油耗计标定试验装置研制（电控设计）毕业论.doc

河南科技大学毕业设计（论文）油耗计标定试验装置研制（电控设计）0 要 汽车的发展是人类生活文明与进步的标志。汽车的发明一方面给人们 的生活和生产带来了极大的方便，另一方面也给社会带来了环境污染和能 源紧缺等严重问题。人类环境保护意识的逐渐加强，人们更加关心车辆油 耗，要求限制车辆用油量的呼声越来越强烈。因此，研究汽车的燃油消耗 和降低排放污染就成为该研究领域的重点内容之一。对汽车燃油经济性的 评价，一般是通过汽车燃油消耗量来确定的，也是诊断和分析汽车故障的 重要参考。检测汽车燃油消耗量常通过燃油消耗检测仪测定燃油消耗量的 容积或质量来表示。本文在分析和总结对目前国内外车辆油耗检测仪器精度普遍存在影响 的因素基础上，决定用测定质量法，采用了先进的传感技术、单片机技术 和显示技术，分别对温度和流量变化在一定范围内进行标定。采用的先进 的智能半导体制冷和加热技术对温度控制，用节流阀和溢流阀配合使用对 其流量对其流量大小进行调节，采用电脑与单片机串口通信技术对各开关 智能切换。在控制软件的支撑下，从而实现了油耗计智能标定。该系统的开发将会为汽车油耗精确检测技术的发展提供新方向，为我 国汽车油耗检测技术发展创造新的平台，为节能型汽车的研发提供更精确 可靠的油耗数据。关 键 词：单片机，串口通信，油耗，智能标定1河南科技大学毕业设计（论文）FUEL CONSUMPTION METER CALIBRATION TESTAPPARATUS DEVELOPEDABSTRACTThe development of car is the sign of human civilization and progress . On one hand,topeopleslifeandproduction, Theinventionofthecarhas broughtgreatconvenience,onthe other , it also brings environmental pollution and energy shortages. Together with the conscious of environment protection increase gradually. People pay more attention to the gas consuming. Therefore, the study of motor vehicles to reduce fuel consumption and emissions pollution is the area of one of the key element.Vehicle fuel consumption is usually determined by the automobile fuel economy rating, it is also an important reference to the car fault diagnosis. Regular testing vehicle fuel consumption was measured by detecting the fuel consumption volume or quality of fuel consumption expressed in. Ordinary car fuel consumption detecting device in the test range, testing accuracy, that the use of maintenance and reliability , not very good, needs further improvement.This article basedontheanalysisandsummaryofinfluencefactorsonthe basisofprecisionofvehiclefuelconsumptiontestinstrumentathomeand abroad,decided to use to determine quality standard which Adopted the advanced sensor technology, micro controller technology and displaytechnology,withinacertainrangeoftemperatureandflowrateforcalibration. Besides, it Adoptsadvancedintelligentsemiconductorrefrigerationand heatingtechnologyfortemperaturecontrol.Throttlevalveandreliefvalveare usedtocontroltheflowadjustedsize.Italsousescomputerandsinglechip