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基于STC89C52单片机电机温控自动调节系统的设计
基于STC89C52单片机电机温控自动调节系统的设计 基于STC89C52单片机电机温控自动调节系统的设计 丁志杰 （昆山供电公司，江苏 昆山 215300） 摘要：本文设计了一款用STC89C52单片机作为控制核心，集成温度传感器、L298d电机驱动。通过软件编程实现数据分析和控制，直接设定温度上、下限值，根据使用者设定的温度，自动在对应温度时做出低速档、高速档、停机动作。经过实验，该系统运行稳定，精确度高。 关键词：温度测量；电机；转速控制 智能温度控制系统在工业生产，特别是在电力、家电、材料、汽车电子等行业得到广泛应用。在现代化建设中，能源消耗非常大，但我国的能源利用率较低。因此实现智能温度控制，对提高能源利用率和现代化建设具有非常重要的现实意义。 1 电机温控自动调节系统的方案设计 本设计实现了一种电机温控自动调节系统，具有灵敏的温度感应和显示功能，本系统能通过温度的变化对电机的转速进行智能化控制，用户可以设置温度上、下限值。 系统总体设计思想是将整个复杂系统划分为各个简单的小模块，再由各个小模块功能组合，从而实现系统预期功能。通过分析可以将本系统划分为系统控制模块、温度测量模块、温度设置模块、显示模块、测速模块、电机驱动模块和直流电机等模块。 2 硬件电路设计 2.1 系统总体硬件组成 通过分析，最终确定本系统主要包括STC89C52单片机控制模块、单片机最小系统模块、DS18B20温度测量模块、按键设置温度模块、LCD液晶显示模块、L298电机驱动模块、光电传感器测速模块和被控的直流电机几个模块。 2.2 系统各模块设计 （1）STC89C52单片机最小系统。单片机最小系统又称为单片机最小应用系统，指用最少的元器件组成的可以工作的单片机系统。 对于一般单片机来说，最小系统模块应该包括：单片机、晶振电路和复位电路。具体电路设计如图1所示。 图1 STC89C52单片机模块电路图 本设计晶振电路选取的晶振为12MHz，单片机12个时钟周期为1个机器周期，机器周期的时间T为： 复位时间计算公式如下： 所以根据经验计算可得，电阻可取阻值10K，电容可取电容值10μF。 （2）DS18B20温度测量模块和温度设置模块。温度测量主要由DS18B20，一个电阻组成。将DS18B20采集的温度信号转换成二进制数，通过单片机处理然后在液晶显示器上显示。由于传感器连接到单片机P0口，单总线通常需要一个外部约为4.7～10k的上拉电阻，这样，当总线空闲时，其状态为高电平时，上拉电阻系统设计取10k。 温度设定模块电路图键端连接到地，另一端接入SCMP0.3，P0.4，P0.5端口，并连接一个上拉电阻器，其阻值为电阻10k。 （3）LCD液晶显示模块。CD液晶显示模块电路包括1个1602液晶显示屏、滑动变阻器等。其连接方式如下：数据线DB0～DB7连接单片机的P2口；3条控制线RS、RW、E、分别接P3.0、P3.3、P3.1；10k的滑动变阻器用来调节液晶显示的对比度。 （4）L298电机驱动模块。由于控制对象的系统设计中只有一个电机，并且两个正负交替，所以IN1-IN4只需要一个端口连接到所述单芯片微计算机，如图IN4连接到P1.0。为了确保L298芯片可以正常稳定的工作，需要稳定芯片的输入电压，所以芯片两个电源输入需要添加滤波电路。通过在平行一端的另一端接地电解电容器和陶瓷电容器的滤波电路后连接电源输入。其效果是减少滤波器电路的纹波系数，可消除一些通过正反馈形式纹波功率，也就是使电压稳定。电解电容器交流滤波低频分量，一般选择100uF的陶瓷电容比电源噪声滤波器的工作频率较高，一般选择0.1uF。 （5）直流电机模块。马达是电感性负载，中断或逆转时，可以产生反向感应，电动势非常高，如果不释放将击穿电路控制芯片。增加一个二极管，二极管导通感应电动势，电能释放后，起到了保护作用。因此电机两端要加入四个二极管。 （6）光电传感器测速模块。