李建莉

摘 要：Protues是一款性能優(yōu)良的電子輔助分析與設計軟件。運用Protues研究了基于C51單片機的溫度控制直流電動機控制系統(tǒng)電路，并通過C51單片機實現(xiàn)了數(shù)字溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集功能，從而實現(xiàn)了直流無刷電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速。整個電路設計包括溫度采集模塊、單片機控制模塊、溫度顯示模塊、電機及電機驅(qū)動模塊。計算機仿真結(jié)果表明，該電路實現(xiàn)了溫度控制直流電機轉(zhuǎn)速的功能。

關鍵詞：Protues；單片機；電路設計；電動機

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.087

1 系統(tǒng)總體設計

控制器是電動機轉(zhuǎn)速控制的核心部分，是電動機有效工作的保障。由于單片機具有靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、抗干擾能力強，可構(gòu)成各種智能式控制設備和智能儀器的特點，所以，其適用范圍較大、處理功能較強、運行速度較快等。本系統(tǒng)選用單片機AT89C51作為電機調(diào)速系統(tǒng)控制器，設計出的電動機具有溫度采集、單片機控制、溫度顯示等功能，可實現(xiàn)單片機對某個位置的溫度監(jiān)控。當溫度低于0 ℃時，電動機全速反轉(zhuǎn)；當外部溫度低于10 ℃時，電動機加速反轉(zhuǎn)；當溫度處于10～45 ℃時，電動機逐漸停止轉(zhuǎn)動；當外部溫度高于45 ℃時，電動機加速正轉(zhuǎn)；當外部溫度高于75 ℃時，電動機全速正轉(zhuǎn)。系統(tǒng)原理如圖1所示。

2 系統(tǒng)電路的設計與仿真

2.1 系統(tǒng)的硬件電路

本系統(tǒng)主要由數(shù)字溫度傳感器、單片機、顯示器、L298驅(qū)動芯片、電機器件等構(gòu)成。其中，數(shù)字溫度傳感器DS18B20可將檢測到的二進制的數(shù)字溫度信號通過輸出端DQ，并經(jīng)P3.3引腳直接傳至單片機AT89C51。溫度數(shù)據(jù)采集設備通過溫度比較和對溫度范圍的控制，經(jīng)P1.2引腳產(chǎn)生PWM（脈寬調(diào)制）信號，通過L298驅(qū)動芯片輸入端ENA控制直流電機的啟動、速度、方向的變化。為了實時檢測采集溫度，需要將采集到的溫度數(shù)據(jù)送至LM016顯示，并通過單片機P2口傳輸數(shù)據(jù)。電路原理如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)的工作流程為：端口初始化→液晶顯示程序→DS18B20函數(shù)初始化→讀取溫度值并顯示→延時→開啟中斷、等待中斷→T0定時器控制電動機正/反轉(zhuǎn)，并通過PWM信號控制電動機的轉(zhuǎn)速。

2.2.1 溫度采集模塊

根據(jù)單總線協(xié)議，使用DS18B20時應先初始化識別數(shù)據(jù)交換。本系統(tǒng)中的單總線上僅掛接有1個DS18B20，允許單片機在不讀取64位序列碼的情況下直接操作DS18B20，因此，可以使用跳過讀序列號的操作命令（CCH）；對DS18B20發(fā)出啟動溫度轉(zhuǎn)換的操作命令（44H）且轉(zhuǎn)換完成后，再次初始化DS18B20，跳過讀取序列號的操作，并發(fā)出讀取暫存器的操作命令（BEH），從而讀出溫度值。