microcomputerserialcommunicationtechnologytoconverttheswitches intelligently. Underthesupportofcontrolsoftware,itcanrealizethe intelligentfuelconsumptionmetercalibration.2河南科技大学毕业设计（论文）Thedevelopmentofthesystemwillprovideanewdirectionforvehicle fuelconsumptionaccuratelydetectingtechnology,createanewplatformfor automobilefuelconsumptiondetectiontechnologydevelopmentinourcountry andprovidemoreaccurateandreliablefuelconsumptiondataforfuel-efficient carresearchanddevelopment.Keywords: chip microcomputer ， serialcommunication ， vehiclefuel consumption，intelligentcalibration3河南科技大学毕业设计（论文）目 录前 言1第 1 章 绪论21.1 课题研究的背景意义21.2 国外油耗计标定装置发展状况31.3 国内油耗计标定装置研究发展状况41.4 课题主要技术参数和主要研究内容51.4.1 主要技术参数51.4.2 主要研究内容5第 2 章 系统总体设计方案72.1 系统功能及技术指标72.1.1 功能指标72.1.1 技术指标72.2 总体设计方案72.2.1 标定系统设计82.2.2 供电电路及温度控制电路设计82.2.3 电脑和单片机通信对电磁换向阀的控制9第 3 章 系统硬件设计（电控设计）113.1 标定系统供电及温度控制硬件选型113.1.1 温度控制装置选型113.1.2 半导体制冷片的选型153.1.3 继电器的选型173.1.4 二极管的选型173.1.5 电源的选型183.2 标定系统单片机系统设计193.2.1 单片机的选型及介绍193.2.2 单片机的最小系统设计233.2.3 DB9 接口 RS232 串口电路263.2.4 按键电路27河南科技大学毕业设计（论文）3.2.5 继电器模块电路28第 4 章 系统软件设计294.1 系统软件总体设计294.2 系统软件的详细设计304.2.1 系统的准备和初始化304.2.2 键盘扫描程序设计334.2.3 串口中断程序设计344.2.4 继电器输出程序35结 论36参考文献37致 谢38附 录39河南科技大学毕业设计（论文）0 言 汽车的油耗检测是衡量汽车燃料经济性及汽车发动机性能的重要手 段，而油耗计是进行油耗检测的专用仪器，它通过测量发动机消耗一定燃 料所需时间或者车辆行驶一定里程所需的燃油量来计算燃油消耗率。检测 汽车燃油消耗量常通过燃油消耗检测仪测定燃油消耗量的容积或质量来表 示。对于耗油量的参数检测，不仅要保证有足够的精度，而且还要对汽车 的正常运转不造成任何的影响。随着传感器技术的微型化、多功能化、集成化和智能化方向发展，控 制器功能的不断完善，汽车油耗检测标定装置正在向微电脑控制、智能化 方向控制发展。因此，研究与开发新型智能油耗标定装置也是对实现油耗 计产品升级换代的要求，也是科学技术日益发展的需要。精确检测标定汽 车油耗，可为研制低油耗车提供依据。所以该系统的开发将会为汽车油耗 精确检测技术的发展提供新方向，为我国汽车油耗检测技术发展创造新的 平台，为节能型汽车的研发提供更精确可靠的油耗数据。为解决我国汽车 油耗使用量不断增加，石油（汽油、柴油）等非可再生资源的逐渐减少的 问题做出重要的贡献。1河南科技大学毕业设计（论文）0 1 章 绪论 0 1.1 课题研究的背景意义 自第二次世界大战结束以来，尤其是进入 21 世纪以后，世界经济的飞速前进也使得汽车工业得到了突飞猛进的发展，汽车保有量不断增长。目前汽车保有量约为 10 亿辆，预计到 2025 年汽车的保有量将会达到 20 亿辆。 在我国，进入 21 世纪以来，国民经济增长的同时，汽车保有量也在逐年累 增。据统计，在 2000 年，我国约有 16089 万辆，到 2006 年我国汽车总 量约为 4985 万辆，到了 2010 年，我国汽车保有量已经突破了 7500 万辆。 据中国交通部预测，到 2020 年我国汽车总量将会突破 2 亿辆口 1。汽车工 业的发展给人们出行带来了极大的便利，同时也加速了社会经济的发展， 推动了人类的进步。但是，汽车尾气的排放确对社会环境造成了极大的破 坏。从 20 世纪 70 年代开始，汽车尾气污染已成为城市中最大的大气污染源。随着汽车保有量的持续攀升，汽车能源消耗问题也日益严重。现如今 世界石油储备总量正在不断地减少，石油价格不断攀升。