汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)溫度檢測模塊設(shè)計與開發(fā)

畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級自動化0601班指導(dǎo)老師工作單位自動化學(xué)院設(shè)計(論文)題目：汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)溫度檢測模塊設(shè)計與開發(fā)設(shè)計(論文)主要內(nèi)容：了解汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，了解常見溫度傳感器的基本種類與各自特征，設(shè)計溫度檢測模塊，選用PIC單片機(jī)控制，采用CAN總線通信技術(shù)，確定系統(tǒng)控制方案，完成硬件電路設(shè)計。要求完成的主要任務(wù)：（1）了解溫度傳感器特別是熱電偶的基本種類與各自特征，并選擇合適的熱電偶，使其能檢測0~350℃、0~3800℃兩種范圍的溫度，同時精度要求在±0.5℃。（2）了解溫度變送器的工作原理，并選擇能夠與溫度傳感器相符的溫度變送器；（3）了解PIC單片機(jī)的基本功能，選擇能夠?qū)崿F(xiàn)8路AD轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)作為本設(shè)計的主控機(jī)及AD轉(zhuǎn)換器件；（4）了解CAN總線的基本功能，并以CAN總線數(shù)據(jù)傳輸作為本設(shè)計的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑洳ㄌ芈士蛇_(dá)250Kbps；（5）撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，字?jǐn)?shù)15000左右；（6）翻譯外文文獻(xiàn)20000字符。參考資料[1]程德福,王君,凌振寶,王言章.傳感器原理及應(yīng)用[m].北京:機(jī)械工業(yè)出版社2008.[2]田宇鵬,姚恩濤,李開宇.傳感器原理[m].北京:科學(xué)出版社,2007.[3]饒運(yùn)濤,鄒繼軍,鄭勇蕓.現(xiàn)場總線CAN總線原理及應(yīng)用技術(shù)[m].北京:航空航天大學(xué)出版社,2003.[4]夏繼強(qiáng).單片機(jī)實驗與實踐教程[m].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.[5]劉向宇,秦龍.PIC單片機(jī)C語言程序設(shè)計實例精粹丁元杰[m].北京:電子工業(yè)出版社2010．指導(dǎo)教師簽名系主任簽名院長簽名(章)武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）如今汽車已逐步成為現(xiàn)代人們出行旅游的主要交通工具，然而在滿足人們出行方便的同時，汽車尾氣也已成為環(huán)境污染的重要源頭。汽車尾氣是由內(nèi)燃機(jī)中燃料燃燒排放出來的廢氣，雖然機(jī)車是靠燃料燃燒所產(chǎn)生的機(jī)械能來制動的，但是燃料燃燒所產(chǎn)生的能量并不能完全轉(zhuǎn)換成汽車動能，其余大部分將隨尾氣熱量排出于空氣中而未被利用，這部分未能被利用的能量，不僅會造成嚴(yán)重資源浪費(fèi)，同時廢氣直接排入空氣還會污染空氣。同時，汽車內(nèi)部許多設(shè)備需要電能驅(qū)動，而在現(xiàn)在許多車輛中整車的電能依然是靠汽車運(yùn)動時的機(jī)械發(fā)電的，這樣又會造成機(jī)械能的損失。但是如果利用汽車尾氣的余熱來發(fā)電，將這部分熱量轉(zhuǎn)換成電能供汽車設(shè)備使用，這樣不僅能變廢為寶節(jié)省能源，同時還不會削減汽車的動能，達(dá)到雙重收獲。同時也將會促進(jìn)整個汽車行業(yè)的發(fā)展，特別是石油價格日益加重的今天，也為人們帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。利用汽車尾氣余熱發(fā)電，首先必須對汽車尾氣進(jìn)行溫度檢測。通過溫度檢測，來獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，以此研究尾氣溫度與所產(chǎn)生電能大小之間的關(guān)系，為提高效率改進(jìn)裝置提供數(shù)據(jù)支持。對汽車尾氣溫度的檢測，一般采用熱電偶溫度傳感器。如今，傳感器技術(shù)已十分成熟，比較常用的傳感器有熱電偶，熱敏電阻溫度傳感器，以及集成溫度傳感器中的三類：電壓輸出型集成電路溫度傳感器；電流輸出型集成電路溫度傳感器；數(shù)字輸出型集成溫度傳感器[1]。