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基于单片机的温度控制电机转速课程设计

基于单片机的温度控制电机转速课程设计
基于单片机的温度控制电机转速课程设计

目录

1 引言 (2)

2 设计要求 (2)

2.1 设计目的 (2)

2.2 基本要求 (3)

3 方案设计 (3)

3.1 温度传感器方案论证 (3)

3.1.1 方案一 (3)

3.1.2 方案二 (3)

3.2 总体设计框图 (3)

4 硬件设计 (4)

4.1 单片机系统 (4)

4.2 数字温度传感器模块 (5)

4.2.1 DS18B20性能 (6)

4.2.2 DS18B20外形及引脚说明 (6)

4.2.3 DS18B20接线原理图 (6)

4.2.4 DS18B20时序图 (6)

4.2.5 数据处理 (8)

4.3 L298电机驱动模块 (9)

4.4 LCD显示电路模块 (9)

5应用软件介绍 (10)

5.1 Proteus仿软真件的介绍 (10)

5.2 Keil软件 (11)

6 软件设计 (10)

6.1 主程序模块 (10)

6.2 读温度值模块 (11)

6.3 中断模块 (13)

6.4 仿真模块 (14)

7 源程序 (16)

8 总结 (19)

参考文献: (20)

1 引言

随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便是不可否定的,各种数字系统的应用也使人们的生活更加舒适。数字化控制、智能控制为现代人的工作、生活、科研等方面带来方便。其中温度控制电机转速就是利用单片机实现的典型实例。

测量温度时使用数字温度计,其与传统的温度计相比,具有读数方便、测温范围广、测温精确、功能多样话等优点。其主要用于对测温要求准确度比较高的场所,或科研实验室使用,该设计使用STC89C51单片机作控制器,数字温度传感器DS18B20测量温度,单片机接受传感器输出,经处理用LCD实现温度值显示。电机由L298电机驱动芯片控制,实现电机的正反转和加速减速.

2 设计要求

2.1设计目的

设计一个基于温度的电动机转速控制电路,在相应的软件控制下可以完成要求的功能,即外部温度大于65C时,直流电动机在L298驱动下加速正转,温度大于75C全速正转,当外部温度小于0C时电动机加速反转,温度小于-10C时电动机全速反转。温度回到0C-65C时电动机逐渐停止转动。在液晶显示屏1602LCD 上显示当前的温度值。

2.2 基本要求

控制电机正反转即加速减速,实现实时温度显示,测温范围-55~1280C,误差50C以内。画出基于温度的电动机转速控制电路的原理图,通过仿真软件来检测所写程序实现功能的正确与否.

3.1 温度传感器方案论证

3.1.1 方案一

由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件,将随被测温度变化的电压或电流采样,进行A/D转换后就可以用单片机进行数据处理,实现温度显示。这种设计需要用到A/D转换电路,增大了电路的复杂性,而且要做到高精度也比较困难。

3.1.2 方案二

考虑到在单片机属于数字系统,容易想到数字温度传感器,可选用DS18B20数字温度传感器,此传感器为单总线数字温度传感器,起体积小、构成的系统结构简单,它可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理,即可实现温度显示。另外DS18B20具有3引脚的小体积封装,测温范围为-55~+125摄氏度,测温分辨率可达0.0625摄氏度,其测量范围与精度都能符合设计要求。

以上两种方案相比较,第二种方案的电路、软件设计更简单,此方案设计的系统在功耗、测量精度、范围等方面都能很好地达到要求,故本设计采用方案二。

3.2 总体设计框图

本方案设计的系统由单片机系统、DS18B20数字温度传感器、LCD温度显示模块、L298电机驱动模块、电机组成,其总体架构如下图1。

图1 系统总体方框图

4.1 单片机系统

1.本设计采用STC89C52单片机作为控制器,完成所有功能的控制,包括:

●DS18B20数字温度传感器的初始化和读取温度值

●LCD显示驱动与控制

●L298电机驱动芯片驱动电机

●温度值的存储和读取

2.单片机系统电路原理图:

图2 单片机系统原理图

4.2 数字温度传感器模块

4.2.1 DS18B20性能

●独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信

●简单的多点分布应用

●无需外部器件

●可通过数据线供电

●零待机功耗

●测温范围-55~+128℃,以1℃递增

●可编程的分辨率为9~12位,对应的可分辨温度分别为0.5℃、

0.25℃、0.125℃和0.0625℃

●温度数字量转换时间200ms,12位分辨率时最多在750ms内把温度

转换为数字

●应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计和任何热感测系统

●负压特性:电源极性接反时,传感器不会因发热而烧毁,但不能正

常工作

4.2.2 DS18B20外形及引脚说明

图3 DS18B20外形及引脚

●GND:地

●DQ:单线运用的数据输入/输出引脚

●VD:可选的电源引脚

4.2.3 DS18B20接线原理图

单总线通常要求接一个约4.7K左右的上拉电阻,这样,当总线空闲时,其状态为高电平。

图4 DS18B20接线原理图

4.2.4 DS18B20时序图

主机使用时间隙来读写DS18B20的数据位和写命令字的位。

1.初始化时序如下图:

图5 DS18B20初始化时序2.DS18B20读写时序:

图6 DS18B20读写时序

4.2.5 数据处理

高速暂存存储器由9个字节组成,其分配如表5所示。当温度转换命令发布后,经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据,读取时低位在前,高位在后。

图7 字节分配

下表为12位转化后得到的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125℃的数字输出为07D0H,

实际温度=07D0H*0.0625=2000*0.0625=125℃。

例如-55℃的数字输出为FC90H,则应先将11位数据位取反加1得370H(符号位不变,也不作运算),

实际温度=370H*0.0625=880*0.0625=55℃。

可见其中低四位为小数位。

图8 DS18B20温度数据表

4.3关于L298电机驱动芯片的简介

L298是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片的主要特点是:工作电压高,最高工作电压可达46V;输出电流大,瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流为2A;内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器,可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载;采用标准TTL逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作;有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路。

4.4 显示电路

LCD显示简单明了,可以直接读出温度值。

图9 LCD驱动显示电路

5应用软件介绍

5.1Proteus仿软真件的介绍

Proteus是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统,可仿真各种电路和IC,并支持单片机,元件库齐全,使用方便,是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。

该软件的特点:

(1)全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准,并在同类产品中具有明显的优势。

(2)具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能;有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。③目前支持的单片机类型有:68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、 PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。④支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大,可仿真51、AVR、PIC。

5.2 Keil软件

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发,体会更加深刻。 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

6 软件设计

6.1 主程序模块

主程序流程图:

主程序流程图

6.2 读温度值模块

读温度值模块需要调用4个子程序,分别为:

●DS18B20初始化子程序:让单片机知道DS18B20在总线上且已准备好操

●DS18B20写字节子程序:对DS18B20发出命令

●DS18B20读字节子程序:读取DS18B20存储器的数据

●延时子程序:对DS18B20操作时的时序控制

1.读温度值模块流

读温度值子程序流程图

2.DS18B20初始化子程序流程图:

DS18B20初始化子程序流程图

3.DS18B20写字节和读字节子程序流程图:

DS18B20写字节子程序流程图

DS18B20读字节子程序流程图

6.3 中断模块

中断采用T0方式1,初始值定时为50ms 。 中断模块需调用两个子程序:

● 读温度值子程序:定时读取温度值,实时更新温度值 ● 记录温度值子程序:定时记录温度值,供查询使用

把这两个子程序放在中断的原因是,不会因为调整报警温度或查询历史温度值而停止更新温度值和记录温度值。 中断模块流程图:

中断模块流程图6.3 中断模块

仿真图

65℃- 125℃

0℃- 65℃

35℃- 0℃

7 源程序

#include

#include

#include

#define INT8U unsigned char

#define INT16U unsigned int

extern INT8U Temp_Value[];

extern INT8U read_Temperature();

extern void delay_ms(INT16U x);

extern void LCD_Initialise();

extern void LCD_ShowString(INT8U,INT8U,INT8U*) reentrant;

sbit MA=P1^0;

sbit MB=P1^1;

sbit PWM1=P1^2;

INT8U Back_Temp_Value[]={0xFF,0XFF};

char Temp_Disp_Buff[17];

float f_Temp=35.0;

void T0_INT() interrupt 1

{

static INT8U t_Count=0;

TH0=(INT16U)(-11.0592/12*500)/256;

TL0=(INT16U)(-11.0592/12*500)%256;

if(++t_Count==100)

{

t_Count=0;

if(Read_Temperature() )

{

if(Temp_Value[0]!=Back_Temp_Value[0]||Temp_Value[1]=Back_Temp_Value[1]) {

Back_Temp_Value[0]=Temp_Value[0];

Back_Temp_Value[1]=Temp_Value[1];

f_Temp=(int)(Temp_Value[1]<<8|Temp_Value[0]*0.0625;

sprintf(Temp_Disp_Buff,"TEMP:%5.1f\xDF\x43",f_Temp);

LCD_ShowString(1,0,Temp_Disp_Buff);

