基于at89s51控制的电机调速

1、 . . . 摘 要随着数字技术的迅速发展，微控制器在社会的各个领域得到了广泛的应用，由于数字系统有着模拟系统所没有的优势，如抗干扰性强、便于和PC机相联、系统易于升级维护。本毕业设计的主要容是根据仓库的温度调节排气扇的转速从而达到控制仓库温度的作用，同时本系统还要实现将仓库的温度和电机的转速传送到控制室的PC机上，方便工作人员对仓库的温度和情况进行远程监控。本设计利用数字测温计DS18B20测温、用市场上常见的AT89S52单片机作为控制器、采用易于和数字系统连接的PWM波调速、用MAX232实现TTL电平和RS232电平之间信号的转换。整个系统采用的都是数字芯片，因此系统工作稳定，升级维护方便。关键词：数字系统；DS18B20；AT89S52；PWM调速；目 录摘要IAbstractII1 引言11.1 研究背景11.2 课题研究意义22 系统概述42.1 系统结构图42.2 系统原理简介52.2.1主控制器工作原理52.2.2 显示电路原理63 各模块的分析、计算与硬件电路设计73.1 PWM发生器模块73.1.1 AT89S52单片机介绍73.1.2PWM发生器原理93.1.3

2、PWM波程序设计103.2 串行通信模块123.2.1 MAX232芯片简介123.2.2 下位机程序设计133.2.3 上位机设计143.3 测温电路153.3.1 DS18B20简介153.3.2 测温电路设计183.4 电机模块设计203.4.1 L298芯片驱动电路设计203.4.2 测速电路设计224 PROTEUS软件仿真235 总结与展望27致28参考文献29附录程序流程图30附录源程序32附录电路图43 / 1 引言1.1 研究背景随着现代生产技术的不断改进发展，企业工厂的生产能力已远远大于市场的消费能力，另外许多商品在生产和消费之间都存在着时间间隔与地域差异，因此为了调整商品在生产和消费之间的时间、地域错位，几乎各个企业设置了自己的仓库将商品储存于其中，很好的解决了这一问题。仓库还有一个重要的作用就是商品在入仓库这一环节，工作人员可以对即将进入市场的商品在仓库进行检验，防止质量不合格或质量低下的商品进入市场，从而可以最大限度的保护本企业的名誉。但设置仓库也有其不利的一方面，最明显的就是增加了商品的成本，最重要的是如果仓库的管理不善，那么储存的商品极易变质，从而给企业带

3、来巨大的损失，由此可以看出仓库对于一个现代企业来说是必不可少的。目前来说对于仓库管理的研究主要集中在两个方向：其一，如何尽最大限度的降低仓库的运行成本从而降低商品的成本，增强企业的市场竞争力；其二，如何保证仓库储存商品处于相对静止状态时不发生物理、化学变化，保证储存商品的质量。本毕业设计主要就是从这两点展开的。防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库温度的控制工作。对于仓库温度的控制可以说有多种方法如通风、保温、制冷等措施，但其中最为普遍、简单的措施就是通风。所谓通风就是利用库外空气温度不同而形成的气压差或借助于排气扇，使库外空气形成对流，来达到调节库温湿度的目的。库外温度差距越大或排气扇转速越大，空气流动就越快；若库外有风，借风的压力更能加速库外空气的对流。但风力也不能过大（风力超过5级，灰尘较多）。正确地进行通风，不仅可以调节与改善库的温湿度，还能与时散发商品与包装物的多余水分。正如文中所说的那样，通风一般有两种措施：其一，利用自然地气压差就行通风，对于要求不