汽车对能源的消 耗，特别是石油资源的消耗将成为制约我国经济和汽车工业发展的重要因 素。为了降低环境污染，缓解能源危机，提高人们的生活水平，几乎世界 上所有汽车工业发达的国家都制定了严格的排放法规，来对汽车的排放和 油耗进行限制。同时汽车油耗，也是是评价汽车经济性能、综合性价比的最重要指标， 也是评价汽车节能减排效果的最重要指标。特别是在公交、货运、客运、工程机械等行业，燃料成本已占到了整个运营成本的 70%以上。例如：上海闵行客运公司 10.5 米空调公交车每年耗油 2.2 万升、16 万元，徐州物恒水泥土有限公司水泥搅拌车每年油耗 1.3 万升、9 万元。因此，精确地测定汽车燃油消耗，对于企业成本控制、对于驾驶员操作技能提高、对于国家2河南科技大学毕业设计（论文）节能减排指标落实，都有着十分重要的意义和作用。 而油耗计的标定，对汽车油耗计的研究与开发新型智能油耗仪起着至关重要的作用，是实现油耗计产品升级换代的要求，也是科学技术日益发 展的需要。要研制出精确检测的油耗计，就必须有高精度，稳定可行的标 定装置，同时，也为研制低油耗车提供依据。1.2 国外油耗计标定装置研究发展状况国外对标定系统的研究要早于国内，与国内的标定系统相比在技术上也遥遥领先。目前，在国际上具有代表性的标定系统有德国 SCHENCK 公司的 VEGA、德国 BOSCH 公司的 INCA 等标定系统。SCHENCK 公司开发的自动化标定系统 VEGA，从结构上看属于多机 控制标定开发系统，系统包括三个层次：最高层是标定系统主机，其控制 着整个标定的进程并对试验数据进行优化和处理；中间层是自动控制计算 机，试验过程中控制所有的测量和控制设备，包括标定控制台；最底层是 柴油机及测功机。标定系统主机通过接 121 卡与试验台上的自动控制计算 机连接并实现通讯，从而实现对柴油机、测功器和标定控制台的控制，完 成控制参数设定、工况点设定、柴油机性能参数和状态参数采集等功能。德国 BOSCH 公司的 INCA 是目前世界上应用最广的标定系统，INCA的应用贯穿于整个开发过程，从单一功能模块的初始标定到在台架上对ECLI 进行预标定，再到车上的最终优化。它可以在办公室、试验室、台架和车上运用。其应用领域从电脑模拟到车载执行，从离线的标定数据管理到测量数据分析，应用极为广泛。INCA 支持所有的 ETAS 紧凑型硬件模块，提供功能强大的 ETKXETKECU 接口，用于测量、原型开发、标定和诊断等方面的应用。INCA 提供广泛的开放式和标准化接口，可以很容易将其集成到不同的标定环境当中。除上述两种标定系统之外，在国际上比较先进的标定系统还有德国Vector 公司的 VECTOR，ETAS 公司的 SAM2000、VSl00，奥地利 AVL 公司的 CAMEO，以及美国通用公司的 CALTOOL 等。3河南科技大学毕业设计（论文）1.3 国内油耗计标定装置研究发展状况国内标定系统的研究主要是国内企业、高校和科研院，例如：上海交通大学、清华大学、北京理工大学等。主要成果有：基于 CCP 协议的控制 器标定系统的研发，基于控制器局域网标定协议，用结构化编程的方法设 界面灵活友好的标定系统，通讯协议采用高级串行通讯协议 CAN 和 CAN标定协议，在 GD-1 高压共轨柴油机上得到应用，改善了柴油机的性能和 排放。车载 CAN 总线数据采集和 ECU 标定系统，基于 USB 接口的 CAN总线数据采集和 ECU 标定系统，借助 LabVIEW 软件开发平台实现 USB和 CAN 通讯，具有良好的通讯功能，灵活的连接特性以及高的可靠性， 同时具有 CAN 总线和 USB 通讯的优点，适用于多场合的数据采集和标定。 电控柴油机在线标定系统设计，分析了现有离线标定系统的不足，提出“数 据区”实现在线标定的设计方案，系统基于等长结构、固定地址和指针的 数据管理机制，实现了柴油机控制 MAP 图数据的实时动态修改。基于 CAN总线的电控柴油机标定系统的研制，分析了柴油机标定系统点对点串行通 讯协议存在的缺点，在自主开发的软硬件基础上，研制了基于 CAN 总线 的电控柴油机标定系统，该系统抗干扰性强，能够辅助标定工程师调整柴 油机的控制参数，可用于柴油机台架试验和整车试验。国内对电控柴油机标定系统的研究虽然取得了一些成果，但劣势也非 常明显，与国际成熟的标定系统相比，还存在以下主要问题：未实现真正意义上的在线标定：在线标定指在柴油机运行过程中对控 制参数、MAP 数据进行修改，是把试验过程和数据优化计算结合起来，通 过标定得到柴油机运行的最优值。在进行台架标定试验时，柴油机工况的 设置需要由标定人员对监测的数据进行判断后在发出标定指令，从而影响 标定结果精确度。未采用全局优化思想：全局优化是指根据汽车测试规范取柴油机若干 代表工况，对控制参数进行综合优化以满足汽车整体性能的要求，如：经 济性、动力性和排放性等。传统标定方法一般采用局部优化的思想，这种 标定方法得到的标定结果往往难以得到柴油机运行状况的最优值。