冷卻水溫度電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃壘

摘 要：本項(xiàng)目的主要任務(wù)是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度，并控制冷卻液在工作范圍內(nèi)的溫度。設(shè)計(jì)了五個(gè)模塊，包括LM35溫度采集，TLC1543A / D轉(zhuǎn)換模塊，單片機(jī)控制模塊，數(shù)字顯示模塊，冷卻水消耗控制模塊，直流電機(jī)調(diào)速模塊。 A / D溫度采集模塊采用LM35溫度傳感器，LM35溫度傳感器將溫度模擬信號(hào)通過TLC1543轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)；采用AT89C51單片機(jī)，通過數(shù)字信號(hào)處理，下一步顯示和控制冷卻水溫度；一個(gè)顯示模塊，在LED水上顯示實(shí)時(shí)顯示溫度控制模塊；冷卻水通過冷卻水注入發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度控制，保證在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度進(jìn)行控制；電機(jī)調(diào)速模塊通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度控制，增量PID控制，保證發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

關(guān)鍵詞：AT89C51；TLC1543；LED LM35；電機(jī)；PID調(diào)速

在人類環(huán)境中，溫度一直對(duì)我們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生不可估量的影響。無論在哪個(gè)領(lǐng)域，溫度都起著重要的作用。例如，溫度對(duì)于工業(yè)來說是特別重要的。該項(xiàng)目的任務(wù)是設(shè)計(jì)一套控制冷卻水溫度的溫度控制系統(tǒng)。

本次的任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)冷卻水溫電控系統(tǒng)，來控制冷卻水溫度。通過前幾學(xué)期對(duì)微機(jī)原理與接口技術(shù)、汽車電控原理與設(shè)計(jì)、汽車測(cè)試基礎(chǔ)、微機(jī)控制與仿真技術(shù)等課程的理論學(xué)習(xí)，結(jié)合汽車?yán)鋮s水溫度檢測(cè)來設(shè)計(jì)汽車?yán)鋮s水溫度電控，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制。

1 冷卻水溫度電子控制系統(tǒng)的發(fā)展

今天，全球電子技術(shù)的快速發(fā)展，也給人們的生活帶來了根本的變化，在這個(gè)時(shí)代背景下，單片機(jī)技術(shù)正在悄然興起。單片機(jī)可以在許多地方使用，并且在業(yè)內(nèi)有許多應(yīng)用。在這個(gè)課程中，你可以使用單片機(jī)來控制溫度等因素，單片機(jī)控制有很多優(yōu)點(diǎn)，它不僅易于控制，簡(jiǎn)單，而且可以大大提高溫度測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)，從而可以改善產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。在目前的工業(yè)生產(chǎn)中，水溫控制已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。

2 控制任務(wù)和分析

冷卻水溫電子控制系統(tǒng)，主要根據(jù)水溫傳感器的溫度變化檢測(cè)，產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的變化，發(fā)送到單片機(jī)的核心模塊。然后通過單片機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算實(shí)際溫度值，當(dāng)溫度過高時(shí)可加快電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)電機(jī)溫度降低時(shí)，通過LED顯示系統(tǒng)報(bào)警。

這個(gè)設(shè)計(jì)的核心是AT89C51單片機(jī)。在本文中，我們可以畫出Protel99SE的原理圖，然后進(jìn)行相應(yīng)的ERC檢查，以確保電路連接沒有錯(cuò)誤；其次，根據(jù)設(shè)計(jì)流程圖確定程序，按照流程圖編寫相應(yīng)的程序，在keil軟件程序中完成準(zhǔn)備；在Proteus的最終調(diào)試之后，將Keil程序模擬出來，并用相應(yīng)的Protues對(duì)應(yīng)，然后進(jìn)行Protues仿真輸出結(jié)果。

2.1 控制系統(tǒng)軟件要求

為了順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)，我們應(yīng)該逐步實(shí)現(xiàn)我們需要實(shí)現(xiàn)的步驟，在此設(shè)計(jì)中可以繪制各個(gè)過程的流程圖；其次是電路圖和相應(yīng)的程序代碼；然后根據(jù)設(shè)計(jì)思路，準(zhǔn)確繪制電路原理圖，電路原理圖可以使用Protel99se設(shè)計(jì)；最后，按照電路原理，采用系統(tǒng)仿真軟件。

2.2 控制系統(tǒng)硬件要求

硬件方面主要由六個(gè)部分組成：傳感器部分LM35采集溫度信號(hào)；TLC1543A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；單片機(jī)部分AT89C51處理A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，并輸出至LED顯示器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片；LED顯示冷卻水溫度；電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片負(fù)責(zé)接收單片機(jī)的命令，并將信號(hào)輸出至電機(jī)，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；電機(jī)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)冷卻水溫度進(jìn)行控制。

3 控制系統(tǒng)軟件分析

設(shè)計(jì)方法用于測(cè)量溫度，LM35溫度傳感器信號(hào)采集，根據(jù)定時(shí)器時(shí)間和脈沖電機(jī)每轉(zhuǎn)輸出，可以得到轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)溫度和速度的線性關(guān)系，溫度和脈沖數(shù)之間的關(guān)系。控制算法是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分。整個(gè)系統(tǒng)的控制功能主要由控制算法實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用PID控制中的PI控制，即比例積分反饋控制。通過采集電機(jī)的速度變化，然后根據(jù)PI控制進(jìn)一步控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

該設(shè)計(jì)的基本思路為當(dāng)水溫低于10攝氏度時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)；當(dāng)水溫高于10攝氏度并且小于60攝氏度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作；當(dāng)水溫大于60攝氏度或者小于80攝氏度時(shí)，水冷系統(tǒng)啟動(dòng)；當(dāng)水溫大于80攝氏度時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)。

4 控制系統(tǒng)調(diào)試過程

通過上述設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)已基本完成。以下主要微調(diào)和Protues調(diào)試程序，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定控制系統(tǒng)，保證設(shè)定目標(biāo)的正常完成，實(shí)現(xiàn)相對(duì)精確的溫度控制。

5 結(jié)論

該設(shè)計(jì)是基于溫度采集和檢測(cè)和控制的總體目標(biāo)，AT89C51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)為總控制中心，輔助設(shè)計(jì)溫度采樣電路，LED數(shù)字顯示，溫度控制單元。本設(shè)計(jì)采用單片集成電路AT89C51對(duì)直流電機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)具有一定的意義。最終設(shè)計(jì)結(jié)果基本達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行PID調(diào)速處理并當(dāng)電機(jī)有速度變化時(shí)可以增加或是減少電機(jī)的設(shè)定速度，以滿足實(shí)驗(yàn)需要。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱善君.單片機(jī)接口技術(shù)與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2005.

[2] 夏瑞花，吳董軍. PID控制算法的應(yīng)用技巧[J].中國(guó)科技財(cái)富，2009（24）

[3] 陳汝全，林水生，夏利.實(shí)用微機(jī)與單片機(jī)控制技術(shù)[M].電子科技大學(xué)出版社，1998.