姚翔宇機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì).

1、機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓 名： 姚翔宇學(xué) 號(hào)：20111002495班 級(jí)：一072112指導(dǎo)老師：吳來杰付先成2014年9月目錄一、選題背景 1.二、設(shè)計(jì)要求 1.三、選題目的 2.四、 方案論證 3.五、電路分析 5.1.8031 單片機(jī)最小系統(tǒng) 5.2. 壓力檢測及放大電路 6.3. 溫度檢測及放大電路 7.4.A/D 轉(zhuǎn)換電路 8.5. 外接鍵盤電路 9.6.LCD 液晶顯示電路 9.7. 蜂鳴器報(bào)警電路 1.1.8. 電源電路 1.1.9. 總電路原理圖 1.2.六、電路原理圖轉(zhuǎn)化 PCB板 12七、PCB 3D電路板13八、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) 1.4.、選題背景機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械

2、技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信 息技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜 合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù)，現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都 是機(jī)電一體化的設(shè)備。機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)作為機(jī)械電子專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，考察學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行分析問題和解決問題的能力?？茖W(xué)合理 地安排課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容.使學(xué)生即能在有限的時(shí)間內(nèi)掌機(jī)電一體化設(shè) 備的設(shè)計(jì)過程，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和解決實(shí)際問題能力，又能 訓(xùn)練學(xué)生抓住問題的主要矛盾有針對性的加以深入的研究是課程設(shè) 計(jì)成功與否的關(guān)鍵所在。本文就機(jī)電一體化的應(yīng)用，學(xué)習(xí)使用 protel 99,設(shè)計(jì)并繪制電 路原理圖和印刷電路板。謹(jǐn)遵老

3、師的指導(dǎo)，重在練習(xí)該軟件的使用和 對電路的設(shè)計(jì)思考，做出如下實(shí)習(xí)報(bào)告。二、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一基于單片機(jī)的電路板控制系統(tǒng)， 用來檢測液壓油油、壓油 溫檢測系統(tǒng)，其中壓力 P=0-16MPa油溫T=0-120C，設(shè)計(jì)并繪制電 路原理圖和印刷電路板圖。第i頁三、選題目的從 20 世紀(jì)中葉以來， 隨著微電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其廣泛應(yīng)用， 人類進(jìn)入了電子時(shí)代、計(jì)算機(jī)時(shí)代。半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)， 促進(jìn)了微電子科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)向機(jī)械工業(yè)滲透， 由此產(chǎn)生了機(jī) 械電子工程。計(jì)算機(jī)控制和電子控制已經(jīng)成為當(dāng)前實(shí)現(xiàn)機(jī)械控制的主 要方式，在這種形勢下，機(jī)電一體化技術(shù)開始出現(xiàn)在人們的視野中， 并發(fā)展得越來越快。 它從

4、根本上改變了機(jī)械制造業(yè)的面貌， 提高了機(jī) 電產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力。說機(jī)電一體化的連接機(jī)械和電子、 氣壓、液壓等相關(guān)的的關(guān)鍵技 術(shù)，在微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、及信息處理技術(shù)的高速發(fā)展，消費(fèi) 者對高性能、 高自動(dòng)化的機(jī)械化產(chǎn)品提出了更高的要求， 也就是要求 我們從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化行業(yè)的技術(shù)人員掌握機(jī)電一體化技 術(shù)的重要性所在。機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)有：機(jī)械技術(shù)；電腦技術(shù)；系統(tǒng)技 術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；傳感檢測技術(shù)；侍服傳動(dòng)技術(shù)。這次課程設(shè)計(jì)， 一方面是讓我們從理論走到實(shí)踐， 另一方面也是 鞏固之前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)特別是單片機(jī)方面的知識(shí)， 能夠從整體的高 度上根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)出有效的單片機(jī)系統(tǒng)。