4河南科技大学毕业设计（论文）未实现通用性：国内的标定系统目前只能进行特定的柴油机标定试验， 在应用上具有局限性。未实现局部商品化：国内研究的标定系统软件不成熟，结构不完善， 缺乏推出新版本。在目前市场上还没有国产流行的标定软件产生。0 1.4 课题主要技术参数及主要研究内容 0 1.4.1 主要技术参数 1. 流量 0.2-200L/h； 2. 温度控制范围： -10+60，采用半导体制冷和加热； 3. 采用精密电子天平称重质量； 4. 储油油箱体积100ML； 5. 通过 RS232 或 TTL 开关信号控制计量电磁阀的切换； 6. 被计量的有能自动的回收到油箱，具有流量调节功能和隔热措施， 循环加热制冷。 0 1.4.2 主要研究内容 1. 方案的确定 研制一套油耗计标定试验装置，能够对油耗计进行标定和性能考核，为提升油耗计的检测精度提供研究平台。能方便的调节流量、加热和制冷温度控制、计量同步控制。 所以本课题采用采用质量称重方法研制油耗计标定，通过油泵从油箱泵油，出油一路经过溢流阀回油箱，另一路通过电磁换向阀可自动选择计 量还是回油箱，计量的油经过油耗计流到精密电子天平上的容器中通过称 重与油耗计比较计量结果来标定。同时当计量完时可以通过另一电磁换向 阀自动切换经油泵抽回油箱，实现被计量油自动回收到油箱。温度控制用 数字式温度控制器控制半导体制冷和加热回油油路中的油，用热敏电阻传 感器检测油箱中的温度。流量调节用节流阀和溢流阀配合使用，实现流量 变化控制。通过电脑用 RS232 串口通信方式与单片机通信控制中间继电器 关闭，从而控制主回路电磁换向阀的换向，实现 PC 远程控制，同时又能通5河南科技大学毕业设计（论文）过单片机上的独立按键操作中间继电器控制电磁换向阀，实现现场控制。 2. 硬件部分的设计选择和匹配对单片机，传感器，显示器，键盘，供电电源，温度控制器，通信接 口等元件，根据系统要求，以及目前上述各元件的技术状况、性能特点， 性能参数，性价比等，结合调研情况以及相关参考资料进行对比分析，确 定采用的元件具体型号，并给出相应的接口电路，相互之间的合理匹配。 同时给出以单片机为核心的控制系电路原理图，从而为各元件之间建立必 要的联系。3. 软件系统的设计与调试 软件部分配合硬件控制系统电路，共同完成对油耗的控制自动标定，而软件功能是通过分程序模块来实现的，主要包括初始化模块、键盘管理 模块、UART 串口通信模块、继电器控制模块等。同时进行程序的调试工作， 以对编写的程序进行运行检查，验证运行逻辑、运行流程等 4. 进行油耗计标定系统的可行性验证。通过试验分析油耗标定系统所采用的理论的可行性，根据具体情况对 理论模型进行修正，以提高其检测精度。6河南科技大学毕业设计（论文）0 2 章 系统总体设计方案 0 2.1 系统功能及技术指标 0 2.1.1 功能指标 1. 能完成油耗计标定； 2. 结构简单，操作方便； 3. 能实现远程控制和现场控制； 4. 标定系统稳定，标定准确度高。 0 2.1.2 技术指标 1. 流量控制在 0.2-200L/h； 2. 温度控制范围： -10+60； 3. 通过 RS232 或 TTL 开关信号控制计量电磁阀的切换。 2.2 总体设计方案根据车辆油耗计标定系统要实现功能的要求，针对油耗计的具体应用 情况，选择系统组成元件，构成油耗标定系统的硬件部分，进行各组成元 件之间的合理匹配，设计系统控制电路，完成硬件部分的设计。根据汽车 发动机供油系统工作原理和汽车运行条件，确定油耗标定方法，建立油耗 计标定系统工作模型，配合硬件部分控制电路编写控制软件，共同完成对 油耗计标定装置的成功运行。针对油耗计标定系统的工作过程中会遇到的 干扰，分析其原因。采取相应办法，提高油耗计标定系统的抗干扰能力。 通过试验分析油耗标定系统所采用的理论的可行性，根据具体情况对理论 模型进行修正，以提高其标定精度。进行试验误差分析。为了更合理的选 用测试装置和测试方法，正确地分析误差产生的原因，减小或消除误差，7河南科技大学毕业设计（论文）并恰当地处理试验数据，以便得到理想的试验结果。2.2.1 标定系统设计油耗计标定系统主要由油箱、油泵、温度控制器、节流阀、溢流阀、电磁换向阀等组成，其控制关系如图 2-1 所示。图 2-1 标定系统原理图通过油泵从油箱泵油，出油一路经过溢流阀回油箱，另一路通过电磁 换向阀可自动选择计量还是回油箱，计量的油经过油耗计流到精密电子天 平上的容器中通过称重与油耗计比较计量结果来标定。同时当计量完时可 以通过另一电磁换向阀自动切换经油泵抽回油箱，实现被计量油自动回收 到油箱。温度控制用数字式温度控制器控制半导体制冷和加热回油油路中 的油，用热敏电阻传感器检测油箱中的温度。流量调节用节流阀和溢流阀 配合使用，实现流量变化控制。2.2.2 供电电路及温度控制电路设计如图 2-2，从市电来的 AC220V 经过空气开关断路器，熔断器的保护，8河南科技大学毕业设计（论文）经开关电源转化为 12V 的直流电源，来给油泵、半导体制冷和加热片、以及数字式温度控制器、继电器等供电。