课程设计说明书冷却水温电控系统

2015 毕业论文专题百手起驾 整理为您目 录摘 要.- 3 -1 引 言.- 4 -1.1 问题的提出.- 4 -1.2 所在研究领域的历史和现状，前沿的主要问题及遇到的问题 .- 4 -1.3 系统研究的意义 .- 5 -1.4 任务与分析 .- 5 -2 方案设计 .- 5 -2.1 总体设计和方案论证 .- 5 -2.1.1 系统硬件结构图 .- 6 -2.1.2 总体方案论证 .- 6 -2.1.3 温度采集模块方案论证 .- 7 -3 系统硬件电路设计.- 8 -3.2 温度检测电路 .- 8 -3.3 电机驱动控制电路 .- 9 -3.4 LED 显示电路： .- 10 -4 软件设计：.- 10 -4.1 主程序流程图： .- 10 -4.2 温度检测程序流程图.- 12 -4.3 显示子程序流程图.- 13 -4.4 电机控制子程序流程图.- 13 -5 系统仿真.- 14 -5.1 Proteus 软件环境介绍 .- 14 -5.2 软件仿真步骤 .- 15 -5.2.1 仿真电路的搭建.- 15 -5.2.2 系统调试过程 .- 16 -5.2.2 仿真结果.- 18 -结 论.- 20 -致 谢.- 21 -参考文献.- 22 -前言- 1 -百手起驾 整理为您附录 A 程序代码 .- 23 -附录 B 电路原理图： .- 31 -附录 C 电路 PCB 图 .- 32 -附录 D 电路仿真图 .- 33 -前言- 2 -百手起驾 整理为您摘 要在本设计中，通过，DS18B20 温度传感器对发动 机冷却水温度的检测， 经其内部电路处理后传到单片机 AT89C51，单片机对数据进行处理并与设定值进行比较，当温度达到报警的下限值时，即触发报警器报警，同 时驱动电机转动，此 处电机用于模拟汽车上的电控单元的执行机构喷油器电磁阀，数码管显示此状态下的冷却水温度值和设定的温度值，并可随之改变。设计基于 PROTEUS 仿真软件进行仿真。关键词：单片机 ， 报警，电机，数码管，仿真。 前言- 3 -百手起驾 整理为您1 引 言 1.1 问题的提出 温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位。单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中，处理机的成本占系统成本的比例高达 20%，而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。课题基于 AT89C51 单片机，设计了冷却水温度控制系统，实现了对系统的温度控制。1.2 所在研究领域的历史和现状，前沿的主要问题及遇到的问题随着电子技术的发展，特别是大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的 C51 系列单片机的出现，由于它具有极好的稳定性，更快和更准确的运算精度。因此，它的出现不但推动了工业的生产，也影响着人们的工作和学习。采用单片机来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。前言- 4 -百手起驾 整理为您1.3 系统研究的意义近年来，随着计算机技术的发展，各企业对温度检测技术提出了更高的要求，希望制造出适应性更强、精度更高、性能更稳定、并具有智能功能的新一代温度检测仪表。单片微处理器具有高精确度、高灵敏度、高响应速度，以及耗能少、机构小、可以连续测量、自动控制、安全可靠等优点。同时，其逻辑控制运算是由软件来进行的,可以容易的实现各种控制规则，甚至是比较复杂的控制算法的实现，而且不受外界的工作环境的影响。因此，基于单片机的温度控制器可以安全可靠地运行，智能地控制环境温度稳定在某一给定值，或者给定值附近，可以大幅度提高被测温度的技术指标。1.4 任务与分析 本设计是对发动机冷却液进行的温度控制。从系统温度的检测、变换到信号的转换和传送这一系列的过程都牵扯到很多的知识，在设计过程中我们也遇到很多困难，比如说温度测量器件的选用，变换成电压信号还是电流信号，相应的怎么传送等，都经过了考虑才选择了这个方案。单片机的设计中，单片机外部线路的设计，端口的分配和选用，复位和内部时钟的配合和电路的驱动等方面也遇到了不少问题，经过分析和查找资料我都基本上解决了。