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机械毕业设计全套
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CLJD01-020@威驰自动关窗器的设计,机械毕业设计全套
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黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第一章 绪 论 1.1 课题研究现状 自动关窗器产生于欧洲。在上世纪 80 年代仅仅应用于一些进口豪华车上。在 90 年代末期才在我国进行生产的车上看见自动关窗器的身影。直到2005 年才得到广泛应用经过近 30 年的发展这一技术已经相当成熟。现在我国市场上的大部分高中档车都已经安装了这一系统。但是由于各种原因使得有些车并没有安装这一方便实用的系统。电脑程式型关窗器 目前，随着车辆的普及以及轿车家庭化的发展趋势，人们对于汽车不仅仅是动力性，安全性，舒适性的要求，对于汽车的一些辅助系统也是有着极高的要求。一些高端车已经 安装了许都自动化装置。例如座椅角度调节器； GPS 导航仪；城市车速测试提醒仪等一系列的辅助系统 同时随着电子技术的不断发展越来越多的与汽车相关的电子厂品不断问世。汽车电子已经是现代汽车发展的一个重要方向。在不断完善汽车动力的同时，汽车的内饰汽车的辅助功能也是不断发展。对于在高端汽车上已经完善并且应用了的自动关窗系统一般乘用车辆还是没有安装，当驾驶员锁车后出现忘记关闭车窗的现象，容易导致随车物品的丢失，给车主带来损失。设计出一套具有自动关窗功能的装置，并且方便车上安装，对于充分发挥学 生的创新思维，培养创新思维及科学分析方法十分有益。 这种智能关窗系统的工作原理是主要通过电子模块加认组合，利用主机上的芯片里面设定的程序完成检测功能，使关窗步骤顺利完成。 可以设定时间 ，当车窗关闭时，它使电源中断，保护电动窗马达免受破坏，也使得蓄电池不会因此轻易耗尽智能关窗器，只有在车钥匙熄火后，才会生效的，关窗也只生效一次。 ,它的设计原理是根据汽车电动窗在正常工作和关闭时读入的模拟信号转换成数字信号 ,储存于一块记忆体内 ROM,再通过一块专 CPU芯片关窗时 ,比对平时使用的正常工作信号 , 以程序方式来控制 和处理电机的转动。由于是依次动作 ,保证了电瓶在无充电状态下 ,正常放电 ,使电瓶和电动机都能正常、安全的工作。 如今越来越多的轿车上安装了电动车窗 ,同时也随着电子技术在汽车中的广泛应用 ,出现了自动关闭功能的智能型电动车窗。这些装备不仅方便了驾乘人员 ,nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 减轻了他们的疲劳强度 ,更有利于行车安全 电动车窗主要由车窗玻璃升降器、电动机、继电器、开关等装置组成。电动车窗除了要实现车窗的开启与关闭外 ,更为重要的是要保证车窗在不同的环境下均能正常工作。如在北方的冬季 ,车窗的移动轨道出现冰雪时 ,车窗在移动时遇到的阻力 很大 ,如何保证车窗的正常开启和关闭 ,这就是电动车窗要解决的主要问题。 汽车是现代生活中不可缺少的交通工具 ,随着人们生活水平的提高 ,中央门锁和电动车窗给驾驶员和乘客带来了很大的方便。驾驶员通过它可以方便的对所有车门的开闭进行控制。电动车窗使得驾驶员也可通过设在驾驶员旁边的控制开关对各车窗实现集中控制。但是在有些时候也会出现一些其他的麻烦。比如 :当汽车停车熄火 ,锁好门后 ,有时会忘记将车窗玻璃升到位 ,及时发现的 ,要重新打开车门 ,按动开关将其升到位 ;而一旦疏忽 ,不但会造成重要文件物品丢失 ,甚至会导致车辆失 窃、雨天驾驶室进水等给用户带来不必要的经济损失和精神负担。鉴于以上情况 ,设计了在中央门锁和电动车窗的基础上加装的汽车自动关窗控制器。其工作情况是 :当汽车熄火后 ,锁上门锁时 ,汽车自动关窗控制器会自动关好开着的所有车窗玻璃。如果汽车附有遥控装置 ,下车后只需轻轻一按遥控器就可以放心地离开了 ,再不用担心物品丢失、车辆失窃、雨天驾驶室进水等问题了。 1.2 选题的目的和意义 目的： （ 1） 防止由于车窗未关好，造成汽车室内物品被盗窃； （ 2） 防止车窗在冬天下雪化成冰时，车窗上升遇到冰块时，电机超负荷工作而损坏。 意义： 本次设计的自动关窗器 原有玻璃升降系统的不足 ,当您的汽车熄火后 ,锁下门锁时 , 智能窗会感应到门窗关闭程序 ,自动为您关好开着的所有玻璃窗。当您汽车再次起动时 ,会恢复原有车辆升降系统工作程序。 还拥有防负荷过载的功能，本 自动关窗器 安装方便 、 使用更安全 。 1.3 设计的基本内容、拟解决的主要问题 1.本设计的主要内容 : （ 1）结合汽车电路特点设计出自动关窗器电路，主要解决正负极控制； （ 2）设计出具有车窗自动升降控制功能的装置，主要解决车辆落锁时车窗自动关闭； （ 3）设计出针对威驰轿车的控制电路； nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 2、拟解决的主要问 题 : （ 1）了解自动关窗器的结构，进行初步设计。 （ 2）选择合理控制方式（正负极控制）。 （ 3）搭建合适的电路，确定控制算法。 （ 4）确定安装定位方式。 1.4 技术路线（研究方法） 收集相关资料 撰写开题报告 了解基本电路 绘制基本电路图 搭建控制电路 编写关窗程序 自动关窗器 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 第二章 威驰汽车关窗系统的工作原理 2.1 车窗的开关及控制 电动车窗系统都装有两套控制开关。一套安装在驾驶员边门车窗或仪表板上，由驾 驶员控制每个车窗的升降，是总开关。另一套分别装在每个车窗中不，由 乘客进行操纵，为分开关。每个车窗的电动机都要通过总开关搭铁，所以电流不但通过每个车窗上的开关，还要通过总开关上的相应开关。 威驰汽车的自身车窗电路是一个简单的并联电路 一 （ 1） 当 调节器主开关总成的每个车窗开关按上时 车 窗玻璃应向上运动：当调节器主开关总成 中每个 车 窗开关按下时， 车窗玻璃应向 下运动。 这是车窗控制总开关的调节 （ 2）当车窗门锁所上时，除驾驶员侧门玻璃外其他的门玻璃均不能移 动。 二 检查自动操作功能（只有驾驶员侧玻璃）接通点火开关 （ ON） 。 （ 1）检查自动上升 功能，调节器主开关总成中的每个开关（ up）下时，所有玻璃充分关闭 。 （ 2）检查 自动下降功能；调节器主开关总成中的每个开关（ down）下时，左右玻璃充分打开。 （ 3）当开关由自动下降切换到向上时，窗玻璃应停止运动。 2.2 车窗关闭 与打开 的工作方式 车窗的运动方式是用举升器的升降来完成的。 汽 车的车窗的举升器都采用非常灵活的连杆来举升车窗玻璃，同时保持器处于水平状态。将小型电动机连接单一个涡轮和几个其他直齿圆柱之论，以产生较大的齿轮减速比。从而提供足以升起车窗的扭矩。电动车窗的一个重要功能是电动车窗不能强制打开 传动结果中的涡轮直齿这一功能。由于 蜗杆 和齿轮之间存在接触角度，因此很多涡轮都具有自锁功能。 蜗杆 可旋转齿轮，但齿轮不能旋转蜗杆，齿之间的摩擦致使齿轮结合。 连杆带有一个长臂，此长臂与支撑 车窗 底部的杆相连 。臂的末端在车窗升高时可以划入干的凹槽中。在干的另一端是一个大盘，盘上刻有轮齿，电机 可转动与这些齿接合的齿轮。而维持轿车采用的是交臂是车窗玻璃升降器。主要有扇形赤坂，玻璃导轨及调节器等组成。 它的工作原理 （如图 2-1 所示） 扇形齿板利用驱动电机的棘轮进行转动，从而带动 X 臂运动，而使车窗玻璃作上下移动威驰轿车的电nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 动机是一个永磁的，两级直流电动机，电动机内部都装有减速装置。车窗电动机内部一般都装有抑制无线电干扰装置。车窗电动机一般设计成正反旋转，具有较高输出转矩低噪声 ， 小体积 ， 扁平外形和短时间工作制，并对尘埃及洗涤剂具有密封保护性能。为了与不同升降机构相匹配，电动机输出部分的结构也有所不同。对于交 臂式结构 ，电动机的输出部分也是一个小齿轮， 通过与软轴上的齿相啮合，驱动软轴卷绕，带动玻璃沿导轨作上下反复运 动。 图 2-1 关窗系统举升结构 2.3 威驰轿车车窗电路的特点 威驰轿车电动车窗仅仅需要按钮操作，即可由电动机驱动车窗上下移动，使车窗 开启或关闭十分方便。在威驰电动车窗电路中， 设有驾驶员操作的主控开关和每一个车窗的独立操作开关。每个车窗的操作开关可由乘客自己操作，驾驶员可以控制四个车窗 。有些汽车的主控开关还备有只能由驾驶员一人控制的锁止开关，已切断其他各个车 窗的电源， 威驰轿车也有此功能。 此时，只能由驾驶员控制车窗的操作，每个车窗的独立操作开关不再起作用 同时 但由于有些人的汽车停车熄火关好门后，有时会忘记将玻璃窗升到位，如果想启动的话要重新启动电源，还要按玻璃窗开关将其升到位，操作比较麻烦。 威驰轿车的的升窗系统是通过四个车门各有一个电机，通过电机的正反转来控制车窗的升降。 电动机正常工作时，电动机是一段搭铁，当电动机停止工作是时，电动机是两nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 端搭铁。 2.4 本章小结 本章主要介绍了丰田威驰轿车的关窗系统，其中包括其控制方式，控制步骤，及其主控与分控。还介绍了该轿 车的关窗系统的运行方式。其机械原理为交臂式的举升结构，扇形齿板及玻璃导轨等组成来控制玻璃的上升与下降。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 第三章 基于威驰汽车的自动关窗器的设计 及相关软件的应用 3.1 基于 89C51 单片机控制原来威驰车的基本电路的设计 首先其工作原理为汽车熄火落锁后，单片机预先编写好的程序开始工作。由该程序来控制车窗自动关闭。 根据要求，首先要了解威驰轿车关窗的时间为多少，由于受天气，温度，等一系类外界环境影响，威驰轿车关窗的时间为 4 到 6 秒。