【文章內(nèi)容簡介】 硬件部分的設(shè)計選擇和匹配 對單片機(jī)，傳感器，顯示器，鍵盤，供電電源，溫度控制器，通信接 口等元件，根據(jù)系統(tǒng)要求，以及目前上述各元件的技術(shù)狀況、性能特點(diǎn)， 性能參數(shù)，性價比等，結(jié)合調(diào)研情況以及相關(guān)參考資料進(jìn)行對比分析，確 定采用的元件具體型號，并給出相應(yīng)的接口電路，相互之間的合理匹配。 同時給出以單片機(jī)為核心 的控制系電路原理圖，從而為各元件之間建立必 要的聯(lián)系。 3. 軟件系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試 軟件部分配合硬件控制系統(tǒng)電路，共同完成對油耗的控制自動標(biāo)定， 而軟件功能是通過分程序模塊來實現(xiàn)的，主要包括初始化模塊、鍵盤管理 模塊、 UART 串口通信模塊、繼電器控制模塊等。同時進(jìn)行程序的調(diào)試工作， 以對編寫的程序進(jìn)行運(yùn)行檢查，驗證運(yùn)行邏輯、運(yùn)行流程等 4. 進(jìn)行油耗計標(biāo)定系統(tǒng)的可行性驗證。 通過試驗分析油耗標(biāo)定系統(tǒng)所采用的理論的可行性，根據(jù)具體情況對 理論模型進(jìn)行修正，以提高其檢測精度。 6 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 0 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 0 系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo) 0 功能指標(biāo) 1. 能完成油耗計標(biāo)定； 2. 結(jié)構(gòu)簡單，操作方便； 3. 能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場控制； 4. 標(biāo)定系統(tǒng)穩(wěn)定，標(biāo)定準(zhǔn)確度高。 0 技術(shù)指標(biāo) 1. 流量控制在 ； 2. 溫度控制范圍： 10℃ ~+60℃； 3. 通過 RS232 或 TTL 開關(guān)信號控制計量電磁閥的切換。 167。 總體設(shè)計方 案 根據(jù)車輛油耗計標(biāo)定系統(tǒng)要實現(xiàn)功能的要求，針對油耗計的具體應(yīng)用 情況，選擇系統(tǒng)組成元件，構(gòu)成油耗標(biāo)定系統(tǒng)的硬件部分，進(jìn)行各組成元 件之間的合理匹配，設(shè)計系統(tǒng)控制電路，完成硬件部分的設(shè)計。根據(jù)汽車 發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)工作原理和汽車運(yùn)行條件，確定油耗標(biāo)定方法，建立油耗 計標(biāo)定系統(tǒng)工作模型，配合硬件部分控制電路編寫控制軟件，共同完成對 油耗計標(biāo)定裝置的成功運(yùn)行。針對油耗計標(biāo)定系統(tǒng)的工作過程中會遇到的 干擾，分析其原因。采取相應(yīng)辦法，提高油耗計標(biāo)定系統(tǒng)的抗干擾能力。 通過試驗分析油耗標(biāo)定系統(tǒng)所采用的理論的可行性 ，根據(jù)具體情況對理論 模型進(jìn)行修正，以提高其標(biāo)定精度。進(jìn)行試驗誤差分析。為了更合理的選 用測試裝置和測試方法，正確地分析誤差產(chǎn)生的原因，減小或消除誤差， 7 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 并恰當(dāng)?shù)靥幚碓囼灁?shù)據(jù)，以便得到理想的試驗結(jié)果。 167。 標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計 油耗計標(biāo)定系統(tǒng)主要由油箱、油泵、溫度控制器、節(jié)流閥、溢流閥、 電磁換向閥等組成，其控制關(guān)系如圖 21 所示。 圖 21 標(biāo)定系統(tǒng)原理圖 通過油泵從油箱泵油， 出油一路經(jīng)過溢流閥回油箱，另一路通過電磁 換向閥可自動選擇計量還是回油箱，計量的油經(jīng)過油耗計流到精密電子天 平上的容器中通過稱重與油耗計比較計量結(jié)果來標(biāo)定。同時當(dāng)計量完時可 以通過另一電磁換向閥自動切換經(jīng)油泵抽回油箱，實現(xiàn)被計量油自動回收 到油箱。