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1、盐城工学院本科生毕业设计说明书 2016目 录1 绪论12 组合机床总体设计22.1 总体方案论证22.1.1 被加工零件的特点22.1.2 工艺路线的确立22.1.3 机床配置型式的选择22.1.4 定位基准的选择32.1.5 选用滑台传动型式32.2 确定切削用量及选择刀具32.2.1 选择切削用量32.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率43 组合机床主轴箱设计53.1 绘制主轴箱原始依据图53.4 主轴箱坐标计算、绘制干涉检查图203.4.1 计算传动轴的坐标213.5.2 齿轮的校核235 结论26参考文献27致 谢28附 录29摘要：随着科技的不断发展，温度作为被常用的被控参数，
2、在工业生产中起到至关重要的作用。如何精确的测量控制这些被控参数是我们急需解决的问题。本文系统的介绍了数字温度测试系统的设计和实验分析。详细的介绍了以AT89C52单片机为核心的温度测试系统的工作原理和设计过程。该系统的主要组成部分：AT89C52单片机、DS18B20温度传感器、显示电路、温度测试电路、蜂鸣器、自锁开关、外接电源电路。该系统可以实时监测温度、显示温度和设定温度。并且该系统设有超限、底限温报警程序。实验测试表明，本系统设计对温度的测试有简单、方便的特点，并且提高了被控温度的精度。温度信号的采集采用温度芯片DS18B20，以数字信号的形式传送给单片机。关键词：温度测试 ， AT89
3、C52 , DS18B20 , 蜂鸣器 前言：在物理学中，表征物体冷热程度的物理量就是温度。在工业生产过程中，尤其在化工、建材、冶金、机械等工业中，温度的监测直接影响生产安全、生产效率、产品质量、能源节约等。所以在当今社会中，温度的测量和控制越来越重要，应该引起高度的重视。单片机的的应用应该说是当今工业测量与控制领域的一场技术变革， 单片机就是把复杂的东西简单化，所以自动化、智能化均与单片机息息相关。温度测试系统采用单片机控制方式，可以解决温度测试系统中严重滞后的问题。并且可以提高采样频率，控制效果和测试精度也可以得到很大程度的提高。现代自动控制发展的必然趋势是智能化，如今在大多数自动控制系统
4、中都应用到了工控机，小型机，有的甚至采用巨型机处理机。在这些处理机中，有一个共同的特点运行速度高、内存大、数据存储器多。所以这就带来了一个问题，成本大大提高。而对于小型的系统来说，配置这样一些高速的处理机违背了这些小系统经济效益的原则。所以采用成本低廉的单片机控制是不二的选择。在当今社会，电子技术及应用需求的飞速发展，促使单片机技术发展迅速，因此单片机在各个方面均取得了很大的发展。如今，完全可以应用单片机和温度传感器对某一物体进行实时监测。不仅可以监测一个地方，而且在监测某一处的同时可以监测多点温度。 第1章 系统总体设计1.1 系统设计任务与要求1.1.1 系统设计任务与要求 该温度测试系统
5、的组成主要以AT89C52为核心的主控电路、测温电路（DS18B20）、LED显示电路、蜂鸣器发光二极管报警系统、电源模块、复位模块，实现对温度的实时监测。 主要技术指标：温度测量范围是-55+125。根据任务设计说明书，系统的分析温度测试系统的设计需求，并分别对硬件和软件进行总体的设计。完成硬件和软件的设计后，运用Protues仿真软件对设计的结果进行验证和修改。1.2系统模块结构论证1.2.1方案一 非线性校正方法应用铂电阻测试温度，利用桥式电路的热敏电阻的感温效应，采集测量温度变化的电流或电压信号，通过放大器将信号放大，然后经过A/D转换器，最后通过显示电路，就可以将被测量的温度以数字的
6、形式在LCD1602液晶显示器上显示出来。 图1-1铂电阻桥式测温电路1.2.2方案二 如今电子技术飞速发展，温度测试的方法也越来越多，因此考虑采用数字温度传感器测试温度，结合单片机电路的设计。根据设计要求、设计任务，选取适当的温度传感器。由设计要求可知，测量范围是-55+125，因此很容易得到DS18B20温度传感器完全符合测量要求，所以直接采用DS18B20温度传感器，可以直接读取被测量的温度数值，简单、方便、快捷。然后进行转换，一步步完成设计要求。图1-2 DS18B20测温系统框图1.2.3方案比较 方案一采用了模拟温度传感器的方式，数据处理比较繁琐，而且容易发生信号失真现象。方案二D
7、S18B20温度传感器可以直接把被测量的温度转换为串行数字信号，交给单片机处理，这种测试方式的优点是功耗低、性能高、抗干扰能力强等。所以对比方案一和方案二，很容易看出方案二优于方案一，因此采用电路简单、软件设计容易的方案二，方案二的电路设计方框图如图1-3所示图1-3 温度计电路总体设计方案 DS18B20是达拉斯公司生产的数字传感器，该数字温度传感器具有以下特征：1、独特的单线接口，而且进行通讯只需要一个端口引脚。2、每个元器件都有独一无二的64位的序列号存储在内部存储器中。3、多点分布式测温。4、不需要外部器件。5、供电范围是3.0V5.5V，可以通过简单地数据线供电。6、测温范围是-55
8、+125。7、使用者可以将温度计分辨率选择为912位等等。1.3.电源模块的确定我们所设计的系统所需要的电压不是很大，所以我们拟采用电池供电，因此给出以下几种供电方案以便比较，筛选出最合理、最恰当的方案。方案1：考虑采用12V蓄电池为温度测试系统供电。从蓄电池的特点考虑，蓄电池具有以下几个特点：使用寿命长 ；放电倍率高，电池内阻非常小，可以大电流放电 ；自放电低；蓄电池具备很强的电流驱动能力，电压输出性能也非常稳定。唯一不足的是，蓄电池的体积太大，携带不方便，而且价格较贵，所以如果本次设计采用蓄电池便会大大的增加了成本。因此方案1我们应该舍弃。方案2考虑到单片机传感器的受压范围3.0V5.5V
