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1、摘 要船舶柴油机冷却水的温度是影响柴油机工作的重要热工参数。精确控制冷却水的温度，对于提高柴油机的动力性、减少废气的产生、减少燃料消耗量等方面都有着重要的意义。本设计的单片机系统采用了AT89C51作为微处理器，采用铂电阻(pt100)作为温度传感器，与运算放大器(op27)相结合构成精密测温电路，采用了ADC0809芯片作为精密测温电路与单片机的转换通道。键盘矩阵采用2行3列非编码方式，显示部分为3位LED数码管显示，看门狗电路采用了较为常见的X25045芯片。系统输出环节通过单片机输出口传递输出控制信号，经光电藕合4N25和模拟开关CD4052后去控制继电器的通断，进而控制三相伺服交流步进
2、电机电机的旋转，当实际温度偏高时，单片机输出控制信号使正转继电器通电，伺服电机正转，改变三通调节阀的开度，增加流过淡水冷却器的淡水量，使淡水温度降低;当实际温度偏低时，单片机输出控制信号使反转继电器通电，伺服电机反转，改变三通调节阀的开度，增加旁通冷却水流量，使淡水温度升高，最终起到温度控制的作用。本设计引入了功率模糊控制信号的智能温度控制系统，有效地克服了水温的时滞特性，大大地降低了冷却水温度的超调量，并提高了系统的响应速度；采用屏蔽与隔离技术，提高了控制系统在恶劣环境中的抗干扰能力；采用指令冗余及数字滤波技术，提高了系统的软件抗干扰能力。关键词：船舶柴油机；冷却水温度；单片机；数码管显示
3、AbstractThe temperature of cooling water of marine diesel engine is an important reference. It is very significant to control the temperature of cooling water accurately. For improving the power performance of diesel engine, decreasing the exhausting and saving fiiel. The design of the SCM system us
4、es AT89C51 as the microprocessor, using platinum resistance (pt100) as a temperature sensor, and operational amplifiers (op27) combined constitute precise temperature measurement circuit, using ADC0809 chip as precision temperature measurement circuit and microcontroller conversion channels. Keyboar
5、d matrix using two rows three non-coding mode, the display part of the three LED digital tube display, the watchdog circuit uses more common X25045 chip. System output link passing through the microcontroller output port output control signal, the optical coupling and analog switches CD4052 4N25 go
6、after control relay off, and then control three-phase AC servo motor stepper motor rotation, when the actual temperature is high, the microcontroller output control signal forward relay is energized, the servo motor is transferred, changed way regulating valve opening, increasing freshwater flowing
7、fresh water cooler, so that fresh water temperature decreases; when the actual temperature is low, the microcontroller output control signal reverse relay is energized, reversing the servo motor, three-way valve to change the opening degree of the bypass cooling water flow increases, the fresh water
8、 temperature, the temperature control end play a role.This design introduces a fuzzy control signal power intelligent temperature control system, effectively overcome the delay characteristics of the water temperature, which greatly reduces the cooling water temperature overshoot, and improves syste