经油箱中的温度传感器检测温度信号送到数字式温度控制器，通过数字式温度控制器的控制运算来切换半导体制冷和加热来达到对温度的设定控制。0 2-2 电控系统原理图 0 2.2.3 电脑和单片机通信对电磁换向阀的控制 如图 2.3，在控制电磁换向阀中，通过电脑和单片机之间的 RS232 串 口通信，通过软件编写通信协议，可以实现在电脑键盘上输入从串口输出 到单片机，使单片机的 IO 口拉高拉低从而控制中间继电器，通过中间继电 器的通断控制主回路中的电磁换向阀线圈的通电或不通电，从而控制了标 定装置的自动切换标定，实现了油耗计的远程控制标定。同时也可以通过 单片机检测独立按键是否按下，确定是哪个按键按下，对相应的 IO 口进行 拉高或拉低，从而控制了中间继电器的主触点开闭，控制了电磁换向阀的9河南科技大学毕业设计（论文）导通方向，实现了油耗计标定的现场控制。单片机中间电磁电脑串口控制继电器控制通信系统换向阀输入独立按键图 2-3 单片机系统原理图10河南科技大学毕业设计（论文）第 3 章 系统硬件设计（电控设计）本电控设计硬件部分包系统电路设计和基于单片机的电磁换向阀的控制设计两大部分。下面将详细介绍有关硬件。3.1 标定系统供电及温度控制硬件选型3.1.1 温度控制装置选型1. 技术指标要求 温度控制范围： -10+60，采用半导体制冷和加热。2. 型号选择 根据控制要求，温度范围控制在 -10+60，采用半导体制冷和加热。所以可以选择数字式温度控制器，型号为 WH7016R。如图 3-1 和图3-2：图 3.1 数字式温度控制器控制面板11河南科技大学毕业设计（论文）图 3.2 数字式温度控制器侧面图3. 功能介绍产品功能简介： 数码管温度控制器；-9.9到 99.9温度测量与控制；0.1 度分辨率，0.1 度控制精度； 自动冷热转换,恒温控制； 回差可调整； 出厂参数锁定功能；温度超高和过低报警功能,一路报警输出； 带掉电数据保存功能；DC12V 和 24V 两种供电可选；继电器触电电流 10A/30V；标配 1 米防水探头。12河南科技大学毕业设计（论文）电气性能简介： 温度测量范围：-9.999.9； 温度控制范围：-9.999.9； 温度测量误差：?.5； 传感器型号：NTC (10K/3435)；控制精度：0.1； 工作电压：DC12V；工作电流：MAX 200mA；继电器触点电流：DC10A/30V；数据保存:有； 工作温度：050储存温度：-1060接线端子图如图 3-3 所示： 接线柱 1 和 2 : 接半导体制冷片, 加热时 1 为正,2 为负; 制冷时 1为负,2 为正； 接线柱 3 和 4: 风扇输出,3 为负,4 为正；接线柱 7 和 8: 选项开关,短路后不能修改系统菜单里的参数； 接线柱 9 和 10:接温度传感器。图 3-3 接线图4. 接线电路设计 由于油路加热装置如图 3-4 所示，所以采用了两块小的半导体制冷片，一块大的半导体制冷片，两块小的贴一边，一块大的贴另一边。由于考虑 到经济性，根据数字控制仪的逻辑和半导体制冷片的工作方式，所以设计 了如图 3-5 的逻辑电路，增加了四个二极管和四个继电器能完美的代替多 用两个数字式温度控制器。可实现本课题研究的温度控制。此外，为了使 温度响应速度快点，使用了三个散热风扇（如图 3-6 所示）加快热量散发，13河南科技大学毕业设计（论文）提高了温度控制响应速度。图 3-4 油温加热或制冷区图 3-5 油温调节电路图14河南科技大学毕业设计（论文）0 3-6 半导体制冷温度调节器组装图 0 3.1.2 半导体制冷片的选型 根据温度控制范围： -10+60，选择了半导体制冷片 TEC1-12705，如图 3.7。其工作原理为： 接通直流电源后，电子由负极(-)出发，首先经过 P 型半导体，在此吸收热量，到了 N 型半导体，又将热量放出，每经过一个 NP 模组，就有热量 由一边被送到另外一边，造成温差，从而形成冷热端。半导体制冷原理为：如图 3-7，把一个 N 型和 P 型半导体粒子用金属 焊接片焊接而成一个电偶对，当直流电流从 N 极流向 P 极时，2、3 端产生 吸热现象，此端称冷端面而下面 1、4 端产生放热现象，此端称热端面，由于一个电偶产生热效应小，所以实际上是将几十、上百对电偶堆即温差电 制冷组件。所以半导体制冷吸热和放热是由载流子（电子和空穴）流过结点，由势能变化而引起的能量传递，这是半导体制冷的本质。15河南科技大学毕业设计（论文）图 3-7 半导体制冷图其性能参数如下表3-1：表 3-1TEC1-12705 性能参数表型号TEC1-12705外观尺寸40 X 40 X 3.9mm元件对数127对极限电压 Vmax15V最大电流 Imax5A最大温差 Tmax67度以上最大制冷量 Qmax42.5W承受装配压力90N/cm2封装标准四周704硅橡胶密封存放环境温度-1040工作环境温度-5580其特点为：1. 制冷速度快，制冷速度可以通过调整工作电流来控制。 2. 无噪音、无振动、五磨损、运行可靠、维护方便。 3. 体积小、重量轻，可节约空间。 