基于单片机的触屏电机控制系统的设计

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基于单片机的触屏电机控制系统的设计.rar-单片机文档类资源-CSDN下载1、资源内容：毕业设计lun-wenword版10000字+；开题报告，任务书2、学习目标：快速更多下载资源、学习资料请访问CSDN下载频道.https://download.csdn.net/download/Holidaylive/85046708

目  录

摘要------------------------------------------------------------------------ I

ABSTRACT------------------------------------------------------------------- II

1  引言--------------------------------------------------------------------- 1

1.1  课题研究背景及研究意义--------------------------------------------- 1

1.2  研究现状----------------------------------------------------------- 1

1.3  课题研究内容------------------------------------------------------- 2

1.4  本章小结----------------------------------------------------------- 2

2  系统方案设计------------------------------------------------------------- 3

2.1  系统的整体结构设计------------------------------------------------- 3

2.2  处理器方案选择----------------------------------------------------- 3

2.3  电源方案选择------------------------------------------------------- 4

2.4  控制按键方案选择--------------------------------------------------- 5

2.5  电机驱动方案选择--------------------------------------------------- 5

2.6  本章小结----------------------------------------------------------- 6

3  硬件电路设计------------------------------------------------------------- 7

3.1  单片机处理器硬件设计----------------------------------------------- 7

3.2  电源电路设计------------------------------------------------------- 9

3.3  按键电路设计------------------------------------------------------- 9

3.4  电机驱动电路设计-------------------------------------------------- 10

3.5  串口屏电路设计---------------------------------------------------- 10

3.6  温度采集电路设计-------------------------------------------------- 11

3.7  电压采集电路设计-------------------------------------------------- 12

3.8  测速电路设计------------------------------------------------------ 12

3.9  整体电路设计------------------------------------------------------ 13

3.10  本章小结--------------------------------------------------------- 13

4  软件设计---------------------------------------------------------------- 14

4.1  主函数设计-------------------------------------------------------- 14

4.2  按键子程序设计---------------------------------------------------- 14

4.3  温度传感器程序设计------------------------------------------------ 16

4.4  触摸屏程序设计---------------------------------------------------- 17

4.5  本章小结---------------------------------------------------------- 18

5  系统调试---------------------------------------------------------------- 19

5.1  软件调试---------------------------------------------------------- 19

5.2  KEIL调试--------------------------------------------------------- 19

5.3  仿真调试---------------------------------------------------------- 20

5.4  本章小结---------------------------------------------------------- 25

6  结论与展望-------------------------------------------------------------- 27

6.1  总结-------------------------------------------------------------- 27

6.2  展望-------------------------------------------------------------- 27

参考文献------------------------------------------------------------------- 28

致谢----------------------------------------------------------------------- 30

附录----------------------------------------------------------------------- 31

摘  要

随着经济的发展，国内工业发展迅速。其中工业设备上用的最多的动力装置就是电机。电机的广泛应用虽然大大减少了人力，但是传统的机械式控制存在很多不安全因素。例如工业环境下电机温度过热引发的安全事故，造成经济损失和人员伤亡等。且机械式的控制器存在不可避免的硬件老化现象，使用时间过长就会损坏。这样就大大增加了安装后的维修成本。所以针对这些问提出了一款可以远程控制电机运行状态的控制系统。此系统在复杂的工业环境下，能大大保障操作员的安全性，可以使操作人员更加方便的操作。并且能有效的保障安全生产，减少企业的损失。

本文设计了一套可利用触摸屏实现对电机状态控制的电路系统。系统大致分为七个部分，分别是触摸屏电路、单片机控制电路、按键电路、电机驱动控制电路、电压测量电路、温度测量电路和测速电路。以STC89C52单片机为核心，通过使用串口触摸屏实现对控制指令的发送和电机实时状态信息的反馈显示。通过设定好的触摸按钮实现了对电机的控制，并利用串口读取到下位机检测到的电机的工作电压、电流、温度和转速。从而到达比较好的人机交互效果和控制效果，让设备能广泛应用到社会各个方面，尤其是工业工控方面。

本设计最终达成的目标：触摸屏、转速采集电路、电机温度采集电路、电机电压采集电路、按键电路的数据发送到单片进行处理。然后晶振电路和复位电路分别为单片机的工作提供时钟信号和复位功能。最终驱动模块工作，实现电机正反转、加速减速的控制并且检测到的电机的工作电压、电流、温度和转速。

