郑学伦(毕业设计)

船舶柴油机汽缸冷却器水温度自动控制系统的研究与实现指导老师：刘爱英学生：郑学伦（威海职业学院船舶工程系09船电一班）摘要将单片机应用于船舶主柴油机冷却水温度自动控制系统中。

首先对温度测控系统进行了功能分析，介绍了柴油机的发展历程，以及制冷系统的主要部件工作原理及特点，并根据系统所要实现的功能进行了硬件元器件的选择和软件算法的确定，最终得出柴油机冷却水温度控制系统的整套硬件设计方案。

关键词：船舶冷却水系统单片机温度控制目录摘要第1章绪论1.1柴油机温度控制概述----------------------1.2单片机温度控制器的优点------------------ 第2章温度控制系统介绍--------------------2.1系统的构成------------------------------2.2 系统各组成部分功能说明-----------------第3章柴油机发展的历程---------------------- 第4章制冷系统主要部件的工作原理及特点------- 第5章系统的硬件与软件开发------------------ 5.1 硬件系统电路结构------------------------5.2系统的软件开发--------------------------结论----------------------------------------参考文献-----------------------------------第1章绪论1.1柴油机温度控制概述船舶柴油机动力装臵运转时，有许多机械设备会散发出大量的热量。

为了保证部件正常工作必须及时将这些多余的热量散发，因此冷却水系统的功用就是对需要及时散热的机械和设备提供足够的冷却水进行冷却。

以保证其在一定合适的温度范围内安可靠地工作。

目前，船舶柴油机冷却水温度的自动控制系统大多采用的是电子式控制方式使用的是模拟式调节仪表，主要以电子器件的逻辑运算输出控制信号来驱动继电器对电动机进行转向控制，从而达到对温度的控制从整体上看主要存在以下两个明显的缺点①采用的元器件比较落后导致电路较为复杂使用的逻辑元器件也较多增加了备件管理和维护工作的难度②由于系统整体比较复杂及模拟仪表的实现功能的限制。

这些温度控制器都采用了最简单的控制规律不能提供很好的控制性能。

鉴于此，提出了基于单片机控制的船舶柴油机冷却水温度控制方法。

1.2单片机温度控制器的优点我们知道单片微处理器具有高精确度高、灵敏度高、响应速度以及耗能少自动控制安全可靠等优点。

同时，其逻辑控制运算是由软件来进行的容易实现各种控制规则，甚至是比较复杂的控制算法的实现而且不受外界工作环境的影响。

因此，基于单片机的温度控制器可以安全可靠地运行，智能控制冷却水的温度稳定在某一给定值或者给定值附近，使得船舶柴油机冷却水温度测控，满足现代远洋船舶的要求。

第2章温度控制系统介绍2.1系统的构成整个船舶柴油机冷却水温度控制系统主要由计算机控制中心(上位机)和打印机、远程通讯模块、单片机测控平台(下位机.)、温度传感器组、执行机构，以及控制软件等部分组成的，系统采用了总线结构、模块化的设计方法，各部分既可以独立工作，又能够联网协同工作，组建方式灵活，并具有良好的可扩展性。

2.2 系统各组成部分功能说明一、计算机管理控制中心（上位机）和打印机计算机控制中心可以对单片机测控平台进行远程实时显和检测，可以对测控平台的历史数据进行存储分析和打印，以方便用户对测控平台的每一个温度数据进行存储。

当每次启动软件时，该软件可以自动的从单片机温度控制器中读出历史数据并存储到计算机中。

二、远程通讯模块为了便于上位机（计算机）和下位机（单片机）的通讯，我们采用了标准 RS-232串行通讯规范。

通过 RS-232接口，单片机可以将采集到的温度数据传输到计算机中，从而可以利用计算机的强大处理能力对数据进行分析和存储，以及连接打印机对数据进行打印保存。

三、单片机测控平台（下位机）单片机测控平台（下位机）是整个温度控制系统的重要组成部分，是联系温度信号采集和计算机管理控制中心的枢纽。

一方面，它要获取温度传感器组的测量数据，并且与温度设定值进行比较，同时输出控制信号到执行机构；另一方面，它要将温度测量数据和设定数据上传到计算机管理控制中心。

四、温度传感器组采用了具有良好性能的感温元件，铂热电阻Pt100，用测量冷却水的温度。

同时，为了保证测量的准确性，采用了多点测量的方法，即在高温回路中高温冷却淡水的进口和出口、低温回路中低温冷却淡水的进口和出口都安装了温度传感器，分别测量这儿点的温度。

