汽车发动机水箱温度监控器的设计

汽车发动机水箱温度监控器的设计 本科毕业设计说明书(论文) 第 1 页 共36 页 1绪论 1.1课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 背景及意义 随着当代科学技术的发展，大量高科技不断被运用到汽车系统中去，推动着汽车工业的快速发展。由于在我们的日常生活中汽车是重要的代步工具，其性能的好坏，以及使用寿命等都直接决定汽车的好坏。因此，在汽车的设计过程中，对其发动机水 [1]箱温度的测试是必不可少的。 在发动机使用过程中，水箱温度是至关重要的环节，也是个比较棘手的问题。如果温度很高，再加之发动机工作时产生很高的热量，若是水箱的散热效果不好，或水箱亏水，电子扇、节温器等元件损坏都极易造成发动机水箱温度过高。若不及时将这些过多热量散发掉而仍然持续高负荷驾驶，就会使活塞、活塞环、连杆等部件的强度降低，甚至变形，承受不了正常的负荷，同时也会破坏各零件间的正常间隙，使零件间不能保持正常的油膜，轻则会使发动机拉缸、拉瓦，重则还会使整个发动机损坏甚 [2]至报废。本文的主要内容，就是设计出发动机水箱温度监测装置，并实现报警等功能，以保障发动机正常工作和不必要的损坏。 随着现代汽车的发展，尤其是对车自身的安全要求的提高，对汽车发动机水箱温度控制系统的需求量会大幅增加，并且技术要求也会提高。 随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制已应用到人们的生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题，针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。 对发动机水箱温度的监控，可以避免由于发动机温度很高，使活塞、活塞环、连杆等部件的强度降低，甚至变形，承受不了正常的负荷，同时也会避免破坏各零件间的正常间隙，使零件间不能保持正常的油膜。 1.2课题研究的现状 发动机水箱温度过高会使得发动机停止工作，汽车也就无法正常的行驶，若是停 本科毕业设计说明书(论文) 第 2 页 共36 页 留在高速公路及交通繁忙的路段上会给自己和他人带来很大的不便，严重的甚至会引发交通事故。如果可以在水箱温度过高前显示当前的水箱温度或者是进行报警，则会避免一些不必要的麻烦，对汽车发动机本身也起到很好的保护。 到目前为止，国内的有关汽车发动机的研究所和高校已经进行了相关的研究，但是仍没有研制出比较优良的测试途径。温度，已经成为限制发动机发展的瓶颈项目。 [3]国家有关部门积极推动着这方面的发展。 1.3 课题研究的主要内容 本课题主要是要完成基于桑塔纳系列AJR型发动机水箱温度监控器的设计，温度传感器选用半导体二极管作为检测元件，按照系统设计功能要求，完成信号调理电路、显示电路、扫描驱动电路、报警电路等总体电路的设计及编程。 信号处理电路，把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、光强等...但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到MCU或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。 本次设计采用的是动态显示，动态显示控制的基本原理是，8051单片机依次发出段选控制字和对应哪一位LED显示器的位选控制信号，显示器逐个循环点亮。适当选择扫描速度，利用人眼“留光”效应，使得看上去好像这几位显示器同时在显示一样， [4]而在动态扫描显示控制中，同一时刻实际上只有一位LED显示器被点亮。 技术要求: 1)测温范围为,50?,100?，水箱温度超过75?时，报警电路声光报警。 2)允许误差 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 论证 要设计一个测试系统，就必须了解其测量原理，这样才可以进一步地设计系统的 本科毕业设计说明书(论文) 第 3 页 共36 页 硬件部分和软件部分。本系统所要测量的参数主要是汽车发动机的水箱温度。 温度的测量方法有很多，目前主要的测量方法有:热电阻测温，热电偶测温，集成温度传感器测温，二极管测温等。 2.1 热电阻测温 热电阻测温的原理是:根据导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的性质，通过测量电阻值来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示被测对象的温度值。常用的低温电阻计有铂电阻温度计(适用范围14–900K)、铑铁电阻温度计(0.1–500K)、碳电阻温度计(0.01–100K)、玻璃碳电阻温度计(1.5–300K)等。选用铂电阻温度计测量温度。但在实验中发现，当温度在300–30K 左右时，所测温度值比较温度，而当温度低于30K 左右后，温度显示仪表上读数开始发生波动，并且随着温度的进一步下降，温度漂移越来越剧烈，已经 [5]远远超出了实验允许的误差范围，所以不适合本实验的要求。 2.2 热电偶测温 热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路。