姚翔宇機電一體化課程設計

1、 機電一體化課程設計報告 姓 名： 姚翔宇 學 號： 20111002495 班 級： 072112 指導老師：吳來杰 付先成 2014年9月 目錄一、選題背景1二、設計要求1三、選題目的2四、 方案論證3五、電路分析51.8031單片機最小系統(tǒng)52.壓力檢測及放大電路63.溫度檢測及放大電路74.A/D轉(zhuǎn)換電路85.外接鍵盤電路96.LCD液晶顯示電路97.蜂鳴器報警電路118.電源電路119.總電路原理圖12六、電路原理圖轉(zhuǎn)化PCB板12七、PCB 3D電路板13八、課程設計心得體會14一、選題背景機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、接口技術、信號變換技術等多種

2、技術進行有機地結(jié)合，并綜合應用到實際中去的綜合技術，現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設備幾乎可以說都是機電一體化的設備。 機電一體化課程設計作為機械電子專業(yè)的實踐教學環(huán)節(jié),考察學生綜合運用所學專業(yè)知識進行分析問題和解決問題的能力?？茖W合理地安排課程設計的內(nèi)容.使學生即能在有限的時間內(nèi)掌機電一體化設備的設計過程,培養(yǎng)學生的工程設計能力和解決實際問題能力,又能訓練學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計成功與否的關鍵所在。本文就機電一體化的應用，學習使用protel 99,設計并繪制電路原理圖和印刷電路板。謹遵老師的指導，重在練習該軟件的使用和對電路的設計思考，做出如下實習報告。二、設計要求設計一

3、基于單片機的電路板控制系統(tǒng)，用來檢測液壓油油、壓油溫檢測系統(tǒng)，其中壓力P=0-16MPa，油溫T=0-120，設計并繪制電路原理圖和印刷電路板圖。三、選題目的 從20世紀中葉以來，隨著微電子科學技術的發(fā)展及其廣泛應用，人類進入了電子時代、計算機時代。半導體大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，促進了微電子科學技術和計算機技術向機械工業(yè)滲透，由此產(chǎn)生了機械電子工程。計算機控制和電子控制已經(jīng)成為當前實現(xiàn)機械控制的主要方式，在這種形勢下，機電一體化技術開始出現(xiàn)在人們的視野中，并發(fā)展得越來越快。它從根本上改變了機械制造業(yè)的面貌，提高了機電產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力。 說機電一體化的連接機械和電子、氣壓、液壓等相關的的

4、關鍵技術，在微電子技術、計算機技術、及信息處理技術的高速發(fā)展，消費者對高性能、高自動化的機械化產(chǎn)品提出了更高的要求，也就是要求我們從事機械設計制造及自動化行業(yè)的技術人員掌握機電一體化技術的重要性所在。機電一體化的關鍵技術有：機械技術；電腦技術；系統(tǒng)技術；自動控制技術；傳感檢測技術；侍服傳動技術。這次課程設計，一方面是讓我們從理論走到實踐，另一方面也是鞏固之前所學的專業(yè)知識特別是單片機方面的知識，能夠從整體的高度上根據(jù)實際需求設計出有效的單片機系統(tǒng)。練習使用電路設計軟件PROTEL99，熟悉和了解基本的操作，能夠根據(jù)設計需求獨立設計和布局出合理的電路原理圖（SCH）和電路板圖（PCB）。系統(tǒng)化針

5、對實際問題的解決和設計思路，掌握獨立解決問題的方法，為即將面臨的社會實踐打好基礎。4、 方案論證 單片機控制的液壓油溫檢測系統(tǒng)中，其要檢測的指標有油壓和油溫兩個。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)換成便于測量的電量。 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

6、變成平滑直流的電路，常用電阻，電容和電感組合而成。 由于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）。這些信號計算機是識別不了的，所以要進行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換電路的功能是將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以適應計算機處理。 通過A/D轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號，該信號進入MCS-51單片機，通過單片機來實現(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)。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8031系列單片機LCD液晶顯示 報警 電路 44

7、 鍵盤其中：1. 液壓壓力傳感器采用油壓傳感器選型為應變式壓力傳感器；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.單片機采用8031；5.I/0擴展采用8155；6.鍵盤、顯示接口采用6264。五、電路分析1.8031單片機最小系統(tǒng) 單片機采用型號為8031，單片機的內(nèi)部4KB片內(nèi)程序存儲器，128字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，2個定時器和1個全雙工異步串通訊接口。其外部電路包括時鐘電路和復位電路。2.壓力檢測及放大電路插座J外接一應變式壓力、檢測傳感器，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信號。三個運算放大

