機(jī)電一體化專業(yè)課程設(shè)計報告

1、機(jī)電一體化專業(yè)課程設(shè)計 一、選題背景 機(jī)電一體化課程設(shè)計作為機(jī)械電子專業(yè)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié) ，考察學(xué)生綜合運(yùn)用 所學(xué)專業(yè)知識進(jìn)行分析問題和解決問題的能力.科學(xué)合理地安排課程設(shè)計的內(nèi)容 使學(xué)生即能在有限的時間內(nèi)掌機(jī)電一體化設(shè)備的設(shè)計過程 ，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計 能力和解決實際問題能力，乂能訓(xùn)練學(xué)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(shè)計成功與否的關(guān)鍵所在.本文針對課程設(shè)計教學(xué)過程中實際遇 到的問題,探索機(jī)電一體化課程設(shè)計的內(nèi)容設(shè)置，對于提高課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量 具有重要意義. 二、設(shè)計要求 設(shè)計一電路板控制系統(tǒng)，檢測液壓油油、壓油溫檢測系統(tǒng)，其中壓力 P P =15 MPa=15 MPa油

2、溫 T T=80C,80C,繪制電路原理圖和電路板圖。 三、選題目的 當(dāng)代數(shù)學(xué)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(xiàn)復(fù)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(yīng)提高，甚至出現(xiàn)趕超硬 件投入的趨勢。 機(jī)電一體化是指機(jī)構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn) 了電子技術(shù)，并將機(jī)械裝備和電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)的結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng) 的總稱。也就是說機(jī)電一體化的連接機(jī)械和電子、 氣壓、液壓等相關(guān)的的關(guān)鍵技 術(shù)，在微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、及信息處理技術(shù)的高速發(fā)展，消費(fèi)者對高性能、 高自動化的機(jī)械化產(chǎn)品提出了更高的要求， 也就是要求我們從事機(jī)械設(shè)計制造及 自動化行業(yè)的技

3、術(shù)人員掌握機(jī)電一體化技術(shù)的重要性所在。 機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)有：（1 1）機(jī)械技術(shù)，（2 2）計算機(jī)及信息處理技術(shù)， （3 3）系統(tǒng)技術(shù)，（4 4）自動控制技術(shù)，（5 5）傳感檢測技術(shù)，（6 6）侍服傳動技術(shù)。 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(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 還是一個很現(xiàn)實的問題：對自己將來的發(fā)展，對于掌握、精通這門技術(shù)都尤為的 顯得重要。 而這次課程設(shè)計，一方面讓我們從理論到實踐的一個聯(lián)系， 另一方面也是溫 習(xí)和鞏固所學(xué)的專業(yè)知識特別是單片機(jī)方面的知識，對于單片機(jī)系統(tǒng)能夠從整體 上認(rèn)識和把握，能夠從整體的高度上根據(jù)實際需求設(shè)計出有效的系統(tǒng)。 接觸和學(xué) 習(xí)一種相當(dāng)有效的

4、電路設(shè)計軟件 PROTEL9,9PROTEL9,9 熟悉和了解基本的操作，能夠根據(jù) 設(shè)計需求獨(dú)立設(shè)計和布局出合理的電路原理圖（SCHSCH 和電路板圖（PCBPCB。系統(tǒng) 化針對實際問題的解決和設(shè)計思路， 掌握獨(dú)立解決問題的方法，為即將面臨的社 會實踐打好基礎(chǔ)，都是非常必要的。 四、方案論證 1 1、單片機(jī)控制的液壓油溫檢測系統(tǒng)中， 其要檢測的指標(biāo)有油壓和油溫兩個。 油 壓的檢測要用壓力傳感器，而油溫的檢測要用溫度傳感器。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?；?/p>

5、轉(zhuǎn)換電路將電路參數(shù)量轉(zhuǎn)換成便丁測量的電量。 2 2、 電量通過整流電路的輸出電壓不是理想的平滑直流， 而是單方向的脈動直流， 即除了直流分量以外還有許多交流分量。 所以要針對電源的負(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 3、 由丁傳感器檢測到的信號經(jīng)整流，濾波放大電路后輸出的是模擬信號， （如 電壓，電流，頻率等）。這些信號計算機(jī)是識別不了的，所以要進(jìn)行 A/DA/D 轉(zhuǎn)換。 A/DA/D 轉(zhuǎn)換電路的功能是將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 以適應(yīng)計算機(jī)處 理。 4 4、 通過 A/DA/D 轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號，該