4、高的仓库这是可以的，但对于要就稍微高一点的仓库靠自然通风是决对不行的；其二，就是靠排气扇，即电动机带动的风扇就行通风。这种方法可以人工控制电机的转速从而控制通风的强度，且可以在任何需要通风的地方安装排气扇，效果明显、与其它方法相比成本最低，此种方法在各种仓库中得到广泛应用。而现在的大部分仓库的排气扇控制系统都是开环的，需要人工进行控制，反应比较慢。造成了不必要的电能浪费。本设计就是根据此问题对仓库的排气扇控制系统进行了改进，通过测量仓库的温度来控制排气扇的转速，以控制仓库的通风的强度。由于其可以根据实际需要控制电机转速，因此避免了不必要的电能浪费，降低了仓库的成本，具有非常强的实际应用性。1.2 课题研究意义随着科学技术的进步,科技成果越来越迅速地应用于社会生活中,为人类提供新的认识外部世界和自身的途径,带来巨大的利益和效益,深刻影响着人类的生存方式。特别是近四十年来电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段，尤其是随着半导体集成技术的飞跃发展，七十年代初诞生了新型的电子计算机微型计算机，使得计算机应用日益广泛，而单片微型计算机的问世，则更进一

5、步推动了这一发展趋势，使计算机应用渗透到各行各业，达到了前所未有的普与程度。在国由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好、价格低廉等独特优点，因此，在智能仪器仪表、工业自动控制、计算机智能终端、家用电器、儿童玩具等许多方面，都已得到了很好的应用，因而受到人们高度重视，取得了一系列科研成果，成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种，具有广阔的发展前景。本文就是针对目前的仓库排气扇控制系统大多数是模拟系统，虽然其技术成熟，但其致命的弱点就是不利于和最新的数字控制器结合，从而给整个仓库管理系统的升级带来了很大的不便，且其也不便与和PC上位机进行通信，以实现系统的远程监控，从而减少工作人员的工作量。另外在目前的电机调速系统中，尽管交流电机在调速控制领域取得了飞速的发展，在许多领域取代了直流电机，但直流电机的控制技术最为成熟，且和交流电机相比其调速系统更为方便，最重要的还是其调速系统成本远远低于交流电机，虽然直流电机在高速运转时会出现一系列问题，但仓库排气扇的转速和高速相比要低的多，故不必考虑这一问题，因此本设计中的排气扇采用的就是直流电机。传统的直流电机调速方法很多，如调压调速、弱磁调速等

6、，它们存在着调速响应慢、精度差、调速装置复杂的缺点。目前随着电力开关半导体器件的发展，直流电机脉宽调制(PWM)直流调速技术得到了飞速发展，它具有的调速精度高、响应速度快、调速围宽和耗损低等特点，使它成成为直流电机应用的主要调速方式。本文所要讲的就是基于市场上比较常见且价格便宜的AT89S52单片机所设计的。利用价格只有几块钱的单片机来产生PWM波，其整体设计是在单片机里完成的因此系统升级、修改更加方便。2 系统概述2.1 系统结构图本毕业设计采用模块化设计思想，整个系统由五大模块组成，分别是PWM波模块、电机模块、测温模块、显示模块、测速模块。各个模块之间的关系如结构图2-1所示。单片机AT89S52（速度的测量计算异步串行口通信与系统控制）LCD显示测温模块上位机（即PC机）按键以与工作状态指示灯单片机的T0定时器和T2定时器用来产生PWM波电机驱动电路L298直流电机速度采集电路 霍尔传感器图2-1 系统结构图本设计的工作原理是，首先由测温电路每隔一秒测一次仓库的实际温度，再利用单片机将此温度储存起来：一方面传给LCD和上位机显示；另一方面要对位读数据进行判断。电机的调速方式有三