4. 不使用制冷剂，不污染环境。 5. 可以改变电流达到制冷制热的两种目的。 16河南科技大学毕业设计（论文）3.1.3 继电器的选型根据数字式温度控制器输出电压 12V，主触点最大电流 10A，及其控制 功能的要求，选择了 12V 汽车继电器，额定电流常开 40A、常闭 30A ，满足标定系统要求，如图 3-8。图 3-8 继电器实物图3.1.4 二极管的选型二极管在电路图中起单向点导通作用，电路中的电压不高于 12V，所以选择耐电流的 6A10 整流二极管。 其耐压：35V；耐电流：6A； 反向击穿电压：50V，如图 3-9。17河南科技大学毕业设计（论文）图 3-9 二极管 6A10 实物图3.1.5 电源的选型根据电路图如图3-10，由后续电路来选择所需要的电源，根据安全原 则，所选电源控制两小片半导体制冷片的用一个电源，小片半导体制冷片 的最大电流5A。所以需要电流 I=5 X 2 = 10A ,大的半导体电流也小于10A，电压为12V，所以选择了宝奇开关电源 BQ-A-250W-12 ，提供工作电压12V，最大电流20A，容量250W。如图3-11中间用于给油泵供电，二极管和继电器供电，电流不大，同时有两对 通电，所以选择 BQ-A1-150W-12V，提供工作电压12V，最大电流12.5A，容量150W。18河南科技大学毕业设计（论文）图 3-10 电源分配原理图图 3-11 开关电源实物图19河南科技大学毕业设计（论文）3.2 标定系统单片机系统设计3.2.1 单片机的选型及介绍1. 单片机的选择根据要控制的功能，即通过 RS232串口与通信通信，控制两个继电器， 同时还有现场四个独立按键通过单片机控制继电器，所用到的功能有RS232通信，独立按键操作，继电器控制。所用到的资源较少，所以选择经 济适用使用广泛的 STC89C52RC 单片机。2. 单片机介绍STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。主要特性如下：0 1） 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以 任意选择，指令代码完全兼容传统8051。 0 2） 工作电压：5.5V3.3V。 0 3） 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际 工作频率可达48MHz。 0 4） 用户应用程序空间为8K 字节。 0 5） 片上集成512字节 RAM。 0 6） 通用 I/O 口（32个）复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上 拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。0 7） ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器， 无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序， 数秒即可完成一片。 0 8） 具有 EEPROM 功能。 0 9） 具有看门狗功能。 0 10 ） 共 3 个 16 位 定 时 器 / 计 数 器 。 即 定 时 器 T0 、 T1 、 20河南科技大学毕业设计（论文）T2。（11） 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。（12） 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。0 13） 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业 级）。 0 14） PDIP 封装。 3. STC89C52RC 用到的相关引脚功能说明 (如图3-12)图 3-12 STC89C52RC 引脚图VCC（40引脚）：电源电压GND（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7 P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向 I/O 口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个 TTL 负载，对端口 P0写入每个引脚能驱动写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序21河南科技大学毕业设计（论文）和数据存储器时在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地 址和8位数据的复用总线位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。 