鼓式制动器设计.docx

1、鼓式制动器设计 鼓式制动器温度监控系统设计鼓式制动器温度监控系统设计摘 要：针对鼓式制动器失效问题设计了一套自动降温控制系统，主要是对制动器的温度控制，系统通过温度传感器测试刹车片实时温度，经过信号转换传给单片机进行分析处理，控制继电器淋水阀喷水降低制动器温度，以提高鼓式制动器的可靠性，保证行车制动安全。关键词：鼓式制动器；降温；单片机序 言1第1章 课题分析与方案论证21.1课题任务分析21.2设计方案2第2章 软件使用介绍32.1Keil软件.32.2Proteus仿软真件的介绍.3第3章 单片机最小系统.43.1 STC89C51RC单片机43.2电源电路83.3时钟电路93.4复位电路

2、9第4章 软件电路114.1程序流程图.114.2软件程序.114.3 程序编译.164.2Protuse仿真18第5章 硬件电路215.1电阻 .215.2电容器215.3晶振.215.4 1N4148二极管225.5 TIP41-NPN型三极管.235.6温度传感器DS18B20.23第6章 应用系统实现.245.1硬件连接.245.2程序下载.25参考文献28致 谢29序 言 司机驾车，尤其是在长时间下坡、急转弯的盘山路上行驶时要频繁地使用刹车，这就对刹车片的性能提出了较高的要求，可以这样说：刹车系统是人身安全的重要保障。众所周知，现在的刹车系统是利用刹车片之间的磨擦来实现减速的，但磨擦

3、会产生热量，频繁的使用刹车，产生的大量热量不可能及时的散去，因此刹车片和车轮的温度迅速升高。任何东西都有一个承受极限，当温度升高到一定程度时，汽车的制动效能就会下降。尤其是鼓式制动器，由于其制动效能的稳定性较差，温度的升高很容易引起制动效能的下降。因此可能发生刹车失灵的严重后果直接威胁到车内人员的生命。为此，我想到给车设计安装一个对车轮及刹车片温度进行实时监控，并能自动采取应对措施的系统来解决这个问题，从而达到提高行车的安全系数的目的。本说明书共分为六章，第一章课题分析与方案论证；第二章对软件使用进行介绍；第三章对单片机最小系统进行分析；第四章对系统的软件进行了分析；第五章对硬件进行了分析；第

4、六章介绍了应用系统的实现。 第1章 课题分析与方案论证1.1课题任务分析 本课题主要实现鼓式制动器温度监控，当制动器温度达到100时，水泵喷水，当温度达到120时，水泵大量喷水。在Protuse仿真时，用电机代替水泵，当温度达到100时电机开始转动，当温度达到120时，电机快速转动。本设计将介绍一种基于单片机的温度控制系统。该系统采用STC89C51单片机为核心，通过STC89C51单片机驱动数字温度传感器DS18B20，从而驱动水泵。1.2方案论证 1.2.1方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测试温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可

5、以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。1.2.2方案二进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测量温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。第2章 软件使用介绍2.1Keil软件Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C

6、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。用过汇编语言后再使用C语言来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。2.2Proteus仿软真件的介绍Proteus是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机

7、软件仿真系统。该软件的特点： （1）全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。 （2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 （3）目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 （4）支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，可仿真51、A

8、VR、PIC。第3章 单片机最小系统3.1 STC89C51RC单片机MCS-51系列单片机常用机型有8051、8751、89C51等，简称51单片机，均使用Intel8051内核，指令系统与引脚完全兼容，仅内片ROM形式有所不同：分别为PROM、EPROM、EEPROM。而STC89C51RC单片机是新一代超强抗干扰/高速/低功率的单片机，指令代码完全兼容传统80C51单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。STC89C51RC具有以下特点：1)增强型 1T 流水线/精简指令集结构 8051 CPU 。2)工作电压：5.5V - 3.4V（5V单片机）/ 3.8V - 2.0

