中國地質(zhì)大學(xué) 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的液壓、油溫監(jiān)測報警系統(tǒng) 姓 名：學(xué) 號：班級序號：072105指導(dǎo)老師：吳來杰付先成 2014-3-2【摘要】液壓油溫監(jiān)測報警系統(tǒng)利用8051單片機(jī)作為處理控制器，采用DS18B20溫度傳感器和1000系列擴(kuò)散硅壓力傳感器組成測量單元。整個系統(tǒng)有輸入、顯示和報警功能?！娟P(guān)鍵詞】液壓 油溫 監(jiān)測 報警 【正文】一、設(shè)計(jì)要求1、系統(tǒng)能通過按鍵預(yù)設(shè)壓力和油溫值；2、系統(tǒng)能自動監(jiān)測當(dāng)前液壓缸的壓力和液壓油的溫度，并通過液晶顯示器顯示。3、溫度范圍為-50120，壓力范圍為0Mpa20Mpa?？勺杂稍O(shè)定報警門限值，當(dāng)溫度或壓力超過設(shè)定的門限值時，系統(tǒng)報警。4、系統(tǒng)能提供足夠

2、的功率，報警燈足夠亮，報警聲足夠大。二、方案的設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)方案整體框圖8051單片機(jī)溫度傳感器DS18B20電源模塊擴(kuò)散硅壓力傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC08091062液晶顯示器報警器報警驅(qū)動電路鍵盤接口電路串行通信接口2、系統(tǒng)工作原理整個系統(tǒng)采用溫度傳感器和壓力傳感器對信號進(jìn)行采集，其中溫度傳感器DS18B20能直接獲取數(shù)字信號并實(shí)時傳輸至單片機(jī)。1000系列擴(kuò)散硅壓力傳感器獲取所需信號后，經(jīng)過對信號的濾波和放大電路的放大，傳輸至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并讀入8051單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后將處理后的結(jié)果在LED顯示屏上顯示出來。系統(tǒng)中設(shè)有按鍵電路，可設(shè)置液壓

3、系統(tǒng)的壓力和油溫值，使系統(tǒng)在不同的狀況下工作，增加系統(tǒng)的靈活性。系統(tǒng)中設(shè)有顯示電路部分，經(jīng)過單片機(jī)處理后的溫度和油溫?cái)?shù)據(jù)可由顯示模塊顯示出來，增加了系統(tǒng)的實(shí)用性。系統(tǒng)中還設(shè)有報警電路。當(dāng)所測量的壓力和油溫超出預(yù)設(shè)值時，觸發(fā)報警電路，向外界發(fā)出警報。三、主要元器件的選擇1、單片機(jī)選擇80C51是8位單片機(jī)中一個最基本、最典型的芯片型號。其特性如下：1.1、有256個RAM單元，其中前128個單元為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器；另外還有4KB掩膜ROM，用于存放程序和原始數(shù)據(jù)；1.2、片內(nèi)有兩個16位的定時器/計(jì)數(shù)器，用于實(shí)現(xiàn)定時或技術(shù)功能，并以其定時或計(jì)數(shù)結(jié)果對單片機(jī)進(jìn)行控制；1.3、有4個8位并行I/O口，

4、以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出；1.4、一個全雙工串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送；1.5、有5個中斷源，即外中斷2個，定時/計(jì)數(shù)中斷2個，串行中斷1個；1.6、內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列。這里對80C51采用40引腳雙列直插式DIP封裝，引腳圖如下： 2、溫度傳感器選擇根據(jù)系統(tǒng)所要求的測量范圍和精度，選擇DS18B20溫度傳感器。DS18B2溫度傳感器的主要特性如下：2.1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電2.2、獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)

5、現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊2.3、DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫2.4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)2.5、溫度范圍：55125，在-10+85時精度為±0.52.6、可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫2.7、在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快2.8、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一