由于两种不同金属所携带的电子数不同，当两个导体的二个执着点之间存在温 温度差越大，电差时，就会发生高电位向低电位放电现象，因而在回路中形成电流,流越大，这种现象称为热电效应，也叫塞贝克效应，热电偶就是利用这一效应来工作的。 其优点是测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。而且测量范围广。常用的热电偶从-50-+1600?均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-271--+2800?如金铁镍铬和钨-铼。还有就是构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非 [6]常方便。但是其冷端的温度不易调零，所以在很多场合的应用中有所限制。 2.3 集成温度传感器测温 集成温度传感器测温可直接输出与热力学温度成正比的电流信号，在输出端串联一个电阻则转换成电压信号，其优点是不像热电偶测温，集成温度传感器进行测温的 本科毕业设计说明书(论文) 第 4 页 共36 页 时候不需要参考点，其抗干扰能力强，互换性好，但是成本比较高，也不适合本次设 [7]计中使用。 2.4 二极管测温 图1是二极管在低温下正向电流分别为200μ,、100μ,和50μ,时的正向电压降温度曲线。由上述特性曲线可知，在液氮温区以及液氮以上的温区，硅二极管温度计的正向电压降温度特性近似为直线，这对实现用电子仪器进行温度的数字显示，以及自动控温很有用处。在实际使用二极管作为测温元件时，常在二极管两端并联一 [8]只小电容以避免因二极管的检波效应而使天电干扰讯号进入测量仪表。 图1 硅和砷化镓二极管的正向电压降-温度特性 任何一个普通的二极管(例如 IN4148)，从原理上讲，都可以作为一个优良的、具有一定精度的电子温度计的传感元件，因为二极管在温度每升高1度时，其正向压降将降低2mV。 2.5 本课题所选测温方案 本科毕业设计说明书(论文) 第 5 页 共36 页 最终根据本课题的任务要求，选择二级管作为温度传感器。本测试系统所要测量温度，所以从成本和精度等综合因素来考虑，所以选择使用二极管作为测温传感器。 3 系统的硬件设计 本测试系统硬件电路主要有传感器电路，信号调理电路、模数转换电路、单片机电路，LED显示电路组成。其中，信号调理电路包括放大电路、滤波电路。测试系统测量获得的温度数据存储在单片机中，经处理后通过LED显示。测试系统硬件电路系统框图如图2所示。 温度传感器 单片机处理 信号调理 AD转换 LED显示 采集温度 图2测试系统硬件电路系统框图 3.1 二极管的选择以及二极管测温电路 任何一个普通的二极管(例如 IN4148)，从原理上讲，都可以作为一个优良的、具有一定精度的电子温度计的传感元件，因为二极管在温度每升高1度时，其正向压 [9]降将降低2mV。 二极管测温部分是温度测试系统的核心环节，也是第一个环节，它是将温度信号转换成电信号的电路。其电路图如图3所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 6 页 共36 页 图3 二极管测温电路图 在图3中，测温二极管接在输入端，温度每升高一度，二极管的正向压降就减少2mv，此时Vo就会发生变化，Vo变化的值与二极管所处的温度有关，所以可以达到温度测量的目的。 3.2 信号调理电路 传感器输出的测量信号一般都比较微弱，因而在大多数情况下都需要放大电路。放大电路主要用来将传感器输出的测量信号进行放大，为测试系统提供高精度的模拟 [10]输入信号，它对测试系统的精度起着关键作用。 信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等„)来改变输入的讯号类型并输出之。因为工业信号有些是高压，过流，浪涌等，不能被系统正确识别，必须调整理清之。 A/D芯片只能接收一定范围的模拟信号，而传感器把非电物理量变换成电信号后，并不一定在这一范围内。传感器输出的信号有时还必须经放大等措施后，才能送A/D转换器。 本科毕业设计说明书(论文) 第 7 页 共36 页 本课题集成运放选用LM324放大器，LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图5所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo” (-)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号为输出端。两个信号输入端中，Vi- 与该输入端的位相反;Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入 [11]端的相位相同。 LM324放大器的元件图如图4所示: 图4 LM324管脚图 二极管测温调理电路如图5所示。图中反馈电容，起滤波并稳定电路的作用。 本科毕业设计说明书(论文) 第 8 页 共36 页 图5 二极管测温调理电路 如图5所示，二极管接入输入端，Vo的变化与二极管的电压有关，从而Vo1的值与V1有关。相关表达式:Vo1= -Vo?R2/R1 。 经过调理后的电压信号在送入A/D转换之前，需要进行放大，放大电路如图6所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 9 页 共36 页 图6信号调理电路图 如图6所示，放大电路首先通过R14进行调零，即在输入为零的情况下调节R14使得输出也为零。