8、器組成差動放大電路，對傳感器輸出信號進行放大，其中R17用于調(diào)節(jié)零點，R15用于調(diào)整放大倍數(shù)。HQ316油壓傳感器表壓（G）060Mpa（最大） 00.5kPa（最?。?絕壓（A）060Mpa（最大） 05kPa（最小）負壓（B）-100kPa60Mpa -0.20.2Mpa精度等級0.1 0.25 0.5供電電源1536VDC輸出信號420mA（二/三線制）（010/20mA）05V 15V 010V工作溫度-4080 補償溫度-2070熱電偶E型代號WRK分度號E測量范圍0800輸出信號420mA3.溫度檢測及放大電路K型熱偶放大電路，K型熱電偶接在接口P2上，電路中ADOP07及其周圍電

9、阻構成放電器，增益為240.9，R20、R21R22是1/4W的金屬膜電阻，精度20；R23R24是10圈線繞電位器；C4是濾波電容，采用精度為20、耐壓為50V的漏電小的電解電容，它與R20組成濾波電路。因為熱電偶的電動勢很小，如果漏電大就會產(chǎn)生漂移。此放大電路最右端的接口與ADC0809的INT4電流輸入接口進行AD轉(zhuǎn)換，從而將電流信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，從而將溫度傳給單片機。4.A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，CMOS工藝，可實現(xiàn)8路模數(shù)信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關，以及相應的通道地址鎖存用譯碼器電路，其轉(zhuǎn)換時間為100us左右。IN-7IN-0

10、是模數(shù)輸入通道，ADC0809對輸入信號的電壓要求是05V，若信號過小還需要進行放大。另外，模擬輸入量在A/D轉(zhuǎn)換過程中其值不應該有變化，對變化快的模擬量，在輸入前應增加采樣保持電路5.外接鍵盤電路單片機IO口的擴展通過74LS373和8255完成。地址鎖存器控制8255的輸出端口選擇，D07直接接單片機做輸入信號，PA，PC作為擴展端口進行輸出接鍵盤和LCD液晶顯示器。6.LCD液晶顯示電路 LCD1602：+5V電壓，對比度可調(diào)，內(nèi)含復位電路；提供各種控制命令，如：清屏，字符閃爍，光標閃爍，顯示位移等多種功能；有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM；內(nèi)建160個5*7點陣的字符發(fā)生器CGROM

11、；8個可由用戶自定義的5*7字符發(fā)生器CGRAM。LCD1602實物圖 其中RS,R/W,E為LCD1602控制接口，由單片機的P,P,P進行控制，DB0-DB7為數(shù)據(jù)接口，由8255的PC口進行控制。7.蜂鳴器報警電路當接收到來自單片機P23口的輸出信號后，三極管Q1導通，報警器報警。8.電源電路9.總電路原理圖六、電路原理圖轉(zhuǎn)化PCB板 七、PCB 3D電路板 參考文獻：Protel 99 SE 印刷電路板設計教程 肖玲妮 袁增貴 編 清華大學出版社 單片機基礎（第3版）李廣弟 朱月秀 冷祖祁 編 北京航空航天大學出版社 八、課程設計心得體會 兩周的機電一體化課程設計已經(jīng)結(jié)束，感覺時間過得很快。從開始有些不進狀態(tài)，到后來我能獨立設計出一些簡單的電路并完成任務，我收獲很大，不僅從實踐環(huán)節(jié)中學到了很多知識，同時也提高了自身的實踐能力。 當然，在這次機電一體化課程設計中我也遇到了不少問題，不知道如何下手，也就出現(xiàn)了不進狀態(tài)的情況。只能去找關于軟件使用的書籍，還有以前學過的單片機的知識，從整體電路的設計把握到每一個電子元件的性能、軟件庫中的尋找。整個過程中，我深刻地認識到，在運用專業(yè)知識來解決實際問題時，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，還不能熟練地將所學的理論知識應用于實際中，還有就是缺乏一個完整的知識體系，以前所學的知識沒有在學完之后進行歸納總結(jié)。