}

}

}

if (f_Temp>=75) f_Temp=75;

if (f_Temp<=0) f_Temp=0;

if(f_Temp>=45)

{

MA=1;MB=0;

#include

#include

#include

#define INT8U unsigned char

#define INT16U unsigned int

extern INT8U Temp_Value[];

extern INT8U read_Temperature();

extern void delay_ms(INT16U x);

extern void LCD_Initialise();

extern void LCD_ShowString(INT8U,INT8U,INT8U*) reentrant;

sbit MA=P1^0;

sbit MB=P1^1;

sbit PWM1=P1^2;

INT8U Back_Temp_Value[]={0xFF,0XFF};

char Temp_Disp_Buff[17];

float f_Temp=35.0;

void T0_INT() interrupt 1

{

static INT8U t_Count=0;

TH0=(INT16U)(-11.0592/12*500)/256;

TL0=(INT16U)(-11.0592/12*500)%256;

if(++t_Count==100)

{

t_Count=0;

if(Read_Temperature())

{

if(Temp_Value[0]!=Back_Temp_Value[0]||Temp_Value[1]!=Back_Temp_Value[1]) {

Back_Temp_Value[0]=Temp_Value[0];

Back_Temp_Value[1]=Temp_Value[1];

f_Temp=(int)(Temp_Value[1]<<8|Temp_Value[0])*0.0625;

sprintf(Temp_Disp_Buff,"TEMP:%5.1f\xDF\x43",f_Temp);

LCD_ShowString(1,0,Temp_Disp_Buff);

}

}

}

bit tmpreadbit(void)

{

uint i;

bit dat;

DS=1;

DS=0;i++;i++;

DS=1;i++;

dat=DS;

i=8;while(i>0)i--;

return (dat);

}

uchar tmpread(void)

{

uchar i,j,dat;

dat=0;

for(i=1;i<=8;i++)

{

j=tmpreadbit();

dat=(j<<7)|(dat>>1);

}

return(dat);

}

void tmpwritebyte(uchar dat) {

uint i;

uchar j;

bit testb;

for(j=1;j<=8;j++)

{

testb=dat&0x01;

dat=dat>>1;

if(testb) //write 1

{

DS=0;

i++;i++;

DS=1;

i=8;while(i>0)i--;

}

else

{

DS=0;

i=8;while(i>0)i--;//write 0

DS=1;

i++;i++;

}

}

}

if (f_Temp>=75) f_Temp=75;

if (f_Temp<=0) f_Temp=0;

if(f_Temp>=45)

{

MA=1;MB=0;

if(f_Temp==45)

{ PWM1=0;delay_ms(30);return;}

else

if(f_Temp==75)

{ PWM1=1;delay_ms(30);return;}

PWM1=1;delay_ms(f_Temp-45);

PWM1=0;delay_ms(75-f_Temp);

}

else if(f_Temp<=10)

{

MA=0;MB=1;

if (f_Temp==10)

{PWM1=0;delay_ms(10);return;}

else

if(f_Temp==0)

{PWM1=1;delay_ms(10);return;}

PWM1=1;delay_ms(10-f_Temp);

PWM1=0;delay_ms(f_Temp);

}

else {MA=0;MB=0;}

}

void main()

{

LCD_Initialise();

LCD_ShowString(0,0,"Curren Temp:");

Read_Temperature();delay_ms(800);

TMOD=0x01;

TH0=(INT16U)(-11.0592/12*500)/256;

TL0=(INT16U)(-11.0592/12*500)%256;

IE=0x82;

TR0=1;

while(1);

}

8 总结

此次课程设计中,难点在于DS18B20的使用,即对它的时序控制、初始化以及字节读写方法,任何一个环节出错或是时序控制不到位的话就不能得到正确的数据。一旦学会了正确的使用方法,就能感觉到它带来的便利是热电偶不能比

