汽车冷却温度调节设计

1、摘 要 汽车自19世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。从卡尔.本茨造出的第一辆三轮汽车以每小时18公里的速度，跑到现在，竟然诞生了从速度为零到加速到100公里/小时只需要三秒钟多一点的超级跑车。这一百年，汽车发展的速度是如此惊人！ 发动机是汽车的心脏，由发动机工作原理可知，在发动机工作时，气缸内燃气温度可高达2500度，而气缸盖、气缸体等主要机件会直接与这高温气体相接触，其便会强烈受热，若不及时加以冷却或冷却不足，这些机件将因受热膨胀而破坏原有的正常工作间隙，材料的机械强度也会因此而降低，高温也将使润滑油失效，导致运动部件卡死。由此可见，为了确保发动机正常工作，发动机必须设置冷却系统

2、，它的任务就是：使运转中的发动机得到适度冷却，维持在最适宜的温度范围内工作。但冷却必须适度，过度冷却将直接导致发动机油耗增加，冷却不足也直接影响发动机功率下降。为此，发动机多采用循环式水冷系统。传统的循环水冷控制是风扇采用电动机单独驱动的方式，设置在冷却液内的温控开关和继电器构成控制回路。当冷却液温度过低时，温控开关分离，继电器励磁线圈没有电流通过，与电动机串联的继电器触点开关处于断开状态，风扇停止转动。当冷却液温度升高时，温控开关闭合，继电器接通电动机主回路，风扇开始工作，水温的不断升高，而风扇的转速却不能随温度的高低做相应的调节。冷却效果很差。控制智能化，是汽车发展的必然趋势。它可以根据多

3、种工况对冷却系统的冷却能力进行自动控制，以实现发动机快速预热，大量减少发动机的传热损失和功率损失它的性能稳定，工作可靠，节能潜力大实用性强，具有良好的推广前景我想此课题的研究将是很有意义的。 关键词：发动机 冷却系统 智能控制目 录前 言（3）第一章 发动机工作原理与构造 1.2 发动机的工作原理.第二章 发动机冷却系统2.1 冷却系统概述.（7） 2.2 水冷系主要部件.（9） 2.3 传统冷却系统的工作过程.（13）设计要求.（13）第三章 硬件描述. 3.1 系统组成框图.（14） 3.2 系统主要硬件.（15）3.3 系统应用电路. .（16）第四章 软件描述 4.1 各程序流程图.（

4、21） 4.2 程序清单.（23）结论.（25）小结.（25）参考文献.（25）前 言目前，传统冷却系统仍应用于国产汽车发动机的冷却系统。传统的保温帘是人为控制散热器的通风量；传统的节温器控制冷却液大小循环的路线，节流损失大，工作不可靠，工作效率低，不能根据发动机的散热要求准确地调节冷却系统的散热能力传统的冷却风扇由发动机的曲轴驱动，其冷却能力只能随发动机的转速的变化而变化，不能满足实际散热要求。而且三者的动作互不联系，工作效率低，燃油浪费率高，不适应现代汽车技术的发展。针对上述提出的传统汽车发动机冷却系统的弊端，从发动机的动力性和经济性出发，应使节温器、保温帘和冷却风扇实现多元联合控制，即将

5、传统的冷却风扇改为电控冷却风扇；将传统的节温器改为电控节温器；增设电控导风板；实现上述三者联合控制，即冷却系统的智能控制。它可以根据汽车各种工况的变化对冷却系统的冷却能力进行自动控制，以实现发动机快速预热，大量减少发动机的传热损失和功率损失。我的课题便是冷却风扇的电动智能控制，从发动机的工作原理，冷却系统结构，及硬件组成和软件控制等四部分，对本课题进行论述。由于自身水平有限，设计中错误和不妥之处在所难免，殷切希望老师给予修改指正。 第一章 发动机工作原理与构造1.1 发动机的分类发动机：将某一种形式的能量转化成机械能的机器发动机包括热机和电动机等。热机是把热能转化为机械能，它包括内燃机和外燃机