9、，所以拟选择三节五号干电池串联组成电源，4.5V的电压在温度传感器工作电压之内，不会烧坏电路，满足温度测试系统的要求。并且温度测试系统运行稳定，电源的更换也十分方便，所以方案2是电源模块的不二选择。综合以上两个方案的比较，方案2更加便捷、便宜、合理。 1.4、显示模块方案1: 采用液晶显示频LCD1602显示。液晶显示频LCD1602最大的特点就是显示速度快，使用便捷、简单，液晶屏显示的结果简单明了，让人一目了然。而且我们要求显示两行结果，LCD1602液晶显示屏也符合系统设计的要求。因此可以考虑选用LCD1602液晶显示屏。方案2： 采用LED数码管显示 。LED数码管的基本满足我们温度测试
10、系统的设计要求，唯一不能满足的是LED数码管不能显示两行结果，因此应该舍弃该方案。 以上两种方案相比较，选择方案1更符合温度测试系统的设计要求。2 硬件实现及单元电路设计2.1 主控制模块主控制最小系统电路如图5所示。 图 5 2.2 电源模块 采用3节1.5 V 五号干电池串联共4.5V给系统供电。实物图如图6。图 62.4 显示模块 显示模块采用1602液晶显示接口电路如图7图 72.5 单片机最小运行系统（1）晶振晶振为单片机提供时钟信号。单片机XIAL1和XIAL2分别接30PF的电容，中间再并个12MHZ的晶振，形成单片机的晶振电路。图8 晶振电路（2）复位电路单片机在启动时都需要复
11、位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。 图9 复位电路 ALE引脚悬空，复位引脚接到复位电路、VCC接电源、VSS接地、EA接电源2.6 温度传感器(DS18B20)电路（1） DS18B20基本介绍DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高
12、性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号处理器处理。DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA，当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，只靠4.7K上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。因此，下图电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜采用电池供电系统中。并且工作电源VCC必须保证在5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。图10 温度传感器电路引脚图（2） DS18B20控制方法 DS18B20有
13、六条控制命令：温度转换 44H 启动DS18B20进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器9个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的TH、TL字节 复制暂存器 48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中 重新调E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节 读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU （3） DS18B20供电方式DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图3.1所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的
14、DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个三极管来完成对总线的上拉。本设计采用电源供电方式， P2.3口接单线总线为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个上拉电阻和STC89C52的P2.3来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10 s。采用寄生电源供电方式是VDD和GND端均接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三状态的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：l 初始化。l ROM操作指令。l 存储器操作指令。2.7 蜂鸣器、发光二极管报警电路 电路主要是用来设定
15、温度报警温度的、有高温和低温报警。图11蜂鸣器、发光二极管驱动引脚图3.系统软件设计3.1 程序结构分析主程序调用了3个子程序，分别是LCD1602液晶显示程序、温度信号处理程序、按键设定报警温度程序。温度信号处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示。LCD1602液晶显示程序：向LCD1602液晶的显示送数，控制系统的显示部分。按键设定程序：可以设定低温和高温报警可精确到0.1度。3.2 系统程序流图主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，主程序的主要功能是负责温度的实时显示
16、，读出并处理DS18B20的当前温度值，与设定的报警温度比较，其程序流程见图11所示。通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分开分存放在不的的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来。调用显示子程序初始化1s到？初次上电发温度转换开始命令读出温度值温度计算处理显示数据刷新图11 DS18B20温度流程图3.3 DS18B20初始化程序流程图在DS18B20工作之前需要进行初始化，流程图如下：发复位命令发跳过ROM命令 初始化成功 结束图11 初始化程序流程图3.4 读温度子程序流程图读温度子程序的主要功能是从DS18B20中读出温度数据，移入温度暂存器保存。其程序流程图如下：发
