温度控制电机系统的设计.doc

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1、温度控制电机系统的设计0 课程设计报告 题 目： 温度控制电机系 学生姓名： 孙周军 学生学号： 0908020231 系 别： 电气信息工程学院 专 业： 自动化 届 别： 2013届 指导教师： 苗磊 电气信息工程学院制 2012年5月 课程设计题目：温度控制电机系统 学生：孙周军 指导教师：苗磊 电气信息工程学院自动化系 1课程设计的任务与要求 1.1 课程设计的任务 本次课程设计利用温度传感器DS18B20采集温度数据，通过单片机控制直流电 机的启动，应做到以下几点： （1）熟练掌握温度传感器DS18B20的工作原理及使用方法。 （2）学会利用单片机的I/O端口对电机的控制方法。 （3

2、）能够熟练使用Keil编程软件和Protues仿真软件。 （4）本次设计可以满足电脑散热风扇的技术要求。 1.2 课程设计的要求 本次设计应实现以下功能： （1）利用数码管显示温度传感器所测得的温度，并显示温度符号为.C。 （2）当温度大于或等于50度时，电机正向转动；当温度小于50度时，电机停止转动。 1.3 课程设计的研究基础 本次课程设计分为硬件和软件两部分。 （1）硬件部分 对于测温电路、显示电路、电机系统我们要有足够的了解。温度传感器DS18B20 的测温原理，数码管显示数据的基本原理以及电机的正反转我们都应通过查阅相关资料，熟练掌握。 （2）软件部分 首先，编程软件Keil和仿真软

3、件Protues必须应用熟练。其次，我们应该知道如 利用单片机端口电平的变化来驱动数码管、电机等。 2 温度控制电机系统方案制定 2.1 方案提出 方 案一 由于本模块是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随 被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路 ， 其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。 图1系统方案一 方案二 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器

4、，所以这 是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求 。 图2系统方案二 2.2 方案比较 比较上述两种方案，第一种方案采用热敏电阻感温，引起电流或者电压的变化， 然后用A/D转换测出温度，这种方法不仅繁琐而且误差很大，灵敏度也不高。相反方案二采用温度传感器DS18B20测量温度，方便快捷，并且精度更高。 2.3 方案论证 温度传感器是该模块的关键器件，本系统选用的是美国Dallas 半导体公司生产 的数字化温度传感器 DS18B20。DS1

5、8B20 支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55+125，被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出，在-10+85 范围内，精度为0.5。DS18B20 采集到的现场温度直接以先进的单总线数据通信方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20 可程序设定912 位的分辨率，精度可达0.5。DS18B20具有内置的EEPROM，用户设定的分辨率和报警温度都可存储在其中，且掉电后依然存在。 2.4 方案选择 比较上述两种方案，显然方案二在很多方面都优于方案一，无论是测量精度还是 实际电路的设计，都比较不

6、错，故而本次设计采用的是方案二。 3 温度控制电机系统方案设计 3.1各单元模块功能介绍及电路设计 1.温度显示模块设计 （1）功能介绍 本次设计显示模块采用的是四位共阳数码管显示，通过温度传感器DS18B20测 出温度数据，传给单片机，然后在数码管上显示处出来。温度数据显示要求能区分正负，而且能够显示温度符号.C。 （2）电路设计 具体电路如下图所示： 图3显示模块电路图 2.温度采集模块设计 （1）功能介绍 此部分主要由温度传感器DS18B20构成，通过传感器采集外界温度。 （2）电路设计 图4温度采集电路 3.单片机最小系统 （1）功能介绍 最小系统是指一个真正可用的单片机的最小配置系统

7、。MCS-51系列AT98C51 片内有4KB的ROM/EPROM，因此只需要外接晶体振荡器和复位电路就可构成最小系统。该最小系统的特点如下： 1) 由于片外没有扩展存储器和外设，P0、P1、P2、P3都可以作为用户I/O接口 使用。 2) 片内数据存储器有128B，地址空间为00H7FH，没有片外数据存储器。 3) 内部有4KB的程序存储器，地址空间为0000H0FFFH，没有片外程序存储 器。 4) 可以使用两个定时/计数器T0和T1，一个全双工的串行通信接口，5个中断 源。 （2）电路设计 图5单片机最小系统 4.电机系统 （1）功能介绍 当温度传感器检测到外界温度大于或者等于50时，直

