課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)冷卻水溫電控系統(tǒng)

2015 畢業(yè)論文專(zhuān)題百手起駕 整理為您目 錄摘 要.- 3 -1 引 言.- 4 -1.1 問(wèn)題的提出.- 4 -1.2 所在研究領(lǐng)域的歷史和現(xiàn)狀，前沿的主要問(wèn)題及遇到的問(wèn)題 .- 4 -1.3 系統(tǒng)研究的意義 .- 5 -1.4 任務(wù)與分析 .- 5 -2 方案設(shè)計(jì) .- 5 -2.1 總體設(shè)計(jì)和方案論證 .- 5 -2.1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 .- 6 -2.1.2 總體方案論證 .- 6 -2.1.3 溫度采集模塊方案論證 .- 7 -3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).- 8 -3.2 溫度檢測(cè)電路 .- 8 -3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路 .- 9 -3.4 LED 顯示電路： .- 10 -4 軟件設(shè)計(jì)：.- 10 -4.1 主程序流程圖： .- 10 -4.2 溫度檢測(cè)程序流程圖.- 12 -4.3 顯示子程序流程圖.- 13 -4.4 電機(jī)控制子程序流程圖.- 13 -5 系統(tǒng)仿真.- 14 -5.1 Proteus 軟件環(huán)境介紹 .- 14 -5.2 軟件仿真步驟 .- 15 -5.2.1 仿真電路的搭建.- 15 -5.2.2 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程 .- 16 -5.2.2 仿真結(jié)果.- 18 -結(jié) 論.- 20 -致 謝.- 21 -參考文獻(xiàn).- 22 -前言- 1 -百手起駕 整理為您附錄 A 程序代碼 .- 23 -附錄 B 電路原理圖： .- 31 -附錄 C 電路 PCB 圖 .- 32 -附錄 D 電路仿真圖 .- 33 -前言- 2 -百手起駕 整理為您摘 要在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)，DS18B20 溫度傳感器對(duì)發(fā)動(dòng) 機(jī)冷卻水溫度的檢測(cè)， 經(jīng)其內(nèi)部電路處理后傳到單片機(jī) AT89C51，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)溫度達(dá)到報(bào)警的下限值時(shí)，即觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警，同 時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此 處電機(jī)用于模擬汽車(chē)上的電控單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)噴油器電磁閥，數(shù)碼管顯示此狀態(tài)下的冷卻水溫度值和設(shè)定的溫度值，并可隨之改變。設(shè)計(jì)基于 PROTEUS 仿真軟件進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) ， 報(bào)警，電機(jī)，數(shù)碼管，仿真。 前言- 3 -百手起駕 整理為您1 引 言 1.1 問(wèn)題的提出 溫度控制，在工業(yè)自動(dòng)化控制中占有非常重要的地位。單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用給現(xiàn)代工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的技術(shù)革命，自動(dòng)化、智能化均離不開(kāi)單片機(jī)的應(yīng)用。將單片機(jī)控制方法運(yùn)用到溫度控制系統(tǒng)中，可以克服溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴(yán)重滯后現(xiàn)象，同時(shí)在提高采樣頻率的基礎(chǔ)上可以很大程度的提高控制效果和控制精度?，F(xiàn)代自動(dòng)控制越來(lái)越朝著智能化發(fā)展，在很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中都用到了工控機(jī)，小型機(jī)、甚至是巨型機(jī)處理機(jī)等，當(dāng)然這些處理機(jī)有一個(gè)很大的特點(diǎn)，那就是很高的運(yùn)行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但隨之而來(lái)的是巨額的成本。在很多的小型系統(tǒng)中，處理機(jī)的成本占系統(tǒng)成本的比例高達(dá) 20%，而對(duì)于這些小型的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，配置一個(gè)如此高速的處理機(jī)沒(méi)有任何必要，因?yàn)檫@些小系統(tǒng)追求經(jīng)濟(jì)效益，而不是最在乎系統(tǒng)的快速性，所以用成本低廉的單片機(jī)控制小型的，而又不是很復(fù)雜，不需要大量復(fù)雜運(yùn)算的系統(tǒng)中是非常適合的。課題基于 AT89C51 單片機(jī)，設(shè)計(jì)了冷卻水溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的溫度控制。1.2 所在研究領(lǐng)域的歷史和現(xiàn)狀，前沿的主要問(wèn)題及遇到的問(wèn)題隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來(lái)了根本性的變化，如果說(shuō)微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測(cè)控領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的革命。目前，單片機(jī)在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是其中的 C51 系列單片機(jī)的出現(xiàn)，由于它具有極好的穩(wěn)定性，更快和更準(zhǔn)確的運(yùn)算精度。因此，它的出現(xiàn)不但推動(dòng)了工業(yè)的生產(chǎn)，也影響著人們的工作和學(xué)習(xí)。采用單片機(jī)來(lái)對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測(cè)溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。前言- 4 -百手起駕 整理為您1.3 系統(tǒng)研究的意義近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各企業(yè)對(duì)溫度檢測(cè)技術(shù)提出了更高的要求，希望制造出適應(yīng)性更強(qiáng)、精度更高、性能更穩(wěn)定、并具有智能功能的新一代溫度檢測(cè)儀表。單片微處理器具有高精確度、高靈敏度、高響應(yīng)速度，以及耗能少、機(jī)構(gòu)小、可以連續(xù)測(cè)量、自動(dòng)控制、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，其邏輯控制運(yùn)算是由軟件來(lái)進(jìn)行的,可以容易的實(shí)現(xiàn)各種控制規(guī)則，甚至是比較復(fù)雜的控制算法的實(shí)現(xiàn)，而且不受外界的工作環(huán)境的影響。因此，基于單片機(jī)的溫度控制器可以安全可靠地運(yùn)行，智能地控制環(huán)境溫度穩(wěn)定在某一給定值，或者給定值附近，可以大幅度提高被測(cè)溫度的技術(shù)指標(biāo)。1.4 任務(wù)與分析 本設(shè)計(jì)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液進(jìn)行的溫度控制。從系統(tǒng)溫度的檢測(cè)、變換到信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳送這一系列的過(guò)程都牽扯到很多的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們也遇到很多困難，比如說(shuō)溫度測(cè)量器件的選用，變換成電壓信號(hào)還是電流信號(hào)，相應(yīng)的怎么傳送等，都經(jīng)過(guò)了考慮才選擇了這個(gè)方案。