单片机控制多路开关，分别采集这几点的温度数值。

在某一时刻，单片机采集的是某个点的温度实际数值，然后与该点的设定数值相比较，再输出控制信号，因此，并不会增加单片机的运算负荷，使得单片机完全有能力承担控制中心的任务。

五、执行机构系统的执行机构由控制继电器、三相伺服交流电动机和三通调节阀组成。

利用继电器接受单片机发出的间断的控制指令，控制三相伺服交流电动机断续运转，带动三通调节阀的转动，改变三通调节阀的开度，进而改变冷却水的温度。

第3章柴油机的发展历程如果用最简单方式看待历史，那么组成历史的仅仅包括年代、人名、故事三个要素。

虽然时间跨度冲淡他的年代和故事，但他应该感到欣慰，因为至少他的名字得以流传。

鲁道夫〃狄赛尔(Rudofl Diesel)一个永远不会被忘却的名字。

命运多笃的发明家在科学史上，人们总是会对那种无心插柳却一举成功的故事津津乐道，比如伦琴射线、青霉素、宇宙微波背景辐射等等。

当然能有上述的成就固然可敬，但还有一种同样可敬的人：他们在有生之年不断探索，但成就却不被世人承认，直到多年之后他们的成就才发扬光大。

柴油机的发明者鲁道夫?狄赛尔就是这样的一个人。

狄赛尔1858年出生在法国巴黎，他的父亲是德国奥古斯堡的精制皮革制造商。

成年之后，狄赛尔进入了德国的慕尼黑技术大学攻读。

就在他读大学期间的1876年，德国人奥托研制成功了第一台4冲程煤气发动机，这是法国技师罗夏内燃机理论第一次得到实际运用。

这一成就鼓舞了当时从事机械动力研究的许多工程师，这其中既包括后来汽车的发明者卡尔〃奔驰和戈特利普〃戴姆勒，也包括对机器动力十分有兴趣的年轻人狄赛尔。

与致力于改造奥托发动机的奔驰和戴姆勒不同，狄赛尔的想法更为超前，他想完全舍去发动机中的点火系统，靠压缩空气发热，喷入燃料后自燃做功，这种方式完全区别于吸入燃气混合气点燃做功的方式，后人称狄赛尔的原理为“压缩式内燃机”原理。