這些溫度傳感器的測量范圍，測量精度都有所差異，一般在測量高溫物體時選用熱電偶溫度傳感器，而對一般溫度較低的物體則采用熱敏電阻溫度傳感器。單片機(jī)的特點是體積較小，也就是其集成特性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是普通計算機(jī)系統(tǒng)的簡化，增加一些外圍電路，就能夠組成一個完整的小系統(tǒng)，單片機(jī)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。它具有和普通計算機(jī)類似的、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，通過使用一些科學(xué)的算法，可以獲得很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力[2]。所以單片機(jī)在工業(yè)中應(yīng)用中，可以極大地提高應(yīng)用設(shè)備的智能化、數(shù)據(jù)處理能力和處理效率，而且單片機(jī)無需占用很大的空間。由于CAN總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝阅堋⒏呖煽啃约蔼?dú)特性，CAN總線數(shù)據(jù)傳輸也越來越受人們的重視。CAN總線屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，由于其采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計，與一般的通信總線相比，CAN總線的通信具有突出的可靠性、及時性和靈活性[3]。當(dāng)前，各國為提高能源利用率都在不斷努力。尋找新能源，可替代能源，加深對能源的利用等方面都取得了一定收獲。在全球汽車行業(yè)飛速發(fā)展的今天，隨著工業(yè)的發(fā)展需求，人們對這些能源的消耗越來越大。需求不斷加大，能源匱乏等問題也越來嚴(yán)重。一方面是能源的儲藏有限；另一方面在機(jī)器的運(yùn)行過程中，比如汽車的運(yùn)行過程中能量又不會完全利用。如何讓這些流失的能量加以利用或回收，以達(dá)到節(jié)約能源、提高能源利用率，解決能源匱乏問題有著相當(dāng)重大的意義。在一些發(fā)達(dá)國家，汽車燃料利用率也在不斷提高，美國，日本，德國等一些發(fā)達(dá)國家都在不斷研究新領(lǐng)域，混合動力汽車、新型柴油機(jī)車、可變排量機(jī)車等綠色汽車，這些在一定程度上不僅節(jié)省了燃料的使用，更大大提高了內(nèi)燃機(jī)的利用率，從而起到節(jié)約能源的良好效益。而我國汽車行業(yè)起步晚，許多技術(shù)還未成熟，但也不斷研制高效能汽車，一些國內(nèi)品牌如比亞迪，奇瑞等正大量投入研制使用輕能源，電動汽車，從而改善這一現(xiàn)狀。將汽車尾氣的熱能轉(zhuǎn)換成電能來供汽車運(yùn)行，不僅在很大程度上也節(jié)省了能源的利用，同時也對提高效率，改善環(huán)境等方面有很好幫助，但此技術(shù)的使用未到成熟地步，利用率較低，加之成本高，還有待改進(jìn)。汽車尾氣直接排放于空氣不僅會造成環(huán)境污染，也會造成巨大能源浪費(fèi)。由于尾氣排放于空氣中會帶走大量熱能，如果將這些熱能加以利用，不僅會減少能量損失，變廢為寶，還會減少環(huán)境污染，達(dá)到雙重效益。因此，通過汽車尾氣溫度檢測以提高熱電轉(zhuǎn)換效率從而帶來良好經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本設(shè)計準(zhǔn)備主要以溫度檢測、AD轉(zhuǎn)換以及CAN總線數(shù)據(jù)傳輸三部分展開，在對器件功能及各項指標(biāo)的了解的基礎(chǔ)上選擇合理的器件，以設(shè)計合理的硬件電路圖實現(xiàn)其基本功能。2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案本設(shè)計是基于對汽車尾氣溫度的檢測，論文準(zhǔn)備以下幾個方面的內(nèi)容展開：（1）了解溫度傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀，如集成溫度傳感器以及其他溫度傳感器，了解傳感器基本種類，以及工作原理，特別是熱電偶傳感器，選擇能檢測350℃，800℃的溫度，同時精度要求在0.5℃的熱電偶作為本設(shè)計的基本器件；（2）了解溫度變送器的工作原理，并選擇能夠與溫度傳感器相符的溫度變送器；使其能得到電流信號；（3）了解PIC單片機(jī)的基本功能，選擇能夠?qū)崿F(xiàn)8路AD轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)作為本設(shè)計的主控機(jī)及AD轉(zhuǎn)換器件；（4）了解CAN總線的基本功能，包括SJA1000的功能，以及CAN總線收發(fā)器PCA82C250/251的基本功能，同時以以CAN總線數(shù)據(jù)傳輸作為本設(shè)計的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑洳ㄌ芈士蛇_(dá)250Kbps；（5）完成系統(tǒng)設(shè)計，并作基本硬件電路圖。