溫度控制用數(shù)字式溫度控制器控制半導(dǎo)體制冷和加熱回油油路中 的油，用熱敏電阻傳感器檢測油箱中的溫度。流量調(diào)節(jié)用節(jié)流閥和溢流閥 配合使用，實現(xiàn)流量變化控制。 167。 供電電路及溫度控制電路設(shè)計 如圖 22，從市電來的 AC220V 經(jīng)過空氣開關(guān)斷路器 ，熔斷器的保護(hù)， 8 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 經(jīng)開關(guān)電源轉(zhuǎn)化為 12V 的直流電源，來給油泵、半導(dǎo)體制冷和加熱片、以 及數(shù)字式溫度控制器、繼電器等供電。經(jīng)油箱中的溫度傳感器檢測溫度信 號送到數(shù)字式溫度控制器，通過數(shù)字式溫度控制器的控制運(yùn)算來切換半導(dǎo) 體制冷和加熱來達(dá)到對溫度的設(shè)定控制。 0 22 電控系統(tǒng)原理圖 0 電腦和單片機(jī)通信對電磁換向閥的控制 如圖 ，在控制電磁換向閥中， 通過電腦和單片機(jī)之間的 RS232 串 口通信，通過軟件編寫通信協(xié)議，可以實現(xiàn)在電腦鍵盤上輸入從串口輸出 到單片機(jī)，使單片機(jī)的 IO 口拉高拉低從而控制中間繼電器，通過中間繼電 器的通斷控制主回路中的電磁換向閥線圈的通電或不通電，從而控制了標(biāo) 定裝置的自動切換標(biāo)定，實現(xiàn)了油耗計的遠(yuǎn)程控制標(biāo)定。同時也可以通過 單片機(jī)檢測獨(dú)立按鍵是否按下，確定是哪個按鍵按下，對相應(yīng)的 IO 口進(jìn)行 拉高或拉低，從而控制了中間繼電器的主觸點(diǎn)開閉，控制了電磁換向閥的 9 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 導(dǎo)通方向，實現(xiàn) 了油耗計標(biāo)定的現(xiàn)場控制。 單片機(jī) 中間 電磁 電腦 串口 控制 繼電器 控制 通信 系統(tǒng) 換向閥 輸 入 獨(dú)立 按鍵 圖 23 單片機(jī)系統(tǒng)原理圖 10 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計（電控設(shè)計） 本電控設(shè)計硬件部分包系統(tǒng)電路設(shè)計和基于單片機(jī)的電磁換向閥的控 制設(shè)計兩大部分。下面將詳細(xì)介紹有關(guān)硬件。 167。 標(biāo)定系統(tǒng)供電及溫度控制硬件選型 167。 溫度控制裝置選型 1. 技術(shù)指標(biāo)要求 溫度控制范圍： 10℃ ~+60℃，采用半導(dǎo)體制冷和加熱。 2. 型號選擇 根據(jù)控制要求，溫度范圍控制在 10℃ ~+60℃，采用半導(dǎo)體制冷和加 熱。所以可以選擇數(shù)字式溫度控制器，型號為 WH7016R。如圖 31 和圖 32： 圖 數(shù)字式溫度控制器控制面板 11 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 圖 數(shù)字式溫度控制器側(cè)面圖 3. 功能介紹 產(chǎn)品功能簡介： 數(shù)碼管溫度控制器； ℃到 ℃溫度測量與控制； 度分辨率， 度控制精度； 自動冷熱轉(zhuǎn)換 ,恒溫控制； 回差可調(diào)整； 出廠參數(shù)鎖定功能； 溫度超高和過低報警功能 ,一路報警輸出； 帶掉電數(shù)據(jù)保存功能； DC12V 和 24V 兩種供電可選； 繼電器觸電電流 10A/30V； 標(biāo)配 1 米防水探頭。 12 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 電氣性能簡 介： 溫度測量范圍： ℃～ ℃； 溫度控制范圍： ℃～ ℃； 溫度測量誤差： ?.5℃； 傳感器型號： NTC (10K/3435)； 控制精度： ℃； 工作電壓： DC12V； 工作電流： MAX 200mA； 繼電器觸點(diǎn)電流： DC10A/30V； 數(shù)據(jù)保存 :有； 工作溫度： 0℃～ 50℃ 儲存溫度： 10℃～ 60℃ 接線端子圖如圖 33 所示： 接線柱 1 和 2 : 接半導(dǎo)體制冷片 , 加熱時 1 為正 ,2 為負(fù) 。 