溫度控制直流電動機轉速系統的設計與仿真

李建莉

摘 要：Protues是一款性能優良的電子輔助分析與設計軟件。運用Protues研究了基于C51單片機的溫度控制直流電動機控制系統電路，并通過C51單片機實現了數字溫度傳感器的數據采集功能，從而實現了直流無刷電動機的正轉、反轉、加速、減速。整個電路設計包括溫度采集模塊、單片機控制模塊、溫度顯示模塊、電機及電機驅動模塊。計算機仿真結果表明，該電路實現了溫度控制直流電機轉速的功能。

關鍵詞：Protues；單片機；電路設計；電動機

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.087

1 系統總體設計

控制器是電動機轉速控制的核心部分，是電動機有效工作的保障。由于單片機具有靈活、成本低、易于產品化、抗干擾能力強，可構成各種智能式控制設備和智能儀器的特點，所以，其適用范圍較大、處理功能較強、運行速度較快等。本系統選用單片機AT89C51作為電機調速系統控制器，設計出的電動機具有溫度采集、單片機控制、溫度顯示等功能，可實現單片機對某個位置的溫度監控。當溫度低于0 ℃時，電動機全速反轉；當外部溫度低于10 ℃時，電動機加速反轉；當溫度處于10～45 ℃時，電動機逐漸停止轉動；當外部溫度高于45 ℃時，電動機加速正轉；當外部溫度高于75 ℃時，電動機全速正轉。系統原理如圖1所示。

2 系統電路的設計與仿真

2.1 系統的硬件電路

本系統主要由數字溫度傳感器、單片機、顯示器、L298驅動芯片、電機器件等構成。其中，數字溫度傳感器DS18B20可將檢測到的二進制的數字溫度信號通過輸出端DQ，并經P3.3引腳直接傳至單片機AT89C51。溫度數據采集設備通過溫度比較和對溫度范圍的控制，經P1.2引腳產生PWM（脈寬調制）信號，通過L298驅動芯片輸入端ENA控制直流電機的啟動、速度、方向的變化。為了實時檢測采集溫度，需要將采集到的溫度數據送至LM016顯示，并通過單片機P2口傳輸數據。電路原理如圖2所示。

2.2 系統軟件設計

本系統的工作流程為：端口初始化→液晶顯示程序→DS18B20函數初始化→讀取溫度值并顯示→延時→開啟中斷、等待中斷→T0定時器控制電動機正/反轉，并通過PWM信號控制電動機的轉速。

2.2.1 溫度采集模塊

根據單總線協議，使用DS18B20時應先初始化識別數據交換。本系統中的單總線上僅掛接有1個DS18B20，允許單片機在不讀取64位序列碼的情況下直接操作DS18B20，因此，可以使用跳過讀序列號的操作命令（CCH）；對DS18B20發出啟動溫度轉換的操作命令（44H）且轉換完成后，再次初始化DS18B20，跳過讀取序列號的操作，并發出讀取暫存器的操作命令（BEH），從而讀出溫度值。