我们设定 的时间按照最大值来进行设定，其设定 其自动关闭的 时间为 6 秒。 六秒钟之后程序自动结束，另外设计还要求；如果在北方的冬天有冰雪或异物阻挡玻璃上升这样会使发动机发生损坏，我们还要在威驰汽车原有 的电路中加入电路保护装置，这样就不会损坏关窗系统和电动机的原件以及当玻璃夹到手指或者其他身体部位能够及时停下来 。 3.2 整个自动关窗器的工作原理 本次设计共有两个方案 ： 方案一： 首先将 编写好的控制程序烧入单片机内，要想实现自动关窗就应该让单片在轿车熄火之后进行工作，我们将采用低电平控制，就是的那个单片机接受到低电平信号是才 开始工作。我们将设计好的电路连入威驰轿车的原有关窗电路中。 当 轿车熄火后单片机的 P1.0 口接收到低电平信号，此时单片机开始工作并且该程序只执行一次，当 P0.1 接受到低电平后，引脚 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 输出高电平，使用于控制关窗系统的继电器闭合开关断开，以免自动关窗系统在工作时发生短路而损坏电路中的元器件 。该命令在延迟 20ms 以后，同时 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 也同时输出高电平 6 秒。 6 秒后所有程序结束。整个关窗工作完成。 当遇到异物或者玻璃窗没有开到最大程度就进行自动关 窗时。为了避免电流过大造成单片机或者电动机及其他元件，我们在电路中加入了断电 器对电路加以保护。这样一旦电流过大电路断路器就会断开回路 从而保护电路的安全。 方案二：方案二也是采取单片机控制，同样采用低电平控制，我们采用 P1.0作为控制口，当轿车熄火时。 P1.0 口就与电源断开。这时接收到的就是低电平信号。单片机开始工作，工作过程为单片机 P2.0 口输出高电平 6s 之后结束任务。nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 本方案主要是通过 P2.0 口输出的高电平驱动三极管来控制总继电器，总继电器在通过 控制八个分继电器来完成整个工作过程。八个继电器其中四个用来断开 回路以免造成短路，四个用来连接电动机使其运转工作。当 P2.0 口输出高电平 6秒钟结束后，关窗程序也完成。 3.3 单片机的控制 本次设计采用 89c51 单片机，因此其低功率耗。高性能，有更丰富的硬件资源，特别是其内部增加的闪速可电改写的存储器 Flash Rom 给单片机的开发及应用带来了很大的方便。 3.3.1 89c51 的特点 1.一个 8 位的 80C51 微处理器 （ CPU） 2.片内 256 字节数据存储器 RAM/SFR,用以存放可以读写 的数据，如运算的中间结果，最终结果以及欲显示的数据等。 3.片内 4KB 程序储存 器 Flash/ROM ，可以存放程序，一些原始数据和表格 。 4. 4 个 8 位并行 I/O 端口 P0P3，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出。 5.两个 16 位的定时器 /计数器，每个定时器 /计数器都可以设置成技术方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。 6.具有 5 个终端源、两个中断优先级的中断控制系统。 7.一个全双工 UART 的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与 PC 机之间的串行通信。 8.片内振荡器和时钟产生电路，但石英 晶体的微调电容需要外接，最高润徐振荡频率为 24MHz.。 3.3.2 单片机具体型号的选择 经过比较我们选怎比较常用的市面上比较常见的 美国 ATMEL 公司生产的AT89C51 单片机。 3.4 AT89C51 的基本性能及各管脚功能 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器 （ FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低电压、高性能 CMOS 8位微处理器，俗称 单片机 。 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除 ，只读储存器 的单片机。单 片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器， AT89C2051是它的一种精简版本 。 