17、复位命令发跳过ROM命令 发读取温度命令 移入温度暂存器 结束#include /调用单片机头文件#define uchar unsigned char /无符号字符型 宏定义变量范围0255#define uint unsigned int /无符号整型 宏定义变量范围065535#include #include eeprom52.hsbit dq = P15;/18b20 IO口的定义sbit beep = P14; /蜂鸣器IO口定义uint temperature ; /bit flag_300ms ;bit flag_lj_en; /按键连加使能bit flag_lj_3_en;
18、/按键连3次连加后使能 加的数就越大了 uchar key_time,key_value; /用做连加的中间变量bit key_500ms ;uchar code table_num=0123456789abcdefg;sbit rs=P10; /寄存器选择信号 H:数据寄存器 L:指令寄存器sbit rw=P11; /寄存器选择信号 H:数据寄存器 L:指令寄存器sbit e =P12; /片选信号 下降沿触发uchar menu_1; /菜单设计的变量uint t_high = 300,t_low = 100;/*1ms延时函数*/void delay_1ms(uint q)uint i,
19、j;for(i=0;iq;i+)for(j=0;j110;j+);/*把数据保存到单片机内部eepom中*/void write_eeprom()/保存数据SectorErase(0x2000);byte_write(0x2000, t_high % 256);byte_write(0x2001, t_high / 256);byte_write(0x2002, t_low % 256);byte_write(0x2003, t_low / 256);byte_write(0x2055, a_a);/*把数据从单片机内部eepom中读出来*/void read_eeprom() /读出保存数据
20、t_high = byte_read(0x2001);t_high = 8;t_high |= byte_read(0x2000);t_low = byte_read(0x2003);t_low = 8;t_low |= byte_read(0x2002);a_a = byte_read(0x2055);/*开机自检eeprom初始化*/void init_eeprom() /开始初始化保存的数据read_eeprom(); /读出保存数据if(a_a != 1)/新的单片机初始单片机内问EEPROMt_high = 300;t_low = 100;a_a = 1;write_eeprom()
21、;/保存数据/* 名称 : delay_uint()* 功能 : 小延时。* 输入 : 无* 输出 : 无*/void delay_uint(uint q)while(q-);/* 名称 : write_com(uchar com)* 功能 : 1602命令函数* 输入 : 输入的命令值* 输出 : 无*/void write_com(uchar com)e=0;rs=0;rw=0;P0=com;delay_uint(25);e=1;delay_uint(100);e=0;/* 名称 : write_data(uchar dat)* 功能 : 1602写数据函数* 输入 : 需要写入1602的
22、数据* 输出 : 无*/void write_data(uchar dat)e=0;rs=1;rw=0;P0=dat;delay_uint(25);e=1;delay_uint(100);e=0;/* 名称 : write_string(uchar hang,uchar add,uchar *p)* 功能 : 改变液晶中某位的值，如果要让第一行，第五个字符开始显示ab cd ef ，调用该函数如下 write_string(1,5,ab cd ef;)* 输入 : 行，列，需要输入1602的数据* 输出 : 无*/void write_string(uchar hang,uchar add,u
23、char *p)if(hang=1) write_com(0x80+add);elsewrite_com(0x80+0x40+add);while(1)if(*p = 0) break;write_data(*p);p+;/*lcd1602上显示特定的字符*/void write_zifu(uchar hang,uchar add,uchar date)if(hang=1) write_com(0x80+add);elsewrite_com(0x80+0x40+add);write_data(date);/*lcd1602上显示两位十进制数*/void write_sfm3_18B20(uch
24、ar hang,uchar add,uint date)if(hang=1) write_com(0x80+add);elsewrite_com(0x80+0x40+add);write_data(0x30+date/100%10);write_data(0x30+date/10%10);write_data(.);write_data(0x30+date%10);/*lcd1602初始化设置*/void init_1602()write_com(0x38);/write_com(0x0c);write_com(0x06);delay_uint(1000);write_string(1,0,