6、信號進(jìn)入 MCSMCS- -5151 單片機(jī)，通過單片機(jī) 來實現(xiàn)檢測和控制功能。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) 定的額定值時，系統(tǒng)發(fā)出報警。所以要通過顯示器，鍵盤和報警電路來實現(xiàn)。 其中： 1 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 2、 油溫傳感器選型為 AD590AD590 油溫傳感器。 3 3、 A/DA/D 轉(zhuǎn)換芯片采用 ADC0809ADC0809 4 4、 單片機(jī)采用 80318031。 5 5、 I/0I/0 擴(kuò)展采用 81558155。 6 6、鍵盤、顯示接口采用 82798279 五、電路分析 1 1、變壓電源： 整流一濾波一穩(wěn)壓。 2

7、 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 J 外接一應(yīng)變式壓力、檢測傳感器，插座 上的1 1、2 2 腳將控制板中的+6V+6V 及- -6V6V 電源引出向傳感器供電，3 3、4 4 腳為傳感器 輸出的差動信號。三個運(yùn)算放大器組成差動放大電路，對傳感器輸出信號進(jìn)行放 大，其中 R36R36 用丁調(diào)節(jié)零點(diǎn)，R37R37 用丁調(diào)整放大倍數(shù)。油溫檢測系統(tǒng)采用相同系 統(tǒng)，兩套系統(tǒng)分別接在 AD0809AD0809 的p01p01 和 p06p06 兩個輸口。2 2、A/DA/D 轉(zhuǎn)換: ADC080ADC080 丸典型的 8 8 位 8 8 通道逐次逼近式 A/DA/D 轉(zhuǎn)

8、換器，CMOCMO藝，可實現(xiàn) 8 8 路模數(shù)信號的分時采集，片內(nèi)有 8 8 路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用 注碼器電路，其轉(zhuǎn)換時間為 100us100us 左右。ININ- -7IN7IN- -0 0 是模數(shù)輸入通道，ADC0809 ADC0809 對輸入信號的電壓要求是 05V,05V,若信號過小還需要進(jìn)行放大。另外，模擬輸入 量在 A/DA/D 轉(zhuǎn)換過程中其值不應(yīng)該有變化，對變化快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采 樣保持電路，本課題中的油壓及油溫的變化不會很快， 所以不必采用采樣保持電 路。A A、B B、C C 是地址線，設(shè)置 P0.1P0.3 P0.1P0.3 口經(jīng)過地址鎖存后接

9、A A、Ek CEk C 地址線。 ALEALE地址鎖存允許信號，A A、B B、C C 地址狀態(tài)進(jìn)入地址鎖存器中，由 P2.0P2.0 及 WRWR 空 制地址鎖存。STARSTAR 喉換啟動信號，上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器活零，下跳沿時， 開始進(jìn)行 A/DA/D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持低電平，由 P2.0P2.0 及 WRWR 空制轉(zhuǎn)換信號。 D7DOD7DO 據(jù)輸出線，和單片機(jī)的 P0 P0 口直接連接。EOCEOC 俞出允許信號，用丁控制三 態(tài)門。pit paa PHI 網(wǎng) n Pill Pdl Pili PU4 網(wǎng) 4 PII5 網(wǎng) 5 51。 Pdd Plf 網(wǎng) F WTQ pin

10、pit Til 小 re 網(wǎng) ns 戶卸 XI g RESET RXD rxp B& At wF FSW HRRR uDIggwBum任 筮 8 / TK4 4 4、單片機(jī): 叫 X g X W &X X-3 肖DCU 皿 曲Cte： AL 土） 砂ig START CLOCK 一 dvra mF a m y E Z- 抻 8 . bi / i? B / * g if H 7 村DS . N Dti .- 技 5 / + 1吊 H禹1 -5TSTK 宣A防 修pid 雷 K P21 It lju - 網(wǎng)。 網(wǎng)I Pti? 政 網(wǎng)4 網(wǎng)戚 |頃 m P15 TO m R3 TTO