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使用使用时应避免电磁干扰对传感器的影响。此外霍尔电流传感器的供电电压必须在传感器所规定的范围内,超过此范围,传感器不能正常工作或者可靠性降低。霍尔电流传感器的电源、输入、输出的各连线导线必须正确连接,不可错位或反接,否则可能导致产品损坏。安装环境应无导电尘埃及腐蚀性。应避免剧烈震动或者高温。 1.3 电流互感器法 电流互感器法是将电流互感器串连在电机三相定子电流导线中,利用变压器原、副边电流成比例的关系进行电流大小的转换检测。其工作原理、等电路也与一般变压器相同,只是其原边绕组串联在被测电路中,且匝数很少;副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载,近似短路。原边电流(即被测电流)和副边电流取决于被测线路的负载,而与电流互感器的副边负载无关。 1.3.1 电流互感器的使用条件 电流互感器运行时,副边不允许开路。因为一旦开路,原边电流均成为励磁电流,使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全。线路上的电压都比较高,如直接测量是非常危险的。在大型电机控制中电流互感器一般体积较大,造价昂贵,所以由于体积和成本的原因,一般应用于中小型电机控制系统中。另外使用的场所周围环境不应有与工作无关的外界强磁场存在,环境温度在为佳,相对湿度不超过。对于精度为级及以上或额定电流为及以上的电流互感器,电流互感器在额定电流下持续运行时间为小时;对于额定一次电流为及以上的电流互感器,在额定电流下持续运行的时间为分钟,对特殊要求的弱电流互感器允许在额定电流下能够长期工作。 2、电压的检测方法 电压检测有直接测量法、电阻分压法、电压互感器法和霍尔效应电压传感器法等。在电机调速系统中,直流母线上的电压检测可以通过检测与滤波电容相并联的电阻中的电流而测得,这种方法同电机三相母线电流的检测方法相同,检测电路如图1所示。霍尔电压传感器使用条件:霍尔电压传感器使用时工作条件同霍尔电流传感器相似。电压互感器的使用条件同电流互感器相似。 3、转速的检测方法 3.1 基于增量式光电编码器的速度检测 借助于增量式光电编码器进行测速的方法有M法,T法,M/T法。其中M 法只适合电机转速较高的时候,电机转速低时误差较大。T法情况正好相反,而M/T法既具有M法测速的高速优点,又具有T法测速的低速的优点。从而被广

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温度控制直流电动机转速系统设计报告

实训题目: 温度控制直流电动机转速 学生姓名:崔敬通 学号: 201223160126 专业:电子信息工程 2013年11月27日

1 引言 直流电机具有良好的线性调速特性和控制性能,使其调速控制占主流地位。尽管交流变频电机、步进电机等在控制调速领域的应用比较广泛,但直流电机调速仍是大多数调速控制电机的最佳选择。89C55单片机支持C语言编程,可移植性好,速度快,已被广泛应用于机电一体化、工业控制、智能仪器仪表等领域。现应用89C51单片机对直流电机速度进行有效测试和控制,通过对直流电机转速脉冲和中断次数的计数,可实现根据输入值控制直流电机的转速。 2 设计任务与要求 根据设计需要,通过测量原件把检测到的直流电机转速读入到89C55单片机中,再通过编程使读入的数值在显示器上显示出来。若检测到的电机转速等于设定值,则对直流电机的转速进行记录;若检测到的电机转速没有达到设定值,则通过加大数值或模数转换芯片使电机速度提升至设定值;若检测到电机转速超过设定值则通过模数转换芯片把电机速度降至设定值。通过这种实时检测和在线控制的方式使单片机能够对直流电机 2.1系统的设计要求及主要技术指标 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。 2.2系统总体方案 系统总体方案设计,如下图2.1

图2.1 系统总体方案图 2.3总体方案论述 该系统采用AT89C55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L298的使能端口,通过L298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LM016L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。 3硬件电路设计 MCS-51系列单片机 Intel公司推出的8位单片机: 1976年推出的MCS-48系列:8039,8048等。

直流电机转速电流测量与显示

燕山大学 课程设计说明书题目:直流电机转速电流测量与显示 学院(系):里仁自动化系 年级专业:12级过控1班 学号: 121203021064 学生姓名:刘华 指导教师:梁振虎、王振臣、闫敬 教师职称:副教授

燕山大学课程设计(论文)任务书 院(系):里仁学院基层教学单位:自动化系 说明:此表一式四份,学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2015年6月12日

摘要 单片机又称单片微控制器(MCU),它把一个计算机系统集成到一个芯片上。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。随着电子技术的迅猛发展,单片机技术也有了长足的发展,目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹,导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。 各种电机在工业得到广泛应用,为了能方便的对电机进行控制、监视、调速,有必要机的转速进行测量,从而提高自动化程度。转速和电流是工程上常用参数。转速测量的方法很多,采用光电编码器测量转速是较为常用的测量方法,而电流则采用交流互感器。 通过光电传感器实时采集电机转速并进行处理与显示,设计出一个电动机转速测量系统,并研究其测量精度、测量范围及响应速度.程序设计部分分为初始化模块、脉冲计数模块、计时模块、参数调整模块和显示模块.最后通过试验测试,得到了相应的技术参数,并对转速和电流测量系统的误差进行了分析要求设计的系统稳定可靠、抗干扰能力强、成本低,使用方便。