6、，内燃机燃料在机器内部燃烧，外燃机燃料在机器外部燃烧；电动机是把电能转化为机械能。内燃机和外燃机相比，体积小，质量小，便于移动，起动性好，广泛应用于车、船、飞机等。汽车发动机指车用内燃机。内燃机的分类方法很多，按照不同的分类方法可以把内燃机分成不同的类型。1) 按照所用燃料分类内燃机按照所使用燃料的不同可以分为 图1-1 汽油机和柴油机。（图1-1） 使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。2) 按照行程分类 内燃机按照完成一个

7、工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机。（图1-2） 把曲轴转两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为 图1-2 四行程内燃机；而把曲轴转一圈(360°)，活塞在气缸内上下 往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机，汽车发动机广泛使用四行程内燃机。3）按照冷却方式分类 内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机 和风冷发动机。（图1-3）水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸 体与气缸盖外表面散热片 之间的空气作为冷却介质进行 图1-

8、3 冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。4) 按照气缸数目分类内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。（图1-4）仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、 图1-4 八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四 缸、六缸、八缸发动机。(5) 按照进气系统是否采用增压方式分类内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。（图1-5）汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。 图1-51.2 发动机工作

9、原理一、单缸汽油机的结构（图1-6）二.四行程汽油机工作原理四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程的顺序不断循环反复的。1) 进气行程 由于曲轴的旋转，活塞从上止点 图1-6 向下止点运动，这时排气门关闭，进气门打开。进气过程开始时，活塞位于上止点，气缸内残存有上一循环未排净的废气，因此，气缸内的压力稍高于大气压力。随着活塞下移，气缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压时，在气缸内产生真空吸力，空气经空气滤清器并与化油器供给的汽油混合成可燃混合气，通过进气门被吸入气缸，直至活塞向下运动到下止点。在进气过程中，受空气滤清器、化油器、进气管道、进气门等阻力影响，进气终了时，

10、气缸内气体压力略低于大气压，约为0.0750.09MPa，同时受到残余废气和高温机件加热的影响，温度达到370400K。实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，以便吸入更多的可燃混合气。 2) 压缩行程曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，气缸内成为封闭容积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束。此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定，可燃混合气压力可达0.61.2MPa，温度可达600700K。 压缩比越大，压缩终了时气缸内的压力和温度越高，则燃烧速度越快，发动机功率也越大。但压缩比太高，容易引

11、起爆燃。所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高，可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧，且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声。会使发动机过热，功率下降，汽油消耗量增加以及机件损坏。轻微爆燃是允许的，但强烈爆燃对发动机是很有害的，汽油机的压缩比一般为610。(3) 作功行程作功行程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关闭。当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高，最高压力可达35MPa，最高温度可达22002800K，高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止

12、点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械功，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外作功。随着活塞向下运动，气缸内容积增加，气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时，作功行程结束，气体压力降低到0.30.5MPa，气体温度降低到13001600K(4) 排气行程可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一个进气行程。当作功接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去，活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。实际汽油机的排气行程也是排气门提前打开，延迟关闭，以便排出更多的废气。由于燃烧室

13、容积的存在，不可能将废气全部排出气缸。受排气阻力的影响，排气终止时，气体压力仍高于大气压力，约为0.1050.115MPa，温度约为9001200K。 曲轴继续旋转，活塞从上止点向下止点运动，又开始了下一个新的循环过程。可见四行程汽油机经过进气、压缩、作功、排气四个行程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下止点往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。第二章 发动机冷却系统1）功用：使工作中的发动机得到适度的冷却，并保持发动机在最适宜的温度状态下工作。2）发动机在工作中为什么要适度冷却？（为什么不能过热？）燃气在燃烧过程中，气缸内气体温度高达2500°，发动机零部件与高温气体接触，将会

14、造成气缸和进气管温度过高，使进入气缸的可燃混合气因受热而膨胀，使得充气效率下降，发动机功率下降；机油因温度过高，粘度下降，严重时，机油变质，影响润滑效果，机件磨损加剧；各机件因高温而膨胀，破坏了正常的啮合间隙，产生卡死现象；因此发动机应及时冷却。3）发动机冷却方式分风冷、水冷。如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。发动机气缸和气缸盖采用传热较好的铝合金铸成，为了增大散热面积各缸一般都分开制造，在气缸和气缸盖表面分布许多均匀排列的散热片，以增大散热面积，利用车辆行驶时的高速空气流，把热量吹散到大气中去。而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷

15、系。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。虽然风冷却系与水冷却系比较，具有结构简单、重量轻、故障少，无需特殊保养等优点，但是由于材料质量要求高，冷却不够均匀，工作噪音大等缺点，目前在汽车上很少使用。4） 所谓适宜的工作温度，对于水冷发动机，要求气缸盖内冷却水温度在8090°之间。那么是不是冷却温度越低越好？也不是，过度冷却（过冷）：热量散失过多，转变为有用功的热量下降，功率下降；温度低，机油粘度大，摩擦阻力上升，消耗功率大，起动困难；燃油不易气化，燃烧不充分，燃油消耗率上升，功率下降；燃气易凝结（在气缸壁上），流入曲轴箱，不仅燃油消耗率

16、上升，功率下降，而且机油粘度下降，润滑效果变差，机件磨损加剧。（二）水冷系统的组成水冷却系是以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强制循环式水冷系，利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。它由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成。（图2-1）1.散热器：散热器内的冷却水加压后通过气缸体进水孔压送到气缸体水套和气缸盖水套内，冷却水在吸收机体的大量热量后经气缸 益出 图2-1 水孔流回散热器。由于有风扇的强力抽吸，空气流由前后 高速通过散热器。因此，受热后的冷却水在流过散热器芯的过程中，热量不断地散发到大气中去，冷却后的水流到散热器

17、的底部，又被水泵抽出，再次压送到发动机的水套中，如此不断循环，把热量不断地送到大气中去，使发动机不断地得到冷却。2.分水管：其插在气缸体水套当中，铜制的扁管，纵向有若干出水孔，离水泵越远，出水孔越大，这样使各缸冷却水水量接近相等，使多缸发动机的各缸冷却均匀。通常，冷却水在冷却系内的循环流动路线有两条，一条为大循环，另一条为小循环。所谓大循环是水温高时，水经过散热器而进行的循环流动；而小循环就是水温低时，水不经过 散热器而进行的循环流动，从而使水温升高。2.2水冷系的主要部件一、 散热器功用：增大散热面积，加速水的冷却。冷却水经过散热器后，其温度可降低1015，为了将散热器传出的热量尽快带走，在

18、散热器后面装有风扇与散热器配合工作。散热器又称为水箱，（图2-2）由上水室、散热器芯和下水室等组成。散热器上水室顶部有加水口，冷却水由此注入整个冷却系并用散热器盖盖住。在上水室和下水室分别装有进水管和出水管，进水管和出水管分别用橡胶软管和气缸盖的出水管和水泵的进水管相连，这样，既便于安装，而且当发动机和散热器之间产生少量位移时不会漏水。在散热器 图2-2 下面一般装有减震垫，防止散热器受振动损坏。在散热器下水室的出水管上还有放水开关，必要时可将散热器内的冷却水放掉。1、散热器芯散热器芯由许多冷却管和散热片组成，对于散热器芯应该有尽可能大的散热面积，采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。散热器

19、芯的构造形式有多样，和管带式两种。 图2-3 管片式散热器芯： 冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、下水 室，是冷却水的通道。和圆形断面的冷却管相比，不但散热面积大，而且万一管内的冷却水结冰膨胀，扁管可以借其横断面变形而避免破裂。采用散热片不但可以增加散热面积，还可增大散热器的刚度和强度。这种散热器芯强度和刚度都好，耐高压，但制造工艺较复杂，成本高（图2-3）。 管带式散热器芯： 采用冷却管和散热带沿纵向间隔排列的方式，散热带上的 小孔是为了破坏空气流在散热带上形成的附面层，使散热能力提高。这种散 热器芯散热能力强，制造 工艺简单，成本低，但结构刚度不如管片式大，一 般多为轿车发动机采用，近年