完成调零工作后，Vo1接入放大器的输入端，此时可以通过调节R10来改变放大倍数，使得Vo2符合A/D转换的输入电压要求。 3.3 A/D转换电路 传感器输出的模拟信号，需要转换成数字信号，才可以被计算机识别和处理，这时就要用到A/D转换电路。A/D转换在测控系统中是非常重要的环节，在以单片机和计算机为核心的系统中是不可或缺的一部分。一般分为串行A/D和并行A/D,并行式A/D转换器是目前转换速度最快，转换原理最直观的A/D转换技术，主要用于瞬态信 本科毕业设计说明书(论文) 第 10 页 共36 页 号采集，快速波形记录与存储，视频信号采集及高速数字通讯技术领域。此处，我们 [12]选用ADC0809为核心来实现模数转换功能。 ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。 ADC0809的主要特性是: 1)8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2)具有转换起停控制端。 3)转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs(时钟为500kHz时) 4)单个+5V电源供电 5)模拟输入电压范围0,+5V，不需零点和满刻度校准。 6)工作温度范围为-40,+85摄氏度 7)低功耗，约15mW。 下面简单介绍一下本设计所用到的引脚的功能: IN0,IN7:8路模拟量输入端。 2-1,2-8:8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。 ALE:地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START: A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲(至少100ns宽)使其启动(脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换)。 EOC: A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。 OE:数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK:时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF(+)、REF(-):基准电压。 Vcc:电源，单一+5V。 [13]GND:地。 本科毕业设计说明书(论文) 第 11 页 共36 页 ADC0809引脚图如图7所示: 图7 ADC0809引脚图 ADC0809的工作过程: 首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。 1)定时传送方式 对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周 本科毕业设计说明书(论文) 第 12 页 共36 页 期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 2)查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。 3)中断方式 把表明转换完成的状态信号(EOC)作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据 [14]总线，供单片机接受。 本课题采用的A/D转换电路如图8所示。 图8 A/D转换电路图 工作原理简单说明: A/D转换主要用中断方式来实现，通过WR和RD以及P2.7来实现对AD转换启动及转换之后结果输出，当WR和P2.7不都为高电平时，ALE有效，锁存通道号;当WR 本科毕业设计说明书(论文) 第 13 页 共36 页 和P2.7都为高电平时，START有效，开始转换;当AD转换完成时，ADC0809的EOC为高电平，触发单片机中断;P2.7和RD不都为低电平时，OE有效，读出A/D转换结果。 3.4 单片机及其接口电路 由于单片机具有体积小，重量轻，价格便宜，功耗低，控制能力强以及运算速度快等特点，因而在各个领域都得到了广泛的应用。 本课题采用采用8051单片机。 单片机电路系统框图如图9所示。 数据采集 存储 电路 MUC8051 时钟 复位 电路 电路 并行通讯 接口图9 单片机电路系统框图 电路 3.4.1 单片机简介 下面就本次设计中所用到的引脚作简单的介绍。其引脚图如图10所示。 ALE/PROG 地址锁存控制信号:在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。(在后面关于扩展的课程中我们就会看到8051扩展 EEPROM电路，当CPU对外部进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即P0口输出。ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时，ALE信号负跳变(即由正变负)将P0口上 本科毕业设计说明书(论文) 第 14 页 共36 页 低8位地址信号送入锁存器。