课程设计报告直流电机调速系统(单片机)

专业课程设计 题目三 直流电动机测速系统设计 院系: 专业班级: 小组成员: 指导教师: 日期:

前言 1.题目要求 设计题目:直流电动机测速系统设计 描述:利用单片机设计直流电机测速系统 具体要求:8051单片机作为主控制器、利用红外光传感器设计转速测量、检测直流电机速度,并显示。 元件:STC89C52、晶振(12MHz )、小按键、ST151、数码管以及电阻电容等 2.组内分工 (1)负责软件及仿真调试:主要由完成 (2)负责电路焊接: 主要由完成 (3)撰写报告:主要由完成 3.总体设计方案 总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示: 单片机 PWM 电机驱动 数码管显示 按键控制

一、转速测量方法 转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表) 、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪) 以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。 对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种: ①测频率法:在一定时间间隔t 内,计数被测信号的重复变化次数N ,则被测信号的频率fx 可表示为 f x =Nt(1) ②测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0 ,则被测信号频率fx = fc/ m0 ,其中, fc 为时钟脉冲信号频率。 ③多周期测频法:在被测信号m1 个周期内, 计数时钟脉冲数m2 ,从而得到被测信号频率fx ,则fx 可以表示为fx =m1 fcm2, m1 由测量准确度确定。 电子式定时计数法测量频率时, 其测量准确度主要由两项误差来决定: 一项是时基误差; 另一项是量化±1 误差。当时基误差小于量化±1 误差一个或两个数量级时,这时测量准确度主要由量化±1 误差来确定。对于测频率法,测量相对误差为: Er1 =测量误差值实际测量值×100 % =1N×100 % (2) 由此可见,被测信号频率越高, N 越大, Er1 就越小,所以测频率法适用于高频信号( 高转速信号) 的测量。对于测周期法,测量相对误差为: Er2 =测量误差值实际测量值×100 % =1m0×100 % (3) 对于给定的时钟脉冲fc , 当被测信号频率越低时,m0 越大, Er2 就越小,所以测周期法适用于低频信号( 低转速信号) 的测量。对于多周期测频法,测量相对误差为: Er3 =测量误差值实际测量值100%=1m2×100 % (4) 从上式可知,被测脉冲信号周期数m1 越大, m2 就越大,则测量精度就越高。

keilc温度控制直流电机转速课程设计报告

目录 一、设计目的及要求 (2) 1.1 设计目的 (2) 1.2 设计要求 (3) 二、设计方案及论证之硬件电路设计 (3) 2.1芯片简介 (3) 2.2 电路原理图 (4) 2.21 电机测速即驱动部分: (4) 2.22电路供电系部分 (5) 2.23显示部分 (5) 三、设计方案及论证之软件设计 (6) 3.1 程序设计思路 (6) 四、器件清单 (13) 五、器件识别与检测 (14) 六、仿真结果: (15) 七、软件简述 (15) 7.1 keil 简介 (15) 7.2 keil与proteus联调与仿真实现 (16) 九、参考文献 (17) 课程设计任务书

一、设计目的及要求 1.1 设计目的 本设计主要是应用proteus软件和嵌入式C语言编程工具,结合单片机原理及应用。危机原理与接口技术等专业课程,强化和巩固专业理论基础,掌握

Proteus仿真的技巧和嵌入式C语言编程工具,提高单片机开发能力,并为嵌入式开发打下基础。 1.2 设计要求 (1) 使用 AT89C51单片机为核心,使用 4 位集成式数码管显示当前温度,温度传感器使用 DS18B20,使用 L298 驱动直流电动机。 (2)用 4 位集成式数码管显示当前温度, , 当温度在≥ 45 C 时, 直流电动机在 L298 0 0 驱动下加速正转,温度在≥ 75 C 全速正转;当温度≤ 10 C 时,直流电动机加速反转,温度≤ 0 C 时,直流电动机全速反转;温度 10 C ~ 45 C 之间时,直流电动机停止转动。 (3)控制程序在 Keil 软件中编写,编译,整个控制电路在 Proteus 仿真软件中连接调示。 二、设计方案及论证之硬件电路设计 2.1芯片简介 本设计选择采用AT89C51单片机为核心。AT89C51提供以下标准功能:4k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内震荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但震荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。