AT89C 单片机为很多 嵌入式控制系统 提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图 3-1 所示 图 3-1 AT89C51 的引脚排列 3.4.1 AT89C51 的特点： 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位 定时器 /计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 3.4.2 各个管脚的作用 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口 ： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为 高阻 输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口 ： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口 ： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “ 1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时 ， P2 口输出地址的高八位。在给出地址 “ 1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进 行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口 ： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门 电流。当 P3 口写入 “ 1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流 （ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的 一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST： 复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG： 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用 于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE禁止，置位无效。 PSEN： 外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时 ，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， /EA将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源 （ VPP） 。 XTAL1： 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2： 来自反向振荡器的输出。 3.4.3 振荡器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放 大器可以配置为片内振荡器。 石英 振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。有余输入至内 时钟信号 要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 3.5 protel 的应用 PROTEL是 PORTEL公司 在 80年代末推出的 EDA软件 ，在电子行业的 CAD软件中，它当之无愧地排在众多 EDA 软件的前面，是电子设计者的首选软件 。在本次设计中我们所有的电路绘制也是使用 protel 来完成 的。 Protel99 SE 共分5 个模块，分别是原理图设计 、 PCB 设计、自动布线器、原理图混合信号仿真、 PLD 设计。 Protel 还具有如下特色功能： nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 强大的全局编辑功能； 在原理图中选择一级器件， PCB 中同样的器件也将被选中； 同时运行原理图和 PCB，在打开的原理图和 PCB 图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络 既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到 PCB），也可以进行反向注释（由 PCB 到原理图），以保持电气原理图和 PCB 在设计上的一致性； 支持用 CUPL 语言和原理图设计 PLD，生成标准的 JED 下载文件； * PCB 可设计 32 个信号层， 16 个电 源 -地层和 16 个机加工层； 强大的 “ 规则驱动 ” 设计环境，符合在线的和 批处理 的设计规则检查； 提供大量的工业化标准电路板做为设计模版； 放置汉字功能； 可以输入和输出 DXF、 DWG 格式文件，实现和 AutoCAD 等软件的数据交换； 智能封装导航（对于建立复杂的 PGA、 BGA 封装很有用）； 方便的打印预览功能，不用修改 PCB 文件就可以直接控制打印结果； 独特的 3D 显示可以在制板之前看到装配事物的效果； 强大的 CAM 处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测 试点报告等； 虽然 protel 具有如此强大的功能但是本次设计中我们只是应用了很小的一部分也就是原理图的设计，对于该软件我还需要进一步学习。 