槽型光电开关是对射式光电开关的一种，又叫做U型光电开关，是一款红外线感应光电产品，槽型光电传感器模块检测距离长、响应速度快。光电传感器测速采用光电码盘测速法，通过测出转速信号的频率或周期来测量电机转速的一种无接触测速法。光电码盘安装在转子端轴上，随着电机的转动，光电码盘也跟着一起转动，如果有一个固定光源照射在码盘上，则利用光敏元件来接收到的光的次数就是码盘的编码数。若编码数为60，测量时间为t，测量到的脉冲数为N，则n=N/t。 3 主程序软件设计 整体软件部分的设计主要包括主程序模块、DS18B20测温模块、温度模块设置、LCD液晶显示模块、L298电机驱动模块、光电速度传感器模块。主程序模块的功能是为几个模块的整体框架和初始化工作的其余部分；DS18B20测温模块，用于实时检测环境温度，并转换由液晶显示器；密钥设定温度是通过模块子程序实时改性温度上限和下限，并在液晶显示器；LCD液晶显示模块，用于实时温度，温度上限和下限和速度；L298电机驱动模块所使用的驱动程序，实现电动机的速度控制；单片机光电传感器测速模块用于电机脉冲计数，来测量电机速度和液晶显示器（LCD）相结合。 划分成模块，确定每个模块的功能，确定模块之间的调用关系，确定模块之间的接口和模块之间传递的信息。方案实施功能检测时，电量传感器读取 温度命令后正常工作，会从LCD上显示的DS18B20温度值读取。同时，用户可通过按钮来设置温度下限，并显示在LCD上。单片机通过比较温度传感器测试的当前温度和设定的温度值，从而驱动电机开始不同方式的工作。为更直观地看到电机转速的变化与光电传感器的旋转速度，在LCD显示的单块芯片进行实时测量。电机温度功能由温度和速度显示子程序模块的设置，通过工具按钮来显示。 4 仿真和分析 4.1 仿真 KEIL编程软件提供了一个完整的发展计划，其中包括C语言编辑器、宏汇编、连接器、库管理，以及强大的调试器的原理等。 （1）打开KEIL软件，编写好相应的程序进行编译。（2）点击“项目”选项，打开“为目标选项”中选择“输出”键，那么“科瑞HEX文件”勾选上，生成可以在PROTUES仿真图中使用的HEX文件。（3）打开软件PROTUES，得出相应的模拟图，在单片机上双击，在出现的选项中选定刚才生成的“程序文件”选项。最后选择确定按钮即可仿真成功。 4.2 结果分析 本次设计的是电机温控自动调节系统，由于仿真图上需要运行的器件繁多，仿真量大，在运行时发现仿真出现卡顿和液晶乱码现象。尤其在测速时液晶显示速度值有时候没有明显变化。 仿真结果表明，模拟仿真设置时的最高温度为40.0℃。当实际温度高于设定温度时，即电动机温度升高至42.0℃，电机速度逐渐变快，达303转每分钟。当实际温度低于设定温度时，电机转速下降，当温度进一步下降，电机会停止运行。 仿真结果分析表明，本文设计的单片机电机温控自动调节系统运行流畅、稳定可靠、功率较小、实现了预期的控制要求。 4.3 硬件调试 根据电路原理图将系统各模块用硬件器材分别焊接组装出来，最终将各个模块与单片机接口连接，这样硬件系统就初步完成。按照整个电路图用肉眼观察实物的焊接是否与原理图一样，有没有漏焊、错焊和松焊的地方。检查无问题后，可以用万用表对硬件电路进行进一步检查。首先检查系统电源和地线的接通是否正常，然后检测各器件之间是否有短路、断路等现象。接下来可以上电查看液晶是否正常运行，然后下载一段液晶显示程序对液晶进行测试，检查液晶是否能正常显示字符，同时也可以看出温度传感器等是否能正常工作。通过以上测试结果表明，本系统实现了预期功能。 参考文献： [1]徐漫琳，李立成，郑涛，高天露，段开宇. 基于STC89C52单片机的正三棱柱翻转黑板控制系统[J]. 机电工程，1～1446. [2]金琦淳，李寒霜，陈炜炜. 基于单片机的智能温控散热器设计[J]. 现代电子技术，～115. 中图分类号：TM383.6;TP368.12 文献标识码：A 文章编号：（2017）04（上）-0128-02
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