5、 練習(xí)使用電路設(shè)計(jì)軟件 PR0TEL9,熟悉和了解基本的操作，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)需求獨(dú)立設(shè)計(jì)和布 局出合理的電路原理圖（SCH和電路板圖（PCB。系統(tǒng)化針對實(shí)際 問題的解決和設(shè)計(jì)思路， 掌握獨(dú)立解決問題的方法， 為即將面臨的社會(huì)實(shí)踐打好基礎(chǔ)四、方案論證 單片機(jī)控制的液壓油溫檢測系統(tǒng)中， 其要檢測的指標(biāo)有油壓和 油溫兩個(gè)。 油壓的檢測要用壓力傳感器， 而油溫的檢測要用溫度傳感 器。傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。 敏感元件直接感受被測量， 并以確定的關(guān)系輸出某一物理量。 轉(zhuǎn)換元 件將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量。 基本轉(zhuǎn)換電路將 電路參數(shù)量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量。 電

6、量通過整流電路的輸出電壓不是理想的平滑直流， 而是單方 向的脈動(dòng)直流， 即除了直流分量以外還有許多交流分量。 所以要針對 電源的負(fù)載特性選擇合適的濾波電路。 濾波電路就是使單向脈動(dòng)直流 變成平滑直流的電路，常用電阻，電容和電感組合而成。 由于傳感器檢測到的信號(hào)經(jīng)整流， 濾波放大電路后輸出的是模 擬信號(hào)，（如電壓，電流，頻率等） 。這些信號(hào)計(jì)算機(jī)是識(shí)別不了的， 所以要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換電路的功能是將連續(xù)變化的模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)處理。通過A/D轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)進(jìn)入MCS-51單片機(jī)， 通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)檢測和控制功能。 本系統(tǒng)中要控制油溫和油壓， 還 要在油溫

7、和油壓超過設(shè)定的額定值時(shí)， 系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。 所以要通過顯 示器， 鍵盤和報(bào)警電路來實(shí)現(xiàn)。第 3 頁其中：1. 液壓壓力傳感器采用油壓傳感器選型為應(yīng)變式壓力傳感器;2. 油溫傳感器選型為AD590油溫傳感器；3. A/D轉(zhuǎn)換芯片采用ADC08094. 單片機(jī)采用8031；5.I/0 擴(kuò)展采用8155；6.鍵盤、顯示接口采用6264。第 4 頁第 5 頁五、電路分析1.8031單片機(jī)最小系統(tǒng)IXT11XTC二3-6 7J cf ;: : !r1 MU tttFtCAP13INT 12151419CC31IEviCA?gFLD:-Tc1L16T170EAX?XI X：RESET匣WR?2CPXP22

8、?23P24P2?26P27RXDTXD ALE?P5ENS03L單片機(jī)采用型號(hào)為8031，單片機(jī)的內(nèi)部4KB片內(nèi)程序存儲(chǔ)器, 128字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，2個(gè)定時(shí)器和1個(gè)全雙工異步串通訊接口, 其外部電路包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。2. 壓力檢測及放大電路插座J外接一應(yīng)變式壓力、檢測傳感器，插座上的1、2腳將控制板中的+6V及-6V電源引出向傳感器供電，3、4腳為傳感器輸出的 差動(dòng)信號(hào)。三個(gè)運(yùn)算放大器組成差動(dòng)放大電路， 對傳感器輸出信號(hào)進(jìn) 行放大，其中R17用于調(diào)節(jié)零點(diǎn)，R15用于調(diào)整放大倍數(shù)。HQ316油壓傳感器表壓（G）060Mpa （最大）00.5kPa （最?。┙^壓（A）060Mpa （最

9、大）05kPa （最小）負(fù)壓（B）-100kPa60Mpa-0.20.2Mpa精度等級(jí)0.10.250.5供電電源1536VDC輸出信號(hào)420mA （二 /三線制）（010/20mA）05V15V010V工作溫度-4080 C補(bǔ)償溫度-2070 C熱電偶E型代號(hào)WRK分度號(hào)E測量范圍0800C輸出信號(hào)420mA3. 溫度檢測及放大電路K型熱偶放大電路，K型熱電偶接在接口 P2上，電路中ADOP07 及其周圍電阻構(gòu)成放電器，增益為 240.9 , R20 R21R22是1/4W的金 屬膜電阻，精度20%; R23R24是 10圈線繞電位器；C4是濾波電容， 采用精度為20%、耐壓為50V的漏電小