20、来在一些中型车辆也开始采用。 2、散热器盖散热器上的加水口，平时用散热器盖严密盖住，以防止冷却液溢出。如果冷却系中水蒸气过多，压力过大，可能导致散热器破裂，因而需要排出多余的水蒸气；如果冷却系中的水蒸气温度低时发生凝结，压力降低，散热器中形成一定真空，外界大气压力比较高，有可能把散热器压坏，因此要从外界引入空气。目前汽车发动机多采用闭式水冷系，这种冷却系的散热器盖具有自动阀门，（图2-4）发动机热态工作正常时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开。防止水蒸汽逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却水的沸点。当散热器压力增加到一定值后，蒸气阀门打开，蒸气由排出管排出；当散热器压力低到一定程度

21、，空气阀门开启，空气进入。如箭头所示。 图2-4二、风扇功用：提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的冷却。风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴。当风扇旋转时，对空气产生力，使之沿轴向流动。空气流由前向后通过散热器芯，使流经散热器芯的冷却水加速冷却。（图2-5） 风扇有的用发动机带动，也有的用电动机带动（横置常见）。三、水泵功用：对冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却可靠。 图2-5 车用发动机上多采用离心式水泵，离心式水泵具有结构简单、尺寸小、排水量大、维修方便等优点。离心式水泵主要由泵体、叶轮和水泵轴组成，叶轮一般是径向或向后弯曲的，其数目一般为69片。（图2-6）当叶轮

22、旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，在离心力作用下，水被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮成切线方向的出水管压送到发动机水套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。如此连续的作用，使冷却水在水路中不断地循环。如果水泵因故停止工作时，冷却水仍然能从叶轮叶片之间流过，进行热流循环，不致于很快产生过热现象。图2-6四、传统的冷却强度调节装置冷却强度调节装置是根据发动机不同工况和不同使用条件，改变冷却系的散热能力，即改变冷却强度，从而保证发动机经常在最有利的温度状态下工作。传统的改变冷却强度通常有两种调节方式，一种是改变通过散热器的空气流量；另一种是改变冷却液的循

23、环流量和循环范围。1、改变通过散热器的空气流量通常利用百叶窗和各种自动风扇离合器来实现改变通过散热器的空气流量。百叶窗是调节空气流量并防止冬季冻坏水箱，多用人工调节，也有采用自动调节装置的。自动风扇离合器是根据发动机的温度自动控制风扇的转速，调节扇风量以达到改变通过散热器的空气流量，它不仅能减少发动机的功率损失，节省燃油，而且还能提高发动机的使用寿命，降低发动机的噪声。2、改变通过散热器的冷却水的流量通常利用节温器来控制通过散热器冷却水的流量。节温器装在冷却水循环的通路中（一般装在气缸盖的出水口），根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，以达到调节冷却系的冷却强度。节温器有蜡式

24、和乙醚折叠筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器。（1）蜡式节温器蜡式节温器在橡胶管和感应体之间的空间里装有石蜡，为提高导热性，石蜡中常掺有铜粉或铝粉。常温时，石蜡呈固态，阀门压在阀座上。这时阀门关闭了通往散热器的水路，来自发动机缸盖出水口的冷却水，经水泵又流回气缸体水套中，进行小循环。当发动机水温升高时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对反推杆上端头产生向上的推力。由于反推杆上端固定，故反推杆对橡胶管、感应体产生向下反推力，阀门开启，当发动机水温达到80以上时，阀门全开，来自气缸盖 图2-7 出水口的冷却水流向散热器，而进行大循环。（2）冷却系的大循环，小循环当发动机在正

25、常热状态下工作时，即水温高于80，冷却水应全部流经散热器，形成大循环。此时节温器的主阀门完全开启，而侧阀门将旁通孔完全关闭；当冷却水温低于70时，膨胀筒内的蒸汽压力很小，使圆筒收缩到最小高度。主阀门压在阀座上，即主阀门关闭，同时侧阀门打开，此时切断了由发动机水套通向散热器的水路，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在水套与水泵之间进行小循环，从而防止发动机过冷，并使发动机迅速而均匀地热起来；当发动机的冷却水温在7080范围内，主阀门和侧阀门处于半开闭状态，此时一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。节温器是冷却系中用来调节冷却温度