当然狄赛尔产生这样的设想也并不是空穴来风，因为当时并没有发明分电器和高压点火线圈，点火装臵非常简陋和不稳定，狄赛尔想跳过这个技术障碍完全是可以理解的。

不久，他在法国人约瑟夫〃莫勒特(Joseph Mollet)发明的气动打火机上找到了灵感，并坚持不懈的探索下去。

狄赛尔没有料到，他的想法实现起来远远比发明点火系统复杂的多，他所遇到的第一个就是燃料问题。

常用的汽油非常活跃，也非常容易点燃，但汽油却不能适应有很高的压缩比的压燃式发动机，一旦把汽油雾化喷入含有高温、高压空气的燃烧室，就会发生猛烈的敲缸甚至爆炸。

舍去汽油是必然的，狄赛尔创造性把他的目标指向了植物油。

经过一系列试验，对于植物油的尝试也失败了，但他是第一个把植物油料引入内燃机的人，因而近现代鼓吹“绿色燃料”者都把狄赛尔尊为鼻祖。

最终燃料选择锁定在了石油裂解产物中一直未被重视的柴油上。

柴油相对于汽油来说性质非常稳定，比较难于点燃，同时柴油一旦点燃会冒出大量的黑烟，因而它又不能像煤油那样用作照明。

但柴油稳定的特性却恰恰适合于压燃式内燃机，在压缩比非常高的情况下柴油也不会出现爆震，这正是狄赛尔所需要的。

经过近20年的潜心研究，狄赛尔终于在1892年试制成了第一台压燃式内燃机，也就是柴油机。

这台柴油机用汽缸吸入纯空气，再用活塞强力压缩，使空气体积缩小到15倍左右，温度上升到500—700度，然后用压缩空气把雾状柴油喷入汽缸，与缸中高温纯空气混合，由于汽缸这是已经有了较高的温度，因而柴油喷入后自行燃烧做功。

1892年2月27日，狄赛尔取得了此项技术的专利。

柴油机的最大特点是省油，热效率高，但狄赛尔最初试制的柴油机却很不稳定，1894年，狄赛尔改进了柴油机并使其能运行1分钟左右，尽管他的柴油机还并不稳定，但狄赛尔却迫不及待的把它投入了商业生产，因为他的竞争对手早在1886年就把汽油机安装车辆上，而8年之后，汽油机汽车已经投入了商业运作。

这位只了解技术并不了解商业运作的发明家犯下了一生中最大的一次错误，他急于推向市场的20台柴油机由于技术不过关，纷纷遭到了退货，这不但给了他巨大的经济负担，更重要是影响了柴油机在公众的印象，在随后的几年里几乎没有厂家或个人乐意装配柴油机。

没有了资金来源又负债累累，这就使得狄赛尔的晚年陷入了极端贫困。

1913年10月29日，55岁的狄赛尔独自一人呆站在横渡英吉利海峡的轮船甲板上，被巨浪卷入了大海(多数历史学家认为狄赛尔是跳海自尽的)。

为了纪念狄赛尔，人们把柴油发动机命名为Diesel。

东方不亮西方亮狄赛尔做梦都想看到自己的发明能大规模装载在汽车上，但他致死都没有看到这一天。

客观的讲，狄赛尔的柴油机确实存在着不少缺陷，其中最大的问题就是重量。

由于柴油机汽缸压力比汽油机高很多，因而柴油机的缸体要比汽油机粗壮许多，同时早期的柴油机为压缩空气使用的空气压缩机质量也非常巨大，这就使得柴油机整体上十分笨重，极不适应当时骨架还很娇小的汽车。

但柴油机拥有汽油机不可比拟的扭矩优势，在功率相同时柴油机又拥有很大燃油经济性优势，这就让人们并没有放弃它。

1924年，美国的康明斯公司正式采用了泵喷油器，这一发明有效地降低了柴油机的质量，同年在柏林汽车展览上MAN公司展示了一台装备柴油机的卡车，这是第一台装有柴油机的汽车。

不久以后，博世公司开始正式生产标准泵喷油器，正是由于柱塞泵的普及，为柴油机安装在汽车上提供了基础。

1936年，奔驰公司生产出了第一台柴油机轿车260D，这时距狄赛尔去世已经23年。

尽管30年代已经有轿车安装了柴油机，但真正为柴油机提供发挥舞台的还是重型机械和装甲车辆。

二战中，美国的舒尔曼坦克和德国虎式坦克都使用汽油机，虎式坦克以其强大的火力和厚重的装甲占得了上风，美军只能拿数量来扯平。

但在苏联战场，苏军的T-34坦克的火力和装甲虽也不及虎式坦克，但T-34使用柴油发动机，他在中弹后不易起火，这样就大大提高了战场生存能力。

战后，各国汲取了战争中的教训，都自己的坦克换装成了柴油发动机。

20世纪50年代以后，两大阵营在坦克功率方面进行了不断的军备竞赛，这无形中大大加速了柴油机技术的发展。

人们知道喷油压力直接影响着柴油机的功率和扭矩，因而世界各大柴油机制造公司都在拼命提高柴油机的喷油压力，在这个时期，康明斯公司研制成功完全不同于柱塞泵的PT喷油系统，从而大规模的提高了喷油压力。