【文章內(nèi)容簡介】 用直流電機(jī)加模擬電路，通過電位器調(diào)節(jié)電機(jī)兩端電壓進(jìn)行控制。達(dá)林 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 頓管串聯(lián)在直流電機(jī)回路上，通過調(diào)節(jié)電位器改變電機(jī)回路的電流的大小，從而達(dá)到控制電機(jī)的目的。此方案的優(yōu)點(diǎn)在，電路簡單，通過一個電位器 就可以達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)速度的目的，但它也存在明顯的不足，三極管工作在放大區(qū)時在電機(jī)回路上將產(chǎn)生一個壓降，會產(chǎn)生很多的熱量，效率很低。 方案二：采用 PWM 控制步進(jìn)電機(jī)。 PWM 控制是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 PWM 對半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通 和關(guān)斷進(jìn)行控制，是輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖， 正弦波或其他所需要的波形 被這種脈沖來代替 。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào) 節(jié) ， 逆變電路輸出電壓的大小和 輸出頻率 都可以被它所改變 。 對于本設(shè)計的不足之處也很明顯，步進(jìn)電機(jī)適用于精確控制，本電路不需要非常精確。而且電路過于復(fù)雜，成本過高。 方案三：采用三級管直接驅(qū)動直流電機(jī)，電路使三級管工作在飽和和截止區(qū)，三極管處于很低的功耗狀態(tài)，發(fā)揮簡單的開關(guān)作用來控制電機(jī)兩端電流的通斷，從而達(dá)到控制電機(jī)的目的。此設(shè)計簡單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)。 因此，本設(shè)計采用方案三。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件系統(tǒng)的主要包括對外界溫度信息的采集電路，單片機(jī)控制電路，散熱風(fēng)扇控制電路，上位機(jī)串口通信電路，電源電路。下面對具體電路進(jìn)行闡述。 單片機(jī) STC90C516 RD+ 芯片特點(diǎn) 1 工作電壓： (5V單片機(jī) )、 （ 3V單片機(jī)） 2 增強(qiáng)型 6 時鐘 /機(jī)械周期， 12 時鐘 /機(jī)械周期 8051CPU 3 工作頻率范圍： 040HZ，相當(dāng)于普通 8051 的 0~80Hz 4 程序儲存器字節(jié)：最多 61K 5 片上集成 1280 字節(jié) /512/256 字節(jié) RAM 6 共 3 個 16 位定時 /計數(shù)器，其中定時器 0 可當(dāng)成 2 個 8 位定時器使用 7 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 8 工作溫度范圍： 075176。 C/4085176。 C 9 看門狗 10 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，外部晶體 12M 以下時，可省外部復(fù)位電路，復(fù) 位即可接地使用 引腳功能圖 引腳功能描述： VCC： 電源 GND： 地 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 圖 引腳示意圖 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫 “1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù) 據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻 。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL邏輯電平。對 P1 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以 當(dāng)作 為輸入 端 口使用。作為輸入使用時， 因?yàn)?內(nèi)部電阻 外部拉低的引腳 ， 將輸出電流。此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個TTL 邏輯電平。 對 P2 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時 ， 因?yàn)?內(nèi)部電阻 外部拉低的引腳 ，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口 輸 出高八位地址。在 此情況下 ， P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 “1”。外部數(shù)據(jù)存儲器 被 8 位地址訪問 時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 邏輯電平。對 P3 端口寫 “1”時，端口 被 內(nèi)部上拉電阻 拉高， 這時候 可以 當(dāng)作 為輸入口使用。 被當(dāng)作輸入口 使用時，被 外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。 RST： 復(fù)位輸入。晶振工作時， RST 腳持續(xù) 2 個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 當(dāng)本引腳收到一個由 下降沿轉(zhuǎn)換 為 上升沿 的轉(zhuǎn)態(tài)信號時， 9051 將被重置，此時 9051 將其內(nèi)部的特殊功能暫存器 (Special Function Register, SFR)設(shè)定為預(yù)設(shè)值，并由地址 0000H 開始執(zhí)行程序。 特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。 DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE：地址鎖存控制信號 （ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 當(dāng) CPU 自外界記憶體中 獲 取指令碼或存取資料時 ， ALE 將會在一個匯流排周期開始時送出 H 的信號，表示 (AD0AD7)正送出低階地址 A0A7 信號，以供外界電路鎖定這些低階地址信號。 在一般情況下 ， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，所以 ALE 信號也可當(dāng)作脈波信號源。 然而，每次訪問 外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 脈沖將會跳過。 PSEN： 是外部程序存儲器選通信號。 當(dāng) STC90C51 從外部程序存儲器執(zhí)行外部 獲取 代碼時， PSEN 在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。 EA/VPP： 訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 溫度傳感器電路 芯片 DS18B20 介紹 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線 性 價比高 的特點(diǎn)， 方便用戶 輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 DS18B20 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55℃ ~125℃，在 10℃ ~85℃范圍內(nèi) ,精度為177。 ℃?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸， 系統(tǒng)的抗干擾性能被提高了很多 。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如： 溫度 控制、設(shè)備 的 過程控制、測溫類 電子消費(fèi) 產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V~ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。 它 可 以 選 擇 更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲 在 EEPROM 中，掉電后依然保存。 