26、的重要机件，它的工作是否正常，对发动机工作温度影响很大，间接地影响了发动机的动力性能和耗油量，因此，节温器不可随便拆除。2.3传统的冷却系统工作过程作过程：水泵强制冷却水循环，冷却水在水套内吸收热量后，流经散热器，将热量散发到空气中，然后再流入水套。如此循环，以保证发动机在最佳用节温器以实现改变通过水箱的冷却液流量。 蜡式节温器，装在节温器座之中，节温器座固定在气缸盖出水口处。常温下，石蜡呈固态，弹簧将主阀门推向上方，使之压在阀座上，主阀门关闭，副阀门随主阀门上移，离开阀座，副阀门打开，形成小循环：由发动机气缸盖出水口流出的冷却液，经水泵又流回气缸体水套。当发动机水温升高时，石蜡逐渐变成液态，

27、体积膨胀，迫使胶管收缩作用在固定不动的反推杆锥面上，从而打开主阀门，当发动机水温近80度时，主阀门开始开启，副阀门尚未关闭；当发动机水温升至90度左右时，主阀门完全开启，副阀门完全关闭，形成大循环：来自气缸盖出水口的冷却液经主阀门沿出水管全部流入水箱冷却，然后又流向水泵循环。冷却液温度越高主阀门升程越大，当水温在100左右时，阀门升程至10.5mm。水温越高，流入水箱的水量越多。当发动机水温介于80-90之间时，两个阀门都部分开启，此时只有部分冷却液流入水箱。发动机将得到适度冷却。节温器就是这样根据发动机的工作温度调节冷却强度。设计要求：通过上面的叙述，可知发动机冷却循环水温度的电动控制应具备

28、以下功能：1.水温自动检测功能：通过温度敏感元件将温度信号转化为随温度高低近似线性变化的电性号。2.信号的处理转换：将温度敏感元件产生的信号将其经过放大整形和A/D转换电路并转换输出能够为MCS-51单片机所识别的0V5V标准信号并将此标准信号送入单片机进行运算、处理。3.水温的显示报警：将处理完的温度值用3个数码管显示出来，当水温低于90度时，绿色LED灯被点亮；当水温高于90度时，红色LED灯被点亮，当水温再次低于90度时，绿色LED灯被点亮。 4.风扇控制：系统具有自动调节风扇转速功能，根据水温的高低，自动调节输入风扇的电压频率以控制其转速。 第三章 硬件描述3.1系统组成框图根据以上的

29、设计要求，结合发动机冷却系统的组成和工作原理，可得出智能控制冷却系统组成框图（如图3-1）汽车发动机发动机循环 水冷却水箱、单片机输入信号输出信号风扇继电器保险水箱变频调速风扇 发动机出水口口温度传感输入信号（监控） 图3-1可见，在此冷却控制系统中，需要多种硬件电路、微处理器、温度敏感元件和执行器。整个硬件结构框图如图3-2所示，以8051为核心，还包括复位电路、时钟电路、传感器信号处理等硬件电路。ECU8051A/D转换电路信号处理电路数码管、LED显示示shi 示风扇控制电路驱动电路通讯电路复位电路时钟电路电源电路图3-2 冷却循环水硬件电路结构框图3.2系统主要硬件1） MCS-805

30、1MCS-51系列8051芯片是一款intel公司生产的8位单片机，+5V供电、40脚封装、4个并行8位I/O口、片内有4KB的程序存储器ROM，和128B的数据存储器RAM，外部数据存储器最大寻址范围可达64KB，并可以对信号进行分析、处理计算和控制输出。综合考虑系统扩展方便性，系统工作可靠性，性价比等因素，8051都非常适合本系统。固选用此芯片作为本系统的核心。本系统中与单片机相连的接口有A/D转换输入、控制接口，数码管显示输出接口和LED显示输出接口，风扇控制输出接口等多种接口电路。2）冷却液温度传感器 此传感器是一个负温度系数（NTC）的热敏电阻。（图3-3） 其电阻值会随着冷却液温度

