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1、 汽车电控系统课程设计说明书交通与汽车工程学院课程设计说明书课 程 名 称: 汽车电控系统实习及课程设计 课 程 代 码: 8234590 题 目: 冷却水温度电控系统设计及仿真 年级/专业/班: 学 生 姓 名: 学 生 学 号: 开 始 时 间: 年 月 日完 成 时 间: 年 月 日课程设计成绩： 学习态度及平时成绩（30）技术水平与实际能力（20）创新（5）说明书（计算书、图纸、分析报告）撰写质量（45）总 分（100）指导教师签名： 年 月 日目 录1 引 言- 4 -1.1设计背景- 4 -1.2任务与分析- 4 -2方案设计- 5 -21系统方案设计论证- 5 -2.1.1系统的
2、控制方案设计- 5 -2.1.2 最终设计方案- 5 -2.2最终设计方案总体设计框图- 5 -3系统硬件设计- 6 -31硬件设计方案论证- 6 -311单片机选型- 6 -312模数转换器选型- 6 -313显示方案确定- 6 -314温度控制方案确定- 7 -3.2硬件设计- 7 -3.2.1单片机接口电路- 7 -3.2.2温度信号的获取与放大- 8 -3.2.3模数转换单元- 9 -3.2.4显示电路的设计- 11 -3.2.5报警电路的设计- 11 -3.2.6温控电路的设计- 12 -4软件程序的设计- 13 -41程序流程- 13 -4.1.1主程序流程图：- 13 -4.1.
3、2显示子程序的流程图：- 13 -4.1.3温控子程序的流程图：- 14 -5系统调试过程- 16 -51keil调试- 16 -5.2原理图和印制板图绘制和检查- 16 -5.2.1 在Protel99se绘制原理图并进行相应的ERC检查- 16 -5.3 Proteus仿真调试- 18 -结 论- 21 -致 谢- 22 -参考文献- 23 -附录一 程序源代码- 24 -附录二 电路原理图及PCB图- 30 -附录三 Proteus仿真截图- 31 -摘 要本课题以AT89C51单片机系统为核心，对发动机冷却液的温度进行实时检测，并控制其温度在工作范围内。本设计包括温度采集与信号调理模块
4、，单片机核心控制模块，显示模块，降温控制模块四大部分。其中，温度采集用电阻式温度传感器PT100对温度进行检测；采用串型模数转换器ADC0808进行对模拟的温度信号进行A/D转换，把温度信号调解转换为电压信号；采用单片机作为核心对温度值进行处理并在数码管上显示； 根据PID控制原理对电机转速和时间进行设定来控制降温设备降温，系统采用模块化的设计方法，使设计简单，协调得当。关键词： AT89C51 PT100温度检测 ADC0808模数转换 PID电机控制 1 引 言1.1设计背景 在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世
5、纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎%80的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于工业如此重要，本次的任务就是设计一个冷却水温电控系统。1.2任务与分析冷却水温度电控系统，主要是水温传感器根据水温的变化产生变化的电信号，输送给ECU，通过系统处理、计算得到实际温度值，当温度过高时便通过LED显示系统报警并进行温度控制。设计的核心是以AT89C51单片机作为硬件电路的核心。先应在protell99se中绘制出原理图并作相应的ERC检查，检查无错误后，在相应地方用文本标出注释；其次根据设计思路确定出相应的程序设计方案，并
6、选择最佳的方案，并在Keil软件里面进行程序的编写和调试；最后在程序调试无误后在Proteus中搭建虚拟的单片机仿真平台，并和Keil实现联调，并在Proteus中实现仿真结果。2方案设计 21系统方案设计论证2.1.1系统的控制方案设计方案1：以单片机AT89C51为核心，通过热电阻传感器产生模拟信号，放大，送入ADC0808进行模数转换，在送入单片机进行处理。传感器的测量精度高，测量范围大。方案2：以单片机AT89C51为核心，通过电源发生器产生模拟信号，经过放大、滤波、A/D转换电路，送入单片机处理，电路相对于方案1较为复杂，连线时容易出错。2.1.2 最终设计方案本方案以AT89C51
7、单片机系统为核心，对单点的温度进行实时测量检测。并采用热电阻PT100作为温度传感器、OP07E作为信号放大器ADC0808作为A/D转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升，具有更高的性价比。所以，选择方案1，以PT100热电阻为温度检测元件，设计了单片机温度检测系统。2.2最终设计方案总体设计框图控制冷却系统的电机温度传感器LED灯报警LED显示复位电路AT89C52单片机ADC0808时钟电路图2.1 系统总体设计框图当时钟电路的晶振产生外部振荡脉冲信号送入单片机时，单片机开始有条不紊地工作。AT89C51执行内部的程序，处理从AD