25、temp: . );write_string(2,0,H: . L: . );write_zifu(1,12,0xdf); /显示度write_zifu(2,6, 0xdf); /显示度write_zifu(2,14,0xdf); /显示度/*18b20初始化函数*/void init_18b20()bit q;dq = 1;/把总线拿高delay_uint(1); /15usdq = 0;/给复位脉冲delay_uint(80);/750usdq = 1;/把总线拿高 等待delay_uint(10);/110usq = dq;/读取18b20初始化信号delay_uint(20);/200
26、usdq = 1;/把总线拿高 释放总线/*写18b20内的数据*/void write_18b20(uchar dat)uchar i;for(i=0;i= 1;/*读取18b20内的数据*/uchar read_18b20()uchar i,value;for(i=0;i= 1; /读数据是低位开始dq = 1; /释放总线if(dq = 1) /开始读写数据 value |= 0x80;delay_uint(5); /60us读一个时间隙最少要保持60us的时间return value; /返回数据/*读取温度的值 读出来的是小数*/uint read_temp()uint value;
27、uchar low; /在读取温度的时候如果中断的太频繁了，就应该把中断给关了，否则会影响到18b20的时序init_18b20(); /初始化18b20write_18b20(0xcc); /跳过64位ROMwrite_18b20(0x44); /启动一次温度转换命令delay_uint(50); /500usinit_18b20(); /初始化18b20EA = 0;write_18b20(0xcc); /跳过64位ROMwrite_18b20(0xbe); /发出读取暂存器命令EA = 1;low = read_18b20(); /读温度低字节value = read_18b20();
28、/读温度高字节value = 3)menu_1 = 0;if(menu_1 = 0)write_com(0x0c); /关闭光标if(menu_1 = 1)/设置高温报警if(key_can = 2)if(flag_lj_3_en = 0)t_high + ;/按键按下未松开自动加三次else t_high += 10;/按键按下未松开自动加三次之后每次自动加10if(t_high 990)t_high = 990;if(key_can = 3)if(flag_lj_3_en = 0)t_high - ;/按键按下未松开自动减三次else t_high -= 10;/按键按下未松开自动减三次之
29、后每次自动减10if(t_high = t_high)t_low = t_high - 1;if(key_can = 3)if(flag_lj_3_en = 0)t_low - ;/按键按下未松开自动减三次else t_low -= 10;/按键按下未松开自动加三次之后每次自动加10if(t_low = 10)t_low = 10;write_sfm3_18B20(2,10,t_low);write_com(0x80+0x40+10); /将光标移动到秒个位write_com(0x0f); /显示光标并且闪烁write_eeprom();/保存数据 /*菜单对应的处理函数*/void menu
30、_dispaly()if(menu_1 = 1) /对光标不处理，要不然光标不会显示在正确的位置write_com(0x80+0x42); /将光标移动到write_com(0x0f); /显示光标并且闪烁else if(menu_1 = 2)write_com(0x80+0x4a); /将光标移动到write_com(0x0f); /显示光标并且闪烁 /*报警函数*/void clock_h_l()static uchar value;if(temperature = t_high)value +; /消除实际距离在设定距离左右变化时的干扰if(value = 2)beep = beep;
31、/蜂鸣器报警elsebeep = 1;/*主函数*/void main()beep = 0; /开机叫一声 delay_1ms(150);P0 = P1 = P2 = P3 = 0xff;init_1602(); /1602初始化temperature = read_temp();/先读出温度的值time_init(); /初始化定时器 init_eeprom();/开机自检eeprom初始化write_sfm3_18B20(2,2,t_high);write_sfm3_18B20(2,10,t_low);delay_1ms(650);temperature = read_temp(); /先
32、读出温度的值write_sfm3_18B20(1,8,temperature);while(1)if(flag_300ms = 1) /300ms 处理一次温度程序flag_300ms = 0;temperature = read_temp();/先读出温度的值clock_h_l(); /报警函数write_sfm3_18B20(1,8,temperature);menu_dispaly(); /不同级的菜单对应显示1602对应显示不同key();/按键程序if(key_can 10)key_with(); /设置报警温度/*定时器0中断服务程序*/void time0_int() interrupt 1static uchar value;TH0 = 0x3c;TL0 = 0xb0; / 50ms