9、m response speed; using shielding and isolation technology, improve the control system in the harsh environment of the anti-jamming capability; using instruction redundancy and digital filtering technology to improve the systems software anti-jamming capability.Key Words：SMarine Engine； Temperature
10、of Center Cooling Water System; SCM; Digital display目 录第1章 绪论11.1 课题背景11.2 船舶柴油机冷却水温度控制技术发展历程21.3 主要研究内容3 硬件电路设计4 软件设计4第2章 系统基本构成与性能指标52.1 系统构成框图5 温度传感器电路5 单片机控制电路6 键盘与显示电路6 看门狗电路6 驱动电路7 报警电路72.2 系统主要技术指标72.3 系统主要功能7 报警功能8 按键输入功能82.4 小结8第3章 系统硬件电路设计93.1 单片机控制电路设计93.1.1 AT89C51微处理器9 看门狗电路设计12 单片机最小系统
11、的设计143.2 温度采集电路设计15 温度传感器的选择15 温度采集电路连接163.2.3 A/D转换电路的设计173.3 键盘与显示电路设计193.4 报警电路设计203.5 抗干扰措施233.6 小结25第4章 系统软件设计264.1 温度控制算法的确定26 系统传递函数和温度控制算法:26 算法介绍:284.2 单片机软件设计:314.3 小结32结论33参考文献34致谢35附录 英文资料36附录 部分程序代码48附录 电路原理图56附录 元器件清单57第1章 绪论1.1 课题背景船舶柴油机冷却水温度控制技术是轮机自动化技术的重要组成部分。轮机自动化，是指用各种自动化仪器仪表、控制元件
12、、逻辑元件，以及计算机系统等组成的各种自动控制和监测系统。它可以对船舶机舱内动力装置的运动参数进行自动控制，对机器设备的运行状态进行监测和报警，也可以对主要机器设备进自动操作等。我们知道，船舶主柴油机动力装置运转时，有许多机械、设备等的运动部件将会产生热量，而燃烧的燃气和压缩的空气也会散发出大量的热量，为了保证受热部件的温度不致于过高而影响其正常工作，或者不致于因热负荷过大而使其损坏，必须及时而有效地将这些多余的热量散发出去。因此，冷却水系统的功用，就是对需要及时散热的机械和设备提供足够的冷却水进行冷却，以保证其在一定合适的温度范围内安全、可靠地工作。目前，船舶柴油机冷却水温度的自动控制系统大
13、多采用的是电子式控制方.式，使用的是模拟式调节仪表，主要以电子器件的逻辑运算输出控制信号，来驱动继电器对电动机进行转向控制，从而达到对温度的控制。从整体上看主要存在以下两个明显就缺点:采用的元器件比较落后，导致电路较为复杂，使用的逻辑元器件也较多，增加了备件管理和维护工作的难度;由于系统整体比较复杂，同时模拟仪表的实现功能的限制，因此这些温度控制器都采用了最简单的控制规律，不能提供很好的控制性能。由于冷却水流经一定长度的管路，需要一定的时问，同时控制信号的执行部件，如电动机、三通阀门等都使得系统具有较大的时滞特性和非线性特性。传综合以上的各种不利因素，我们认为，此类控制系统已经无法满足日益提高
14、的控制性能需求，必须采用新的控制方式。鉴于此，我们提出了基于单片机控制的船舶柴油机冷却水温度控制方法。我们知道，单片微处理器具有高精确度、高灵敏度、高响应速度，以及耗能少、机构小、可以连续测量、自动控制、安全可靠等优点，非常适合嵌入式控制。同时，其逻辑控制运算是由软件来进行的，可以容易的实现各种控制规则，甚至是比较复杂的控制算法的实现，而且不受外界的工作环境的影响，因此，基于单片机的温度控制器可以安全可靠地运行，来智能地控制冷却水的温度稳定在某一给定值，或者给定值附近，使得船舶柴油机冷却水温度测控满足现代远洋船舶的要求1.2 船舶柴油机冷却水温度控制技术发展历程船舶柴油机冷却水温度控制技术，在
15、20世纪中得到了飞速发展。其大致发展历程如下：1直接作用式控制方式：在20世纪50年代末期，船舶柴油机冷却水温度控制是采用直接作用方式。这是一种早期的反馈式控制方式。其特点是，他们都不需要外加能源，而是根据在冷却水管路中的测量元件内充注的工作介质的压力随温度成比例变化而产生的力来汽接驱动二通调节阀，进而改变流经淡水冷却器的淡水流量和旁通淡水流量，从而进行温度调节的。这种控制方式的缺点也是显而易见的，测量元件内充注的工作介质对密封性要求很高，如果造成测量元件内充注的工作介质泄漏，那么其本身的压力就不能随温度成比例进行变化，因而使得温度控制失去作用。同时，其控制精度不高，冷却水温度变化较大，对船舶
16、柴油机的稳定运行不利。2气动式控制方式：在20世纪70年代末期，船舶柴油机冷却水温度控制是采用气动式作用方式。其特点是，利用感温元件和温度变送器，把气缸冷却水温度的变化成比例地转变成气压信号的变化送至调节器，与调节器的给定信号相比较，其偏差信号经调节作用规律运算后，成为调节器输出的控制气压信号去调节温度。它也存在着以下的一些问题，例如系统对气体的密封性和压力要求同样很高，对运输和储存气体的管系的密闭性要求也很高，如果控制气压信号有所损失，使得控制精度降低，效果减小。因此，这种控制方式现在也很少采用了。3电动式控制方式:在20世纪80年代中期，船舶柴油机冷却水温度控制是采用气动式作用方式。也是目
