四川大学锦江学院自动化课程设计

课程设计

题目基于18B20与单片机的温度测控系统的设计专业自动化年级2008级

学生姓名陈思羽，杨继波，伍鹏志，范洪博指导教师董慧

2011年10月

基于18B20与单片机的温度测控系统设计

自动化专业

【摘要】美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，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。与前一代产品不同，新的产品支持3V～5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。

【关键词】单片机继电器温度传感器DS18B20 扬声器

Software design of speed control and detection system of motor

【Abstract】

【Key words】

目录

绪论 (3)

1 开发概述 (3)

1.1 背景 (4)

1.2 课题来源 (5)

1.3 国内外研究现状 (5)

1.4 论文主要工作 (6)

2总体设计方案 (6)

2.1方案论证与选择 (6)

2.1总体架构设计及其功能简述 (7)

3硬件设计 (8)

3.1 硬件设计思路 (8)

3.2 单片机最小系统设计 (9)

3.3步进电机以及驱动介绍 (10)

3.4外围电路设计与分析 (12)

3.4.1 按键电路 (12)

3.4.2 LCD显示电路 (12)

3.4.3 电源模块设计 (13)

3.4.4 检测模块设计电路 (13)

4 软件设计 (14)

4.1 软件开发平台 (14)

4.2 程序设计思路 (15)

4.3 程序设计流程图 (15)

4.3.1 主程序流程图 (15)

4.3.2 定时器T0中断程序设计 (16)

4.3.2 读键盘子程序流程图 (17)

4.3.3 显示器程序流程图 (18)

4.3.4 LCD显示器控制子程序 (19)

4.3.5 检测电机运行状态设计 (19)

5 系统调试结论与结果 (20)

5.1 系统调试与改进 (20)

5.2 运行结果 (21)

6总结以及展望 (21)

参考文献 (23)

附录：电机的速度控制与检测系统的总电路图与实物图 (24)

致谢 (25)

绪论

在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起十分重要的作用。无论是在工农业生产还是在日常生活中的家用电器，都大量地使用着各种各样的电动机，因此对电动机的控制与检测变得越来越重要了。特别是在许多工控设备对电机的位移和角度精确度要求很高，而步进电机在这一点上有无可比拟的优势，由此得到更广泛的应用。

在进行51单片机的学习能够利用51单片机对步进电机进行过简单的控制，在设计中利用ULN2003模块驱动步进电机，通过设定的方向来实现步进电机的方向反转控制，控制电机的速度，也可照设定的转动角度步进电机进行动作，来实现步进电机的实时控制，然后通过LCD液晶屏显示步进电机的设定值与步进电机实际所转过的速度，同时显示步进电机的旋转方向。这次所进行的步进电机转速控制系统是对步进电机的另一种控制，即实现步进电机的角度控制而不是单单的速度和方向控制。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。在通过传感器的检测，将其信号输入单片机，通过计算判断也可测出电机的整个运转状态。

1 开发概述

传统的电机作为机电能量转换装置，电动机是将电能转换为机械能，主要光线它的力能指标，即机电能量转换的效率。随着生产技术的发展，除了要求电动机完成机电能量转换的功能还提出运用控制与检测方面的要求，控制的目标是角速度和角位移等，现代高性能运动控制电动机通常认为是：步进电动机、无刷直流电机和交流伺服电动机。其中不经电动机最早成为适应计算机控制的运动控制电动机。

步进电机是一种重要的执行装置，广泛用于工业控制和各种办公设备中，步进电机的稳定可靠运行直接关系到工业控制的精度和设备的质量，特别是在高精度数控系统中更是要求步进电机能够精确运行。如何实现对步进电机的精确可靠控制与实时检测成为工业控制等系统中的关键技术。多年来很多专家学者研制出很多性能较好的步进电机控制系统，然而，早期的步进电机控制系统体积大，使用的元器件多，这给系统的可靠运行带来了较大的隐患。随着电子技术的发展，很多功能单元都走向模块化和数字化，并且具有体积小，

重量轻，工作可靠性高，成本低等优点，而且能够实现多轴控制，这给步进电机控制系统的设计带来了很大的方便。在此设计中采用四相八拍的步进电机，并运用ULN2003来驱动步进电机，ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。

1.1背景

随着电机行业的快速发展，步进电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、办公设备中以及日常家用电器中，都大量地使用着各种各样的电动机。对电动机简易的控制能够很容易实现，但有时往往需要非常精确的控制，然而本论中的电机的速度、角度，方向的控制和速度、方向的实时检测是提高控制系统精度的关键技术。用单片机实时系统数据处理和控制，有利于提高工作效率和产品质量。当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化，现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要求，人们对自动化的要求越来越高，使步进电动机的复杂控制逐渐成为主流。

步进电动机是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数—模转换元件。每当输入一个脉冲，它就相应的运行一步。步进电动机由此而得名。

步进电动机的机理是基于最基本的电磁铁作用，其原始模型起源于1830年至1860年间。1870年前后开始以控制为目的尝试，应用于氢弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电动机。此后，在电话自动交换机中广泛使用了步进电动机。特别是在交流电源的船舶和飞机等独立系统中广泛使用。

20世纪60年代后期，在步进电动机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电动机随之而诞生，而半导体技术的发展则推进了步进电动机在众多领域的应用。在近30年间，步进电动机迅速地发展并成熟起来。

我国步进电动机的研究及制造起始于二十世纪50年代后期。从50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。这些产品以多段结构三相反应式步进电动机为主。70年代初期，步进电动机的生产和研究有所突破。除反映在驱动器设计方面的长足进步外，对反应式步进电动机本体的设计研究也发展到了一个较高水平。70年代中期至80年代中期成为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。自80年代中期以来，由于对步进电动机精确模型作了大量研究工作，各种混合式步进电动机及驱动器作为产品广泛应用。

步进电动机控制技术的发展：步进电动机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备——步进电动机驱动器。步进电动机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电动机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。单片机介于工业控制计算机和可编程控制器之间，它有较强的控制功能和低廉的成本。人们在选择控制器时，常常是在先满足功能需要的同时，优先选择成本低的控制器。