8、C0808送来的信号，并输出到LED显示，并在超过安全阈值时通过单片机P3.7口控制LED灯报警和控制电机转动以降低冷却液温度。3系统硬件设计31硬件设计方案论证本方案以AT89C51单片机系统为核心，对发动机冷却液的温度进行实时检测和控制。并采用热电阻PT100作为温度传感器、OP07E作为信号放大器ADC0808作为A/D转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升，具有更高的性价比。311单片机选型8031：此单片机为MCS-51系列的基本典型产品，其内部包括一个8位CPU、128个字节RAM，21个SFR，4个8位I/O口，2个16位
9、定时/计数器。AT89C51：此单片机为ATMEL公司的51系列单片机，除具有MCS-51系列的基本功能外，增加了4K的flash闪存，并且具有6个中断源和一个UART串口。从8031和AT89C51的对比中可以看出，AT89C51具有更高的性能，且不需要扩展程序存储器，使用方便，且具有flash闪存，可以方便的擦除和改写程序，故本次设计采用AT89C51为控制芯片。312模数转换器选型A/D转换的好与坏直接关系到整个系统的精确度。由于本系统测量的是温度信号，响应时间长，滞后大，不要求快速转换，因此选用8位串型A/D转换器ADC0808。能达到设计的基本要求。为进一步提高精度，可以直接采用12
10、位A/D转换器，也可以采用过采样和求均值技术来提高测量分辨率。本系统采用了求平均值来提高分辨率。因为8位ADC0808其性价比更高，更重要的是我对ADC0808更加了解（课本上学的就是ADC0808），所以本次设计我选用了ADC0808作为模数转换器。313显示方案确定当前常用的有液晶显示和数码管显示两种显示方法。液晶显示功能强大，不但可以显示数字字符、德文、法文、点阵显示，还可以显示全部国标汉字，但是也存在与单片机连接时接口电路驱动复杂；显示亮度低，不利于观察；编程困难；成本高等缺点，本系统只显示数字，而且需要考虑到能耗尽量少等问题，数码管内部元件比较简单，耗能相对较低，所以选择了数码管显示
11、。不但硬件电路简单，造价低廉，而且数码管亮度高，利于我们的观察读数。314温度控制方案确定温度控制单元是系统的执行器件，是系统的最后一个环节，也是系统中最重要的一部分。通过电机带动制冷系统以降低发动机冷却液温度。3.2硬件设计3.2.1单片机接口电路（1）单片机的时钟电路单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。单片机的时钟产生方式有两种。内部时钟方式。利用其内部的振荡电路在XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时
12、钟信号。最常用的是在XTAL1和XTAL2之间连接晶体振荡器与电容构成稳定的自激震荡器。本设计采用内部时钟方式，如图所示:图3.1 时钟电路图（2）单片机的复位电路单片机的复位是靠外部电路实现的。单片机工作后，只要在它的RST引线上加载10ms以上的高电平，单片机就能够有效地复位。图3.2 复位电路图3.2.2温度信号的获取与放大（1）PT100温度传感器为正温度系数热电阻传感器，主要技术参数如下： 测量范围：-200+850； 允许偏差值： A级 ， B级 ； 响应时间30s； 最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm； 允通电流5mA。另外，PT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、
13、准确度高、耐高压等优点。鉑热电阻的线性较好，在0100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。鉑热电阻阻值与温度关系为： -200t0时，； 0t850时，；式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见PT100在常温0100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：，当温度变化1，PT100阻值近似变化0.39。 （2）放大电路设计热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度变化时，热电阻两端的电压信号被送到仪器放大器OP07E的输入端，经过仪器放大器放大后的电压输出送
14、给A/D转换芯片，从而把热电阻的阻值转换成数字量。电路原理图如图所示。图3.3信号采集与放大电路3.2.3模数转换单元（1）8位串行A/D转换器ADC0808ADC0808是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。它是美国国家半导体公司的产品，是目前国内最广泛的8 位通用的A/D转换的芯片。 ADC0808的内部逻辑结构如图所示。 图3.4 ADC0808内部逻辑结构由上图可知，ADC0808由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分
