接口技术论文

温控电机调速Temperature Control Motor Speed

题目名称：接口技术

院系名称：机电学院

2014年6月27日

接口技术

摘要

科学技术一直被视为生产力发展的核心，人们希望创造更先进的科技来提高人们的生活质量。特别是计算机出现后，人们的生产，生活发生质的改变。自动控制的出现不仅节省了企业的成本，而且也减少了工人的劳动力，降低了对工人素质的要求。其中用于自动控制系统的元件有许多种，但尤为单片机，PLC,计算机等在工业生产中有着举足轻重的地位。本文以单片机为例，详细的介绍温度传感器是如何通过单片机来控制电机的速度。这种实例看似很简单，但在生活生产的实际中却发挥着重要作用。比如，笔记本的散热系统，智能电风扇，还有一些发热严重的大型机械等等大都采用了这样的方案来控制机体内部的热量，从而保证工作正常运行。

近几年来微型机快速发展，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，其中单片机最受欢迎。单片机（Single chip microcomputer）微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。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。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。

温度传感器从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为人们的生活提供了无数的便利和功能。

本文涉及了基于单片机的温控电机速度系统，采用单片机控制为控制器，利用温度传感器DS18B20作为温度采集元件，并根据采集到的温度与系统设定值相比较从而控制电机的转速，同时系统的预设温度是通过两个独立按键来实现的，一个增大预设温度，一个减小预设温度。

【关键词】单片机；DS1820；温控；

Abstract

Science and technology has been regarded as the core of development of productive forces, people want to create more advanced technology to improve the quality of people's lives. Especially after the computer has, the people's production and life qualitative change. Automatic control appears not only saves the cost of business, but also to reduce the workers 'labor, reducing the quality of workers' demands. Wherein the elements for automatic control system has many kinds, but particularly the microcontroller, PLC, computer, etc. has a pivotal position in the industrial production. In this paper, microcontroller, for example, the temperature sensor is a detailed description of how the microcontroller to control the speed of the motor. Such examples may seem very simple, but in real life production plays an important role in it. For example, notebook cooling systems, intelligent fans, there are some serious heat large machinery, etc. Such programs are mostly used to control the body's internal heat, thus ensuring the normal operation of the work.

In recent years, the rapid development of microcomputers, foreign Digital AC-DC system has reached the practical stage due to the high degree of standardization of microprocessor core digital control system hardware circuit, low production costs, and the device is not affected by temperature drift, which SCM the most popular. SCM (Single chip microcomputer) single-chip microcomputers referred to, is a typical embedded microcontroller (Microcontroller Unit), commonly used abbreviations in alphabetical said MCU MCU, microcontroller, also known as single-chip microcontroller, it is not completed a certain logic chips , but to a computer system integrated into a chip. SCM consists of computing, controller, memory, input and output devices, the equivalent of a mini-computer (minimum system), and a computer compared to the lack of a single-chip peripherals. Speaking in general terms: a chip has become a computer. Its small size, light weight, cheap, learning, application and development of facilities provided. At the same time, learning to use a computer microcontroller is the best choice to understand the principle and structure. It was first to be used in industrial control.

Temperature sensor from the early 17th century, people began to take advantage of the temperature measurement. In support of semiconductor technologies, this century have developed a semiconductor thermocouple sensor, PN junction temperature sensor and integrated temperature sensor. Correspondingly, based on the interaction of waves with matter of law, have developed acoustic temperature sensors, infrared sensors and microwave sensors. Temperature sensors are a variety of sensors in a wide variety of the most commonly used, modern appearance temperature sensor was very small, so it is more widely used in various fields of production practices, but also for people's lives by providing a myriad of convenience and functionality .

This article relates to the temperature control system based on single-chip

motor speed, the control of single controller, as the temperature sensor DS18B20 temperature acquisition device and compared to control motor speed according to the temperature and the collection system settings, and the system's preset temperature is achieved by two independent keys, and a preset temperature increase, a preset temperature is reduced.