制冷時 1 為負(fù) ,2 為正； 接線柱 3 和 4: 風(fēng) 扇輸出 ,3 為負(fù) ,4 為正； 接線柱 7 和 8: 選項開關(guān) ,短路后不能修改系統(tǒng)菜單里的參數(shù)； 接線柱 9 和 10:接溫度傳感器。 圖 33 接線圖 4. 接線電路設(shè)計 由于油路加熱裝置如圖 34 所示，所以采用了兩塊小的半導(dǎo)體制冷片， 一塊大的半導(dǎo)體制冷片，兩塊小的貼一邊，一塊大的貼另一邊。由于考慮 到經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)數(shù)字控制儀的邏輯和半導(dǎo)體制冷片的工作方式，所以設(shè)計 了如圖 35 的邏輯電路，增加了四個二極管和四個繼電器能完美的代替多 用兩個數(shù)字式溫度控制器?？蓪崿F(xiàn)本課題研 究的溫度控制。此外，為了使 溫度響應(yīng)速度快點(diǎn)，使用了三個散熱風(fēng)扇（如圖 36 所示）加快熱量散發(fā)， 13 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 提高了溫度控制響應(yīng)速度。 圖 34 油溫加熱或制冷區(qū) 圖 35 油溫調(diào)節(jié)電路圖 14 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 0 36 半導(dǎo)體制冷溫度調(diào)節(jié)器組裝圖 0 半導(dǎo)體制冷片的選型 根據(jù)溫度控制范圍： 10℃ ~+60℃，選擇了半導(dǎo)體制冷片 TEC112705， 如圖 。其工作原理為： 接通直流電源后，電子由負(fù)極 ()出發(fā)，首先經(jīng)過 P 型半導(dǎo)體，在此吸 收熱量，到了 N 型半導(dǎo)體，又將熱量放出，每經(jīng)過一個 NP 模組，就有熱量 由一邊被送到另外一邊，造成溫差，從而形成冷熱端。 半導(dǎo)體制冷原理為：如圖 37，把一個 N 型和 P 型半導(dǎo)體粒子用金屬 焊接片焊接而成一個電偶對，當(dāng)直流電流從 N 極流向 P 極時， 3 端產(chǎn)生 吸熱 現(xiàn)象，此端稱冷端面而下面 4 端產(chǎn)生放熱現(xiàn)象，此端稱熱端面，由 于一個電偶產(chǎn)生熱效應(yīng)小，所以實際上是將幾十、上百對電偶堆即溫差電 制冷組件。所以半導(dǎo)體制冷 ——吸熱和放熱是由載流子（電子和空穴）流 過結(jié)點(diǎn)，由勢能變化而引起的能量傳遞，這是半導(dǎo)體制冷的本質(zhì)。 15 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 圖 37 半導(dǎo)體制冷圖 其性能參數(shù)如下表 31： 表 31 TEC112705 性能參數(shù)表 型號 TEC112705 外觀尺寸 40 X 40 X 元件對數(shù) 127 對 極限電壓 Vmax 15V 最大電流 Imax 5A 最大溫差 Tmax 67 度以上 最大制冷量 Qmax 承受裝配壓力 90N/cm2 封裝標(biāo)準(zhǔn) 四周 704 硅橡膠密封 存放環(huán)境溫度 10℃～ 40℃ 工作環(huán)境溫度 55℃～ 80℃ 其特點(diǎn)為： 1. 制冷速度快，制冷速度可以通過調(diào)整工作電流來控制。 2. 無噪音、 無振動、五磨損、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便。 3. 體積小、重量輕，可節(jié)約空間。 4. 不使用制冷劑，不污染環(huán)境。 5. 可以改變電流達(dá)到制冷制熱的兩種目的。 16 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 167。 繼電器的選型 根據(jù)數(shù)字式溫度控制器輸出電壓 12V，主觸點(diǎn)最大電流 10A，及其控制 功能的要求，選擇了 12V 汽車?yán)^電器，額定電流常開 40A、常閉 30A ，滿 足標(biāo)定系統(tǒng)要求，如圖 38。 圖 38 繼 電器實物圖 167。 二極管的選型 二極管在電路圖中起單向點(diǎn)導(dǎo)通作用，電路中的電壓不高于 12V，所 以選擇耐電流的 6A10 整流二極管。 其耐壓： 35V；耐電流： 6A； 反向擊穿電壓 ： 50V，如圖 39。 17 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 圖 39 二極管 6A10 實物圖 167。 電源的選型 根據(jù)電路圖如圖 3