温度控制直流电动机转速系统的设计与仿真

李建莉

摘 要：Protues是一款性能优良的电子辅助分析与设计软件。运用Protues研究了基于C51单片机的温度控制直流电动机控制系统电路，并通过C51单片机实现了数字温度传感器的数据采集功能，从而实现了直流无刷电动机的正转、反转、加速、减速。整个电路设计包括温度采集模块、单片机控制模块、温度显示模块、电机及电机驱动模块。计算机仿真结果表明，该电路实现了温度控制直流电机转速的功能。

关键词：Protues；单片机；电路设计；电动机

中图分类号：TM33 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.087

1 系统总体设计

控制器是电动机转速控制的核心部分，是电动机有效工作的保障。由于单片机具有灵活、成本低、易于产品化、抗干扰能力强，可构成各种智能式控制设备和智能仪器的特点，所以，其适用范围较大、处理功能较强、运行速度较快等。本系统选用单片机AT89C51作为电机调速系统控制器，设计出的电动机具有温度采集、单片机控制、温度显示等功能，可实现单片机对某个位置的温度监控。当温度低于0 ℃时，电动机全速反转；当外部温度低于10 ℃时，电动机加速反转；当温度处于10～45 ℃时，电动机逐渐停止转动；当外部温度高于45 ℃时，电动机加速正转；当外部温度高于75 ℃时，电动机全速正转。系统原理如图1所示。

2 系统电路的设计与仿真

2.1 系统的硬件电路

本系统主要由数字温度传感器、单片机、显示器、L298驱动芯片、电机器件等构成。其中，数字温度传感器DS18B20可将检测到的二进制的数字温度信号通过输出端DQ，并经P3.3引脚直接传至单片机AT89C51。温度数据采集设备通过温度比较和对温度范围的控制，经P1.2引脚产生PWM（脉宽调制）信号，通过L298驱动芯片输入端ENA控制直流电机的启动、速度、方向的变化。为了实时检测采集温度，需要将采集到的温度数据送至LM016显示，并通过单片机P2口传输数据。电路原理如图2所示。

2.2 系统软件设计

本系统的工作流程为：端口初始化→液晶显示程序→DS18B20函数初始化→读取温度值并显示→延时→开启中断、等待中断→T0定时器控制电动机正/反转，并通过PWM信号控制电动机的转速。

2.2.1 温度采集模块

根据单总线协议，使用DS18B20时应先初始化识别数据交换。本系统中的单总线上仅挂接有1个DS18B20，允许单片机在不读取64位序列码的情况下直接操作DS18B20，因此，可以使用跳过读序列号的操作命令（CCH）；对DS18B20发出启动温度转换的操作命令（44H）且转换完成后，再次初始化DS18B20，跳过读取序列号的操作，并发出读取暂存器的操作命令（BEH），从而读出温度值。