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机电一体化专业课程设计一、选题背景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.本文针对课程设计教学过程中实际遇到的问题,探索机电一体化课程设计的内容设置,对于提高课程设计的教学质量具有重要意义.二、设计要求设计一电路板控制系统，检测液压油油、压油温检测系统，其中压力P〈=15MPa，油温T〈=80℃，绘制电路原理图和电路板图。三、选题目的当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。四、方案论证1、单片机控制的液压油温检测系统中，其要检测的指标有油压和油温两个。油压的检测要用压力传感器，而油温的检测要用温度传感器。传感器一般由敏感元件，转换元件和基本转换电路三部分组成。敏感元件直接感受被测量，并以确定的关系输出某一物理量。转换元件将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数量。基本转换电路将电路参数量转换成便于测量的电量。2、电量通过整流电路的输出电压不是理想的平滑直流，而是单方向的脉动直流，即除了直流分量以外还有许多交流分量。所以要针对电源的负载特性选择合适的滤波电路。滤波电路就是使单向脉动直流变成平滑直流的电路，常用电阻，电容和电感组合而成。3、由于传感器检测到的信号经整流，滤波放大电路后输出的是模拟信号，（如电压，电流，频率等）。这些信号计算机是识别不了的，所以要进行A/D转换。A/D转换电路的功能是将连续变化的模拟信号转换成数字信号，以适应计算机处理。4、通过A/D转换电路输出数字信号，该信号进入MCS-51单片机，通过单片机来实现检测和控制功能。本系统中要控制油温和油压，还要在油温和油压超过设定的额定值时，系统发出报警。所以要通过显示器，键盘和报警电路来实现。其中：1、液压压力传感器采用油压传感器选型为应变式压力传感器2、油温传感器选型为AD590油温传感器。。3、A/D转换芯片采用ADC0809。4、单片机采用8031。5、I/0扩展采用8155。液压传感器温度传感器滤波、放大电路滤波、放大电路A/D转换芯片MCS51系列单片机4*4键盘电路报警电路8位LED显示6、键盘、显示接口采用8279。五、电路分析1、变压电源：由于电路电压为6v，故需把220V交流变成低压直流，由四个组成部分:降压—整流—滤波—稳压。2、油压、油温感测及放大电路：以油压检测及放大电路为例，插座J外接一应变式压力、检测传感器，插座上的1、2脚将控制板中的+6V及-6V电源引出向传感器供电，3、4脚为传感器输出的差动信号。三个运算放大器组成差动放大电路，对传感器输出信号进行放大，其中R36用于调节零点，R37用于调整放大倍数。油温检测系统采用相同系统，两套系统分别接在AD0809的p01和p06两个输口。2、A/D转换：ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺，可实现8路模数信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码器电路，其转换时间为100us左右。IN-7~IN-0是模数输入通道，ADC0809对输入信号的电压要求是0~5V，若信号过小还需要进行放大。另外，模拟输入量在A/D转换过程中其值不应该有变化，对变化快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路，本课题中的油压及油温的变化不会很快，所以不必采用采样保持电路。A、B、C是地址线，设置P0.1~P0.3口经过地址锁存后接A、B、C地址线。ALE地址锁存允许信号，A、B、C地址状态进入地址锁存器中，由P2.0及WR控制地址锁存。START转换启动信号，上跳沿时，所有内部寄存器清零，下跳沿时，开始进行A/D转换，在转换过程中应保持低电平，由P2.0及WR控制转换信号。D7~D0数据输出线，和单片机的P0口直接连接。EOC输出允许信号，用于控制三态门。4、单片机：单片机采用型号为89cs51，89S51单片机的内部4KB片内程序存储器，128字节片内数据存储器，2个定时器和1个全双工异步串通讯接口。其外部电路包括时钟电路和复位电路。5、外接键盘：为了减少键盘和单片机接口时所占用I/O口线的数目，此系统采用了串行口控制的键盘接口，扩展了4×4的行列式键盘，用以输入油压、油温的报警设定值。采用8255可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，可通过程序改变其功能。RESET:复位输入线，当该输入端外于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。CS:片选信号线，当这个输入引脚为低电平时，表示芯片被选中，允许8155与CPU进行通讯。RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许8155通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。wR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时，允许CPU将数据或控制字写入。6、并行I/0的扩展：单片机内部的硬件电路已基本上构成具有基本形式的微机系统，可以满足许多控制场合的需要。这些电路包括定时器、中断、串行接口、内部数据存储器、外部程序存储器等。但为了在应用中硬件电路还不够用，需要在单片机外增加新的电路（芯片），也就是所谓的扩展。本设计采用的扩展芯片是8155.7、报警系统：单片机的PB4、PB5、PB6引脚通过限流电阻、容与三极管基极相连，三极管的集电极接有报警器。六、LED显示电路系统扩展八位共阳极LED静态显示电路，分时显示油压及油温检测值。七、电路原理图转化PCB板课程设计心得体会经过两周的机电一体化课程设计，我觉得我收获相当大，在这个实践环节中学到了很多知识，同时也提高了自身的实践能力。在这次机电一体化课程设计中我发现了很多问题，对于出现的问题，我们就的去翻阅以前的专业书籍来复习，以前学的大多是理论性极强的东西，而这次却遇到了一个实际的应用问题。在课程设计开始之前，我就从图书馆找相关参考资料，当在课程设计中遇到难以解决的问题的时候，我会晚上回宿舍上网查阅问题的解决办法。在课堂上，我遇到不懂的问题，我会主动和同学一起探讨或请教老师，所有的渠道都在想办法解决疑问，为的是把问题尽快的解决。实习过程中，我深刻地认识到，在运用四年所学的专业知识来解决实际问题时，却很难找到突破口。原因就在于我们用在实践上的时间太少了，还不能熟练地将所学的理论知识应用于实际中，还有就是缺乏一个完整的知识体系，以前所学的知识没有在学完之后进行归纳总结，对机械类和电子类的知识分别进行总结，只有这样才能形成自己的知识体系，在面对像机电一体化这样的综合性问题时才能有步骤地进行解决。此外，我学会了电子电路设计软件PROTEL99SE，从电路原理图的设计，到PCB板的设计等等，初步掌握了该软件的使用及实际的应用，为以后从事相关的工作打下了良好的基础。最后衷心地感谢老师们的热心指导！