课程设计转盘转速测量的设计方案

课程设计转盘转速测量的设计方案

转盘转速测量的设计方案 一、设计目的 设计电路实现转盘的转速测量。 二、组内分工初定 A.陈永昌:负责设计方案的制定,程序的设计,电路的焊接。 B.詹小樑:负责元件的采购,方案的讨论,电路的调试。 C.李忠谕:负责元件的采购,方案的讨论,电路的调试。 三、使用电子元件及个数 光电门1个 七段数码管1个 AT89S52单片机1片 串口转USB线1条 MAX232 1个 串行口1个 导线、电阻、电容若干 电动机1个 四、设计方案 光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件,当它发出的光被目标阻断时,则接收器感应出相应的电信号。光电式传感器由独立且相对放置的光发射器和收光器组成。当目标经过光发射器和收光器之间并阻断光线时,传感器输出信号。它是效率最高、最可靠的检测装置。槽形(U形)光电开关是对射式的变形,其优点是无须调整光

轴。 4.1电动机、信号盘、传感器 图1:电动机、信号盘、传感器的安装 图中电机为直流电机,转速随输入的电压变化。信号盘为带有4个透光孔的圆盘。传感器为光电门,透光时输出电 流,遮光时无电流。 4.2信号放大电路 图2:信号放大电路 信号放大电路是经过三极管对光电门输出的信号进行放大,然后经过CD4093进行整形,输入到单片机的脉冲计数

T0口,进行计数。 4.3单片机电路 图3:单片机电路 在此采用频率测量法,其测量原理为,在1S时间内,计取转速传感器发生的脉冲个数(即频率),从而算出实际转速。设1S的脉冲数为 n,转速 rate = n * 60 / 4; 4.4串口输出电路

温度控制直流电动机转速

温度控制直流电机转速 设计报告 院系:物电学院 专业:电子信息工程 学号:201000920146 姓名:赵婧

摘要 本文是对直流电机PWM调速器设计的研究,主要实现对电机的控制。本课程设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。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AT89C51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,实现对电动机转速参数的显示。单片机在程序控制下,H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中,采用PWM 调速方式,通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压,进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统,在硬件结构上采用了大量的集成电路模块,大大简化了硬件电路,提高了系统的稳定性和可靠性,使整个系统的性能得到提高。 关键词:AT89C51单片机;PWM调速;正反转控制;仿真。

The Design of Direct Current Motor speed Regulation System Based on SCM Chenli School of Information and Engineering Abstract This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it. Key words:PWM signal,tachogenerator,PI calculation

直流电机转速测量系统的设计

一、概述 该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数,一般是指电机转子的每分钟转数,通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法,测量电路由光电转换电路,整形电路,晶体振荡电路,分频电路,倍频电路,时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成,电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ,测量的相对误差 1%,并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。 本次课设需满足以下设计要求: 1根据技术指标,设计各部分电路并确定元器件参数; 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速; 3.画出电路原理图(元器件标准化,电路图要规范化)。 二、方案论证 本课程设计是设计电机转速测量系统,采用光电测速方案,将转速信号转化为脉冲信号,然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量,方案中包括光电转换电路,整形电路,闸门电路,晶体振荡电路,分频电路,倍频电路,控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示: 在电动机转轴上安装一个圆盘,在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上,就产生了一序列的脉冲信号,光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波,再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路, 光电转换电路 整 形 电 路 闸 门 电 路 计数、译码、驱动、显示 电路 输入 信号 晶体振荡器 电路 分 频 电 路 控 制 电 路 图1 电机转速测量系统原理框图

产生1Hz的基准信号,再经过10分频,便可产生一个0.1Hz的基准信号,该基准信号用来控制闸门电路,把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来 三、电路设计 1.光电转换电路 在该部分可以用发光元件作为光的发射部分,可以选择发光二极管作发光元件,接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘,让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对,这样电机每转动一周,光线就会相应通过小孔6次,因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲,所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示: 图2 光电转换电路原理图 图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻,LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断,变成间断的光信号,而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号,作用于之后的系统。 2.整形电路 整形电路用555定时器构成施密特触发器,利用施密特触发器,将输入的信号进行整形,输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号,从3管脚输出,输入信号与 输出信号反相,在5管脚接入10nF的滤波电容,当输入电压v i ﹤1/3Vcc时,v o 输出 为高电平,当输入电压v i ﹥2/3Vcc时,v o 输出为低电平。整形电路接法及输出波形如 图3和图4所示:

