2016机电一体化课程设计

机电一体化课程设计报告

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指导老师：

2018年3月

一、设计题目及设计要求

单片机的油压、油温检测系统设计，设计一个基于单片机的油压、油温检测系统。其中：压力P=0-16Mpa；油温T=0-120：

要求设计并绘制电路原理图和印刷电路板（PCB图）：

1.绘制电路原理图；

2.绘制印刷电路版图；

3.撰写设计报告书；

二、课程设计的目的及意义

机电一体化是微电子技术向传统机械工业领域迅速渗透的过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴的综合性学科。机电一体化技术一方面极大地提高了机电产品的性能，另一方面又极大地提高了产品生产系统的生产效率。近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机技术与电电子技术日益得到普遍重视和广泛的应用，它已经遍及人们的日常生活和国民经济各个领域。

现代数学信号处理的发展趋势之一是在通用的硬件上借助软件实现复杂的功能，伴随对软件依赖性的增加，软件的开发成本也相应提高，甚至出现赶超硬件投入的趋势。

机电一体化是指机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进了电子技术，并将机械装备和电子设备以及软件等有机的结合起来所构成的系统的总称。也就是说机电一体化的连接机械和电子、气压、液压等相关的的关键技术，在微电子技术、计算机技术、及信息处理技术的高速发展，消费者对高性能、高自动化的机械化产品提出了更高的要求，也就是要求我们从事机械设计制造及自动化行业的技术人员掌握机电一体化技术的重要性所在。

机电一体化的关键技术有：

1.机械技术；

2.计算机及信息处理技术；

3.系统技术；

4.自动控制技术；

5.传感检测技术；

6.侍服传动技术。

在新的历史背景下，同时因也是个知识爆炸的年代，不管是对祖国经济的发展，还是一个很现实的问题：对自己将来的发展，对于掌握、精通这门技术都尤为的显得重要。

而这次课程设计，一方面让我们从理论到实践的一个联系，另一方面也是温

习和巩固所学的专业知识特别是单片机方面的知识，对于单片机系统能够从整体上认识和把握，能够从整体的高度上根据实际需求设计出有效的系统。接触和学习一种相当有效的电路设计软件PROTEL99，熟悉和了解基本的操作，能够根据设计需求独立设计和布局出合理的电路原理图（SCH）和电路板图（PCB）。系统化针对实际问题的解决和设计思路，掌握独立解决问题的方法，为即将面临的社会实践打好基础，都是非常必要的。

为了更好设计出油温、油压检测系统，就必须了解液压油油温过高的危害及液压系统压力失常对液压系统工作性能的影响。

（1）液压油油温过高的危害：

1.液压油黏度、容积效率和液压系统工作效率均下降，泄漏增加，甚至使机械设备无法正常工作。

2.液压系统的零件因过热而膨胀，破坏了相对运动零件原来正常的配合间隙，导致摩擦阻力增加、液压阀容易卡死，同时使润滑油膜变薄、机械磨损增加，结果造成泵、阀、马达等的精密配合面因过早磨损而使其失效或报废。

3.加速橡胶密封件老化变质，寿命缩短，甚至丧失其密封性能，使液压系统严重泄漏。

4.油液汽化、水分蒸发，容易使液压元件产生穴蚀；油液氧化形成胶状沉积物，易堵塞滤油器和液压阀内的小孔，使液压系统不能正常工作。

（2）液压系统压力失常对液压系统工作性能的影响：

1.液压系统不能实现正确的工作循环，特别是在压力控制的顺序动作回路中。

2.执行部件处于原始位置不动作，液压设备根本不能工作。

3.出现噪声，执行运动部件速度显着降低，甚至产生爬行。

本次设计题目旨在控制和检测液压系统的液压和液压油的温度，以防系统的压力或者油温的变化而导致的系统工作不稳定。另外，机电一体化课程设计作为机械电子专业的实践教学环节,考察学生综合运用所学专业知识进行分析问题和解决问题的能力。科学合理地安排课程设计的内容，使学生即能在有限的时间内掌机电一体化设备的设计过程,培养学生的工程设计能力和解决实际问题能力,又能训练学生抓住问题的主要矛盾有针对性的加以深入的研究是课程设计成功与否的关键所在。

三、方案设计及系统工作原理

（1）方案设计

整个系统设计采用单片机与高精度传感器结合的方式，即用单片机完成人机界面，系统控制，信号分析处理，由前端温度传感器和压力传感器完成信号的采集与转换。

系统整体框图如下：

（2）系统工作原理

整个系统拟采用压力传感器和温度传感器对所需的信号进行采集，当获取所需的信号之后，经过对信号的滤波和放大电路的放大号，传输至A/D转换器进行A/D转换，将采集到的模拟信号转化为数字信号，最后将数字信号读入8051单片机内，经过单片机的数据处理后，最后将处理后的结果显示出来。

在系统中，设置按键电路，当按键按下，向单片机输入信号，单片机接收信号后，可改变预设的压力和油温值，使系统能够在不同的状况下工作，增加了系统的灵活性。系统中还设计有显示电路部分，经单片机处理后的数据，可由显示模块将所测量的压力和油温显示出来，增强了系统的实用性。此外，当所测量的油温或压力超出了预设值之后，系统会自动触发报警装置，向外界发出警报。合理性论证：在系统的设计过程中，经检查，系统的原理是可行的，方案布置的也比较合理，因此，该设计方案是可行的、合理的。

四、各单元电路分析与设计

（1）单片机选择：

单片机的选择在整个系统中至关重要，需要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求。在本次的设计中，选择最常用到的51系列单片机。

AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机，片内含有4KB的掩膜ROM，用于存放程序和原始数据；内部数据存储器包括RAM（128×8）和RAM地址寄存器，用于存放可读/写的数据。

AT80C51单片机有如下特性：

①片内含有两个16位的定时器/计数器，用于实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制；

②有4个8位并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出；

③内部含有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；

④内部有时钟电路，为单片机产生时钟脉冲序列；

AT80C51单片机共有40个管脚，介绍如下：

①4个8位的并行输入/输出口线：P0.0~P0.7/P1.0~P1.7/P2.0~P2.7/P3.0~P3.7

②地址锁存控制信号ALE，用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。

③外部程序存储器读选通信号PSEN,Z在读外部ROM时有效，实现外部ROM单元的读操作；

④访问程序存储器控制信号EA，当为低电平时，对ROM的读操作是针对外部程序存储器的；当信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。

⑤复位信号RST，当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用于完成单片机的复位操作；

⑥外界晶体引线端XTAL1和XTAL2，当使用芯片内部时钟时，用于外接石英晶体谐振器和微调电容；当使用外部时钟时，用于接入外部时钟脉冲信号；

⑦地线GND和电源接口VCC；

单片机引脚图如下所示：