小直流电机温度调速控制系统的设计

张毅博

摘 要：本次主要是对直流电机调速器设计的研究，实现温度的高低自动控制电机的转速。通过温度对电机实现调节加速、减速、停止操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C52单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块、实现对环境温度的测量和显示。

关键词：转速；单片机；温度；直流电机

1 引言

在电子信息时代的今天，电动机一直在现代化的生活和生產中起着非常重要的作用，无论在商务与办公设备、医疗卫生、工业农业生产、交通运输、国防航空航天，还是在平常生活中的家用电器；都在大量地使用着种类繁多的电机。据统计，现在有91%以上的动力都来源于电机，我国生产的电能大约有60%用于电机。因此可知电机与人们的生活息息相关，密不可分。随着时代步伐的迈进，人们对自动化的需求越来越高，使电机控制向更复杂的控制方向发展，因此也就有了单片机控制电机的设计理念。

2 设计总说明

2.1 系统设计内容

本次设计将介绍一种基于单片机的温度控制直流电机转速系统。该系统采用AT89C52单片机为核心，通过AT89C52单片机驱动数字温度传感器DS18B20，进行温度数据采集通过温度的比较和温度范围设定的程序控制产生PWM（脉宽调制）信号；通过L28N驱动模块来控制直流电机的启动、速度、方向的变化；通过LCD1602显示温度，论文包括对单片机的功能及各个管脚和晶振复位电路的介绍，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，和电机及电机驱动模块。

2.2 系统设计要求

本次设计要求是使用单片机进行电路设计，同时单片机部分应带有显示功能。单片机对某个位置进行温度监控，当外部温度≥45℃时，电动机加速正转，当温度≥75℃时，电动机全速正转；当外部温度≤10℃时，电动机加速反转，当温度≤0℃时，电动机全速反转；当温度回到10℃～45℃之间时电动机逐渐停止转动。

3 技术路线

3.1 系统设计方案图

在进行电路搭建之前，对电路系统总体方案进行设计（如图1所示）；

该系统采用AT89C52单片机为核心，通过DS18B20进行温度采集，送入单片机，经过软件编程进行温度的比较和范围划定，然后通过程序控制由单片机产生不同的PWM（脉冲宽度调制）信号，送给电机驱动芯片L298N的使能端口，通过L298N驱动芯片来控制直流电机的启动、速度、方向的变化；单片机将温度数据传送给LCD1602显示温度。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，和电机及电机驱动模块。

4 系统原理图及各模块分析

4.1 系统原理图

根据系统总体方案图进行了Proteus电路仿真设计（如图2所示）。

4.2 温度采集模块的电路连接

DS18B20 有三个管脚：GND 为电源地，DQ 为数字信号输入/输出端，VCC 为外接供电电源接入端（用寄生电源方式时接地）。在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是VCC接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时VCC、GND接地，I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。本系统中DS18B20的DQ口与单片机的P3.0口连接，GND接地。

4.3 转速控制模块设计

IN1、IN2分别与AT89C51单片机的P1.0、P1.1相连接，输入控制电位来控制电机的正反转。ENA与单片机的P1.2口相连接，P1.2口输出控制电动机转速的PWM信号，来控制电动机的加速、减速，启动、停止。由于我们使用的电机是线圈式的，在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状态时会形成很大的反向电流，在电路中加入二极管的作用就是在产生反向电流的时候进行泄流，保护芯片的安全。上面接电源那个是当VS断电后，电机的产生的磁场产生很大的电动势保护电机（因为电机可能正传或者反转，所以两个方向均要设计二极管），接地那个作用在于保护单片机等元件。

4.4 温度显示模块设计

数据手册中可能介绍LCD1602内部D0～D7已有上拉，可以使用P0口直接驱动。在Proteus里LCD1602内部可能没有，应该人为加上拉电阻。

5 程序设计方案

5.1 系统软件构架

如图3所示。

5.2 结语

本文的小直流电机温度调速控制系统的设计是以51单片机为核心，外接电机驱动模块、DS18B20、LCD1602、直流电动机等模块及元器件组成。成本低，可靠性高，并且实现Proteus的ISIS软件进行单片机系统的小设计与仿真。为实际操作打下坚实基础。

参考文献

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