溫度控制直流電動機轉速電路的實現

羅菲 楊曉燕 蔡武德

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

關鍵詞：單片機;數字溫度傳感器;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生活中，比如農業的溫室大棚、工業的生產材料工廠等。[1]在本設計中，選用DS18B20溫度傳感器，可省去傳統的信號放大、A/D轉換等外圍電路。[2]該電路控制系統能將數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，不僅結構簡單、而且還降低系統成本、節約了資源、提高了工作效率。[3]

2電路系統的總體設計方案

電路系統結構如圖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。單片根據預設的溫度范圍，產生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位數據端口D0～D7。

4 軟件設計

系統程序流程如圖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，實現了用DS18B20溫度傳感器對環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]樊戰亭.基于單片機的溫度測量和控制系統設計[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[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（專業大類），強化師范類專業認證，促進物理學專業改革與發展研究（JG2018056）;云南師范大學研究生科研創新基金項目“高中物理傳感器教具的改進與創新應用研究”（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。