基于单片机的调速系统的设计与实现

任才 孔德尉* 沈阳工学院 刘文宇 国网辽宁省电力有限公司

1 设计方案

（1）以单片机为核心设计一个小型电机调速系统；

（2）该系统的主要功能如下：系统可以通过按键来控制电机的转动速度和电机的转动方向。同时通过显示屏显示电机的当前状态；

（3）报警功能：当电机的转速过快时，实现系统报警；

（4）硬件设计包括单片机最小系统的设计，显示部分的设计，以及电机驱动模块的设计等，软件设计为单片机程序的设计。

2 硬件方案设计

本文设计的基于单片机的小型电机调速系统，根据系统要实现的任务，将本系统模块化处理，主要分为单片机控制部分，显示模块，驱动模块，按键输入模块。

单片机控制部分：单片机又称微控制器，单片机的微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能，是本系统的控制核心，处理从外部接收到的信号和发送控制信号执行机构。

显示部分：本文设计的调速系统要求实时显示当前电机的运动状态，主要要显示的内容为电机当前的转速和电机的转动方向。因此选择的显示部分运用LCD1602。可以实现调速系统的显示要求。

电机驱动模块：本设计中由于硬件方面的需要，所以电机使用的是直流减速电机，电机的供电电压为5V供电，但是单片机的驱动能力有限，不能直接驱动电机，因此需要加上一个驱动模块，本设计选择的驱动模块是289N驱动模块。

按键输入模块：根据设计要求，要求按键控制电机的转速，本设计一共设计了三个按键，加速按键，减速按键以及电机的正反转调节按键。

本文设计的调速系统的总体硬件框图，如图1所示。

图1 调速系统硬件框图

3 硬件电路设计

3.1 调速显示电路设计

本设计中，需要显示的有电机当前的转速以及电机的转动方向，所以选择LCD1602作为本设计的显示部分。

LCD1602为工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符，使用简单方便，具有背光功能，显示字符清晰准确，能同时显示字母与数字，可以区分大小写字母，具有较强的功能并且连线简单，背光亮度可调，且耗电量小，是一款简便的好用的显示器件。

通过P2.5～P2.7分别来控制LCD1602的使能端、读写控制端与复位端，通过以上I/O端口的相互配合以达到数据显示与传输的效果，该显示器件的BL端为控制液晶显示器背光的引脚。可以通过将BL+端串联一个低于50欧姆的电阻来降低屏幕的背光的亮度。

3.2 按键输入电路设计

独立按键接口。独立按键就是各按键之间相互独立，并且每个按键用于每条输入线连接，每个输入线工作状态的键不影响其它的输入线的状态。因此，通过检测输入线电平状态可以很容易地确定哪个按钮被按下。独立按键电路配置灵活，软件操作简单，但每个按键需要占用单独的输入线，当按键的数目越多时，就需要更多的输入线而且电路结构更加复杂的，故此种键盘比较适用于按键比较少或操作比较高的场合。

图2 按键输入电路图

3.3 电机驱动电路设计

设计中由于硬件方面的需要，所以电机使用的是直流减速电机，电机的供电电压为5V供电，但是单片机的驱动能力有限，不能直接驱动电机，因此我们要加上一个驱动模块，而系统要求实现调速功能，所以不能选择继电器驱动，本设计选择的驱动模块是289N驱动模块，驱动的主要原理为H桥电机驱动电路。

3.4 报警电路设计

报警器是一种为了预防和防止一些造成的后果事件发生，以光、声音、压力等形式来提醒或警示我们必须采取一定动作的电子产品。报警器，分为电子报警器和机械式报警器。目前我们主要见到的电子报警方式主要可以分为声音报警，光线报警，声光报警这几方式，本设计选择的报警方式为蜂鸣器。

本设计采用的蜂鸣器为有源蜂鸣器，将蜂鸣器的控制端与单片机的P14引脚相连，当电机的转速过快时，单片机的控制引脚输出低电平，三级管的集电极的电压高于基极的电压，三级管导通，之后蜂鸣器响，整个系统报警，蜂鸣器应用电路，如图3所示。

图3 报警电路图

[1]林全新.苏丽娟.单片机原理与接口技术[M].北京：人民邮政出版社，2002.

[2]秀菊等.单片微机与测控技术[M].南京：东南大学出版社，1996.