將溫度傳感器直接與所要測得的汽車尾氣所要經(jīng)過的熱電轉(zhuǎn)換模塊相連，以感應(yīng)所要測量的溫度，并通過溫度變送器轉(zhuǎn)換成可以方便測量的電流信號，經(jīng)處理后傳輸給PIC16F877AD轉(zhuǎn)換單元，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，而且此單片機(jī)同時還兼有控制功能，進(jìn)行溫度巡檢，或是休眠等控制。這樣大大提高了可控性與可操作性，為實驗的進(jìn)行帶來極大方便之處。同時，轉(zhuǎn)換出來的數(shù)據(jù)通過CAN總線數(shù)據(jù)傳輸給給定模塊以實現(xiàn)其基本功能。此方案，準(zhǔn)確性強(qiáng)，且方便實用，大大提高了運(yùn)行效率，也為汽車尾氣發(fā)點這一目的帶來良好的效益。3、進(jìn)度安排第1～2周：畢業(yè)實習(xí)，撰寫畢業(yè)實習(xí)報告；第3～4周：翻譯外文資料，初步確定方案，完成開題報告；第5周：確定最終方案，并進(jìn)行可行性分析；第6～8周：硬件設(shè)計及程序代碼編制第9周：中期檢查；第10～11周：綜合調(diào)試，根據(jù)結(jié)果完善系統(tǒng)；第12～14周：完成論文撰寫；第15～16周：論文答辯及裝訂。指導(dǎo)教師意見岳凱同學(xué)調(diào)研比較充分，研究內(nèi)容充實，技術(shù)方案明確可行，現(xiàn)已經(jīng)具備開始畢業(yè)設(shè)計的條件。該生能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，同意進(jìn)入設(shè)計階段。指導(dǎo)教師簽名：年月日目錄TOC\o"1-3"\u摘要 [16]。結(jié)合電壓巡檢模塊，蓄電池SOC管理模塊，DC/DC模塊，連接主控制模塊于PC端如圖5-7所示。圖5-7系統(tǒng)的CAN總線模塊5.5主流程框圖首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，之后進(jìn)入不斷地AD數(shù)據(jù)獲取、運(yùn)算當(dāng)前溫度、控制信號輸出以及CAN總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ?。圖5-8流程圖結(jié)束語本文闡述了一種基于PIC單片機(jī)的溫度檢測以及CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸方法，作為當(dāng)今世界汽車發(fā)展的新趨勢，以節(jié)能環(huán)保，高效低能的應(yīng)用已經(jīng)成為新目標(biāo)新要求，將汽車尾氣的熱量變換成機(jī)車所需要的電能，這種變廢為寶的，同時大大提高效能，降低環(huán)境污染的技術(shù)越來越得到共識。而要實現(xiàn)這一目標(biāo)必須將汽車尾氣溫度進(jìn)行檢測，本文以通過現(xiàn)代技術(shù)以實現(xiàn)這一目的。本文以研究汽車尾氣溫度檢測系統(tǒng)為例，具體分析了包括溫度傳感器的選擇，主控單片機(jī)的選取，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)腃AN總線的具體實踐方法。具體說來，用K型熱電偶檢測汽車尾氣溫度，同時將T型熱電偶溫度傳感器直接接入汽車尾氣流經(jīng)的特定模塊，也就是能量轉(zhuǎn)換模塊，由于熱傳遞效應(yīng)，會出現(xiàn)溫度逐次遞減的情況，因此把模塊分成7大小塊，然后逐次測量相應(yīng)模塊的溫度，用T型熱電偶溫度傳感器來進(jìn)行檢測，通過溫度變送器得到得出模擬電信號，以方便測量；然后通過PIC16F877單片機(jī)來進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和控制，得到的數(shù)據(jù)，在通過CAN總線進(jìn)行傳輸，最后比較精確的到所要結(jié)果，實現(xiàn)本次試驗。當(dāng)然為了更好實現(xiàn)其基本功能，還要在許多細(xì)節(jié)方面做到較好應(yīng)用。比如時鐘的設(shè)計，復(fù)位開關(guān)的選取，以及信號調(diào)理電路的優(yōu)化等等，這些都為本次試驗的更好實現(xiàn)其基本功能做到必要準(zhǔn)備。