小直流電機(jī)溫度調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張毅博

摘 要：本次主要是對(duì)直流電機(jī)調(diào)速器設(shè)計(jì)的研究，實(shí)現(xiàn)溫度的高低自動(dòng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)溫度對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)加速、減速、停止操作。并實(shí)現(xiàn)電路的仿真。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在設(shè)計(jì)中，采用了AT89C52單片機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動(dòng)模塊、實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的測(cè)量和顯示。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速；單片機(jī)；溫度；直流電機(jī)

1 引言

在電子信息時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化的生活和生產(chǎn)中起著非常重要的作用，無(wú)論在商務(wù)與辦公設(shè)備、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防航空航天，還是在平常生活中的家用電器；都在大量地使用著種類(lèi)繁多的電機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在有91%以上的動(dòng)力都來(lái)源于電機(jī)，我國(guó)生產(chǎn)的電能大約有60%用于電機(jī)。因此可知電機(jī)與人們的生活息息相關(guān)，密不可分。隨著時(shí)代步伐的邁進(jìn)，人們對(duì)自動(dòng)化的需求越來(lái)越高，使電機(jī)控制向更復(fù)雜的控制方向發(fā)展，因此也就有了單片機(jī)控制電機(jī)的設(shè)計(jì)理念。

2 設(shè)計(jì)總說(shuō)明

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

本次設(shè)計(jì)將介紹一種基于單片機(jī)的溫度控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)為核心，通過(guò)AT89C52單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)字溫度傳感器DS18B20，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集通過(guò)溫度的比較和溫度范圍設(shè)定的程序控制產(chǎn)生PWM（脈寬調(diào)制）信號(hào)；通過(guò)L28N驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)控制直流電機(jī)的啟動(dòng)、速度、方向的變化；通過(guò)LCD1602顯示溫度，論文包括對(duì)單片機(jī)的功能及各個(gè)管腳和晶振復(fù)位電路的介紹，整個(gè)電路設(shè)計(jì)包括溫度采集模塊，單片機(jī)控制模塊，溫度顯示模塊，和電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

本次設(shè)計(jì)要求是使用單片機(jī)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，同時(shí)單片機(jī)部分應(yīng)帶有顯示功能。單片機(jī)對(duì)某個(gè)位置進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)外部溫度≥45℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速正轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度≥75℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速正轉(zhuǎn)；當(dāng)外部溫度≤10℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速反轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度≤0℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)全速反轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度回到10℃～45℃之間時(shí)電動(dòng)機(jī)逐漸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 技術(shù)路線

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖

在進(jìn)行電路搭建之前，對(duì)電路系統(tǒng)總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)（如圖1所示）；

該系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)為核心，通過(guò)DS18B20進(jìn)行溫度采集，送入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)軟件編程進(jìn)行溫度的比較和范圍劃定，然后通過(guò)程序控制由單片機(jī)產(chǎn)生不同的PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)，送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N的使能端口，通過(guò)L298N驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制直流電機(jī)的啟動(dòng)、速度、方向的變化；單片機(jī)將溫度數(shù)據(jù)傳送給LCD1602顯示溫度。整個(gè)電路設(shè)計(jì)包括溫度采集模塊，單片機(jī)控制模塊，溫度顯示模塊，和電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

4 系統(tǒng)原理圖及各模塊分析

4.1 系統(tǒng)原理圖

根據(jù)系統(tǒng)總體方案圖進(jìn)行了Proteus電路仿真設(shè)計(jì)（如圖2所示）。

4.2 溫度采集模塊的電路連接

DS18B20 有三個(gè)管腳：GND 為電源地，DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，VCC 為外接供電電源接入端（用寄生電源方式時(shí)接地）。在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)VCC、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。本系統(tǒng)中DS18B20的DQ口與單片機(jī)的P3.0口連接，GND接地。

4.3 轉(zhuǎn)速控制模塊設(shè)計(jì)

IN1、IN2分別與AT89C51單片機(jī)的P1.0、P1.1相連接，輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ENA與單片機(jī)的P1.2口相連接，P1.2口輸出控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的PWM信號(hào)，來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的加速、減速，啟動(dòng)、停止。由于我們使用的電機(jī)是線圈式的，在從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)和從順時(shí)針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時(shí)針狀態(tài)時(shí)會(huì)形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時(shí)候進(jìn)行泄流，保護(hù)芯片的安全。上面接電源那個(gè)是當(dāng)VS斷電后，電機(jī)的產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生很大的電動(dòng)勢(shì)保護(hù)電機(jī)（因?yàn)殡姍C(jī)可能正傳或者反轉(zhuǎn)，所以?xún)蓚€(gè)方向均要設(shè)計(jì)二極管），接地那個(gè)作用在于保護(hù)單片機(jī)等元件。

4.4 溫度顯示模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)手冊(cè)中可能介紹LCD1602內(nèi)部D0～D7已有上拉，可以使用P0口直接驅(qū)動(dòng)。在Proteus里L(fēng)CD1602內(nèi)部可能沒(méi)有，應(yīng)該人為加上拉電阻。

5 程序設(shè)計(jì)方案

5.1 系統(tǒng)軟件構(gòu)架

如圖3所示。

5.2 結(jié)語(yǔ)

本文的小直流電機(jī)溫度調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以51單片機(jī)為核心，外接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、DS18B20、LCD1602、直流電動(dòng)機(jī)等模塊及元器件組成。成本低，可靠性高，并且實(shí)現(xiàn)Proteus的ISIS軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的小設(shè)計(jì)與仿真。為實(shí)際操作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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