10、的電解電容，它與 R20組成 濾波電路。因?yàn)闊犭娕嫉碾妱?dòng)勢很小，如果漏電大就會(huì)產(chǎn)生漂移。此放大電路最右端的接口與 ADC0809勺INT4電流輸入接口進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換，從而將電流信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，從而將溫度傳給單片機(jī)。第 8 頁4. A/D轉(zhuǎn)換電路v.rrrr1 SiingrLfTTnrQ I 1 d a-=岸廠 -E E n nDDA d An 石訂HlXDOXBjOEmU41;1413OALEUULE STAStT CLOCKfflFF2嘆2-=f-lr.lAM： L ；第 9 頁第 # 頁ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，CMO工藝, 可實(shí)現(xiàn)8路模數(shù)信號(hào)的分時(shí)采集，片

11、內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼器電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右IN-7IN-0是模數(shù)輸入通道，ADC0809寸輸入信號(hào)的電壓要求是05V, 若信號(hào)過小還需要進(jìn)行放大。另外，模擬輸入量在A/D轉(zhuǎn)換過程中其 值不應(yīng)該有變化，對變化快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路5. 外接鍵盤電路單片機(jī)10 口的擴(kuò)展通過74LS373和8255完成。地址鎖存器控制8255的輸出端口選擇，D07直接接單片機(jī)做輸入信號(hào)，PA PC作為 擴(kuò)展端口進(jìn)行輸出接鍵盤和 LCD液晶顯示器。6. LCD液晶顯示電路LCD1602: +5V電壓，對比度可調(diào)，內(nèi)含復(fù)位電路；提供各種控 制命令，如：清屏，字符

12、閃爍，光標(biāo)閃爍，顯示位移等多種功能；有 80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM內(nèi)建160個(gè)5*7點(diǎn)陣的字符發(fā)生器CGR0M8個(gè)可由用戶自定義的5*7字符發(fā)生器CGRAMLCD1602實(shí)物圖11Mrtu 1x- cos B B V V R R E D D5P26P22DBK:PO*KO1-911RpooPOLCD 16023 4 5 6 7 DBDBDBDBDBBG VCC BGGND12131516處cVC03PO04PO05PO06p曠PO1602其中RS,R/W,E為LCD1602控制接口，由單片機(jī)的P,P,P進(jìn)行控制,DB0-DB7為數(shù)據(jù)接口，由8255的PC 口進(jìn)行控制。第 11 頁7.蜂

13、鳴器報(bào)警電路VCCrJtDnZED：iP23/QlNEN11r S1gpEAKI RR18nt100一當(dāng)接收到來自單片機(jī)P23 口的輸出信號(hào)后，三極管 Q1導(dǎo)通，報(bào) 警器報(bào)警8.電源電路第ii頁9.總電路原理圖六、電路原理圖轉(zhuǎn)化 PCB板第 12 頁七、PCB 3D電路板參考文獻(xiàn)：Protel 99 SE印刷電路板設(shè)計(jì)教程肖玲妮 袁增貴 編 清華大學(xué)出版社單片機(jī)基礎(chǔ)（第3版）李廣弟 朱月秀 冷祖祁 編北京航空航天大學(xué)出版社八、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)兩周的機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束， 感覺時(shí)間過得很快。 從開始有些不進(jìn) 狀態(tài)，到后來我能獨(dú)立設(shè)計(jì)出一些簡單的電路并完成任務(wù)， 我收獲很大， 不僅從 實(shí)踐環(huán)節(jié)中學(xué)到了很多知識(shí)，同時(shí)也提高了自身的實(shí)踐能力。當(dāng)然，在這次機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)中我也遇到了不少問題， 不知道如何下手， 也就出現(xiàn)了不進(jìn)狀態(tài)的情況。 只能去找關(guān)于軟件使用的書籍， 還有以前學(xué)過的單 片機(jī)的知識(shí)，從整體電路的設(shè)計(jì)把握到每一個(gè)電子元件的性能、 軟件庫中的尋找。 整個(gè)過程中，我深刻地認(rèn)識(shí)到， 在運(yùn)用專業(yè)知識(shí)來解決實(shí)際問題時(shí)， 很難找到突 破口。原因就在于我們用在實(shí)踐上的時(shí)間太少了， 還不能熟練地將所學(xué)的理論知 識(shí)應(yīng)用于實(shí)際中， 還有就是缺乏一個(gè)完整的知識(shí)體系，