当ALE是低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致。 在没有访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡周期频率输出(即6分频)，当访问外部存储器以1/12振荡周期输出(12分频)。从这里我们可以看到，当系统没有进行扩展时ALE会以1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定 [15]时脉冲使用。 P0口的功能: 1)外部扩展存储器时，可当做数据总线或地址总线; 2)不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 P1口只做I/O口使用:其内部有上拉电阻。 P2口有两个功能: 1)扩展外部存储器时，当作地址总线使用; 2)做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。 P3口有两个功能: 除了作为I/O使用外(其内部有上拉电阻)，还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。 有内部EPROM的单片机芯片(例如8751)，为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的。 本科毕业设计说明书(论文) 第 15 页 共36 页 图10 8051单片机引脚图 3.4.2 时钟电路 晶振电路是单片机的心脏，它控制着单片机工作的节奏，8051单片机允许的时钟频率典型值是12MHz。 电容C1和C2的作用有两个:其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用，其典型值是30pf。 时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。它产生一定频率的脉冲信号作为整个系统的时钟，在这个时钟下，单片机系统所进行的所有的操作都按着此节拍有序的进行着。任何一个计算机系统，包括嵌入系统，都需要有一个时钟电路。MCS-51系列单片机芯片内都有一个由反相放大器所构成的振荡电路。XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。时钟产生的方式有两种:外部方式和内部方式。 外部方式的时钟电路如图11所示。XTAL2浮空，XTAL1接外部振荡源。一般只有当整个单片机系统已有时钟或者为了取得时钟上的同步，可以采用此方式。 本科毕业设计说明书(论文) 第 16 页 共36 页 图 11 外部时钟方式 内部方式时钟电路如图12所示。在XTAL1和XTAL2之间外接晶振元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。外接振荡电路的原因，是因为晶振的集成度很低，很难将其集成到芯片中，所以大多数芯片厂商都是将晶振电路做成外接形式，使用时只需要在XTAL1和XTAL2之间接上一定频率的晶振就可以和芯片内部的振荡电路作用产生所需要的振荡脉冲。 图12 内部时钟方式 在本系统中，并没有可以使用的时钟，而且没有必要取得时钟上的同步，因此该测试电路的时钟方式采用内部方式。外接晶振以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中，这时内部振荡器就会产生自己振荡。外部电容C1和C2的取值，虽然没有严格的要求但是电容的大小多少会影响振荡频率的高低、振荡器的稳 本科毕业设计说明书(论文) 第 17 页 共36 页 定性、起振的快速性。C1和C2的典型值在20pF,100pF之间选取，通常选择30pF左右;外接陶瓷谐振器时，C1和C2的典型值约为47pF。在设计印刷电路板的时候，需要注意将晶振和电容尽量靠近单片机，以减少寄生电容的影响。电容的大小对振荡 [16]频率有微小的影响，可以起到频率微调的作用。 晶振电路如图13所示: 图13晶振电路图 3.4.3 复位电路 复位电路如图14所示。 为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V?5%，即4.75,5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。 复位电路工作原理如图14所示，VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位;几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S，则C放电。S松手，则C又充电，在10K电 本科毕业设计说明书(论文) 第 18 页 共36 页 阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。 图14 复位电路图 3.5 显示电路 本设计采用的是LED显示。 LED是英文单词的缩写，主要含义:LED = Light Emitting Diode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件它可以直接把电转化为光。 LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗(单管0.03-0.06瓦)，电光功率转换接近100%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A;这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 显示电路可以分静态显示和动态显示。 动态显示控制的基本原理是，8051单片机依次发出段选控制字和对应哪一位LED显示器的位选控制信号，显示器逐个循环点亮。适当选择扫描速度，利用人眼“留光”效应，使得看上去好像这几位显示器同时在显示一样，而在动态扫描显示控制中，同 [18]一时刻实际上只有一位LED显示器被点亮。 静态显示方式无须以延时方式逐位送段选码，只要在译码之后，传送段选码就可以了。 本次设计采用的是动态显示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 19 页 共36 页 显示电路如图15所示: 图15 显示电路图 由于单片机输出的是二进制码，并非BCD码，所以要进行驱动转换。驱动芯片选用4511.其引脚如图16所示。 4511是双列直插16脚封装，它将BCD标准代码变换成驱动七段数码管所需的信号。其中四线A~D为BCD码输入端。高电平有效。A为低位输入端，D为高位端。七段a~g输出高电平以驱动共阴极数码管发光。LE为锁存控制端，高点平时能够锁 [19]存输入的BCD码。LT为灯测试反相控制端，BI为消隐反相控制端。 图16 4511引脚图 本科毕业设计说明书(论文) 第 20 页 共36 页 驱动电路图如图17所示: 图17 驱动电路图 3.6 报警电路 本次设计中采用声光报警的方式来实现报警。 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。两种蜂鸣器又分有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，这里的源特指振荡源;有源蜂鸣器直接加电就可以响起，无源蜂鸣器需要我们给提供振 [20]荡源。理想的振荡源为一定频率的方波。 根据设计要求，在这里选择有源蜂鸣器。 报警电路如图18所示: 本科毕业设计说明书(论文) 第 21 页 共36 页 图18 报警电路图 工作原理:当水箱温度达到设定的报警温度时，P2.7口为高电平，进行声光报警。 3.7 电源设计 为了满足测试系统的存储式要求，整体电路就需要采用内部电源供电的方式，即使用电池为测量电路提供电源电压。为了保证测试系统能够稳定地正常工作，选用何种电池、所选用电池的性能就显得非常重要。 电池的能量通常以Ah(安时)为单位，它表示电池所能工作的时间。负载电流越大，则其工作时间越短;负载电流越小，则其工作时间越长，它们之间是反比的关系。 电池的种类有很多，常用的有铅蓄电池、铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池。锂离子电池、银锌电池以及积层电池等。每种电池都有其适用环境。 铅蓄电池应用极其广泛，可以反复利用，其内阻极小，可以提供很大的电流，用它给汽车的发动机供电，瞬时电流可达二十多安培，这是迄今为止其他任何电池都不可替代的，但是体积太大，不方便携带。 铅酸电池，其容量没有锂电池大，同样容量的铅酸电池的体积是锂离子电池体积 本科毕业设计说明书(论文) 第 22 页 共36 页 的几倍，但由于其价格便宜，而且可以充电反复使用，因此在工业控制中使用较为广泛。 镍镉充电电池，其外观和锰锌电池干电池一样，只不过是其材料是镍钢，成本高，但是可以反复充电使用。镍镉电池电压只有1.2V，在某些场合不适合使用。镍镉其电阻小，当电流较大时，路端电压很大;但是其缺点就是存在残留记忆性。也就是说，当电池还有1/2还没有用完时就进行充电，只能充进总容量的1/2，而且下一次的放电量也只是这次冲入的电量，以前的1/2空间就会被堵死，再也不能充电使用了。因此，虽然理论上说充电可达上千次，但是一般充放电数百次之后便不宜再使用。 锂电池拥有高能量密度，供电量较大，内阻小，多用于消费类电子设备中，例如用于照相机驱动卷片电机和手机通讯设备中。有一种可充电的块状锂电池，其能量很大，可以提供7.2Ah的电流，即为在1A的电流条件下，可以工作7.2h。而且体积和 [21]重量相对较小。显然，它的性能远优于镍镉电池和镍氢电池。 车载电源就是一种24V的蓄电池，本次课题是汽车水箱温度监测，所以采用的是车载电源，但是要通过电路将其转化为本设计电路中所需的5V的正负电压。 电源供电电路如图19所示: 图19 电源供电电路 本科毕业设计说明书(论文) 第 23 页 共36 页 4 系统的软件设计 硬件离不开软件，软件语言一般有汇编语言，C语言等，我在本课题中采用汇编语言进行软件部分的编程。 汇编语言(AssemblyLanguage)是面向机器的程序设计语言。在汇编语合中，用助记符(Memoni)代替操作码，用地址符号(Symbol)或标号(Label)代替地址码。这样用符号代替机器语言的二进制码，就把机器语言变成了汇编语言。于是汇编语言亦称为符号语言。使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程序，汇编程序是系统软件中语言处理 [22]系统软件。汇编程序把汇编语言翻译成机器语言的过程称为汇编。 在本设计中，测试电路部分的程序采用单片机编程实现。