机电一体化课程方案设计书梁天江.docx

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机电一体化课程方案设计书梁天江

机电一体化课程设计

——基于单片机的液压、油温监测报警系统

姓名：

梁天江

学号：

20081004528

班级序号：

072084-31

指导老师：

吴来杰

付先成

袁勇

2012-2-24

【摘要】

液压油温监测报警系统利用8051单片机作为处理控制器，采用DS18B20温度传感器和1000系列扩散硅压力传感器组成测量单元。

整个系统有输入、显示和报警功能。

【关键词】

液压油温监测报警

【正文】

一、设计要求

1、系统能通过按键预设压力和油温值；

2、系统能自动监测当前液压缸的压力和液压油的温度，并通过液晶显示器显示。

3、温度范围为-50℃—120℃，压力范围为0Mpa—20Mpa。

可自由设定报警门限值，当温度或压力超过设定的门限值时，系统报警。

4、系统能提供足够的功率，报警灯足够亮，报警声足够大。

二、方案的设计

1、系统方案整体框图

2、系统工作原理

整个系统采用温度传感器和压力传感器对信号进行采集，其中温度传感器DS18B20能直接获取数字信号并实时传输至单片机。

1000系列扩散硅压力传感器获取所需信号后，经过对信号的滤波和放大电路的放大，传输至A/D转换器进行A/D转换，将采集到的模拟信号转换成数字信号并读入8051单片机进行数据处理，最后将处理后的结果在LED显示屏上显示出来。

系统中设有按键电路，可设置液压系统的压力和油温值，使系统在不同的状况下工作，增加系统的灵活性。

系统中设有显示电路部分，经过单片机处理后的温度和油温数据可由显示模块显示出来，增加了系统的实用性。

系统中还设有报警电路。

当所测量的压力和油温超出预设值时，触发报警电路，向外界发出警报。

三、主要元器件的选择

1、单片机选择

80C51是8位单片机中一个最基本、最典型的芯片型号。

其特性如下：

1.1、有256个RAM单元，其中前128个单元为内部数据存储器；另外还有4KB掩膜ROM，用于存放程序和原始数据；

1.2、片内有两个16位的定时器/计数器，用于实现定时或技术功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制；

1.3、有4个8位并行I/O口，以实现数据的并行输入/输出；

1.4、一个全双工串行口，以实现单片机和其他数据设备之间的串行数据传送；

1.5、有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个；

1.6、内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。

时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。

这里对80C51采用40引脚双列直插式DIP封装，引脚图如下：

2、温度传感器选择

根据系统所要求的测量范围和精度，选择DS18B20温度传感器。

DS18B2温度传感器的主要特性如下：

2.1、适应电压范围更宽，电压范围：

3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电

2.2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯

2.3、DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温

2.4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内

2.5、温度范围：

－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃

2.6、可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温

2.7、在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快

2.8、测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力

2.9、负压特性：

电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

DS18B20内部结构主要由四部分组成：

64位光刻ROM、温度传感器、非挥

发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的外形及管脚排列如下：

2.10、DS18B20引脚定义：

（1）DQ为数字信号输入/输出端；

（2）GND为电源地；

（3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

3、液压压力传感器的选择

根据系统所要求的测量范围和精度，选择1000系列扩散硅压力传感器。

1000系列扩散硅压力传感器的主要特性如下：

选择0～20MPa1000系列扩散硅压力传感器。

该类型传感器属于扩散硅压阻式压力传感器，扩散硅压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应，采用IC工艺扩散四个等值应变电阻，置于硅膜片上，组成惠斯登电桥，不受压力作用时，电桥处于平衡状态，当受到压力（或压差）作用时，电桥的一对桥臂电阻变大，另一对变小，电桥失去平衡，若对电桥加一恒定的电压，便可检测到对应于所加压力的电压信号，从而达到测量液体、气体压力大小的目。

1000系列扩散硅压力传感器技术参数

长期漂移

0.1%FS/年（非累积值）

精度

±0.25FS

零点失调

±1%FS

过载压力

2FS

破坏压力

3FS

工作温度

-40℃～121℃

存储温度

-40℃～125℃

补偿温度

-10℃～80℃

零点温漂

±0.25%/10℃

满程温漂

±0.25%/10℃

压力循环

≥108

介质兼容

316或304不锈钢

1000系列扩散硅压力传感器电气技术参数

传感器

输出

0～100mV

供电

5～10VDC

输出阻抗

≥2K～5KΩ

输出阻抗

2K～5KΩ

连接

四线制

变送器

输出

4～20mA或0～5VDC

工作电压

9～36VDC

最大回路电阻

（Vmax-Vmin）/20KΩ（电流输出）

连接

3线制（0～5V）

2线制（4～20mA）

选择3线制，10V供电，0—5V输出的压力传感器。

由此，传感器对系统有两点特殊的要求，即系统必须有+10V供电电源和AD转换器。

10电源可选用MAX660对5V进行倍压获得，AD转换器选用16位串行的ADS1110芯片。

四、电路设计

1、复位电路

复位是单片机的初始化操作，只需给8051的复位引脚REST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可得复位，复位时，PC初始化为0000H，使单片机从OUT单元开始执行程序。

除了进入系统的正常初始化之外由于程序运行出错或操作错误而使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键使得REST脚为高电平，重新启动。

2、时钟电路

时钟电路对单片机系统而言是必需的。

由于单片机内部是由各种各样的数字逻辑器件（如触发器寄存器存储器等）构成，这些数字器件的工作必须按时间顺序完成，这种时间顺序就称为时序.时钟电路就是提供单片机内部各种操作的时间基准的电路,没有时钟电路单片机就无法工作。

该设计采用由内部方式产生时钟的方法形成时钟电路，如图所示：

3、单片机最小系统

4、温度传感器接口电路

5、压力传感器接口电路

6、报警电路

7、键盘接口电路

8、LCD显示电路

9、整体电路

五、PCB板的设计

1、PCB板布线

2、PCB板3D视图

六、实习心得

此次机电一体化实习，我不仅了解并熟悉了Protel99se软件，会设计简单的原理图和PCB电路板，而且还复习了以前学习过的单片机、电工学等知识，更重要的是结合机电一体化和传感器的选择，接口技术，能通过自己的努力，独立完成一个系统的设计。

我想，这些都对我以后的工作有很大的帮助。

也要感谢几位老师的耐心指导，为大家解决设计中的问题和不足。

在今后的学习和工作中，我一定继续加强机电一体化领域的学习和研究，争取在本专业做出一定的成绩。

再次感谢老师在机电一体化课程实习中的指导和帮助。