基于单片机的温度控制直流电动机转速系统设计

!!!学院毕业设计第I页61页目录设计总说明...............................................................1Introduction.............................................................31绪论....................................................................61.1引言..............................................................61.2电机控制发展历史..................................................61.3研究背景..........................................................91.4研究意义..........................................................91.5系统设计内容.....................................................102系统方案设计...........................................................102.1系统的设计要求及主要技术指标.....................................102.2系统总体方案.....................................................102.3总体方案论述.....................................................113硬件电路设计...........................................................123.1单片机的选择.....................................................123.1.1MCS-51系列单片机...........................................123.1.2AT89C51单片机..............................................123.1.3管脚介绍....................................................133.1.4单片机晶振电路..............................................153.1.5单片机复位电路：............................................163.2温度采集模块设计.................................................173.2.1方案论证：..................................................173.2.2DS18B20的内部结构..........................................183.2.3DS18B20温度传感器的存储器..................................203.2.4DS18B20使用中注意事项......................................243.2.5温度采集模块的电路连接.....................................253.3转速控制模块设计.................................................253.3.1直流电机转速调节原理........................................25基于单片机的温度控制直流电动机转速系统设计第II页共61页3.3.2电机调速控制方案论证........................................263.3.3PWM方式选择................................................273.3.4PWM控制信号的产生方式......................................273.3.5直流电机PWM调速原理........................................283.4直流电机.........................................................293.4.1有刷直流电机................................................293.4.2无刷直流电机................................................303.5直流电机驱动模块的选择...........................................323.5.1方案选择....................................................323.5.2L298驱动芯片...............................................323.5.3电机及驱动模块电路连接......................................343.6温度显示模块设计.................................................353.6.1液晶显示简介................................................353.6.2LM016L的结构及功能.........................................363.6.3液晶显示模块的电路连接.....................................404系统软件设计...........................................................414.1系统软件构架.....................................................414.2各模块程序说明...................................................434.2.1温度采集模块................................................434.2.2电动机转速及转向控制模块....................................434.2.3温度显示模块................................................465结论...................................................................48参考文献................................................................48致谢....................................................................49附录A系统总程序........................................................50附录B系统仿真图........................................................59!!!学院毕业设计第1页共61页设计总说明在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。据资料统计，现在有的90%以上的动力源自于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分。随着现代化步伐的迈进，人们对自动化的需求越来越高，使电动机控制向更复杂的控制发展。近年来由于微型机的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响，且单片机具有功能强、体积小、可靠性好和价格便宜等优点，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱之一。其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。所以微机数字控制系统在各个方而的性能都远远优于模拟控制系统且应用越来越广泛。现在市场上通用的电机控制器大多采用单片机和DSP。但是以前单片机的处理能力有限，对采用复杂的反馈控制的系统，由于需要处理的数据量大，实时性和精度要求高，往往不能满足设计要求。近年来出现了各种单片机，其性能得到了很大提高，价格却比DSP低很多。其相关的软件和开发工具越来越多，功能也越来越强，但价格却在不断降低。现在，越来越多的厂家开始采用单片机来提高产品性价比。本论文要求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。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复檫写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MSC-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。温度采集模块可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。基于单片机的温度控制直流电动机转速系统设计第2页共61页利用单片机的一个I/O口的引脚，通过软件对这个引脚不断地输出高低电平来实现PWM波的输出，51系列单片机无PWM输出功能，可以采用定时器配合软件的方法输出。对精度要求不高的场合，非常实用。MCS-51系列典型产品8051具有两个定时器T0和T1。通过控制定时器初值T0和T1,，从而可以实现从8051的任意输出口输出不同占空比由于PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，而不同单片机的定时器具有不同的特点，即使是同一台单片机由于选用的晶振不同，选择的定时器工作方式不同，其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同。温度是一种最基本的环境参数，在工农业生产及日常生活中对温度的测量及控制具有重要意义。本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AT89C51单片机为核心，通过AT89C51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L298驱动芯片来控制直流电机的启动、速度、方向的变化；通过LM016L显示温度。所谓脉冲宽度调制是指用改变电机电枢电压接通与断开的时间的占空比来控制电机转速的方法，称为脉冲宽度调制(PWM)。PWM驱动装置是利用全控型功率器件的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通”与“断开”时间的长短，改变直流电动机电枢上电压的“占空比”来改变平