9、V（3V单片机）。3)工作频率范围：0 - 35 MHz，相当于普通8051的 0420MHz.实际工作频率可达48MHz。4)用户应用程序空间12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K 字节。5) 片上集成 512 字节 RAM 。6) 通用I/O口（27/23个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）；可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏；每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA 。7)ISP（ 在系统可编程）/IAP（ 在应用可编程）， 无需专用编程器。可通过串口（P3.0/P3.1） 直接下

10、载用户程序， 数秒即可完成一片。8)EEPROM 功能。 9)看门狗 。10)内部集成MAX810专用复位电路（ 外部晶体20M以下时， 可省外部复位电路）。11)时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C 振荡器；用户在下载用户程序时， 可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟；常温下内部R/C 振荡器频率为：5.2MHz 6.8MHz；精度要求不高时， 可选择使用内部时钟， 但因为有温漂， 应认为是4MHz 8MHz 。12)共2个16位定时器/计数器。 13）外部中断2路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。14）PWM(4路）/P

11、CA（可编程计数器阵列），也可用来再实现4个定时器也可用来再实现4个定时器或4个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可支持)。15）ADC,10位精度ADC，共8路。16）通用异步串行口(UART)。17）SPI同步通信口，主模式/从模式 。18）工作温度范围：0 - 75 / -40 - +85。19）封装：PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20。 图3-1 STC89C51RC单片机 图3-2 STC89C51RC单片机引脚图STC89C51RC有40条引脚，共分为端口线、电源线、控制线三类,现将各引脚分别说明如下：1.电源线。Vcc：+

12、5V电源电压。Vss：+5V电源地端。2.端口I/O(P0、P1、P2、P3)。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P1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

13、，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

14、。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1-1所示： 表1-1 51单片机P3口引脚的第二功能引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（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）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。3.控制线。1).外接晶体引脚:XT

15、AL1：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。2).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。3).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

16、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。 4)./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。5). /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）。 综上所述，51单片机的引脚从名称上反映出功用，并且具有下列特点： （1）功

17、能多，引脚数少，许多引脚具有第二功能。 （2）对外呈三总线形式：地址总线：P0口、P2口合成16位。数据总线：P0口8位。 控制总线：由ALE、/PSEN、RST、/EA、/INT0、T0、T1、/WR、/RD 共10个引脚构成。 要让单片机“动起来”的基本前提是具有提供给单片机的电源、时钟和复位电路，这就是“单片机最小系统”。STC89C51RC单片机最小系统，其中，电源、晶振电路、复位电路的硬件连接是常用的标准电路。3.2电源电路题目：鼓式制动器温度监控系统要求：当温度达到100度时，电机开始转动。当温度达到120度时，电机加速转动。 图3-3 鼓式制动器温度监控系统模拟图本次试验的电源电

18、路采用USB接口的供电方式，以导线接USB+5V口，另一端插面包板左竖列孔。USB的GND用导线接至右端孔。元器件在面包板上装好后，将元器件的正极汇集至左竖列孔，元件接地端汇集至右端。如下图3-4： 图3-4插在电脑上的USB口供电图3.3时钟电路MCS-51单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡电路，XTAL1为振荡电路的输入端，XTAL2为振荡电路的输出端。MCS-51的时钟可以由内部方式或外部方式产生。内部方式时钟电路利用MCS-51内部的振荡电路，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡。定时元件一般采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。晶体可以在1.2

19、至12MHz之间任选，电容可以在5至30pF之间选择，电容C01，C02的大小，可起频率微调作用。上述电路可以用示波器观察到XTAL2输出的正弦波。外部方式的时钟电路，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，但需保证脉冲宽度，通常为频率低于12MHz的方波信号。 图4-5 时钟电路-内部（左）外部（右）3.4复位电路 STC89C51RC复位就是在满足51最小系统其他工作条件下，让RST管脚保持高电平（通常0.7Vcc以上电压）维持至少两个机器时钟，以引导单片机复位，之后RST管脚恢复为低电平。一般有手动复位和自动上电复位两种。 图4-6 两种复位电路图4-6(a)为