當(dāng)然，由于時間以及專業(yè)知識的局限，可能還需很多地方需要改進(jìn)，同時也有待進(jìn)一步實踐操作來驗證。 參考文獻(xiàn)[1]程德福,王君,凌振寶,王言章.傳感器原理及應(yīng)用[m].北京:機(jī)械工業(yè)出版社2008.[2]曹巧媛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[m].北京:電子工業(yè)出版社,1997.[3]饒運(yùn)濤,鄒繼軍,鄭勇蕓.現(xiàn)場總線CAN總線原理及應(yīng)用技術(shù)[m].北京:航空航天大學(xué)出版社,2003.[4]田宇鵬,姚恩濤,李開宇.傳感器原理[m].北京:科學(xué)出版社,2007.[5]丁元杰.單片機(jī)原理及應(yīng)用[m].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.[6]何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編[m].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1997.[7]劉向宇,秦龍.PIC單片機(jī)C語言程序設(shè)計實例精粹丁元杰[m].北京:電子工業(yè)出版社2010．[8]夏繼強(qiáng).單片機(jī)實驗與實踐教程[m].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.[9]張明峰.PIC單片機(jī)入門與實踐[m].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2009.[10]陳在平.現(xiàn)場總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[m].北京:電子工業(yè)出版社,2008.[11]史久根,張培仁.CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)[m].北京:國防工業(yè)出版社,2004.[12]周林,殷俠.數(shù)字采集與分析技術(shù)[m].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2005．[13]陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[m].北京:清華大學(xué)出版社,1999．[14]ClaudioAunFayad,InterfacingWindowsApplicationwithFieldbus,AdvancesinInstrumentationandControl[m].Vol.51,2003.[15]AllanR.Hambley.Electronics2nded.NewJersey:PrenticeHallInc,2000.[16]FieldbusFoundation[D].TechnicalOverview,2003.致謝畢業(yè)論文即將完成，我的學(xué)生生涯也要告一段落了。借此機(jī)會，我要對四年來幫助過我的人表示深深的感謝。大學(xué)不僅僅是學(xué)習(xí)文化知識的場所，同時也是我們?nèi)松^，世界觀，價值觀逐漸形成的地方，在這里，我要感謝我身邊的每一位曾經(jīng)幫助過我的老師，朋友，同學(xué)。記得在大一時期，要是沒有數(shù)學(xué)老師的精心指導(dǎo)我是不會取得優(yōu)異成績，特別是在由高中的學(xué)習(xí)向大學(xué)學(xué)習(xí)過渡時期，要是沒有英語老師的多次幫助，我也不會在聽力考試中通過，大學(xué)是人生轉(zhuǎn)變的時期，每一位身邊的人都會對自己的成長發(fā)展起到一定的作用。在全書海教授的帶領(lǐng)下，我們順利完成此次畢業(yè)設(shè)計，所以，我要對全書海教授表示感謝。同時，我想我還要感謝我的畢業(yè)設(shè)計老師黃亮，在此次畢業(yè)設(shè)計中，很多都是新知識新領(lǐng)域，很多都是不熟悉的專業(yè)名詞，但是在黃亮老師的多次講解與幫助下，我對此次設(shè)計有了新的認(rèn)識，也不感到那么困難，很多地方老師不斷的講解，是我對很陌生的地方有了新的認(rèn)識。同時，我也深深感到在某種程度上積極的影響著我，指引著我的朋友老師更是衷心感謝，人生需要自己不斷努力，但是有時還需要別人的一點點幫助，哪怕是心靈上的慰藉，都會對我們起到良好的促進(jìn)作用。在即將告別大學(xué)校園生活的我，驀然回首，有種無比的愉悅與滿足，這里，我不僅學(xué)到了大學(xué)的文化知識，同時也懂得了做人道理，更有許多人的幫助，讓我的心里無比感到欣慰與感謝。畢業(yè)設(shè)計已近尾聲，幾個月時間的準(zhǔn)備與分析，