在 Flash ROM 编在程时，P0端口接收指令字节端口接收指令字节；而在校 验程序时，则输出指令字节则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电 阻。P2 端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向 I/O 端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个 TTL 输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时 可用作输入口。P2 作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被 外部信号拉低的引脚会输出一个电流（I）。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的 P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对 Flash ROM 编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向 I/O 端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个 TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用 作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号 拉低的引脚会输入一个电流。在对 Flash ROM 编程或程序校验时，P3还接 收一些控制信号。P3口除作为一般 I/O 口外，还有其他一些复用功能.如下表3.2所示：22河南科技大学毕业设计（论文）表 3-2P3 口引脚复位功能引脚号复用功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INT0(外部中断0)P3.3INT1(外部中断1)P3.4T0(定时器0外部输入)P3.5T1(定时器1外部输入)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)RST（9 引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR（地址8EH）上的 DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。EA（31引脚）访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到 FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA 必须接 GND。注意加密方式1时，A 将内部锁定位 RESET。为了执行内部程序指令，EA 应该接 VCC。在 Flash 编程期间，EA 也接收12伏 VPP 电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。3.2.2 单片机的最小系统设计1. 电源部分如图 3-13 电源电路利用开关电源来的 12V 直流电源，经过 LM7809 和LM7905 两级稳压，最终输出+5V 的直流电给单片机供电。其中 470uF 大电容可以稳定电压，针对低频电压波动，使电压整体变化不大。0.1uF 的小电容能去抖，使高频的抖动信号从电容短接到地，从而增强了电源的抗力。23河南科技大学毕业设计（论文）图 3-13 电源电路设计如图 3-14，电源电路来的直流电源 DC5V，经单向保护开关 S1。S1 为板子工作电源开关，按下后接通电源，提供 VCC 给板子各功能电 路。电路采用两个滤波电容，给板子一个更稳定的工作电源。LED1 为电源 指示灯，通电后 LED1 灯亮。图 3-14 供电电路设计2. 复位电路 如图 3-15，51 单片机为高电平复位，电容和电阻组成简单的上电复位。K5 为复位按钮，提供单片机 RST 复位引脚一个高电平信号。 复位引脚当有连续两个机器周期（2us 以上）的高电频时，这个单片机就会复位。而我们的电路设计是，电容充电瞬间，是导通的，在这个瞬 间，电流流过电容器，然后向电阻方向放电，此时，电容的“-”端就能有24河南科技大学毕业设计（论文）一个很高的电势，在高于 3V 的情况下，均可认为是高电平。而电容充电是有时间的，当选择合适的电容，其充电时间会大于 2us，这时，复位的条件就成立了。为了能够使更稳定复位，我们把单片机引脚的高电平时间控制的更长一些，通常达到 ms 级，这时电容容量为 uF 级别，电阻阻值为 10K级别。图 3-15 复位电路设计3. 时钟电路 如图 3-16 时钟电路，晶振并不能独立的使用，必须配合合适的负载电容，否则会产生频率偏差，或者是使晶振不能工作。负载电路根据单片机 的技术文档选择 22pF 的瓷