电机转速测量方法研究

收稿日期:2005209202 作者简介:于炳亮(1964-),男,研究员,从事海洋仪器表研究。 文章编号:100224026(2005)0520041202电机转速测量方法研究 于炳亮 (山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛266001) 摘要:介绍了几种基本的电机转速的数字测量方法,并以一种利用Intel 的8089单片机和旋转式光电编码器构 成的数字实时转速检测系统为例,详细阐述了如何选择和综合应用几种转速测量方法,来实验最佳的转速测 量。 关键词:电机;转速;测量 中图分类号:TH86 文献标识码:A 1 概述 转速是电动机极为重要的一个状态参数,在很多运动系统的测控中,都需要对电机的转速进行测量,速度测量的精度直接影响系统的控制情况,它是关系测控效果的一个重要因素。不论是直流调速系统还是交流调速系统,只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。 在电机的转速测量中,影响测量精度的主要因素有两个:一是采样点的多少,采样点越多,速度测量结果越精确,尤其是对于低转速的测量。二是采样频率,采样频率越高,采样的数据就越准确。 2 常用的数字测量方法 电机转动速度的数字检测基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理[1],根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列,测量转速和判别其转动方向。根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有:M 法(测频法)、T 法(测周期法)和M ΠT 法(频率Π周期法)。 2.1 M 法(测频法) 在规定的检测时间内,检测光电脉冲发生器所产生的脉冲信号的个数来确定转速。虽然检测时间一定,但检测的起止时间具有随机性,因此M 法测量转速在极端情况下会产生士1个转速脉冲的误差。当被测转速较高或电机转动一圈发出的转速脉冲信号的个数较大时,才有较高的测量精度,因此M 法适合于高速测量。 2.2 T 法(测周期法) 它是测量光电脉冲发生器所产生的相邻两个转速脉冲信号的时间来确定转速。相邻两个转速脉冲信号时间的测量是采用对已知高频脉冲信号进行计数来实现的。在极端情况下,时间的测量会产生士1个高频脉冲周期,因此T 法在被测转速较低(相邻两个转速脉冲信号时间较大)时,才有较高的测量精度,所以T 法适合于低速测量。 第18卷 第5期 2005年12月 山东科学SH ANDONG SCIE NCE V ol 118 N o 15Dec 12005

光电传感器转速测量系统设计讲解

专业课程设计 题目 光电传感器的转速测量设计 院系:自动化学院 专业班级: 小组成员: 指导教师: 日期:2012年10月8---2012年10月19

一.课程设计描述 采用单片机、uln2003为主要器件,设计步进电机调速系统,实现电机速度开环可调。 二.课程设计具体要求 1、通过按键选择速度; 2、转速测量显示范围为0~9999转/秒。 3、检测并显示各档速度。 三.主要元器件 实验板(中号) 1个步进电机 1个 STC89C52 1个电容(30pF、10uF)各1个 数码管(共阳、四位一体)1个晶振(12MHz) 1个 小按键 4个 ULN2003 1个 电阻若干发光二极管 1个 三极管(NPN) 4个排阻 1个 四.原理阐述 4.1系统简述 按照题给要求,我们最终设计了如下的解决方案: 用户通过键盘键入控制指令(开关),微控制器在收到指令后改变输出的PWM 波,最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况,将转速显示在数码管上。 在程序主循环中实现按键扫描与转速显示,将定时器0作为计数器,计数ST151产生的下降沿,可算出转速,并送至数码管显示。 设计思路: (1)利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件,在电机的转轴上安装一个圆盘,在圆盘上挖1小洞,小洞上下分别对应着光发射和光接受开关,圆盘转动一圈即光电管导通1次,利用此信号做为脉冲计数所需。 (2)对光电开关信号整流放大。 (3)脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。 (4)显示电路采用单片机动态显示。

4.2转速测量原理 在此采用频率测量法,其测量原理为,在固定的测量时间内,计取转速传感器产生的脉冲个数,从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc(min),计数器计取的脉冲个数m,假定脉冲发生器每转输出p个脉冲,对应被测转速为N (r/min),则f=pN/60Hz;另在测量时间Tc内,计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ,所以,当测得m值时,就可算出实际转速值[1]: N=60m/pTc (r/min) (1) 4.3转速测量系统组成框图 系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求;波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号;通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数,这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数;设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块,通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储,既节省了所需单片机的口线和外围器件,同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。 图2.1 系统的原理框图 五.系统硬件电路的设计 系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前,先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。 5.1脉冲产生电路设计

电机转速测量课程设计

目录: 1、摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2、系统结构----------------------------------------------------------------------------------------------3 3、获取脉冲信号的方法----------------------------------------------------------------------------4 3、1霍尔传感器-------------------------------------------------------------4 3、2 光电传感器-------------------------------------------------------------5 3.3光电编码器-------------------------------------------------------------6 4、硬件连接图及原理------------------------------------------------------------------------------6 5、实验程序及分析-----------------------------------------------------------------------------------8 6.仿真-----------------------------------------------------------------15 7、PROTEL DXP原理图-------------------------------------------------------------------16 8、PCB图-------------------------------------------------------------------------------------------------16 9、硬件调试结果与分析-------------------------------------------------------------------------17 10、谢词---------------------------------------------------------------------------------------------------17 11、参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------18

