機電一體化課程設(shè)計---基于單片機的液壓系統(tǒng)油壓

1、 學生姓名： 學生學號： 班級序號： 指導老師： 目錄一課程設(shè)計的題目及任務(wù)要求3二課程設(shè)計的目的及意義3三 系統(tǒng)方案論證4四 各單元電路分析與設(shè)計51. 油壓檢測電路52. 油溫檢測電路63. A/D接口電路74. 單片機擴展電路85. 鍵盤接口電路86. LED顯示接口電路97. 報警電路108. 電源電路10五 電路原理圖及PCB圖111.電路原理圖112. PCB圖12六 課程設(shè)計小結(jié)13一課程設(shè)計的題目及任務(wù)要求 設(shè)計一個基于單片機的液壓系統(tǒng)油壓，油溫檢測裝置，其中，壓力P=015MPa，油溫T=080。要求設(shè)計并繪制電路原理圖和印刷電路板（PCB圖），內(nèi)容包括：（1）繪制電路原理圖

2、（2）繪制印刷電路版圖（3）撰寫設(shè)計報告二課程設(shè)計的目的及意義 機電一體化技術(shù)在當代社會的生產(chǎn)，生活中有著舉足輕重的作用。在工程機械的典型產(chǎn)品鉆機中，到處可見機電一體化知識的應(yīng)用。 機電一體化是指機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進了電子技術(shù)，并將機械裝備和電子設(shè)備以及軟件等有機的結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。也就是說機電一體化的連接機械和電子、氣壓、液壓等相關(guān)的的關(guān)鍵技術(shù)，在微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、及信息處理技術(shù)的高速發(fā)展，消費者對高性能、高自動化的機械化產(chǎn)品提出了更高的要求，也就是要求我們從事機械設(shè)計制造及自動化行業(yè)的技術(shù)人員掌握機電一體化技術(shù)的重要性所在。 機電一體化的關(guān)鍵

3、技術(shù)有：（1）機械技術(shù)（2）計算機及信息處理技術(shù)（3）系統(tǒng)技術(shù)（4）自動控制技術(shù)（5）傳感檢測技術(shù)（6）侍服傳動技術(shù)。在新的歷史背景下，同時因也是個知識爆炸的年代，不管是對祖國經(jīng)濟的發(fā)展，還是一個很現(xiàn)實的問題：對自己將來的發(fā)展，對于掌握、精通這門技術(shù)都尤為的顯得重要。 本次的課程設(shè)計旨在學習應(yīng)用機電一體化的知識設(shè)計電路，學習應(yīng)用protel99SE繪制電路原理圖，PCB圖，這對以后在機電方向的學習，工作都是非常必要的。51系列單片機A/D轉(zhuǎn)換接口電路信號調(diào)理放大及濾波電路液壓壓力傳感器4*4鍵盤電路3 系統(tǒng)方案論證油液溫度傳感器蜂鳴器報警電路8位LED顯示信號調(diào)理放大及濾波電路 1.單片機控制

4、的液壓油溫檢測系統(tǒng)中，其要檢測的指標有油壓和油溫兩個。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?；巨D(zhuǎn)換電路將電路參數(shù)量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量。 2.電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載特性選擇合適的濾波電路。濾波電路就是使單向脈動直流變成平滑直流的電路，常用電阻，電容和電感組合而成。 3 .由于傳感器檢測到的信號經(jīng)整流，濾波放大電路后輸

5、出的是模擬信號，（如電壓，電流，頻率等）。這些信號計算機是識別不了的，所以要進行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換電路的功能是將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以適應(yīng)計算機處理。 4 .通過A/D轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號，該信號進入MCS-51單片機，通過單片機來實現(xiàn)檢測和控制功能。本系統(tǒng)中要控制油溫和油壓，還要在油溫和油壓超過設(shè)定的額定值時，系統(tǒng)發(fā)出報警。所以要通過顯示器，鍵盤和報警電路來實現(xiàn)。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、 鍵盤、顯示接口采用8279。4、 A/D轉(zhuǎn)換芯片采用ADC0809。5、 單片機采用8031。6、 I

