温度控制直流电动机转速电路的实现

罗菲 杨晓燕 蔡武德

摘要：利用51单片机作为主控模块，以DS18B20数字式温度传感器为温度采集模块。单片机根据DS18B20温度传感器采集的温度信息产生PWM信号，并将PWM信号送到直流电动机驱动芯片上，实现温度对直流电动机转速的智能控制。

关键词：单片机;数字温度传感器;直流电动机;转速控制

1 绪论

温度采集及控制技术广泛应用于生产生活中，比如农业的温室大棚、工业的生产材料工厂等。[1]在本设计中，选用DS18B20温度传感器，可省去传统的信号放大、A/D转换等外围电路。[2]该电路控制系统能将数字温度传感器采集到的温度信息送给单片机处理，通过软件编写控制程序，由单片机产生控PWM信号，进而控制直流电动机的转速。采用单片机为核心构成的温度控制系统，不仅结构简单、而且还降低系统成本、节约了资源、提高了工作效率。[3]

2电路系统的总体设计方案

电路系统结构如图1所示，主要包含6个模块：AT89S51主控模块、电机驱模块、温度显示模块、电源及直流电动机部分。AT89S51单片机根据DS18B20温度传感器采集到的温度信息，对直流电动机进行转速的控制。当DS18B20温度传感器采集到的温度≥60℃时，电动机全速正转;当采集到的温度在10℃～60℃之间时，电动机逐渐加速正转;当采集到的温度≤10℃时，电动机实现反转，并且达到全速。

3 硬件电路

硬件电路如图2所示，AT89S51作为主控制芯片，外围由DS18B20数字温度传感器、LM1602液晶显示器、L9110驱动芯片和直流电动机等器件构成。DS18B20温度传感器引脚DQ接AT89S51单片机的P2.0端，将温度信息送入单片机。单片根据预设的温度范围，产生PWM（脉冲宽度调制）信号。AT89S51单片机的P3.6和P3.7端口分别接电机驱动芯片L9110的QA、QB两端，实现温度对电动机的时时控制。LM1602液晶显示屏用来显示温度值，单片机的P2.6和P2.7分别接LM1602液晶的RS和E，RW端接地，P0口通过排阻RP1接液晶显示器的8位数据端口D0～D7。

4 软件设计

系统程序流程如图3所示：

从实际测试结果可知，当DS18B20温度传感器采集到的温度值大于预置高限温度值时，电动机全速正转。当采集到的温度在某一范围时，电动机转速随温度升高逐渐加快。当采集到的温度小于低限预置温值时，电动机实现反转，并且达到全速，图4、图5、图6分别为采集温度为64℃、25℃、9℃时的实物图。

通过对设计的控制电路进行仿真、实际制作以及调试，实现了用DS18B20温度传感器对环境温度信息的采集和对直流电动机转速的控制，达到了最初的设计要求。

参考文献：

[1]樊战亭.基于单片机的温度测量和控制系统设计[J].电子世界，2018（20）：130-131.

[2]陈炜炜，詹跃东.基于单片机的直流电机PWM调速系统[J].化工自动化及仪表，2019，46（03）：218-222.

[3]李振.探究基于单片机的电机转速测量系统的设计[J].电子制作，2016（6）：31-32.

项目：云南省2018年高校本科教育教學改革研究项目（专业大类），强化师范类专业认证，促进物理学专业改革与发展研究（JG2018056）;云南师范大学研究生科研创新基金项目“高中物理传感器教具的改进与创新应用研究”（项目编号：yjs2018096）

*通讯作者：蔡武德（1966-），男，汉族，四川人，教师，研究方向：电子信息技术与课程与教学论。