經(jīng)過這七天的上機(jī)和四天的寫報(bào)告時(shí)間， 又讓我重新溫習(xí)了機(jī)電一體化這門課程， 溫故而知新， 讓我又學(xué)習(xí)了很多， 同時(shí)也有一些新的體會(huì)。 現(xiàn)在回想起來，這幾天的經(jīng)驗(yàn)著實(shí)寶貴。在這次機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)中我自身對(duì)于電路部分的了解有了一定的認(rèn)識(shí)，不過好多知識(shí)都已經(jīng)有所遺忘了，所以我就去翻閱了以前的專業(yè)書籍，同時(shí)也在圖書光借閱了一些圖書。以前接觸的是理論性極的知識(shí)，而這次卻遇到個(gè)實(shí)際的應(yīng)用問題，相當(dāng)于就是用自己學(xué)過的知識(shí)來實(shí)踐，這本身就是考驗(yàn)知識(shí)學(xué)習(xí)的牢固性，也加深我

12、們對(duì)知識(shí)的運(yùn)用，這本身是極好的。在實(shí)習(xí)的過程中，我發(fā)現(xiàn)自己有好多不懂的問題， 后來總結(jié)了一下， 原因在于我們用在實(shí)踐上的時(shí)間太少了，還不能熟練地將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際中， 同時(shí)， 遇到問題沒有思路。 所以，這次實(shí)習(xí)就是讓我們好好總結(jié)原來的問題， 讓我們溫習(xí)原來的知識(shí)的時(shí)候結(jié)合實(shí)際的一個(gè)好機(jī)會(huì)。最后本次機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)， 讓我們對(duì)以往所學(xué)的專業(yè)知識(shí)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，尤其是單片機(jī)和電子電路方面。本次課程設(shè)計(jì)我們采用了 protel99 這款軟件，從開始的什么都不會(huì)，到后來的能調(diào)用原件畫簡(jiǎn)單的原理圖，再后來能自己畫想要的零件。畫完原理圖之后封裝，創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表格，畫出 pcb 圖。這中間有好多不會(huì)的，這期間就靠自己看書操作著摸索，同時(shí)問旁邊的同學(xué)和老師，過程是痛并快樂著的，但最后總算是基本會(huì)用這個(gè)軟件了，能用它畫出自己想要的圖。與此同時(shí)，此次課程設(shè)計(jì)還使我對(duì)機(jī)電一體化的理論知識(shí)有了不同的理解， 把原來的知識(shí)都進(jìn)行了以便總結(jié)和梳理，讓我明白設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)需要充分理清設(shè)