1. 研究目的与意义
目前，水冷式柴油机冷却系统以中央冷却水系统为主，水冷式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。这种水冷式柴油机温度控制系统，不能快速、准确、稳定的调节柴油机冷却水的温度，冷却水的温度经常超调，响应速度慢，温度控制不准确，严重影响了柴油机的性能和寿命。随着计算机技术、测量仪器和控制技术的高速发展，在现代自动控制领域中，应用了越来越多的先进测量控制技术、设备和方法。在这些众多的先进测量控制技术中，由于单片微处理器的性能日益提高、价格又不断降低，使其性能价格比的优势非常明显。因此，如何将单片微处理器应用到自动控制领域，成为目前轮机自动化的焦点课题之一，为越来越多的科研机构所重视。
该课题的研究正是适应了这种发展趋势，将单片机应用于水冷式柴油机温度自动控制系统中，以达到精确调控柴油机冷却水的温度。课题首先对温度测控系统各环节进行了功能需求分析，明确了本温控系统所要达到了技术要求，从而为随后的系统设计打下了坚实的基础；然后又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；最后，本课题最终给出了基于单片机的水冷式柴油机温度控制系统的整套软硬件设计方案。同时，又讨论了有关提高控制系统可靠性的软硬件解决措施，因而更进一步完善了系统的整体设计方案。
根据本课题的研究，我们将单片机控制方式成功地引入了设备自动控制领域，丰富了自动控制技术，也为今后自动化技术的发展探索了一条行之有效的道路，具有广阔的发展空间。现代社会的发展和经济的进步都离不开动力系统的支持，其中内燃机动力系统的贡献就至关重要，特别是大型运输车辆和船舶都需要内燃机来提供动力，其中内燃机温度控制系统是内燃机能否正常运行的关键环节。本课题关注柴油机温度监控系统的实时响应性能和智能化水平，从柴油机温度采集和冷却系统的运行状态检测和控制来进行柴油机水冷式温度控制系统的设计。本设计主要从水冷式柴油机温度控制系统的使用需求分析和模型建立，再根据需求模型来综合设计智能化的温度控制系统。本课题涉及检测技术、模型分析方法、控制系统的传感器选型和信号处理以及电机控制等相关内容知识。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：
设计一个基于感知技术的水冷式柴油机温度控制系统，实现柴油机在各种特殊情形下温度的合理控制；该系统应包括：柴油机状态检定单元（包括温度、转速、流速及流量等）、单片机匹配控制单元、流量流速执行单元、人机交互及数码显示单元；完成的功能：温度、转速、流速及流量等的数据采集、显示、运算处理、按需要控制输出量；电路原理图和硬件电路图设计；软件编程及功能调试。
3. 研究的方法与步骤
如图1所示是水冷式柴油机温度控制系统的硬件结构图，当单片机启动之后，温度测量电路，流量测量电路和流速测量电路负责柴油机与冷却水运行状态的检测，通过A/D模数转换电路将模拟量转换为数字量传输给微处理器。当检测到一定程度的高温后，微处理器会通过电机驱动模块自动控制水泵开始向机箱注入冷却水，当温度降低到一定程度以下后会自动停止。柴油机温度、冷却水流量和流速大小会通过微处理器在显示电路上显示出来。按键人机交互控制端可以手动控制柴油机正常运行时所规定的温度等指标。
水冷式柴油机温度控制系统具有非线性、时滞特性，根据实际情况，我们拟定系统要实现的控制要求如下：
(1)精确采集系统中的温度信号、流量信号、和流速信号，以提高系统的控制精度。
(2)采用智能控制算法，控制冷却水温度，以提高系统的响应速度、降低冷却水系统的温度超调量。
(3)实现监控室与智能控制器之间的通讯，便于实时了解智能控制器的测控情况。
(4)根据控制器的控制输出信号，控制器的执行部件能精确调节水泵阀门的开度。
(5)控制器能适应机舱的恶劣环境，具有一定的抗干扰能力。
如图2．TS是系统给定温度值，是BCD码，由键盘或者上位机输入。程序DTS(S)的作用就是将TS的BCD码转换成单片机可以识别的二进制码r，由软件来承担。D(z)是本系统的温度控制算法。
由于本系统的执行机构需要的是控制量的增量，即驱动的是步进电动机，因此，控制算法D(Z)的输入是给定温度数值r与系统测量数值Y(t)之间的差值，经过单片机的软件计算，输出的是控制增量△u(k)。被控对象的输出是c(t)，输入是步进电机的输出u(t)。同时，由温度传感器及信号处理模块等组成了反馈回路。
如图3所示是水冷式柴油机温度控制软件系统的流程图，当上电初始化微处理器之后，柴油机内部温度传感器等开始检测工作环境状态，检测到相关的信号实时传送给单片机，并会在显示屏上显示温度流量流速等信息。如果识别到有手动控制指令，就会执行此指令；当检测到柴油机过高温度时也会自动打开水泵开始输入冷却水。接着检测柴油机温度是否降到要求以下，如果没有就增大冷却水流量及流速，已经降到要求以下就自动关闭水泵。电机的温度、冷却水流量和流速大小也会在显示屏上显示出来。
4. 参考文献
[1]张洪润,孙悦等著.单片机原理及应用[m].清华大学出版社,2008
[2]张晓华主编.系统建模与仿真[m].清华大学出版社,2006
5. 计划与进度安排
（1）2022.2.24—2022.3.24查阅资料，撰写开题报告；
（2）2022.3.25—2022.4.14 硬件功能分析，熟悉mcs-51系统指令及编程语言；
（3）2022.4.15—2022.5.5 设计电路原理图、编制应用程序；
