基于單片機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

任才 孔德尉* 沈陽工學(xué)院 劉文宇 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司

1 設(shè)計方案

（1）以單片機(jī)為核心設(shè)計一個小型電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；

（2）該系統(tǒng)的主要功能如下：系統(tǒng)可以通過按鍵來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。同時通過顯示屏顯示電機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)；

（3）報警功能：當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速過快時，實現(xiàn)系統(tǒng)報警；

（4）硬件設(shè)計包括單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計，顯示部分的設(shè)計，以及電機(jī)驅(qū)動模塊的設(shè)計等，軟件設(shè)計為單片機(jī)程序的設(shè)計。

2 硬件方案設(shè)計

本文設(shè)計的基于單片機(jī)的小型電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的任務(wù)，將本系統(tǒng)模塊化處理，主要分為單片機(jī)控制部分，顯示模塊，驅(qū)動模塊，按鍵輸入模塊。

單片機(jī)控制部分：單片機(jī)又稱微控制器，單片機(jī)的微小的體積和編程的靈活性而產(chǎn)生多種控制功能，是本系統(tǒng)的控制核心，處理從外部接收到的信號和發(fā)送控制信號執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

顯示部分：本文設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)要求實時顯示當(dāng)前電機(jī)的運動狀態(tài)，主要要顯示的內(nèi)容為電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。因此選擇的顯示部分運用LCD1602?？梢詫崿F(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的顯示要求。

電機(jī)驅(qū)動模塊：本設(shè)計中由于硬件方面的需要，所以電機(jī)使用的是直流減速電機(jī)，電機(jī)的供電電壓為5V供電，但是單片機(jī)的驅(qū)動能力有限，不能直接驅(qū)動電機(jī)，因此需要加上一個驅(qū)動模塊，本設(shè)計選擇的驅(qū)動模塊是289N驅(qū)動模塊。

按鍵輸入模塊：根據(jù)設(shè)計要求，要求按鍵控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，本設(shè)計一共設(shè)計了三個按鍵，加速按鍵，減速按鍵以及電機(jī)的正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)按鍵。

本文設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)的總體硬件框圖，如圖1所示。

圖1 調(diào)速系統(tǒng)硬件框圖

3 硬件電路設(shè)計

3.1 調(diào)速顯示電路設(shè)計

本設(shè)計中，需要顯示的有電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速以及電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，所以選擇LCD1602作為本設(shè)計的顯示部分。

LCD1602為工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符，使用簡單方便，具有背光功能，顯示字符清晰準(zhǔn)確，能同時顯示字母與數(shù)字，可以區(qū)分大小寫字母，具有較強(qiáng)的功能并且連線簡單，背光亮度可調(diào)，且耗電量小，是一款簡便的好用的顯示器件。

通過P2.5～P2.7分別來控制LCD1602的使能端、讀寫控制端與復(fù)位端，通過以上I/O端口的相互配合以達(dá)到數(shù)據(jù)顯示與傳輸?shù)男Ч?，該顯示器件的BL端為控制液晶顯示器背光的引腳?？梢酝ㄟ^將BL+端串聯(lián)一個低于50歐姆的電阻來降低屏幕的背光的亮度。

3.2 按鍵輸入電路設(shè)計

獨立按鍵接口。獨立按鍵就是各按鍵之間相互獨立，并且每個按鍵用于每條輸入線連接，每個輸入線工作狀態(tài)的鍵不影響其它的輸入線的狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線電平狀態(tài)可以很容易地確定哪個按鈕被按下。獨立按鍵電路配置靈活，軟件操作簡單，但每個按鍵需要占用單獨的輸入線，當(dāng)按鍵的數(shù)目越多時，就需要更多的輸入線而且電路結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的，故此種鍵盤比較適用于按鍵比較少或操作比較高的場合。

圖2 按鍵輸入電路圖

3.3 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計

設(shè)計中由于硬件方面的需要，所以電機(jī)使用的是直流減速電機(jī)，電機(jī)的供電電壓為5V供電，但是單片機(jī)的驅(qū)動能力有限，不能直接驅(qū)動電機(jī)，因此我們要加上一個驅(qū)動模塊，而系統(tǒng)要求實現(xiàn)調(diào)速功能，所以不能選擇繼電器驅(qū)動，本設(shè)計選擇的驅(qū)動模塊是289N驅(qū)動模塊，驅(qū)動的主要原理為H橋電機(jī)驅(qū)動電路。

3.4 報警電路設(shè)計

報警器是一種為了預(yù)防和防止一些造成的后果事件發(fā)生，以光、聲音、壓力等形式來提醒或警示我們必須采取一定動作的電子產(chǎn)品。報警器，分為電子報警器和機(jī)械式報警器。目前我們主要見到的電子報警方式主要可以分為聲音報警，光線報警，聲光報警這幾方式，本設(shè)計選擇的報警方式為蜂鳴器。

本設(shè)計采用的蜂鳴器為有源蜂鳴器，將蜂鳴器的控制端與單片機(jī)的P14引腳相連，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速過快時，單片機(jī)的控制引腳輸出低電平，三級管的集電極的電壓高于基極的電壓，三級管導(dǎo)通，之后蜂鳴器響，整個系統(tǒng)報警，蜂鳴器應(yīng)用電路，如圖3所示。

圖3 報警電路圖

[1]林全新.蘇麗娟.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：人民郵政出版社，2002.

[2]秀菊等.單片微機(jī)與測控技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1996.