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基于单片机的智能温控电机系统统计毕业设计论文.doc
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基于单片机的智能温控电机系统统计毕业设计论文.doc
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合肥师范学院 2015 届本科毕业论文(设计)
I
摘 要
随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用,以单片机为核心的温度采集与控制
系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本论文介绍了基于
单片机的温度控制直流电机转速的基本方法,直流电机调速的相关知识以及 PWM 调速的
基本原理和实现方法。重点介绍了基于 MCS-52 单片机的用软件产生 PWM 信号以及温度
和电机转速的显示方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。
本设计论述了一种以两个 STC89C52 单片机通信为主控制单元,以 DS18B20 为温度传
感器,以软件和 L298N 芯片实现 PWM 直流电机调速的温度控制系统。该控制系统可以实
时存储相关的温度数据,并显示在 LCD 液晶屏上。系统设计了相关的硬件电路和相关应
用程序。硬件电路主要包括 STC89C52 单片机最小系统,测温电路、直流电机驱动电路、
LCD 液晶显示电路以及双机通讯模块电路等。系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,
计算温度子程序、按键处理程序、LCD、LED 显示程序以及直流电机 PWM 程序等。
关键词:STC89C52;DS18B20;PWM;L298;显示电路
合肥师范学院 2015 届本科毕业论文(设计)
II
Abstract
With the rapid development and wide application of computer measurement and control
technology, development and application of temperature acquisition and control system based on
MCU to improve the control level of the temperature in the production and life to a large extent.
This paper also introduces the basic method of DC motor speed control based on single chip
microcomputer, the DC motor speed related knowledge as well as the basic principles and
implementation methods of PWM speed control. Mainly introduced the display method of
MCS-52 MCU software produced by the PWM signal and the temperature and motor speed
based on. Provides an effective way for the realization of DC motor speed control system.
The design of two STC89C52 single chip as the main control unit, using DS18B20 as the
temperature sensor, the temperature control system of DC motor speed control by software and
L298N chip PWM. The control system can real-time storage temperature data, and displayed on
the LCD screen. The system design of the related hardware circuit and related applications. The
hardware circuit mainly includes the STC89C52 MCU minimum system, temperature
measurement circuit, DC motor drive circuit, LCD display circuit, double communication circuit.
The system program mainly includes the main program, read the temperature subroutine, the
calculation of temperature subroutine, key processing program, LCD, LED display program and
the DC motor PWM program.
Key Words:STC89C52; DS18B20; PWM; L298; display circuit
合肥师范学院 2015 届本科毕业论文(设计)
III
目 录
摘 要...............................................................................................................................................................I
Abstract..........................................................................................................................................................II
目 录 ............................................................................................................................................................III
1. 引 言.......................................................................................................................................................1
1.1 研究的背景和意义 ..................................................................................................................1
1.2 国内外研究现状 .......................................................................................................................1
1.3 本论文设计内容 .......................................................................................................................2
2. 总体方案的分析与论证...............................................................................................................2
2.1 设计任务及要求 .......................................................................................................................2
2.2 设计方案的比较与选择 .......................................................................................................3
3. 系统硬件的设计 ................................................................................................................................4
3.1 MCU 的简介 ...................................................................................................................................4
3.2 MCU 的选择 ...................................................................................................................................5
3.2.1 STC89C52 的简介.........................................................................................................5
3.2.2 STC89C52 的主要参数 ..............................................................................................5