6、線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力2.9、負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如下：2.10、DS18B20引腳定義：(1)DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；(2)GND為電源地；(3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 3、液壓壓力傳感器的選擇根據(jù)系統(tǒng)所要求的測量范圍和精度，選擇1000系列擴(kuò)散硅壓力傳感器。1000系列擴(kuò)散硅壓力傳感器的主要特性如下：選

7、擇020MPa 1000系列擴(kuò)散硅壓力傳感器。該類型傳感器屬于擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器，擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)，采用IC工藝擴(kuò)散四個等值應(yīng)變電阻，置于硅膜片上，組成惠斯登電橋，不受壓力作用時，電橋處于平衡狀態(tài)，當(dāng)受到壓力（或壓差）作用時，電橋的一對橋臂電阻變大，另一對變小，電橋失去平衡，若對電橋加一恒定的電壓，便可檢測到對應(yīng)于所加壓力的電壓信號，從而達(dá)到測量液體、氣體壓力大小的目。1000系列擴(kuò)散硅壓力傳感器技術(shù)參數(shù)長期漂移0.1%FS/年（非累積值）精度±0.25FS零點(diǎn)失調(diào)±1%FS過載壓力2FS破壞壓力3FS工作溫度-40121存儲溫度-40125

8、補(bǔ)償溫度-1080零點(diǎn)溫漂±0.25%/10滿程溫漂±0.25%/10壓力循環(huán)108介質(zhì)兼容316或304不銹鋼1000系列擴(kuò)散硅壓力傳感器電氣技術(shù)參數(shù)傳感器輸出0100mV供電510V DC輸出阻抗2K5K輸出阻抗2K5K連接四線制變送器輸出420mA或05V DC工作電壓936V DC最大回路電阻（Vmax-Vmin）/20 K(電流輸出)連接3線制（05V）2線制（420mA）選擇3線制，10V供電，05V輸出的壓力傳感器。由此，傳感器對系統(tǒng)有兩點(diǎn)特殊的要求，即系統(tǒng)必須有+10V供電電源和AD轉(zhuǎn)換器。10電源可選用MAX660對5V進(jìn)行倍壓獲得，AD轉(zhuǎn)換器選用16位串

9、行的ADS1110芯片。四、電路設(shè)計(jì)1、復(fù)位電路62、時鐘電路61、復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需給8051的復(fù)位引腳REST加上大于2個機(jī)器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可得復(fù)位，復(fù)位時，PC初始化為0000H，使單片機(jī)從OUT單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外由于程序運(yùn)行出錯或操作錯誤而使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵使得REST腳為高電平，重新啟動。2、時鐘電路時鐘電路對單片機(jī)系統(tǒng)而言是必需的。由于單片機(jī)內(nèi)部是由各種各樣的數(shù)字邏輯器件(如觸發(fā)器寄存器存儲器等)構(gòu)成，這些數(shù)字器件的工作必須按時間順序完成，這種時間順序就稱為時序.時鐘電路就是提供單片機(jī)內(nèi)部各種操作的時間基準(zhǔn)的電路,沒有時鐘電路單片機(jī)就無法工作。該設(shè)計(jì)采用由內(nèi)部方式產(chǎn)生時鐘的方法形成時鐘電路，如圖所示：3、單片機(jī)最小系統(tǒng)4、溫度傳感器接口電路5、壓力傳感器接口電路6、報警電路7、鍵盤接口電路8、LCD顯示電路9、整體電路五、PCB板的設(shè)計(jì)1、布線前2、PCB板布線3、PCB板3D視圖六、實(shí)習(xí)心得通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會了Protel99se軟件的基本操作，在為期兩周的實(shí)習(xí)中，我從未遲到早退，沒有一次無故曠到，在實(shí)習(xí)過程中遇到不懂的問題及時向同學(xué)、老師請教。這次實(shí)習(xí)上手容易精通難，經(jīng)過這兩周的認(rèn)真學(xué)期，雖不