基于單片機的船舶液壓系統溫度控制

馮 倩

（秦皇島港股份有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

液壓系統具有可靠耐用、能耗較低、系統清潔和管理方便等優點，因此被廣泛地應用在船舶上，為各類裝置提供動力。在液壓系統中壓力介質的溫度對系統長期穩定運行具有至關重要的影響。常見的液壓油溫度升高后一般會導致液壓系統的有效功率降低，黏度下降引起磨損加劇，密封圈加速老化損壞，液壓油變質加速，嚴重時還會發生氣穴損壞原件；相反，溫度過低將導致黏度增大，液壓泵功率損耗增加，密封圈收縮、變硬，降低密封性能。由此可見，要實現液壓系統長期穩定運行，將溫度控制在適當范圍內是非常必要的。為保證溫度控制系統本身可靠性，該技術在保證系統功能前提下，優先選取簡單、可靠的元器件，與傳統控制系統相比，可靠性及準確性大大提高，對液壓溫度控制領域有一定的借鑒意義。

1 船舶液壓系統溫度控制程序設計

由于常見的液壓系統正常工作時液壓油溫度為30～80 ℃，所以本系統閾值暫定為40～70 ℃。溫控系統運行時，單片機將傳感器測量的液壓油實時溫度與閾值進行比較，如果實時溫度超過70 ℃，經過延時消除誤報警影響之后，將觸發警報，并啟動冷卻電機，加強對液壓油的冷卻，當液壓油溫度降低到高于閾值下限5 ℃時停止冷卻電機，防止冷卻過度，導致觸發低溫報警；如果實時溫度低于40 ℃，同樣經過延時之后，觸發報警并啟動加熱器，直至液壓油溫度上升到低于閾值上限5 ℃為止。通過此系統，可將液壓油溫度控制在一定范圍內。為提高該溫控系統的環境適應性，可通過按鍵將閾值在30～80 ℃范圍內調節（上下限溫差最小為15 ℃）?？刂圃砣鐖D1 所示。

1.1 溫度傳感器

溫度傳感器選用DS18B20數字傳感器，該傳感器體積小，環境適用性強；測量溫度為-55 ℃至125 ℃，符合該溫控系統的要求范圍；檢測結果以數字量輸出，直接傳輸給單片機，簡單快捷；默認12 位分辨率，精度0.0625 ℃，滿足該系統精度要求；傳感器具有CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾、糾錯能力[1]。該傳感器為單總線元件，編程時要先進行初始化檢驗，以確定傳感器工作正常；時序要求比較嚴格，編程時需要嚴格按照手冊上的時序圖進行延時操作，否則會導致傳感器工作異常。DS18B20 溫度讀取流程如圖1 所示。

圖1 系統原理及流程圖

1.2 顯示器件

顯示器件選用LCD1602 屏幕，該顯示器是一種極低功耗的顯示器，由于LCD 具有體積小、質量輕、功耗低等優點，已成為各種便攜式電子信息產品的理想顯示器[2]。顯示屏為慢顯示元件，每條子程序之前都需要讀取并判別忙標志位的狀態，或者根據手冊要求進行足夠的延時，當顯示器不忙的時候再輸入新的指令，否則將導致指令失效。LCD1602 顯示程序流程如圖1 所示。

1.3 聯動繼電器輸出電路

溫控系統通過繼電器輸出電路啟動冷卻電機或者加熱器，當繼電器有電壓時，線圈產生磁場，吸合觸點，回路導通，此時繼電器作為一個中間連接器，實現了單片機和控制回路之間的控制功能。雖然繼電器只需5 V 即可正常工作，但是因其電阻影響，單片機引腳無法直接驅動，還需要借助三極管對電流進行放大，系統采用常見的SRS-12VDC-SL 繼電器，控制設備電流為10 A，用戶還可根據需要更換繼電器型號，實現對更大功率的冷卻電機或者加熱器的控制。

2 船舶液壓系統溫度控制程序仿真

基于Proteus 搭建該溫度控制系統的仿真系統，以驗證技術可行性。由于仿真軟件中沒有STC 系列單片機，所以使用AT 系列單片機代替，兩款單片機在系統的實際應用中沒有區別。系統工作原理為：當溫度過低時，單片機P2.1 引腳輸出低電平，則Q2 導通，繼電器RL2 吸合，點亮紅色LED 燈D1，加熱器開始加熱，液壓油升溫。通過調節RV1 阻值大小，可改變加熱器升溫速率，使得該溫控系統適用性更強。同理，當溫度過高時，單片機P2.0 引腳輸出低電平，則Q1 導通，繼電器RL1 吸合，點亮黃色LED 燈D2，冷卻電機啟動，液壓油降溫。

3 結語

船舶液壓系統的溫度關乎液壓裝置能否正常、穩定運行，因此液壓系統的溫度控制一直是一個研究重點。將已經較為成熟的單片機技術應用在此方向，很容易實現船舶液壓系統溫度的自動化控制。單片機控制溫度不僅價格低廉，操作方便，還具有極高的安全性，能夠有效地提高船舶液壓裝置的經濟效益。但是該技術還存在部分缺陷，如報警閾值和加熱器的加熱速率需要長時間反復調試，積累大量經驗之后，才能達到較為理想的控制狀態；系統暫時無法在集控室遠程、集中控制。希望在未來的研究中，能克服這些問題，并將其轉化為實際產品，服務于船舶液壓裝置，為輪機員帶來更多技術便利，為公司創造更多的經濟效益。