小直流電機溫度調速控制系統的設計

張毅博

摘 要：本次主要是對直流電機調速器設計的研究，實現溫度的高低自動控制電機的轉速。通過溫度對電機實現調節加速、減速、停止操作。并實現電路的仿真。為實現系統的微機控制，在設計中，采用了AT89C52單片機作為整個控制系統的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅動模塊、實現對環境溫度的測量和顯示。

關鍵詞：轉速；單片機；溫度；直流電機

1 引言

在電子信息時代的今天，電動機一直在現代化的生活和生產中起著非常重要的作用，無論在商務與辦公設備、醫療衛生、工業農業生產、交通運輸、國防航空航天，還是在平常生活中的家用電器；都在大量地使用著種類繁多的電機。據統計，現在有91%以上的動力都來源于電機，我國生產的電能大約有60%用于電機。因此可知電機與人們的生活息息相關，密不可分。隨著時代步伐的邁進，人們對自動化的需求越來越高，使電機控制向更復雜的控制方向發展，因此也就有了單片機控制電機的設計理念。

2 設計總說明

2.1 系統設計內容

本次設計將介紹一種基于單片機的溫度控制直流電機轉速系統。該系統采用AT89C52單片機為核心，通過AT89C52單片機驅動數字溫度傳感器DS18B20，進行溫度數據采集通過溫度的比較和溫度范圍設定的程序控制產生PWM（脈寬調制）信號；通過L28N驅動模塊來控制直流電機的啟動、速度、方向的變化；通過LCD1602顯示溫度，論文包括對單片機的功能及各個管腳和晶振復位電路的介紹，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，和電機及電機驅動模塊。

2.2 系統設計要求

本次設計要求是使用單片機進行電路設計，同時單片機部分應帶有顯示功能。單片機對某個位置進行溫度監控，當外部溫度≥45℃時，電動機加速正轉，當溫度≥75℃時，電動機全速正轉；當外部溫度≤10℃時，電動機加速反轉，當溫度≤0℃時，電動機全速反轉；當溫度回到10℃～45℃之間時電動機逐漸停止轉動。

3 技術路線

3.1 系統設計方案圖

在進行電路搭建之前，對電路系統總體方案進行設計（如圖1所示）；

該系統采用AT89C52單片機為核心，通過DS18B20進行溫度采集，送入單片機，經過軟件編程進行溫度的比較和范圍劃定，然后通過程序控制由單片機產生不同的PWM（脈沖寬度調制）信號，送給電機驅動芯片L298N的使能端口，通過L298N驅動芯片來控制直流電機的啟動、速度、方向的變化；單片機將溫度數據傳送給LCD1602顯示溫度。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，和電機及電機驅動模塊。

4 系統原理圖及各模塊分析

4.1 系統原理圖

根據系統總體方案圖進行了Proteus電路仿真設計（如圖2所示）。

4.2 溫度采集模塊的電路連接

DS18B20 有三個管腳：GND 為電源地，DQ 為數字信號輸入/輸出端，VCC 為外接供電電源接入端（用寄生電源方式時接地）。在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時VCC、GND接地，I/O接單片機I/O。無論是內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。本系統中DS18B20的DQ口與單片機的P3.0口連接，GND接地。

4.3 轉速控制模塊設計

IN1、IN2分別與AT89C51單片機的P1.0、P1.1相連接，輸入控制電位來控制電機的正反轉。ENA與單片機的P1.2口相連接，P1.2口輸出控制電動機轉速的PWM信號，來控制電動機的加速、減速，啟動、停止。由于我們使用的電機是線圈式的，在從運行狀態突然轉換到停止狀態和從順時針狀態突然轉換到逆時針狀態時會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生反向電流的時候進行泄流，保護芯片的安全。上面接電源那個是當VS斷電后，電機的產生的磁場產生很大的電動勢保護電機（因為電機可能正傳或者反轉，所以兩個方向均要設計二極管），接地那個作用在于保護單片機等元件。

4.4 溫度顯示模塊設計

數據手冊中可能介紹LCD1602內部D0～D7已有上拉，可以使用P0口直接驅動。在Proteus里LCD1602內部可能沒有，應該人為加上拉電阻。

5 程序設計方案

5.1 系統軟件構架

如圖3所示。

5.2 結語

本文的小直流電機溫度調速控制系統的設計是以51單片機為核心，外接電機驅動模塊、DS18B20、LCD1602、直流電動機等模塊及元器件組成。成本低，可靠性高，并且實現Proteus的ISIS軟件進行單片機系統的小設計與仿真。為實際操作打下堅實基礎。

參考文獻

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