单片机程序主要包括:主程序 、数据采集、数据处理、数据显示、报警。 4.1 主程序 主程序主要完成初始化，控制程序的流向，调用子程序等功能，其流程图如图20所示: 本科毕业设计说明书(论文) 第 24 页 共36 页 开始 初始化 N 有触发, 等待中断 N 有中断, 进入中断 图20主程序流程图 按照上面的流程图，其执行过程主要分为以下几个步骤: 1)上电复位后，程序从0000H开始执行; 2)清RAM单元，初始化标志位，设置堆栈，初始化A/D; )鉴别有无触发信号，如有则进入下一步，如无则继续鉴别; 3 4)进入等待;如出现中断，则进入中断程序，否则继续等待。 4.2 数据采集子程序 本科毕业设计说明书(论文) 第 25 页 共36 页 数据采集，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。数据采集的目的是为了测量电压、电流、温度、压力或声音等物理现象。基于PC的数据采集，通过模块化硬件、应用软件和计算机的结合，进行测量。尽管数据采集系统根据不同的应用需求有不同的定义，但各个系统采集、分析和显示信息的目的却都相同。 数据采集的流程图如图21所示: 本科毕业设计说明书(论文) 第 26 页 共36 页 初始化 START上升沿 开始转换 N EOC=1? N OE=1? 数据采集 图21 数据采集流程图 4.3 数据处理子程序 数据处理子程序将单片机接收的二进制转换为BCD码，再由4511芯片将BCD码转换为七段码，送LED显示。 单字节二进制无符号数最大为255，因此最多可转换为3位BCD码。在这个二进制数中所包含的64H的个数，即为BCD码的百位数;减去百位数后的余数中所包含的 本科毕业设计说明书(论文) 第 27 页 共36 页 0AH的个数，即为BCD码的十位数;减去十位数的余数，即为BCD码的个位数。单字节二进制无符号数转换成BCD码就是将00H-FFH范围里的二进制数转换为BCD数(0-256)。 数据处理子程序如图22所示: 取操作数 64H的个数 BCD码的百位 减去百位数后的余数后0AH的个数 BCD码的十位 减去十位的余数 BCD码个位 图22 数据处理子程序流程图 本科毕业设计说明书(论文) 第 28 页 共36 页 4.4 数据显示子程序 如果当前水箱温度未到达设定值，则显示当前温度。 数据显示子程序流程图如图23所示: 开始 P0口初始化 测得值转换为BCD码 N 十位选通 显十位 N 个位选通 显示个位 结束显示 图23 数据显示子程序流程图 本科毕业设计说明书(论文) 第 29 页 共36 页 4.5 报警实现子程序 当水箱温度达到设定值或者超过设定值的时候，P2.7口置高电平，实现声光报警。 报警子程序流程图如图24所示: 将采集数据与设定值相比 N 高于设定值, P2.7高电平 声光报警 图24 报警实现子程序流程图 本科毕业设计说明书(论文) 第 30 页 共36 页 结 论 本课题主要是要完成发动机水箱温度监控器的设计，温度传感器选用半导体二极管作为检测元件，按照系统设计功能要求，完成了LM324信号调理电路、LED显示电路、扫描驱动电路、报警电路等总体电路的设计及编程，最终实现了发动机水箱温度的显示和报警功能。 毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次发动机水箱温度监控系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际应用问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。 虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种电路的连接，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求，举个简单的例子:我使用的AD转换是8位的，开始我设计的时候使用的是MAX196，成本较高，所以后来使用ADC0809。通过这次毕业设计让我提前了解了这些知识，这是很珍贵的。 在二极管测温电路的设计时，开始感觉无从下手，参考了许多电路，后来决定将二极管接在放大器的反馈中，但是这么一来，二极管有时就不会导通，达不到测温的目的。经过老师的指导，我将放大器接在输入端，这样一来，二极管随温度变化自身电压也会发生变化，这种变化会在输出端体现出来。所以在这次的设计过程中，我考虑问题还不够全面，细致。我想这点在以后还是要好好改进的。 本科毕业设计说明书(论文) 第 31 页 共36 页 致 谢 本课题是在张翠平老师的悉心指导下完成的。在课题设计和论文写作中，得到张老师的无微不至的关怀和耐心的指导。张老师严谨的治学态度、宽广渊博的学识、敏捷活跃的思维、科学的研究方法、敏锐的洞察力使作者受益匪浅，在以后的工作学中 我必将终身受益。在本论文结束之际，特向张老师表示衷心的感谢～ 衷心地感谢我的同学们这段时间来对我的支持和帮助，他们的帮助与支持是我最大的精神支柱和动力来源～ 最后感谢所有在论文工作中对我给予支持、帮助和鼓励的人们～ 本科毕业设计说明书(论文) 第 32 页 共36 页 参 考 文 献 [1] 欧伟明. 数显温度计的设计与制作[M].北京:清华大学出版社,1997. 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