任才 孔德尉* 沈陽工學(xué)院 劉文宇 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司

1 設(shè)計(jì)方案

（1）以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)小型電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；

（2）該系統(tǒng)的主要功能如下：系統(tǒng)可以通過按鍵來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。同時(shí)通過顯示屏顯示電機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)；

（3）報(bào)警功能：當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速過快時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警；

（4）硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，顯示部分的設(shè)計(jì)，以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)等，軟件設(shè)計(jì)為單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)。

2 硬件方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的小型電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，將本系統(tǒng)模塊化處理，主要分為單片機(jī)控制部分，顯示模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，按鍵輸入模塊。

單片機(jī)控制部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)又稱微控制器，單片機(jī)的微小的體積和編程的靈活性而產(chǎn)生多種控制功能，是本系統(tǒng)的控制核心，處理從外部接收到的信號(hào)和發(fā)送控制信號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

顯示部分：本文設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，主要要顯示的內(nèi)容為電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。因此選擇的顯示部分運(yùn)用LCD1602?？梢詫?shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的顯示要求。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：本設(shè)計(jì)中由于硬件方面的需要，所以電機(jī)使用的是直流減速電機(jī)，電機(jī)的供電電壓為5V供電，但是單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力有限，不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因此需要加上一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，本設(shè)計(jì)選擇的驅(qū)動(dòng)模塊是289N驅(qū)動(dòng)模塊。

按鍵輸入模塊：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要求按鍵控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，本設(shè)計(jì)一共設(shè)計(jì)了三個(gè)按鍵，加速按鍵，減速按鍵以及電機(jī)的正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)按鍵。

本文設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)的總體硬件框圖，如圖1所示。

圖1 調(diào)速系統(tǒng)硬件框圖

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 調(diào)速顯示電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，需要顯示的有電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速以及電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，所以選擇LCD1602作為本設(shè)計(jì)的顯示部分。

LCD1602為工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符，使用簡(jiǎn)單方便，具有背光功能，顯示字符清晰準(zhǔn)確，能同時(shí)顯示字母與數(shù)字，可以區(qū)分大小寫字母，具有較強(qiáng)的功能并且連線簡(jiǎn)單，背光亮度可調(diào)，且耗電量小，是一款簡(jiǎn)便的好用的顯示器件。

通過P2.5～P2.7分別來控制LCD1602的使能端、讀寫控制端與復(fù)位端，通過以上I/O端口的相互配合以達(dá)到數(shù)據(jù)顯示與傳輸?shù)男Ч擄@示器件的BL端為控制液晶顯示器背光的引腳?？梢酝ㄟ^將BL+端串聯(lián)一個(gè)低于50歐姆的電阻來降低屏幕的背光的亮度。

3.2 按鍵輸入電路設(shè)計(jì)

獨(dú)立按鍵接口。獨(dú)立按鍵就是各按鍵之間相互獨(dú)立，并且每個(gè)按鍵用于每條輸入線連接，每個(gè)輸入線工作狀態(tài)的鍵不影響其它的輸入線的狀態(tài)。因此，通過檢測(cè)輸入線電平狀態(tài)可以很容易地確定哪個(gè)按鈕被按下。獨(dú)立按鍵電路配置靈活，軟件操作簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵需要占用單獨(dú)的輸入線，當(dāng)按鍵的數(shù)目越多時(shí)，就需要更多的輸入線而且電路結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的，故此種鍵盤比較適用于按鍵比較少或操作比較高的場(chǎng)合。

圖2 按鍵輸入電路圖

3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中由于硬件方面的需要，所以電機(jī)使用的是直流減速電機(jī)，電機(jī)的供電電壓為5V供電，但是單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力有限，不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因此我們要加上一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，而系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，所以不能選擇繼電器驅(qū)動(dòng)，本設(shè)計(jì)選擇的驅(qū)動(dòng)模塊是289N驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)的主要原理為H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。

3.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

報(bào)警器是一種為了預(yù)防和防止一些造成的后果事件發(fā)生，以光、聲音、壓力等形式來提醒或警示我們必須采取一定動(dòng)作的電子產(chǎn)品。報(bào)警器，分為電子報(bào)警器和機(jī)械式報(bào)警器。目前我們主要見到的電子報(bào)警方式主要可以分為聲音報(bào)警，光線報(bào)警，聲光報(bào)警這幾方式，本設(shè)計(jì)選擇的報(bào)警方式為蜂鳴器。

本設(shè)計(jì)采用的蜂鳴器為有源蜂鳴器，將蜂鳴器的控制端與單片機(jī)的P14引腳相連，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速過快時(shí)，單片機(jī)的控制引腳輸出低電平，三級(jí)管的集電極的電壓高于基極的電壓，三級(jí)管導(dǎo)通，之后蜂鳴器響，整個(gè)系統(tǒng)報(bào)警，蜂鳴器應(yīng)用電路，如圖3所示。

圖3 報(bào)警電路圖

[1]林全新.蘇麗娟.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：人民郵政出版社，2002.

[2]秀菊等.單片微機(jī)與測(cè)控技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1996.