6、/0擴展采用8155。4 各單元電路分析與設(shè)計1. 油壓檢測電路 以油壓檢測及放大電路為例，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信號。三個運算放大器組成差動放大電路，對傳感器輸出信號進行放大，其中R36用于調(diào)節(jié)零點，R37用于調(diào)整放大倍數(shù)。油溫檢測系統(tǒng)采用相同系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)分別接在AD0809的p01和p06兩個輸口。2. 油溫檢測電路 溫度傳感器采用熱電偶傳感器。本原理圖是K型熱電偶的放大電路。C4是濾波電容，它與R20組成濾波電路。 此放大電路最右端的接口與ADC0809的INT4接口進行AD轉(zhuǎn)換，將

7、信號傳給單片機。3. A/D接口電路ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，CMOS工藝，可實現(xiàn)8路模數(shù)信號的分時采集，片內(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)換時間為100us左右。IN-7IN-0是模數(shù)輸入通道，ADC0809對輸入信號的電壓要求是05V，若信號過小還需要進行放大。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，本課題中的油壓及油溫的變化不會很快，所以不必采用采樣保持電路。A、B、C是地址線，設(shè)置P0.1P0.3口經(jīng)過地址鎖存后接A、B、C地址線。ALE地址鎖存允許信號，A、B、C地址

8、狀態(tài)進入地址鎖存器中，由P2.0及WR控制地址鎖存。START轉(zhuǎn)換啟動信號，上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零，下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持低電平，由P2.0及WR控制轉(zhuǎn)換信號。D7D0數(shù)據(jù)輸出線，和單片機的P0口直接連接。EOC輸出允許信號，用于控制三態(tài)門。4. 單片機擴展電路 單片機采用型號為89cs51，89S51單片機的內(nèi)部4KB片內(nèi)程序存儲器，128字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，2個定時器和1個全雙工異步串通訊接口。其外部電路包括時鐘電路和復(fù)位電路。5. 鍵盤接口電路為了減少鍵盤和單片機接口時所占用I/O口線的數(shù)目，此系統(tǒng)采用了串行口控制的鍵盤接口，擴展了4×4的行列式

9、鍵盤，用以輸入油壓、油溫的報警設(shè)定值。采用8255可編程輸入輸出接口芯片，它具有3個8位的并行I/O口，具有三種工作方式，可通過程序改變其功能。RESET:復(fù)位輸入線，當該輸入端外于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。 CS:片選信號線，當這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8155與CPU進行通訊。 RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8155通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 wR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入。6. LED顯示接口電路采用編號為DPY

10、_7-SEG_DP的兩塊LED，分別顯示油壓及油溫。7. 報警電路單片機的PB4、PB5、PB6引腳通過限流電阻、容與三極管基極相連，三極管的集電極接有報警器。8. 電源電路 由于電路電壓為6v，故需把220V交流變成低壓直流，由四個組成部分:降壓整流濾波穩(wěn)壓。5 電路原理圖及PCB圖1.電路原理圖2. PCB圖6 課程設(shè)計小結(jié) 本次的機電一體化課程設(shè)計，課題為油溫，油壓檢測系統(tǒng)。通過本次的課程設(shè)計，我對protel99SE這款軟件的應(yīng)用有了初步的認識，同時，也鞏固了我電學及單片機方面的基礎(chǔ)知識。在這次機電一體化課程設(shè)計中我發(fā)現(xiàn)了很多問題，對于出現(xiàn)的問題，我們就的去翻閱以前的專業(yè)書籍來復(fù)習，以前學的大多是理論性極強的東西，而這次卻遇到了一個實際的應(yīng)用問題。在課程設(shè)計開始之