31、的生高而减小，但不是线性变化关系。其热敏电阻装在一个铜质导热ECU通过 图3-3一个分压电路将热敏电阻的阻值转化为一个变化的电压信号提供给ECU的微处理器，从而监测冷却液 温度的变化。 3.2系统应用电路1）系统电源电路本系统中所有IC的工作电压均为+5V，固系统采用+5V直流电源，（原理图如下图所示）。考虑到工作电压的稳定性和可靠性，本系统采用7805芯片作为电源主芯片，此芯片有3个断子，一为输入端，其输入12V直流电压，一为输出断，其输出稳定的+5V直流电压，另一端为公共断，将其接地。电源电路接入220V交流电后，经过变压器和全波整流电路的到12V电压，并送入CN7805芯片，经芯片转换后

32、得到+5V稳定直流电压，此电路中还接有滤波作用的电容器，从而使输入电压和输出电压稳定，可靠。 图3-42）8051复位和时钟电路所有单片机系统都有复位电路，本系统也不例外，系统采用上电自动复位电路。（电路如下图所示）8051芯片中第9个引脚脚RST是复位信号的输入端，只要在RST端保持两个机器周期（24个时钟周期）的高电平时，变可对单片机实现复位操作。上电瞬间，RST端的电位与Vcc相同。随着充电电流的减小，RST端的电位逐渐下降，直到复位信号消失。便可实现单片机的可靠复位。图3-58051 单片机内部有一个用于构成震荡器的高增益反向放大器，管教 XTAL1和XTAL2分别是反向放大器的输入端

33、和输出端，由于这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成了一个自激振荡器，其振荡频率由片外晶体或陶瓷谐振器的频率决定，晶体的振荡频率的选择范围为1.212MHz一般常用6MHz或12MHz，本系统中选用6MHz的晶振（时钟电路如上图所示）电容C1,C2对频率有微调作用，其容量可在20-60PF之间任选，通常选择30PF的瓷片电容。3）水温信号处理水温检测电路是本系统的关键部分，只有正确的水温信号进入单片机，单片机对风扇的控制才会更加准确，使冷却液和机体各部分的温度处于正常状态，才会保证发动机处于最佳的工作状态。电路中A/D转换器是一种用来将连续的模拟信号转换成适合于数字处理的二进制

34、数的器件，它能将模拟信号转换成对应的数字信号，以供单片机读取和处理。可以认为A/D转换器是一个将模拟信号值编制成对应的二进制码的编码器。水温检测电路的组成框图如下（图3-6）：水 温 传 感 器信号处理放大器采样/保持A/D转换微处理器控制电路图3-6水温检测电路的组成框图用水温传感器测量冷却水温度，此时传感器会产生一个随着水温的变化而比例变化的电信号，此信号经过滤波，放大等处理，便被送到采样保持电路，进行采样处理，并保持一段时间，采样完的信号被送到A/D转换器进行量化编码，然后转换完的信号最终送到微处理器进行运算，处理。图中控制电路是用来控制A/D转换器的采样频率和转换的启动和停止。 单片机

35、对A/D转换器的控制一般分为以下3个步骤：1）单片机通过控制口发出启动转换信号，命令A/D转换器开始转换；2）单片机通过状态口读入A/D转换器的状态，判断它是否转换结束；3）转换结束，单片机则向A/D转换器发出数据输出允许信号，读入转换完成的数据。A/D转换器的主要技术参数： 1. 分辨率它是A/D转换器对微小输入量变化敏感程度的描述，即A/D转换器最低有效位（LSB）所对应的输入模拟量。2. 转换时间它指A/D转换器完成一次转换所需的时间，即从转换启动信号开始到转换结束并得到稳定数字输出量所需的时间。一般称转换时间小于20us的为高速A/D，转换时间为20300us的为中速，转换时间大于30