11、 ALEP P5EN I My I*頃7 tM/1 5_DI / 單片機(jī)采用型號為 89cs51, 89S5189cs51, 89S51 單片機(jī)的內(nèi)部 4KB4KB 片內(nèi)程序存儲器，128 128 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，2 2 個定時器和 1 1 個全雙工異步申通訊接口。其外部電路包 括時鐘電路和復(fù)位電路。 為了減少鍵盤和單片機(jī)接口時所占用 I/O I/O 口線的數(shù)目，此系統(tǒng)采用了申行口 控制的鍵盤接口，擴(kuò)展了 4X44X4 的行列式鍵盤，用以輸入油壓、油溫的報警設(shè)定 值。采用82558255 可編程輸入輸出接口芯片，它具有 3 3 個 8 8 位的并行 I/O I/O 口，具有 三種工作方式，

12、可通過程序改變其功能。 RESETRESET 復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外丁高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制 寄存器）均被活除，所有 I/O I/O 口均被置成輸入方式。 CS:CS:片選信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許 8155 8155 與CPUCPU行通訊。 RD:RD:讀信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許 81558155 通過數(shù)據(jù)總線向 CPU CPU 發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即 CPU 8255CPU 8255 讀取信息或數(shù)據(jù)。 wR:wR:寫入信號，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許 CPUtCPUt 數(shù)據(jù)或控制字寫入。5 5、外接鍵盤: AS /7TT RESE

13、T MClt沖 Pit 3 F 1 T R& 礦 1 1 W IC _1 1 W 廠 4 II 1 辨 ttsr TWOUT IS5 6 6、并行 I/0I/0 的擴(kuò)展: 單片機(jī)內(nèi)部的硬件電路已基本上構(gòu)成具有基本形式的微機(jī)系統(tǒng)，可以滿足 許多控制場合的需要。這些電路包括定時器、中斷、申行接口、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、 外部程序存儲器等。但為了在應(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），也就是所謂的擴(kuò)展。本設(shè)計采用的擴(kuò)展芯片是 8155.8155. 7 7、報警系統(tǒng): 1 LE Pit 3 _n CE .-煩 R& 噸 n RD W|t 國 _ri 酣良 / PM f

14、l 至 由 L III AI r Wflt? h m 1 E nworr d A - ur RESET EISS 單片機(jī)的 PB4 PB5 PB6PB4 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。 六、LED顯示電路 1 10 L A9 1 y c 4 他 Tr 73 PAO 21 I P如如 /PA 二 6 PA/PAT 23 5PA/ PAJ 4 Pi3 .斕 3 PA 26 PA5 / 71 28 PB1SPB1S PB加 - - 1 11 1 T Ti i , ,4 4, , f fj j Z ZD D 7 7r r A A A A A A J

15、JA A A A A A A A A A D Dr r p pa a D Dr r * *u ur r. . D Dr r P P4 4 p pi i ihfl _ 12 M AIU m 13 bi AL1! AM . 14w L 13 晾 16 N AU4 E 1? D5 ALU IS 航 AL*u AD?- 19 /777 系統(tǒng)擴(kuò)展八位共陽極 LEDLED 靜態(tài)顯示電路，分時顯示油壓及油溫檢測值。 七、電路原理圖轉(zhuǎn)化 PCB板 1 n沖皿皿um 課程設(shè)計心得體會 經(jīng)過兩周的機(jī)電一體化課程設(shè)計，我覺得我收獲相當(dāng)大，在這個實 踐環(huán)節(jié)中學(xué)到了很多知識，同時也提高了白身的實踐能力。 在這次機(jī)電一體化課程設(shè)計中我發(fā)現(xiàn)了很多問題，對于出現(xiàn)的問 題，我們就的去翻閱以前的專業(yè)書籍來復(fù)習(xí)， 以前學(xué)的大多是理論性 極強(qiáng)的東西，而這次卻遇到了 一個實際的應(yīng)用問題。 在課程設(shè)計開始 之前，我就從圖書館找相關(guān)參考資料，當(dāng)在課程設(shè)計中遇到難以解決 的問題的時候，我會晚上回宿舍上網(wǎng)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(xué)一起探討或請教老師， 所有的渠 道都在想辦法解決疑問，為的是把問題盡快的解決。實習(xí)過程中，我 深刻地認(rèn)識到，在運(yùn)用四年所學(xué)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，