Key words microcontroller; DS1820; temperature control;

目录

第一章前言 (2)

第二章方案设计 (2)

2.1 系统整体的选择 (2)

2.1 单片机的选择 (2)

2.2 温度传感器的选择 (3)

2.3 调速方式 (3)

第三章各单元模块的硬件设计 (3)

3.1 DS1820数字温度传感器 (3)

3.2 AT89C52单片机 (4)

3.3 LED数码管 (5)

第四章电路的设计 (6)

第五章软件的设计 (8)

5.1 C语言程序源代码 (8)

5.2 用Keil C51编写程序机器编译 (14)

5.3 本设计基于Proteus的仿真 (15)

第六章结束语 (15)

第七章参考文献 (15)

附录 (16)

第一章前言

在现代的生活和生产中，温控电机系统被广泛的使用，如夏天人们使用的智能风扇、工业生产中大型机械使用的散热系统、用于笔记本散热的智能CPU散热风扇等。而随着温控技术的发展，为了降低风扇运转时的再引及节省能源等，温度控制电机转速这一方案越来越受到重视并广泛的被应有。其可以使转速根据环境温度的变化进行无极调速，当温度升高时，电机的转速增大，而温度降低是电机的速度减小。

本文设计了又ATMEL公司的8052系列单片机AT89C52作为控制器，采用DALLAS公司的温度传感器DS1820作为温度采集元件，并通过一个反向驱动器ULN2803驱动电机的转动。同时使系统检测到的环境温度以及系统预设温度动态显示到LED数码管上。根据被测温度和预设温度进行比较从而调节电机的速度。

第二章方案设计

2.1 系统的总体的选择

本设计是用温度传感器DS1820检测环境温度并直接输出数字温度信号给单片机AT89C52进行处理，在LED是吗管上显示但钱环境温度值以及预设温度值。其中预设温度只能为整数形式，检测到的当前环境温度可精确到小数点后以位。同时采用PWM脉宽调制方式改变之流风扇电机的转速。并通过两个按键改变预设温度的大小，一个提高预设温度，另一个降低预设温度。系统结构框图如下：

2.2 单片机的选择

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。在本设计中采用了AT89C52单片机作为控制核心，通过软件编程的方法进行温度检测和判断，并在其通过软件编程的方法进行温度检测和判断，并在其I/O端口输出控制信号。AT89C52工作在低压，性能高片内含有制度程序存储器ROM和256字节的随机数据存储器RAM，它兼容标准的MCS-51指令系统，单片机价格便宜，并且适合本系统。

2.3 温度传感器的选择

市面上卖的温度传感器各种各样，但各有差别，要根据具体的需要进行选择。DS18B20，常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。其集成化程度高，大大降低了外界放大转换等电路的误差因数，温度误差变得很小，并且由于其检测温度的原理与热敏电阻检测的原理有着本质的不同，使其温度分辨率特别高。温度值在器件内部转化成数字量直接输出，简化了系统的设计，又由于该温度传感器采用先进的单总线技术，与单片机的接口变的非常简洁，抗干扰能力强，因此该方案适用于本设计。

2.4 调速方式

通过8052系列单片机AT89C52作为控制器，采用DALLAS公司的温度传感器DS1820作为温度采集元件，并通过一个反向驱动器ULN2803驱动电机的转动。同时使系统检测到的环境温度以及系统预设温度动态显示到LED数码管上。根据被测温度和预设温度进行比较从而调节电机的速度。此方案相对于其他硬件或软件相结合的犯非法实现对电机的调速而言，采用PWM用纯软件的方法来实现调速过程，具有更大的灵活性，并大大降低了成本，能够充分的发挥单片机的功能，对于简单的速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。综合考虑选择此方案。

第三章各单元硬件模块设计

3.1 DS1820数字温度传感器

DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。其基本的外形图如下：

其与单片机的接线图如下：

AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz

晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC

（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR 输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。其引脚图如下：

3.3 LED数码管

LED数码管（LED Segment Displays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。其硬件接线图如下：

第四章电路的设计

开关复位与晶振电路:

在单片机系统中，处于单片机本身需要复位意外，外部扩展I/O端口电路同样需要复位，因此需要一个包括上电按钮复位在内的系统同步复位电路。本设计中开关复位与晶振电路如下所示，当按下开关S1时，系统复位一次。起初电容C1 C2为30pF，C3为10uF，电阻R2,R3阻值为100，和10K，晶振频率为12MHZ。

独立按键电路:

按键包括两个独立按键S2 S3,一段与单片机的P1.3 P1.4相连另一端接地。系统通电后，进入按键的语言程序，完成温度的设定。按下S2为加键，每按一次，系统对最初设定值加一，按下S3，每按一次，系统对最初设定值减一。其接线图如下：

数码管的接线图:

驱动器的接线图:

本设计驱动装置选用ULN2803驱动器，其余单片机与电机的接线图如下：

总体布线图:

总体布局图在设计书后附图。

第五章软件的设计

5.1 C语言程序源代码

源程序为：

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit DQ=P1^7;

sbit key1= P1^3;

sbit key2=P1^4;

sbit dianji=P3^1;

float ff;

uint y3;

uchar shi,ge,xiaoshu,sheding=20,gaonum,dinum;

uchar code dispcode[]={

0x3f,0x06,0x5b,0x4f,

0x66,0x6d,0x7d,0x07,

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,

0x39,0x5e,0x79,0x71};

uchar code table[]={

0xbf,0x86,0xdb,0xcf,

0xe6,0xed,0xfd,

0x87,0xff,0xef};

uchar dispbitcode[]={

0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,

0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

uchar dispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};

void Delay(uint num)

{

while(--num);

}

void digitalshow(uchar a4,uchar a3,uchar a2,uchar a1,uchar a0) {

dispbuf[0]=a0;

dispbuf[1]=a1;

dispbuf[2]=a2;

dispbuf[3]=a3;

dispbuf[4]=a4;

P2=0xff;

P0=dispcode[dispbuf[0]];

P2=dispcode[5];

Delay(1);

P2=0xff;

P0=dispcode[dispbuf[1]];

P2=dispcode[4];

Delay(1);

P2=0xff;

P0=dispcode[dispbuf[2]];

P2=dispcode[2];

Delay(1);

P2=0xff;

P0=dispcode[dispbuf[3]];

P2=dispcode[1];

Delay(1);

P2=0xff;

P0=dispcode[dispbuf[4]];

P2=dispcode[0];

Delay(1);

}

void dmsec(uint count)

{

uint i;

while(count--)

{

for(i=0;i<125;i++){}

}

}

void tmreset(void)

{

DQ=0;

Delay(90);

DQ=1;

Delay(4);

}

void tmpre(void)

{

while(DQ);

while(~DQ);

Delay(4);

}

bit tmrbit(void)

{

uint i;

bit dat;

DQ=0;

i++;

DQ=1;

i++;

i++;

dat=DQ;

Delay(8);

return(dat);

}

uchar tmrbyte(void) {

uchar i,j,dat;

dat=0;

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

{

j=tmrbit();

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

}

return(dat);

}

void tmwbyte(uchar dat) {

uint i;

uchar j;

bit testb;

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

{

testb=dat&0x01;

dat=dat>>1;

if(testb)

{

DQ=0;

i++;

i++;

DQ=1;

Delay(4);

}

else

{

DQ=0;

Delay(4);

DQ=1;

i++;

i++;

}

}

}

void tmstart(void) {

dmsec(1);

tmreset();

tmpre();

dmsec(1); tmwbyte(0xcc); tmwbyte(0x44);

}

uchar tmrtemp(void) {

uchar a,b;

tmreset();

tmpre();

dmsec(1); tmwbyte(0xcc); tmwbyte(0xbe);

a=tmrbyte();

b=tmrbyte();

y3=b;

y3<<=8;

y3=y3|a;

ff=y3*0.0625;

y3=ff*10+0.5;

return(y3);

}

void keyscan(void)

{

if(key1==0)

{

dmsec(5);

if(key1==0)

{

sheding++;

if(sheding==100)

sheding=20;

}

while(!key1);

}

else if(key2==0)

{

dmsec(5);

if(key2==0)

{

sheding--;

if(sheding==0)

sheding=20;

}

while(!key2);

}

}

void deal(uint tmp)