7、种：按键调速、上位机调速和根据温度自动调速。现假设系统工作在方式三，且不妨设将温度数据储存在名字为wendu的存中，当wendu0(摄氏度，后面的不作说明默认即为此)时，说明仓库温读较低，不需要降温，因此关闭电机，省电，当0wendu20时，电机低速运转即可，当20wendu50时说明仓库温度过高，电机全速运行，最大限度的通风。电机的调速方式可以通过按键调节，默认的是调速方式三。另外系统还设了加速键、减速键，当然其只有系统工作在调速方式一时在起作用，系统中还有转向、工作模式调节键，这写功能也可以在上位机上直接实现。设计中为了使工作人员更好的操作系统，设置了四个工作状态指示灯，正转、反转、转向以与工作模式指示灯。系统中还把电机的转速测了出来并且显示出来，以监视电机是否工作正常。2.2 系统原理简介2.2.1主控制器工作原理下面将对结构图中的各个模块作一简单介绍以对本设计有一个大致的了解。如图2-1系统结构图中所示本设计主要利用了单片机AT89S52以下三个资源：其一，利用52单片机的定时器T0和T2来产生PWM波，这里没有采用定时器T1的原因是定时器T1要用来作为单片机异步串行通信口的波

8、特率发生器，且T2口的16位计时器可以利用RCAP2H、RCAP2L实现自动重装，一方面是软件设计变得简单，另一方面使得定时器的定时误差降低。具体怎样利用T0和T2产生PWM波将会在后面的章节中详细讲解；其二，利用单片机自身携带的异步串行通行口P3.0（TXD）和（P3.1RXD）和上位机（PC）进行通信，在本系统中将串行口设置为工作方式1，波特率为9600，通过RS-232串口座（9针）与上位机相连。经过实际硬件检验，其通信效果非常好；其三，采用单片机的外部中断0（P3.2）对霍尔传感器传过来的脉冲进行计数，并且通过部的数据处理程序来计算出电机的转速，然后将转速数据送到LCD显示器和上位机。当然了单片机在本系统中还起其它着重要作用，如对温度传感器的驱动控制、大量的数据处理以与做出一些逻辑判断控制电机的转速等功能。由于在后面的章节中还会详细阐述在这里不再详述。2.2.2 显示电路原理设计中的显示部分采用两种方案：LCD1602和上位机显示。LCD1602主要是为了方便工作人员在现场查看以与现场维修调试系统时查看系统工作是否正常，这里使用的LCD1602用5V电压驱动，带背光，可显示两行

9、，每行16个字符，不能显示汉字，置含128个字符的ASC字符集字库，只有并行接口，无串行接口，操作方便、简捷，在实际应用中其显示的容清晰、美观。上位机显示主要是为了方便控制室的操作人员进行远程检测仓库的温度状况和系统工作情况。本设计的单片机与PC机通信采用的是RS-232协议，这是因为计算机的串口为RS-232电平。RS-232协议用的是负逻辑电平，其中高电平为-12V，低电平为+12V。而单片机用的是TTL电平，其高电平时+5V，低电平为0V。因此二者不能直接通信，本设计用的是常用的TTL/COMS和RS-232电平转换芯片MAX232，其操作简单，性能稳定，后面的章节中会给出其具体的用法，在这里不再详述。系统中所用到的测温装置用的是集成数字测温芯片DS18B20该芯片效率高，具有较强的稳定性和灵活性，且其采用1wire技术使其和单片机的接口大大简化，节约了单片机的I/O口。系统中的电机驱动模块才用L298芯片，其部实际上集成了两个H桥电路，使用方便，性能稳定，电机的测速电路采用的是霍尔传感器，霍尔传感器本身已带有滤波电路，所以外部就不用再加了。系统中还设置了四个按键四个工作状态指示，按键有加速键、减速键、换向键和工作模式转换键，工作指示灯由LED发光二极管组成，分别为正转指示灯、反转指示灯、自动调速指示灯和手动调速指示灯。3 各模块的分析、计算与硬件电路设计3.1 PWM发生器模块脉宽调制(PWM)调速是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，目前它在数字系统中是应用最多的调速方案，这是因为除了PWM技术容易与数字控制器相联接这一优点外，它在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM 具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特点，而模拟控制电路有以下缺陷:模拟电路容易

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