这里利用芯片 DS18B20 作为恒温箱的温度检测元件。DS18B20 芯片可以直接把测量的温度值变换成单片机可以读取的标准电压信号。单片机从 DS18B20 读入的数据与预置数进行比较，当达到温度下限值即驱动电机转动，在此电机用于模拟汽车上的喷油器电磁阀。2 方案设计 2.1 总体设计和方案论证 系统总体设计分为硬件和软件两个部分。总体结构包括 AT89C51 的主控芯片，温度采集电路，电机驱动控制电路，数码管显示电路，蜂鸣器报警电路。前言- 5 -百手起驾 整理为您2.1.1 系统硬件结构图 图 2-1 温度控制结构框图如上图所示，系统以 AT89C51 为控制核心，在基于外围采集，控制电路的配合下，完成对温度的控制。主要的软件模块为，温度采集模块，数码管显示模块，电机控制模块，蜂鸣器报警控制模块。2.1.2 总体方案论证方案一：采用传统的模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，采用上下限比较电路将实测的温度值与给定的温度值进行比较，决定加热或者降温。由于采用模拟控制方式，系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且不能用液晶显示和键盘设定。方案一系统框图如图 2-2 所示：AT89C51温度传感器LED显示电机驱动模块蜂鸣器报警比较电路放大电路A D 转换图 2-2 方案一系统框图前言- 6 -百手起驾 整理为您方案二：采用单片机为控制核心。采用了 DS18B20 芯片对温度进行采集（芯片内部会进行 AD 转换）通过单片机处理后去控制温度，使其达到稳定。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。方案二系统框图如图 2-3 所示：AT89C51温度传感器D S 1 8 B 29LED显示电机驱动模块蜂鸣器报警图 2-3 方案二系统框图对比方案一，方案二明显的改善了方案一的不足及缺点，并具有控制简单、控制温度精度高的特点，因此设计电路采用方案二。2.1.3 温度采集模块方案论证方案一：采用热敏电阻，可满足测量范围，但热敏电阻精度、重复性和可靠性都比较差，对于检测精度小于 1的温度信号是不适用的。方案二：采用温度传感器 AD590K。AD590K 具有较高精度和重复性，良好的非线性保证0.1的测量精度。加上软件非线性补偿可以实现高精度测量。AD590 将温度转化为电流信号，因此要加相应的调理电路，将电流信号转化为电压信号，送入 A/D 转换器，最终送往单片机。方案三：采用数字温度传感器 DS18B20。DS18B20 为数字式温度传感器，无需其他外加电路，直接输出数字量，转换速度快，精度高，可靠性高。可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。经比较，我选择方案三。前言- 7 -百手起驾 整理为您3 系统硬件电路设计3.1 单片机最小系统图 3- 1 单片机最小系统单片机最小系统包括时钟电路、复位电路、及电源电路等几个部分，单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该增益反相放大器的输入端为 X1，输出引脚为 X2。两个引脚跨接晶振和微调电阻，就构成一个稳定的自激振荡器。复位电路采用按键电平复位电路。通过 RST 端经电阻与电源 Vcc 接通而实现。如图 3-1 所示：3.2 温度检测电路在本设计中，选用的是温度测量的专用芯片 DS18B20。DALLAS 最新单线数字温度传感器 DS18B20 为新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济。图 3-2 是DS18B20 与单片机的连接图：前言- 8 -百手起驾 整理为您图 3- 2 DS18B20 与单片机的连接图3.3 电机驱动控制电路本设计中电机驱动采用的是集成直流电机驱动芯片 L298，它具有驱动功率大，效率高、可控性好等优点，通过单片机 P1.6 、P1.7 两个 IO 口可控制电机正反转。此处电机用于模拟汽车喷油器电磁阀。L298N 与单片机的连接如图 3-3：图 3- 3 L298 与单片机连接图前言- 9 -百手起驾 整理为您3.4 LED 显示电路：单片机对数据进行处理后通过 LED 进行显示。LED 接成共阴