PWM控制直流电动机转速报告

2011年全国大学生电子设计竞赛 PWM控制直流电机转速(A题) 【高职组】 2011年9月6日

摘要 本设计主要要实现的功能是,通过直流电机PWM控制系统,实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停,并且可以调整电机的转速,能够很方便的实现电机的智能控制。主要采用直流电机PWM调速系统以AT89S52单片机为控制核心,由命令输入模块、LCD 显示模块及电机驱动模块组成。使用带中断的独立式键盘作为命令的输入,单片机在程序控制下,定时不断给L298直流电机驱动芯片发送PWM波形H型驱动电路完成电机正、反转和急停控制,同时单片机不停的将PWM脉宽调制占空比送到LCD1602液晶来完成实时显示。 关键词:直流电机;PWM;控制。

abstract This design mainly in order to realize the function is, through the dc motor PWM control system, the implementation of the dc motor speed, motor and reducer, move forward, reverse and stop, and can adjust the speed of the motor, can easily realize the intelligent control of the machine. Mainly adopts dc motor PWM speed regulation system AT89S52 single chip microcomputer as control core, by the command input module, LCD display module and motor drive module. Using independent type keyboard with interruption as command input, single chip microcomputer under program control, timing, constantly send dc motor driver chip L298 PWM waveform H drive circuit to complete the motor positive and reverse and stop control, meanwhile

电机转速测量系统设计(光电传感器)课程设计报告

《传感器原理与应用》课程设计 1、题目:电机转速测量系统设计(光电转速传感器) 院校: 专业: 姓名: 学号: 班级: 指导老师: 二0一六年六月

目录 第一章《传感器原理与应用》课程设计任务书 (4) 1.1总要求 (4) 1.2总任务 (4) 1.3设计题目 (4) 1.4设计内容 (4) 1.5设计进度或计划 (4) 1.6设计说明书包括的主要内容 (4) 第二章系统介绍 (5) 第三章系统设计方案 (5) 3.1方案的设计与选择 (5) 3.1.1 转速测量的方法 (5) 3.1.2 整体控制方式 (6) 3.1.3 传感器模块 (6) 3.2 方案描述 (7) 第四章系统理论分析与计算 (8) 4.1 信号采集电路的分析 (8) 4.2 电机转速的计算 (9) 第五章硬件电路设计 (9) 5.1 单片机模块 (9) 5.1.1 STC89C52单片机简介 (9) 5.1.2 时钟电路 (11) 5.1.3 复位电路 (11) 5.2 显示电路 (12) 第六章软件设计 (12) 6.1 系统总体设计 (12) 6.2 中断子程序设计 (13) 6.3 定时子程序设计 (13) 6.4 显示子程序设计 (14) 第七章测试方案 (15)

7.1 电路调试 (15) 7.2 软件调试 (15) 第八章心得体会 (17) 参考文献 (17) 附录 (19) 附录一电路仿真图 (19) 附录二程序清单 (19) 附录三实物图 (25)

第一章《传感器原理与应用》课程设计任务书 第一章《传感器原理与应用》课程设计任务书 1.1总要求 课设题目尽量侧重于传感器检测模块设计,主要是绘制系统原理图、制作传感部分前端电路、实验调试及分析、撰写实验报告等。 电路图:传感检测/接口电路/控制电路、单片机检测系统电路(若题目要求,则应加上)。 程序:主程序、部分子程序(若题目要求,则应加上)。 说明书:按规范撰写。 1.2总任务 针对总要求进行原理及方案论证、模块设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、精度分析以及撰写报告等工作。 1.3设计题目 电机转速测量系统设计 1.4设计内容 实现全部要求的实物功能,性能稳定,外形美观。 1.5设计进度或计划 1、准备及查阅资料一天 2、方案设计及论证(总体方案)二天 3、硬件设计三天 4、程序设计三天 5、实验室调试及结果分析二天 6、整理报告及准备答辩三天 1.6设计说明书包括的主要内容 1、封面 2、目录 3、设计任务书 4、正文(可按下列内容撰写、仅供参考) (1)摘要:可包括系统工作原理的介绍等。 (2)方案设计及论证:可按模块进行方案设计与论证,各模块设计中应包括适当的精度分析及选型等。 (3)实验或系统调试:可包括实验调试工具仪器、实验结果及适当的分析等。 (4)心得体会。 (5)主要参考文献。

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