3.2.3 STC89C52 的引脚.........................................................................................................6
3.3 温度采集模块.............................................................................................................................8
3.3.1 温度传感器的介绍.....................................................................................................8
3.3.2 DS18B20 的工作原理.................................................................................................9
3.4 温度显示器模块 .....................................................................................................................11
3.5 电机转速显示模块 ................................................................................................................12
3.6 电机驱动模块 L298N 芯片 ................................................................................................12
3.7 直流电机 .....................................................................................................................................14
3.8 PWM 调速原理 ............................................................................................................................14
3.9 系统硬件原理图 .....................................................................................................................15
4. 软件设计及系统调试...................................................................................................................16
4.1 软件设计主程序流程图 .....................................................................................................16
4.2 系统仿真软件介绍 ................................................................................................................17
4.3 系统调试 .....................................................................................................................................19
4.3.1 Proteus 仿真调试 ....................................................................................................19
4.3.2 系统整体调试及操作 .............................................................................................20
5. 总 结.....................................................................................................................................................22
参考文献.......................................................................................................................................................24
致 谢 ............................................................................................................................................................25
附 录 ............................................................................................................................................................26
合肥师范学院 2015 届本科毕业论文(设计)
1
1. 引 言
1.1 研究的背景和意义
随着社会的发展和科技的进步,温度控制系统以及测温仪器已经广泛应用于社会生活
的各个领域,尤其是在工业自动化控制中占有非常重要的地位。温度是一个在日常生活和
生产过程甚至科学实验中普遍而且重要的物理参数。近年来,人们通过温度计来采集温度,
经过人工操作进行加热、通风和降温。从而来控制温度,但是对于这些控制对象惯性大,
滞后性严重,而且还存在有许多不定的因素,从而根本难以建立精确的数学模型。这样不
仅控制精度低、实时性差,而且操作人员的劳动强度大,并且有许多工业生产环节是人们
不能直接介入的。因此智能化已然成为现代温度控制系统发展的主流方向。针对这一种实
际情况,设计个温度控制系统,具有非常广泛的应用前景和实际意义
[1]
。
随着电子信息技术和微型计算机技术的飞速发展。单片机技术也得到了飞速的发展。
尤其是在高集成度、高速度、低功耗还有高性能方面取得了巨大的进展。使得单片机在电
子产品当中的应用越来越广泛。使用单片机对温度进行控制的技术也油然而生。它不仅可
以克服温度控制系统中存在的严重的滞后现象,同时还可以在提高采样频率的基础上很大
程度的提高控制的效果和控制的精度。并且随着技术日益发展和完善,相信越来越能显现
出它的优越性
[2]
。
1.2 国内外研究现状
温度控制已经成为一门广泛应用于很多领域。像化工、电力、冶金、石油、机械制造、
航空航天、粮食存储、酒类生产等。
温度控制系统虽然在国内各行各业的应用已十分广泛,但是从温度控制器的生产角度
来看,总体的发展水平仍不高。跟美德日等先进国家相比,仍有差距。温度控制和常规的
控制器占领了成熟产品的主体份额。但它只可以适用于一般的温度控制系统,难于控制、
复杂、滞后、时变的温度控制系统。此外,适合应用控制场合的智能化等仪器仪表,目前
在国内还没有取得较好的研究成果。并且,一些先进国家虽已经有一批成熟的产品
[3]
。可
是,由于国外对于先进技术的保密和国内开发起步的滞后,导致至今国内还没有开发出一
套拥有可靠性能的自主软件。因此大多需要依靠人为的现场调试来确定控制的参数。当下,
国外温度控制系统的发展依旧迅速,且在智能化和自适应还有参数自整定等方面均取得了
显著的成果。其中以美德日瑞典等国尤为突出,都已生产出了一批商品化且具有高性能的
温度控制器及仪器仪表,并在各行各业都有广泛应用。当下,国外温度控制系统及仪表正
合肥师范学院 2015 届本科毕业论文(设计)
2
朝向高精度、智能化、小型化等方面快速发展
[4]
。
1.3 本论文设计内容
在本次的设计研究当中,本次设计需要设计一个数字温度计控制的电机。它是由
STC89C52 单片机为核心,通过 DS18B20 数字式温度传感器进行温度的采集,再由
LCD1602 液晶显示器直观的展现出来,根据温度的高低来控制电机的转速。它在正常工作
的时候直接显示当前温度,当温度的变化超出或低于所设定的警戒值时,系统就会通过两
个通信端口传输到另一个单片机上,从而提醒注意温度变化来控制电机的运转。并且将电
机的转速显示在四位共阳的数码管上。通过人为的设置温度警戒值的上下限,来适用于不
同场合的需要。由于单片机的工作电压是+5V,而实际生活中并没有直接提供+5V 的干电
池,所以本次设计就通过外接了一个外设的 USB 接口。
2. 总体方案的分析与论证
2.1 设计任务及要求
本次设计的硬件部分是以 STC89C52 单片机为核心,通过 DS18B20 温度传感器进行温
度的测量,根据温度的高低来控制电机的转速。并将测量结果显示出来
[5]
。
图 2-1 系统设计框图
首先由 DS18B20 温度传感器进行采集当前温度,然后传输到 STC89C52 单片机中,再
由 LCD1602 液晶显示器显示出,当测温超出本次设计预设的警告值时,电机加速旋转并
且电机的转速最终控制在一百。当测温低于预设的警告值时,电机减速旋转并且直到电机
的转速为零。从而组成一个具有高低温的温度控制电机旋转检测系统,具体系统设计框图
显示电机转速
显示温度
L298
DS18B20
STC89
C52 单
片机
STC89
C52 单
片机
电机
显示电机转速
显示温度
L298
DS18B20
STC89C5
2 单片机
STC89C52
单片机
电机
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