{

if(tmp<=sheding)

{

gaonum=0;

dinum=4;

}

else if((tmp>sheding)&&(tmp<=(sheding+5))) {

gaonum=1;

dinum=3;

}

else if((tmp>sheding+5)&&(tmp<=(sheding+10))) {

gaonum=2;

dinum=2;

}

else if((tmp>sheding+10)&&(tmp<=(sheding+15))) {

gaonum=3;

dinum=1;

}

else

{

gaonum=4;

dinum=0;

}

}

void dianjik()

{

uchar q,i;

for(q=0;q

{

dianji=0;

digitalshow(shi,ge,xiaoshu,sheding/10,sheding%10); for(i=255;i>0;i--)

{

digitalshow(shi,ge,xiaoshu,sheding/10,sheding%10); }

}

for(q=0;q

{

dianji=1;

digitalshow(shi,ge,xiaoshu,sheding/10,sheding%10); for(i=255;i>0;i--)

{

digitalshow(shi,ge,xiaoshu,sheding/10,sheding%10); }

}

}

void main(void)

{

uint last;

dianji=0;

tmstart();

dmsec(450);

while(1)

{

tmstart();

dmsec(2);

last=tmrtemp()+256;

shi=last/100;

ge=(last%100)/10;

xiaoshu=(last%100)%10;

keyscan();

dmsec(2);

deal(last/10);

dianjik();

}

}

5.2 用Keil C51编写程序机器编译

Keil C51软件步进提供了丰富的库函数，而且它强大的集成开发调试工具为程序编程调试带来便利，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。在使用是建立一个工程，然后再添加文件夹饼编写程序，编写好程序后调试。Keil C51调试界面如下：

5.3 本设计基于Proteus的仿真

本设计基于Proteus的仿真的总图在设计书后附图1、2。

把温度传感器DS18B20温度表设置为26摄氏度，用按键S2，S1可以手动调节电机最大和最小转速。系统开始仿真，待一段时间后，观察电机的转速，见后面附图3。

把温度传感器DS18B20温度表设置为45摄氏度，待一段时间后，观察电机的转速，见后面附图4。

把温度传感器DS18B20温度表设置为35摄氏度，待一段时间后，观察电机的转速，见后面附图5。

第六章结束语

本次设计的系统从硬件设计和软件编程写到Proteus仿真，在这个过程中用到了大学里学到的东西，把一些重要的知识点串在了一起。本设计是李克用温度传感器DS1820检测环境温度并直接输出数字温度信号给单片机AT89C52进行处理，在LED是吗管上显示但钱环境温度值以及预设温度值。从而使电机在一定的范围内能够实现速度的调节。广泛应用到各种领域，如笔记本的散热系统、智能电风扇、还有一些发热严重的大型机械等等大都采用了这样的方案来控制机体内部的热量，从而保证工作正常运行等，这种设计在我们的日常生活中将有重要的意义。

通过本次的结课大作业，我学习到了更多有关单片机方面的知识。并通过在图书馆查阅大量的资料，对一些电器元件如何运用和计算机相关仿真软件的应用有了更深的掌握。同时这其中也锻炼了我们的语言变成不能力。总之我得到了许多收获，要非常感谢老师！

第七章参考文献

[1] 白延敏.51单片机典型系统开发实例精讲[M].电子工业出版社,2009.

[2] 刘建清.51单片机C语言[M].北京航空航天大学出版社,2010.

[3] 袁东.51单片机应用开发实战手册[M].电子工业出版社,2011.

[4] 侯玉宝,陈忠平,李成群.基于Proteus 51系列单片机设计与仿真[M].电子工业出版社,2008.

[5] 林立,张俊亮,曹旭东,刘德军.单片机原理及应用[M].电子工业出版

社,2009.

[6] 胡全.51单片机的数码管动态显示技术[J].信息技术,2009,13:25-26.

[7] 孙号.Proteus 软件在设计电子电路中的应用[J].仪表技术,2009,8:74-75.

[8] 李刚.总线数字温度传感器DS18B20原理及应用[J].现代电子技

术,2005,28:77-99.

附图1