3.6 keil 的基本使用 在本次设计中还应用到了编程软件 Keil 该软件 是 51 系列兼容单片机 C语言软件开发系统，与汇编相比 ， C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。运行 Keil 软件需要 WIN98、 NT、 WIN2000、 WINXP等操作系统。 通过使用该软件对 C 语言也有了一定的了解。 3.7 本章小结 本章主要是对于自动关窗器进行设计 以及相关软件进行简单介绍 ，其中包括自动关窗器的设计原理进行叙述，对于自动关窗器的程序进行编写。对于单片机的选择与单片机的结构和基本参数进行叙述。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 通过对比最后选定用 AT89C51 单片机作为控制单片机 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 第四章 各种电子元器件的选择 4.1 三极管的选择 本设计中的三极管应用非常广泛，主要是对继电器的 驱动作用。 以保证继电器的正常运行。 本设计中所采用的都是 NPN 型晶体管，当基极加正偏压时，发射极引导电流流至集电极，但晶体管不能导通除非加到基极的电压超出发射极电压大约 0.7V，晶体管导通时，基极和集电极相对于发射极都必须是正的。如果加到基极的电压与发射极 电压相比小于 0.7V，晶体管的作用如同打开的开关：如果大于 0.7V，作用就像和上的开关如图 4-1 所示 图 4-1 三极管的状态 本次设计中主要用的就是开关作用，当开关打开时集电极的电流就会流进发射极，我们把继电器的线圈引脚一端接在集电极上一端接在蓄电池上这样一旦三极管导通，就会有电流通过继 电器的线圈使继电器闭合电路导通或者断开。 本设计选用 9013 型三极管 其参数为 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 耗散功率： P=0.625W 集电极 最大 电流： ICM=0.5A 集电极 基极击穿电压： BVCBO 45V 集电极 发射极击穿电压： BVCEO 25V 特征频频率 ft 最小 150MHZ 该三极管是常用的小功率三极管，其特点是 耗散功率比较低，驱动电流比较小，适用于一般低压电路主要用于驱动或开关作用，一般经常用 于驱动继电器等小功率元器件。 4.2 二极管的选择 二极管又称 晶体二极管 ,简称二极管 ;它只往一个方向传送 电流 的电子零件。它是一种 具有 1 个零件号接合的 2 个端子的 器件 ，具有按照外加 电压 的方向，使电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的p-n 结，在其界面处两侧形成 空间电荷 层，并建有自建 电场 。当不存在外加电压时，由于 p-n 结两边 载流子 浓度差引起的 扩散电流 和自建电场引起的 漂移电流 相等而处于电 平衡状态 。 在选择二极管的时候主要注意不要形成 反向击 穿 按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。在高掺杂浓度的情况下，因势垒区宽度很小，反向电压较大时，破坏了势垒区内共价键结构，使价电子脱离共价键束缚，产生电子 -空穴对，致使电 流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。如果掺杂浓度较低，势垒区宽度较宽，不容易产生齐纳击穿。 另一种击穿为 雪崩 击穿。当反向电压增加到较大数值时，外加电场使少子漂移速度加快，从而与共价键中的价电子相碰撞，把价电子撞出共价键，产生新的电子 -空穴对。新产生的电子 -空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪崩式地增加，致使电流急剧增加，这种击穿称为雪崩击穿。无论哪种击穿，若对其电流不加限制，都可能造成 PN 结永久性损坏。 在本次设计中 因为 继电器线圈是一个电感性质的 线圈 ，电感有一个特性，流经电感线圈的电流不能突变， 如果突然切断电感线圈的电流，电感本身就会产生一个很强的电动势，来试图维持电流不变，这个电动势往往非常强，它会击穿试图阻断电流开关，无论是空气开关，还是半导体开关。如果是空气开关，就会击穿空气，造成不能断电，如果是半导体开关，就会烧毁这个开关。 二极管就是为这个电动势提供一个泄放的通路，由于电动势的方向与电源的方向相反，所以叫做反向电动势，二极管也是反向接入的。