單片機(jī)的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)外部線路的設(shè)計(jì)，端口的分配和選用，復(fù)位和內(nèi)部時(shí)鐘的配合和電路的驅(qū)動(dòng)等方面也遇到了不少問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析和查找資料我都基本上解決了。這里利用芯片 DS18B20 作為恒溫箱的溫度檢測(cè)元件。DS18B20 芯片可以直接把測(cè)量的溫度值變換成單片機(jī)可以讀取的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。單片機(jī)從 DS18B20 讀入的數(shù)據(jù)與預(yù)置數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到溫度下限值即驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在此電機(jī)用于模擬汽車(chē)上的噴油器電磁閥。2 方案設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)和方案論證 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩個(gè)部分?？傮w結(jié)構(gòu)包括 AT89C51 的主控芯片，溫度采集電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路，數(shù)碼管顯示電路，蜂鳴器報(bào)警電路。前言- 5 -百手起駕 整理為您2.1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 圖 2-1 溫度控制結(jié)構(gòu)框圖如上圖所示，系統(tǒng)以 AT89C51 為控制核心，在基于外圍采集，控制電路的配合下，完成對(duì)溫度的控制。主要的軟件模塊為，溫度采集模塊，數(shù)碼管顯示模塊，電機(jī)控制模塊，蜂鳴器報(bào)警控制模塊。2.1.2 總體方案論證方案一：采用傳統(tǒng)的模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，采用上下限比較電路將實(shí)測(cè)的溫度值與給定的溫度值進(jìn)行比較，決定加熱或者降溫。由于采用模擬控制方式，系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做得較高，而且不能用液晶顯示和鍵盤(pán)設(shè)定。方案一系統(tǒng)框圖如圖 2-2 所示：AT89C51溫度傳感器LED顯示電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊蜂鳴器報(bào)警比較電路放大電路A D 轉(zhuǎn)換圖 2-2 方案一系統(tǒng)框圖前言- 6 -百手起駕 整理為您方案二：采用單片機(jī)為控制核心。采用了 DS18B20 芯片對(duì)溫度進(jìn)行采集（芯片內(nèi)部會(huì)進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換）通過(guò)單片機(jī)處理后去控制溫度，使其達(dá)到穩(wěn)定。使用單片機(jī)具有編程靈活，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)能簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過(guò)軟件編程能實(shí)現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點(diǎn)。方案二系統(tǒng)框圖如圖 2-3 所示：AT89C51溫度傳感器D S 1 8 B 29LED顯示電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊蜂鳴器報(bào)警圖 2-3 方案二系統(tǒng)框圖對(duì)比方案一，方案二明顯的改善了方案一的不足及缺點(diǎn)，并具有控制簡(jiǎn)單、控制溫度精度高的特點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)電路采用方案二。2.1.3 溫度采集模塊方案論證方案一：采用熱敏電阻，可滿(mǎn)足測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性和可靠性都比較差，對(duì)于檢測(cè)精度小于 1的溫度信號(hào)是不適用的。方案二：采用溫度傳感器 AD590K。AD590K 具有較高精度和重復(fù)性，良好的非線性保證0.1的測(cè)量精度。加上軟件非線性補(bǔ)償可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。AD590 將溫度轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，因此要加相應(yīng)的調(diào)理電路，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，送入 A/D 轉(zhuǎn)換器，最終送往單片機(jī)。方案三：采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。DS18B20 為數(shù)字式溫度傳感器，無(wú)需其他外加電路，直接輸出數(shù)字量，轉(zhuǎn)換速度快，精度高，可靠性高?？芍苯优c單片機(jī)通信，讀取測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，電路簡(jiǎn)單。經(jīng)比較，我選擇方案三。前言- 7 -百手起駕 整理為您3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 3- 1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、及電源電路等幾個(gè)部分，單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該增益反相放大器的輸入端為 X1，輸出引腳為 X2。兩個(gè)引腳跨接晶振和微調(diào)電阻，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位電路。通過(guò) RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)。如圖 3-1 所示：3.2 溫度檢測(cè)電路在本設(shè)計(jì)中，選用的是溫度測(cè)量的專(zhuān)用芯片 DS18B20。DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 為新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。圖 3-2 是DS18B20 與單片機(jī)的連接圖：前言- 8 -百手起駕 整理為您圖 3- 2 DS18B20 與單片機(jī)的連接圖3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路本設(shè)計(jì)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用的是集成直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298，它具有驅(qū)動(dòng)功率大，效率高、可控性好等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)單片機(jī) P1.6 、P1.7 兩個(gè) IO 口可控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。此處電機(jī)用于模擬汽車(chē)噴油器電磁閥。L298N 與單片機(jī)的連接如圖 3-3：圖 3- 3 L298 與單片機(jī)連接圖前言- 9 -百手起駕 整理為您3.4 LED 顯示電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后通過(guò) LED 進(jìn)行顯示。LED 接成共陰