36、0us的为低速。3. 量程它指A/D芯片所能转换的模拟输入电压的范围，分为单极性、双极性两种类型。A/D转换精度也分为绝对精度和相对精度。分辨率和精度是两个不同的概念，不要把二者相混淆。即使分辨率很高，也可能由于温度漂移、线形度的原因，而使其精度不够。本系统中A/D转换器采用的是ADC0809芯片。ADC0809是一种逐次逼近型的8位A/D转换器件，片内有8路模拟开关，可输入8个模拟量，单极性，量程为0+5V。系统中温度模拟量通过通道IN0输入A/D转换器，再由A/D转换器输入单片机。 其引脚如图3-7所示：IN7IN0：为8通道模拟量信号输入。电压 范围0-5V. ADDA、ADDB、ADD

37、C：通道号选择 信号。 图3-7ALE：地址锁存允许信号ST：启动A/D转换信号，正脉冲有效。D7-D0：数据输出线。可直接和单片机的数据总线相连。 OE：输出使能信号。高电平有效，控制三态 缓冲器向外输出转换后的数据。 OE=0时输出数据为高阻态，OE=1时输出允许。CLK：外接时钟信号，频率范围为10kHz1.2MHz。EOC ：转换结束信号。VREF（+）、VREF（-）：参考电压输入GND：接地。Vcc：+5V工作电源。通常在可采用3种方式来判断是否转换结束：1） 定时传送方式：对与一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的2） 查询方式：A/D转换芯片有表示转换结

38、束的状态信号，例如ADC0809.EOC端口。3） 中断方式：如果把表示转换结束的状态信号（EOC）作为中断请求信号。那么，便可以中断方式进行数据传送。在此我选用定时传送的方式，完成一次A/D转换时间是100us，CLK接8051时钟信号，数码管就可以时时显示冷却水温度。AD转换与单片机接口电路：（图3-8） 图3-8ADC0809的数据线D7D0与单片机的数据总线直接相连，模拟量输入通道地址选择由地址总线A2A0提供。时钟CLK由单片机的ALE信号分频后取得。START，ALE和OE信号分别由单片机的写信号P3.6，读信号.P3.7和P2.7经或非门接入，说明单片机可通过地址线P2.7和读写

39、信号来控制A/D转换器的启动，地址锁存和读入转换数据。4）风扇驱动控制电路本电路采用RS-232C串行通讯标准进行信号传输。电平转换芯片采用MAX232。连接电路图如图（3-9）所示。本电路的功能是实现单片机与风机控制电路之间的通讯。当温度低与设定温度时。单片机给一个信号给风机控制器让它的频率为零，风扇不转。当温度过高时，单片机就调节风扇控制器的变频器使它增大；当温度变小时，单片机一样自动控制它使它频率减小总而达到自动控制温度的目的。水温低电控冷却风扇不工作；只有指示灯绿灯亮。发动机水温慢慢上升。当水温升至90，单片机根据检测来的温度数据处理分析向执行元件变频器发出控制信号，使变频器处在小频率

40、点状态下工作如250HZ。当水温达到95时，单片机又发出指令，使变频器频率升高到另一个频率点500HZ。如果温度还不能得到控制时水温高达100时，单片机经数据分析发出控制指令使变频器频率再升高一个点1000HZ，直到得到控制为止。图3-9第4章 软件描述4.1各程序流程图1）主程序流程图 （图4-1）在主程序中，首先对系统进行上电复位，对系统各个寄存器进行初始化。接下来便运行A/D采样子程序进行水温的数值采集和转换，并送入单片机进行比较判断，若判断此时水温大于90度，则单片机会输出相应频率信号，使风扇开始工作，且随着水温的增高频率不断加大，使风扇转速不断提高，以增强。图4-1 主程序流程图其散热能力，并把红色报警LED灯点亮，然后返回A/D采样程序继续采集水温值；若判断此时水温小于90度，则绿色正常LED灯被点亮，风扇停止工作。然后返回A/D采样程序继续采集水温值，如此循环往复2）A/D采样子程序流程图 AD转换程序一开始便是对系统的初始化，并对堆栈赋初值，后对数据存储地址赋初值，赋完初值后使程序指向ADC0809的0通道地址，送ST脉冲启动转换， 初始化堆栈地址赋初值 开 始 存储地址赋初值指向AD入口地址送脉冲ST 启动AD判断转换直到结束读