有了它，电动势就不会太nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 高了，保护了开关和其他元器件不至于损坏。 在选择上选择低压电路中比较常用的 IN4001 即可 连接方法如图 4-2 所示 选择型号为 IN4001 的二极管 最大反向峰值电压 （ PRV）： 50V 最大半啵整流电流（ Fsm）： 1A 最大正向峰值电流： 30A 最大反向电流（常温下） （ IR） :5uA 最大正向电压（常温下） (Fm)： 1V 图 4-2 二极管与继电器连接图 4.3 电阻的选择与三极管的接法 9013 是 NPN 型 三极管 ，当 51 单片机一个 I/O 端口（例如 P2.0）输出是高电平时，继电器线圈被驱动与三极管之间串有电阻 R，一般该电阻 R 取 5.1K-10K 都可以。 但是一般都要通过计算来获得一个理论上允许的 电阻的范围再加以验证从而得到可行的具体阻值。 要 从理论上讲，应该查一下继电器线圈的阻值，即保证nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 继电器可靠吸合时 所需要的电流 ，该电流就是三极管作开关作用时的集电极饱和电流 Ics， 那 Ics 除以 就是必须的基极电流 Ib 也就是基极所需要的最小电流 ，如果 R 的取值如过大 ， 不能满足 三极管的导通要是所需要的电流 ， 继电器就无法正常工作。 用 型号 9013 的三极管 ， P2.0 高电平约 5V，则 R 小于 （ 5-0.7） /Ib。 0.7V 是三极管的 B-E 导通电压。 继电器的线圈电阻为 400 欧姆设为 Rc:Ics=Ucc/Rc=12/400=30mA 9013 三极管 为 64 到 90 取最小值 60 Ib=Ics/ =30/60=0.5mA P2.0 高电平约 5V，则 R 小于 （ 5-0.7） /Ib。 0.7V 是三极管的 B-E 导通电压。 则 R 小于 8.6K。 我们所计算得到的理论值为小于 8.6K.连接方法如图 4-3 所示 图 4-3 三极管与电阻的连接 4.4 断电器的原理及选择 有一种被称 为电热调节器的电子元件断电器，也称为固态断路器。这种断路器的电阻随着温度的升高而增大，它没有机械部件，以聚合体（弹和晶体）做成。聚合体内有一定密度的碳和晶体。碳是可以导电的，所以当断路电器两端有电压时，电流就通过碳导通。当断电器中有电流通过时，其中的晶体膨胀，从而导致聚合体中碳的密度减小，是聚合体的电阻变大。当温度达到一定值，碳的密度太小，电阻过大，就会形成短路状态。聚合体中没有电流通过时，就会开始降温，晶体收缩，碳的密度又会增加，电路又会重新导通。这样反复循环。这种断电器在电动折床和电动门锁电路中都有使用 。 我们在本次威驰轿车电路完善中就加入nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 了，此类断电器。以保证汽车关窗系统的安全性，避免电流过大时烧毁电动机或者升窗过程中，夹道手指或者人体其他部位，而造成伤害。 4.5 继电器的选择和使用 继电器是一种电子控制 器件 ，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制 电路 中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种 “ 自动开关 ” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 当输入量 (如 电压、电流、温度 等 )达到规定值时，使被控制的输出 电路导通或断开的电器。可分为电气量 (如电流 、电压、频率、功率等 )继电器及非电气量 (如温度、压力、速度等 )继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于 电力 保护、 自动化 、运动、 遥控 、测量和通信等装置中。 继电器 的种类非常多有：电磁继电器。热敏干簧继电器、固态继电器、光电继电器等多种类型。本次设计采用的是电磁继电器。 电磁继电器 的工作原理 : 电磁 式继电器一般由铁芯、 线圈 、 衔铁 、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在 电磁力 吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而 带动衔铁的动触点与静触点（ 常开点 ）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（ 常闭触点 ）释放。这样吸合、 释放 ，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的 “ 常开、常闭 ” 触点，可以这样来区分： 继电器线圈 未通电时处于断开 状态 的静触点，称为 “ 常开触点 ” 如图（ 4-4）所示 ；处于接通状态的静触点称为 “ 常闭触点 ” 如图（ 4-5）所示 。