圖 傳感器原理圖 圖 18B20 管腳圖 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 DS18B20 引腳定義： DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 DS18B20 的主要特性 1 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 2 獨(dú)特的單線接口方式， 僅需要一條線 就可以 使 DS18B20 與微處理器連接 ， 即可實(shí)現(xiàn) 單片機(jī) 與 DS18B20 的雙向通訊 。 3 DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫 。 4 DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 。 5 溫范圍 － 55℃ ～ +125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。℃ 6 可編程 的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫 。 7 在 9 位分辨率時 最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 。 8 以 數(shù)字溫度信號 的形式 直接輸出測量結(jié)果 ，以 一 線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有 超 強(qiáng)的抗干擾能力 。 9 負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但 是 不能正常工作。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 18B20 的初始化 1 先將數(shù)據(jù)線置高電平 “1” 。 2 延時（該時間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)） 3 數(shù)據(jù)線拉到低電平 “0” 。 4 延時 750 微秒（該時間的時間 范圍可以從 480 到 960 微秒）。 5 數(shù)據(jù)線拉到高電平 “1” 。 6 延時等待（如果初始化成功則在 15 到 60毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由 DS18B20 所返回的低電平 “0” 。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在， 必須要 應(yīng) 該 注意不能無限的進(jìn)行等待，否則 會使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以 才 要進(jìn)行超時控制）。 7 如果 CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平 “0” 后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第 5步的時間算起）最少要 480微秒。 8 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平 “1” 后結(jié)束。 DS18B20 的寫操作 1 數(shù) 據(jù)線先置低電平 “0” 。 2 延時確定的時間為 15微秒。 3 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。 4 延時時間為 45 微秒。 5 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。 6 重復(fù)上 1 到 5 的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 7 最后將數(shù)據(jù)線拉高。 DS18B20 的讀操作 1 將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 2 延時 2 微秒。 3 將數(shù)據(jù)線拉低 “0” 。 4 延時 3 微秒。 5 將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 6 延時 5 微秒。 7 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到 1 個狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 。 8 延時 60 微秒。 直流電機(jī)驅(qū)動電路 三極管簡介 三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型 晶體管 ， 晶體三極管 ， 是一種電流控制的半導(dǎo)體器件 。 其作用是把微弱信號放大成 幅 值較大的電信號 ， 也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。三極管分類： 按材質(zhì)分 ： 硅管、鍺管 。 按結(jié)構(gòu)分 ： NPN、 PNP。按功能分 ： 開關(guān)管、功率管、 達(dá)林頓管 、光敏管等 。 按功率分：小功率管、中功率管、大功率管 。 按工作頻率分：低頻管、高頻管、超頻管 。 按結(jié)構(gòu)工藝分：合金管、平面管 。 在半導(dǎo)體鍺或硅的單晶上制備兩個能相互影響的 PN 結(jié)，組成一個 PNP（或 NPN）結(jié)構(gòu)。中間的 N 區(qū)（或 P 區(qū)） 為 基區(qū)，兩邊的區(qū)域 分別為 發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別 為 基極 B、 發(fā)射極 E 和 集電極 C，能 夠 起 到 放大、 飽和和截止 等作用的半導(dǎo)體電子器件。 直流電機(jī)簡介 輸出或輸入為直流電 能 的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為直流電機(jī)，它 能夠 實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的 電機(jī) 。當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時是 直流電動機(jī) ，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時是 直流發(fā)電機(jī) ，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 定子和轉(zhuǎn)子 兩大部分 構(gòu)成了 直流電機(jī) 。直流電機(jī)運(yùn)行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和 電刷 裝置等組成。隨著人們生活水平的提高，產(chǎn)品質(zhì)量、精度、 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13 性能、自動化程度、功能以及功耗、價格問題已經(jīng)是選擇家用電器的主要因素。永磁直流電機(jī)既具有結(jié)構(gòu)簡單、 運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn) ，又具備良好的調(diào)速特性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種場合。 直流電機(jī)驅(qū)動電路 采用三級管直接驅(qū)動直流電機(jī)，電路使三級管工作在飽和或截止區(qū)，三極管處于很低的功耗狀態(tài)，發(fā)揮簡單的開關(guān)作用來控制電機(jī)兩端電流的通斷，從而達(dá)到控制電機(jī)的目的。對于電路的保護(hù)采用二極管續(xù)流方式并聯(lián)在電機(jī)兩端。 圖 直流電機(jī)驅(qū)動電路原理圖 串口通信電路 串口通信介紹 RS232 已經(jīng)成為 PC 機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的串行通信接口之一，盡管近年來隨著 USB 技術(shù)的成熟與發(fā)展， RS232 串口的地位將逐步被 USB 接口協(xié)議取代，但是在工業(yè)控制與嵌入式系統(tǒng)中， RS232 串口通信以其低廉的實(shí)現(xiàn)價格，較長的通信距離，優(yōu)異的抗干擾能力，仍然占有十分大的應(yīng)用比例。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 RS232 是一