基于单片机的锻造机液压油温度控制系统设计
摘要：液压驱动有体积小、重量轻、结构紧凑、可无级变速、调速范围大、能频繁迅速换向、工作稳定、易于实现过载保护等特点，所以液压驱动系统光法运用在工业制造领域。液压系统与电气配合可以相对容易实现自动化控制和操作。但液压驱动也存在一些缺点，其中最显著的缺点工作环境温度区间较小，因为传动介质即液压油温度过高或过低都会直接影响液压系统工作的稳定性和准确性。液压系统的液压油一般在25℃ ～50℃ 范围内工作比较合适，最高不高于60℃，最低不得低于l5℃。
设计通过油温变化的分析，提出了温度控制系统方案。介绍了基于AT89C51单片机的温度控制系统的软硬件组成，利用了单片机的编程实现控制算法并进行系统的软件设计，最终完成单片机在油箱温度控制系统中的应用。
关键词：液压;温度；控制；单片机
Abstract: The hydraulic drive has small size, light weight, compact structure, CVT, speed range, can often quickly commutation, stable, easy to implement overload protection, etc., so the hydraulic drive system used in light industrial manufacturing method fields. Hydraulic and electrical systems with automated controls can be relatively easy to implement and operate. But there are also some disadvantages hydraulic drive, the most significant drawback operating ambient temperature range is small, because the transmission medium, the hydraulic oil temperature is too high or too low will directly affect the stability and accuracy of the hydraulic system work. Hydraulic system of hydraulic oil is generally in the range of 25 ℃ ~ 50 ℃ Working appropriate maximum of not more than 60 ℃, the minimum of not less than l5 ℃.
The design uses AT89C51 microcontroller with DS18D20 digital temperature sensor. Microcontroller for processing the sensor detects the temperature, to determine whether to open the relay boot device.
The design added to the digital display and alarm.
Keywords: Hydraulic; temperature; control; SCM
目录
第一章 引言 3
1.1 锻造油箱温度控制系统设计的背景及意义 3
1.2 国内外研究现状 4
1.3 课题研究内容 4
第二章 锻造油箱温度控制系统的总体方案设计 5
2.1 工作原理 5
2.2 设计方案 5
2.2.1 方案一 5
2.2.2 方案二 5
第三章 油箱温度控制硬件设计 6
3.1 硬件选型 6
3.1.1 单片机的选型 6
3.1.2 温度传感器的选型 8
3.2电路设计 10
3.2.1 主要电路设计 10
3.2.2 附属电路设计 10
第四章 控制程序设计 14
4.1 控制程序设计整体思想 14
4.2控制程序流程 14
4.3控制程序设计分析 16
4.3.1初始化DS18B20程序 16
4.3.2写程序 16
4.3.3读程序 17
4.3.4读取温度 17
4.3.5显示程序 17
第五章 调试与仿真 19
5.1 硬件调试 19
5.2 软件调试 19
5.3 仿真 19
第六章 总结与展望 21
小结并致谢 22
参考文献 23
毕业设计附录 24
第一章引言
1.1 锻造油箱温度控制系统设计的背景及意义
随着社会发展，液压驱动系统已经进入众多领域。在工业机械制造工艺中，锻造是一种重要的制造方式，而大型锻件锻造过程中一般使用大型液压锻造机进行锻造。
液压锻造机的状态直接影响工作能否进行，而液压油的温度可以直接影响锻造机的状态，系统内液压油的温度过高或过低，均直接影响液压传动功能的实现及其动作的准确性。系统中的液压油，一般在25℃ ～50℃ 范围内工作比较合适，最高不高于60℃，最低不得低于l5℃ 。
油温过高会使液压系统中的橡胶密封、软管等加快老化或变质，影响其使用寿命，甚至丧失其密封性能，并使液压系统严重泄漏。会使油液氧化至失效，从而引起腐蚀和形成沉积物，以至堵塞阻尼孔和加速阀的磨损，从而影响液压系统正常工作。
油温过高会使液压油黏度降低，泄漏增大，容积效率下降，并使节流元件的节流特性变化，导致速度不稳定，特别对液压随动系统，影响其工作稳定性，降低工作精度；油液黏度降低后相对运动零件表面的润滑油膜变薄，会增加机械磨损，结果造成泵、阀、马达等的精密配合面过早磨损而使其失效或报废；油温过高引起油液黏度的降低，还会导致溢流阀等锥阀阻尼降低，使其稳定性变坏引起自激振荡噪声。
油温过高会引起热膨胀系数不同的运动副之间的间隙变化，壳体由于周围空气接触进行热交换而膨胀不大，但阀芯在高温下体积增大，使运动副间的间隙变小，影响阀芯的移动，增加磨损，严重时会“卡阀”，失去工作能力和破坏应有的精度；甚至产生事故，还会带来其他安全问题。
另外油温的升高会加快油液汽化、水分蒸发，容易使液压元件产生穴蚀，也会使溢流阀产生高频啸叫；油温升高，会使油液氧化加剧，使用寿命降低，液压油易形成絮状物质，并在过热的元件表面上形成沉积物，容易堵塞各种控制小孔，使其不能正常工作。
液压系统的油温过低，同样也会产生以下不良的影响：
(1)油液黏度增大，使液压系统启动时液压泵吸油困难，启动转矩增加；
(2)油液黏度过大，会使控制阀操作失常；
(3)影响执行元件的工作速度，降低效率。
综上所述，液压传动及其控制系统能否良好地工作，油液的温度起到很关键的作用。因此必须对液压油温度进行控制，确保液压系统能够正常稳定地运行，对延长系统和元件的使用寿命，保证设备安全，防止事故发生有重要意义。
1.2 国内外研究现状
国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。
我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制[1]。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距[2]。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点
1.3 课题研究内容
本设计的主题是液压油箱温度控制，主要控制对象是油箱温度，油箱在液压驱动系统中有着重要的作用，油箱温度可能受很多外界环境因素或系统内部因素影响，对于这个问题，本设计目的是实现可连续调温的温度控制系统，本次设计作品简单小巧、易于更换，是一套使用便捷的油箱温度控制系统。
本设计是对油箱温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇、冷却水循环降温，使温度下降。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。两个数码管即时显示温度，精确到个位。
第二章锻造油箱温度控制系统的总体方案设计
2.1 工作原理
温度传感器从设备环境的不同位置采集温度，单片机 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备 ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器)。
2.2 设计方案
2.2.1 方案一
测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路[3]，感温电路比较麻烦。
2.2.2 方案二
考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用智能温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。
比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。