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路 。 4.5.1 选择合适的继电器 先了解必要的条件 ： （ 1） 控制电路的 电源电压，能提供的最大电流； （ 2） 被控制电路中的电压和电流； （ 3） 被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。 注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。 威驰汽车的车窗控制电 动 机为 12v 直流电动机， 蓄电池电压为 12V ， 工作时通过继电器的 电流不大于 7A ，根据此 我们 选用 了 型号为HJR 3FF_ SHF(TBF-1)/12VDC 的继电器 图 （ 4-4）常开式继电器示意图 图 （ 4-5）常闭式继电器示意图 4.5.2 继电器主要产品技术参数 1.额定工作电压 是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。 2.直流电阻 是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 3.吸合电流 是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时 ，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的 1.5 倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。 4.释放电流 是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。 5.触点切换电压和电流 是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。 具体参数如图 4-6 所示 图 4-6 继电器的基本 参数 4.6 稳压电路的选择 在整个电路中我们所有的输入都是由蓄电池提供的。蓄电池的电压为 12V 而单片机的工作电压为 5v 所以我们需要一个稳压装置，来保证输入单片机的电压为 5v。 而 78/79 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 IC 型号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7806 表示输出电压为正 6V， 7909 表示输出电压为负 9V。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。 那么本次设计中我们就选取 7805 稳压集成电路来控制电压。 电子产品中 ， 三端 IC 是指稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 在使用过程中应注意 在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 7805 具体参数如下 所示： 输出电压 25时： 最小值： 4.8V 典型值： 5.0V 最大值： 5.2V 静态电流 25时： 典型值： 5.0mA 最大值： 8.0mA 峰值电流 25时： 最大值： 2.2A 理 论上 正常工作 最高电压可以 30 多 V,大约 33-36V， 1.5A 输出电流，真实使用输入电压 不要 超过 25V， 因为 输入电压越高 发热程度就越大 ，如果温度过高可能引起元件的实效或者损害 。 7805 还自 带 1.5A 负载 过热保护。 如果 制作中需要一个能输出 1.5A 以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为 N 个 1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁 4.7 本章小 结： 本章主要介绍了搭建电路所需要的元器件的型号以及如何选择满足要求的元器件 。另外本章还介绍了三极管 、二极管、固态断电器、继电器以及稳压电路的工作方式基本参数和工作环境以及相关的 极限工作状况 。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 第五章 自动关窗器外观的设计 5.1 尺寸的确定 本次设计中所采用的最大元器件是继电器，而选用的继电器型号为 3-FF型。其高度为 1.5cm;长 1.8cm;宽 1.4cm。本设计共需要 8 个继电器； 8 个三极管； 8个二极管； 电阻若干。 由于除了继电器之外其余元器件的体积都是较小的，所以需要 空间不大 。 我们设计自动关窗器的厚度为 3.0cm 因为继电器高为 1.5cm,其焊接的角为 5mm 高。再加上壳体的厚度还要预留出一定的间隙所以选择 3.0cm的厚度。宽度的选择我们采用继电器两排排列 除了继电器的宽度还有元件之间的间隙，以及为三极管、二极管、电阻预留出来一定的空间，我们选择外部宽度为8cm.