溫度控制直流電動機轉速電路的實現(xiàn)

羅菲 楊曉燕 蔡武德

摘要：利用51單片機作為主控模塊，以DS18B20數(shù)字式溫度傳感器為溫度采集模塊。單片機根據(jù)DS18B20溫度傳感器采集的溫度信息產(chǎn)生PWM信號，并將PWM信號送到直流電動機驅動芯片上，實現(xiàn)溫度對直流電動機轉速的智能控制。

關鍵詞：單片機;數(shù)字溫度傳感器;直流電動機;轉速控制

1 緒論

溫度采集及控制技術廣泛應用于生產(chǎn)生活中，比如農(nóng)業(yè)的溫室大棚、工業(yè)的生產(chǎn)材料工廠等。[1]在本設計中，選用DS18B20溫度傳感器，可省去傳統(tǒng)的信號放大、A/D轉換等外圍電路。[2]該電路控制系統(tǒng)能將數(shù)字溫度傳感器采集到的溫度信息送給單片機處理，通過軟件編寫控制程序，由單片機產(chǎn)生控PWM信號，進而控制直流電動機的轉速。采用單片機為核心構成的溫度控制系統(tǒng)，不僅結構簡單、而且還降低系統(tǒng)成本、節(jié)約了資源、提高了工作效率。[3]

2電路系統(tǒng)的總體設計方案

電路系統(tǒng)結構如圖1所示，主要包含6個模塊：AT89S51主控模塊、電機驅模塊、溫度顯示模塊、電源及直流電動機部分。AT89S51單片機根據(jù)DS18B20溫度傳感器采集到的溫度信息，對直流電動機進行轉速的控制。當DS18B20溫度傳感器采集到的溫度≥60℃時，電動機全速正轉;當采集到的溫度在10℃～60℃之間時，電動機逐漸加速正轉;當采集到的溫度≤10℃時，電動機實現(xiàn)反轉，并且達到全速。

3 硬件電路

硬件電路如圖2所示，AT89S51作為主控制芯片，外圍由DS18B20數(shù)字溫度傳感器、LM1602液晶顯示器、L9110驅動芯片和直流電動機等器件構成。DS18B20溫度傳感器引腳DQ接AT89S51單片機的P2.0端，將溫度信息送入單片機。單片根據(jù)預設的溫度范圍，產(chǎn)生PWM（脈沖寬度調制）信號。AT89S51單片機的P3.6和P3.7端口分別接電機驅動芯片L9110的QA、QB兩端，實現(xiàn)溫度對電動機的時時控制。LM1602液晶顯示屏用來顯示溫度值，單片機的P2.6和P2.7分別接LM1602液晶的RS和E，RW端接地，P0口通過排阻RP1接液晶顯示器的8位數(shù)據(jù)端口D0～D7。

4 軟件設計

系統(tǒng)程序流程如圖3所示：

從實際測試結果可知，當DS18B20溫度傳感器采集到的溫度值大于預置高限溫度值時，電動機全速正轉。當采集到的溫度在某一范圍時，電動機轉速隨溫度升高逐漸加快。當采集到的溫度小于低限預置溫值時，電動機實現(xiàn)反轉，并且達到全速，圖4、圖5、圖6分別為采集溫度為64℃、25℃、9℃時的實物圖。

通過對設計的控制電路進行仿真、實際制作以及調試，實現(xiàn)了用DS18B20溫度傳感器對環(huán)境溫度信息的采集和對直流電動機轉速的控制，達到了最初的設計要求。

參考文獻：

[1]樊戰(zhàn)亭.基于單片機的溫度測量和控制系統(tǒng)設計[J].電子世界，2018（20）：130-131.

[2]陳煒煒，詹躍東.基于單片機的直流電機PWM調速系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表，2019，46（03）：218-222.

[3]李振.探究基于單片機的電機轉速測量系統(tǒng)的設計[J].電子制作，2016（6）：31-32.

項目：云南省2018年高校本科教育教學改革研究項目（專業(yè)大類），強化師范類專業(yè)認證，促進物理學專業(yè)改革與發(fā)展研究（JG2018056）;云南師范大學研究生科研創(chuàng)新基金項目“高中物理傳感器教具的改進與創(chuàng)新應用研究”（項目編號：yjs2018096）

*通訊作者：蔡武德（1966-），男，漢族，四川人，教師，研究方向：電子信息技術與課程與教學論。