8、流电机正向转动；当温度 传感器检测到外界温度小于50时，直流电机停止转动。 （2）电路设计 图6电机系统 3.2电路参数的计算及元器件的选择 （1）电路参数的计算 a.整流电路参数 输出电压平均值：Uo(AV)= 输出电流平均值：IO(AV)=22U2?0.9U2 3UO(AV) RL?0.9U2 RL 平均整流电流：ID(AV)=IO(AV)?UO(AV)?0.45U2 2 2RL RL 最大反向电压：URM=2U2 b.滤波电路参数 滤波电容选择：RLC=(35) 一般选几十至几千微法的电解电容，耐压>1.2U2 （2）元器件的选择 （1）温度传感器DS18B20 内部结构： DS1

9、8B20内部结构由64bit闪速ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL配置寄存器等4个数字器件组成，如图7。 温度传感器DS18B20是通过温度对振荡器的频率影响来测量温度，如图8。DS18B20内部有2个不同温度系数的振荡器，低温度系数振荡器输出的时钟脉冲信号在高温度系数振荡器产生的门周期内进计数。计数初值被预置-55相对的基数值，如计数器在高温度系数振荡器输出的门周期结束前计数为零，表示测量温度值高于-55，被预置在-55的温度寄存器的值加1，重复该过程，直到高温度系数振荡器门周期结束止，温度寄存器中的值就是被测的温度值。该值由主机通过发读存储器命令读出，经取补和十进制转换，

10、得到实测的温度值。斜率累加器用于补偿和修正温度振荡器的非线性，以产生高分辨率的温度测量。通过改变温度每升高1，计数器须经计数值实行补偿。为获得所需分辨率，必须知道该数值及在给定温度处每1的计数值（斜率累加器的值）。 图7 DS18B20的内部结构 图8 DS18B20测温原理图 （2）AT89C51单片机 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压高性能CMOS 8位单片机，片内含 4Kbytes可反复檫写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM), 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MSC-51指令系统，片内置通用8位中央

11、处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域1。 图9单片机管脚图 管脚介绍： 如图9所示4： （1）电源引脚: Vcc（40脚）：电源端，接+5V电源。 Vss（20脚）：接地端，接+5V电源地端。 （2）时钟振荡器外接晶体引脚：XTAL1和XTAL2。 AT89C51内部有一个振荡器和时钟产生电路。 XTAL1（19脚）：片内振荡电路反相放大器输入 。 XTAL2（18脚）：片内振荡电路反相放大器输出。 （3) 控制信号引脚：RST、ALE、PSEN、EA RST (9脚)：复位信号输入端，高电平有效。保持两个

12、机器周期高电平时,完成 复位操作。 ALE/PROG (30脚)：地址锁存允许输出端/编程脉冲输入端，正常时,连续输出 振荡器频率的1/6正脉冲信号。访问片外存储器时：作为锁存P0口低8位地址的控制信号。 对89C51片内 ROM编程写入时：作为编程脉冲输入端。PSEN (29脚): 外部 程序存储器读选通输出信号访问片外ROM时,输出负脉冲作为读ROM选通常连接到片外ROM芯片的输出允许端（OE）作外部ROM的读选通信号2。 EA/Vpp (31脚)：外部程序存储器地址使能输入/编程电压输入端。 平常,接“1”时，CPU访问片内4KB的ROM，当地址超4KB时，自动转向片 外ROM中的程序。

13、 当接“0”时，CPU只访问片外ROM。 第2功能Vpp对8751编程时，编程电压输入端。 （4）输入/输出端口引脚 P0、P1、P2、P3 4个8位的并行输入/输出端口，共32个引脚。作为通用输入/输出端口，P0、 P2和P3端口又各自有第2功能。 通用输入/输出端口 准双向口: 作输入时要先对锁存器写“1”。 P0端口（P0.0P0.7，第3932脚）： 漏极开路的准双向口,输出能驱动8个74LS类型的负载。 P1端口（P1.0P1.7，第18脚）： 内部带上拉电阻的准双向口,输出能驱动4个74LS负载。 P2端口（P2.0P2.7，第2128脚）： 内部带上拉电阻的准双向口,输出能驱动4个74LS负载。 P3端口（P3.0P3.7，第1017脚）： 内部带上拉电阻的准双向口,输出能驱动4个74LS负载。 P0、P2、P3端口的第二功能 P0端口：在CPU访问外部存储器或I/O接口时，P0口分时提供低8位地址(A0-A7) 和8位数据(D0-D7)总线。这时,需要一个8位锁存器,利用ALE(地址锁存允许)来锁存P0口低8位地址信号。 P2端口：在CPU访问外部存储器或I/O接口时，P2口提供高8位地址(A8-A15) 的总线信号。