外部长度我们要考虑四个继电器的长度以及排列后之间的间隙问题 4 个继电器排列为 7.2cm 考虑间隙及外壁厚度我们选择 10cm 的长度 图 5-2 为壁厚剖面图 。 此尺寸两方案均适用。 5.2 外观设计 为方便在车上安装在外部设计上我 们加上两个可用来固定的吊耳如图（ 5-1），这样就方便了自动关窗器的安装，此吊耳可使用一般螺栓固定。为了外形美观本设计还在外观上作了一定的美化处理具体细节见外观图纸。 图 5-1 吊耳示意图 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 图 5-2 壁厚剖面图 5.3 本章小结 本章主要介绍了自动关窗器的外观尺寸大小的设计， 以及自动关窗器的固定方式 。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 结 论 根据题目要求，以及威驰轿车实际的关窗电路系统。确定了可行性的设计方案，在本次设计中先是对威驰轿车的车窗电路进行 了解，分析其工作原理 。并作出符合实际的电路。 本次课题设计的自动关窗器，采用的是单片机控制，由于单片机的计时准确性，能耗低，工作性能稳定等特点 所以广泛应用于这种简单电路的控制。单片机不能直接 控制电路，是由单片机通过三极管以及继电器间接控制的。 本自动关窗器设计的结构合理，符合实际应用，成本低廉。而且设计方案满足了任务书中的要求 ，在使用中也是非常方便，因此可以广泛应用在类似电路结构的的轿车中。 但此次设计过程仍有许多不足和需要改进的地方，在电路设计时，其元件的选取有的是不能通过计算得出的，所以在选择上 对于不影 响使用的前提下 存在一定的误差 。另外，在默写方面，由于时间问题，做的还不够仔细，恳请各位老予以批评指正。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 参考文献 1李朝青单片机原理及接口技术 M 2005 2 陈强 .机械系统的微机控制 M.清华大学出版社， 1999. 3孙仁云 付百学 .汽车电器与电子技术 M.机械工业出版社， 2006. 4王天曦 .电子技术工艺基础 M.清华大学出版社， 2001. 5王遂双 .汽车电子控制系统的原理与检修 M.北京理工大学出版社， 1997. 6戴冠军丰田轿车电 控系统维修手册 M机械工业出版社， 2002. 7李涵武 赵雨旸 .汽车电器与电子技术 M。哈尔滨工业大学出版社 2003. 8秦增煌 .电工学电工技术。高等教育出版社 M 2003. 9秦增煌 .电工学电子技术。高等教育出版社 M 2003 . 10 刘志国 . 单片机在汽车上的应用 J. 世界汽车 , 1999, (12) . 11周泳敏等主编 . 汽车电路图识读指南 M . 北京 :机械工业出版社 ,2004 12 李春明主编 . 汽车电器与电路 M . 北京 :高等教育出版社 ,2003. 13 边焕鹤主编 . 汽车电气与电子设备 M . 北京 :人民交通出版社 . 14卞清 , 宋勇 , 李忠富 . 嵌入式汽车车窗控制 J. 自动化技术与应用 , 2009, (12) 15机械设计手册委员会编 .机械设计手册第 3 卷 .北京：机械工业出版社，2004. 16机械设计手册委员会编 . 机械设计手册第 2 卷 .北京：机械工业出版社，2004. 17Philips Semiconductors.P89LPC920/921/922 UserManualDB/OL.,2004. nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 致 谢 在本 设计 完成之际，首先向我最尊敬的导师 鲍宇 老师致以最诚挚的敬意和最衷心的感谢。几个月以来， 他 不遗余力地对我的设计进行了指导。 让我学习到了作为一个学者应该怎么做学问，更从他身上学到了做人的原则。 毕业设计虽已完成了，但由于知识水平的局限，实际经验缺乏，设计还存在许多不足，有很多地方需要改进。对于这些不足，我会在今后的工作、生活中努力去改正，并利用自已所学到的知识，为社会作更多的贡献，成为一个对社会有用的人。 此外还要感谢那些给予过我关心、帮助的 各位 老师和同学，正是有了大家的关怀、鼓力和我自己的努力，此设计才得以顺利完成。 最后祝学院发展更上一层楼。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 27 附 录 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define TH0data (65536-50000)/256 /计时器初值设定 #define TL0data (65536-50000)%256 sbit jiance=P10; /位定义 P1.0 口 uint Time_Count=0; /定时器计数 /*/ /函数名称 : delayms
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