20、上电自动复位电路。上电瞬间RST/Vpd端的电位与Vcc相同，随着RC电路充电电流的减少，RST/Vpd端的电位逐渐下降。只要该端保持10ms以上的高电平就能使MCS-51单片机有效地复位。图4-6(b)为按钮复位电路。当按下复位按钮时，电源对外接电容充电，是RST/Vpd端为高电平。复位按钮松开后，电容通过内部下拉电阻放电，逐渐使RST/Vpd端恢复低电平。而本次实验选用的是上电复位。 第4章 软件电路4.1程序流程图Y N Y N YN 图4-1程序流程图4.2软件程序#include REG51.H#include INTRINS.H#define uchar unsigned char

21、#define uint unsigned intuchar temp;uint temperature =0;uint temperature1 =0;sbit DQ = P11;sbit FAN = P10; unsigned int value,a,b;/* 延时函数 */void Delay(uint time) /大约延时2time+5us while( time- );/* DS18B20初始化函数 */void Init_18B20(void) DQ = 1; /初始为高 Delay(10); /延时15us左右 DQ = 0; Delay(80); /延时480960us DQ

22、 = 1; Delay(30); /延时等待/* DS18B20读一字节函数 */unsigned char ReadOneChar(void) unsigned char i = 0; unsigned char dat = 0; for (i = 8; i 0; i-) DQ = 0; dat = 1; DQ = 1; if(DQ)dat |= 0x80; /从最高位开始读 Delay(15); return (dat);/* DS18B20写一字节函数 */void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i = 0; for (i =

23、 8; i 0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; /从最低位开始写 根据时许来写的 Delay(5); DQ = 1; dat=1; /数据右移一位 /* 读取温度函数*/unsigned int Read_Temperature(void) EA=0; Init_18B20(); WriteOneChar(0xCC); /发送跳过ROM指令 WriteOneChar(0x44); /发送存储器命令 Init_18B20(); WriteOneChar(0xCC); /发送跳过ROM指令 WriteOneChar(0xBE); /读暂寄存器命令 a = ReadOneCh

24、ar(); /低八位 b = ReadOneChar(); /高八位 value=(b8)|a; /将低八位，高八位合起来到一个变量中 return(value); EA=1;void InitTimer0(void) TMOD = 0x01; /16位定时器模式 TH0 = 0xD8; TL0 = 0xF0; EA = 0; / 关掉所有的中断 ET0 = 1; / T0的中断 TR0 = 0; / T0不计时/*函数说明： 主函数*/void main(void)InitTimer0(); while(1)/主循环 temperature=Read_Temperature(); tempe

25、rature1=temperature&0x0fff; if(temperature&0xf000)=0xf000) FAN = 0; EA = 0; TR0 =0; else if(temperature1=0x0640)&(temperature10x0780) EA = 1;TR0 =1; if(0x0780=temperature1) FAN = 1;EA = 0;TR0 =0; void Timer0Interrupt(void) interrupt 1 TH0 = 0xD8; TL0 = 0xF0; FAN=FAN;4.3 程序编译将已经编好的程序复制下来，在Keil uVisio

26、n3软件中进行编译，打开Keil uVision3，点击工程，然后新建工程。然后在桌面上新建一个文件夹，打开文件夹，取文件名为“1”。如图4-2 图4-2 新建文件夹 然后选择Atmel-AT89C51，如图4-3所示： 图4-3选择Atmel-AT89C51然后将编好的程序复制进来进行编译，编译好后进行添加，如图4-4所示： 图4-4 编译程序 生成“1.hex”件，如图4-5所示： 图4-5 生成hex文件4.3Protuse仿真4.3.1Proteus中各元件的元件图4.3.1.1AT89C51截图，如图4-6： 图4-6 单片机AT89C514.3.1.2 DS18B20截图，如图4-7： 图4-7 温度传感器DS18B204.3.1.3直流电动机截图 ，如图4-8： 图4-8 直流电动机4.3.2Proteus仿真电路，如图4-9，4-10，4-11 图4-9 仿真图 (未运行状态) 图4-10 仿真图 （温度大于100小于120)