关键词：单片机  触摸屏  转速  工控

ABSTRACT

With the development of the economy, the domestic industry is developing at a rapid pace. The biggest contribution is the emergence of many automated products to replace manual labor, and greatly improve the efficiency of production. Among them, the most used power device in industrial equipment is the motor. According to incomplete statistics, more than 80% of industrial equipment uses motors. Because electrical energy is not good, it is directly proposed that the motor can convert electrical energy into kinetic energy, and kinetic energy can be easily converted into other energy by people. However, the industrial environment is complex and multi-faceted. While ensuring production, attention must be paid to production safety and convenient control. In response to this, this design proposes a control system that can remotely control the running state of the motor.

This paper proposes a set of circuit systems that can use the touch screen to control the state of the motor- The system is roughly divided into seven parts, namely touch screen circuit, single-chip control circuit, button circuit, motor drive control circuit, voltage measurement circuit, temperature measurement circuit and speed measurement circuit- Through the use of the serial port touch screen, the sending of control commands and the feedback display of the real-time status information of the motor are realized- The set touch button realizes the control of the motor's forward and reverse rotation, acceleration and deceleration, and uses the serial port to read the working voltage, current, temperature and speed of the motor detected by the lower computer- So as to achieve a better human-computer interaction effect and control effect, so that the equipment can be widely used in all aspects of society, especially industrial industrial control.

Keywords: single chip  microcomputer  touch screen  speed  industrial control

1  引言

1.1  课题研究背景及研究意义

相关统计全国每年的电机销售量高达一亿台，包括直流电机、交流电机、伺服电机等。有应用到电机的地方，肯定会用到配套的控制器。纵观市面上的控制器，百分之九十以上都是使用传统的机械式控制，包括使用按钮控制、刀闸控制....................

此次设计从多个角度出发都.................

例如从个人的角度分析：学生实操项目........................

1.2  研究现状

在国内已经出现了一些类似的产品，但是大多数都是单方向控制的，只能发送控制指令控制电机，却不能接收和显示反馈回来的数..............

在欧美国家，对于此类设备早已开发的很成熟。在很多的场合都已经匹配了声控、视频监控和语音控制等形式对电机进行自..................

1.3  课题研究内容

1.主要研究内容

本设计具体完成基于单片机的触屏电机控制系统的设计开发工作。该系统的核心选择STC89C52单片机，该系统由触摸屏电路、单片机控.............

（1）搭建单片机最小系统实现基本工作条件；

（2）熟悉掌握串口触摸屏的工......................

（5）熟悉电压采集原理实现对电压的采集，并传输给显示器显视。

整个系统利用单片机最小系统实现对外设的控制，根据不同的通讯方式控制不同的单片机外设；显示器LCD就是通过8线并行通讯进行的...............

2.论文组织结构

本论文主要在以下几个方面进行撰写：

第一章引言，主要讲课题的背景、研究的目的................

第二章方案设计，元器件的选择和...................

第三章硬件设计，硬件设计的话主要从主.................

第四章软件设计，从总的流程图开始设计...............

第五章系统调试，根据前四章..................

第六章总结与展望，总结此次设.................

1.4  本章小结

首先，本章主要介绍了一些大背景和此次设计的要求和意义；然后分..................

2  系统方案设计

2.1  系统的整体结构设计

进入了对系统的方案的分析，根据不同的实际要求，设计出了最适合本次设计的方...........

图2-1  系统框图

由图2-1可以看到系统的整体方案是非常的有序的和清晰的，从左侧到右侧依次是信号的输入端，信号的处理到执行动作的输出。数据的输入主要是传...............

2.2  处理器方案选择

由于此次设计是一个样板机，所以对主控芯片的选择是比较严格的。片应具有体积小、成本低和开发难度简单等优势。而市面上的控制器类型不计其数................

表2-1  处理器比较表

微控制类型	芯片集成度	芯片资源	上手难易程度
单片机	小	中等	简单
PLC	大	较多	中等

由表2-1可以看到，首先比较的是它们的体积，很明显的看到单片机的体积是比较小的，PLC的集成度体积大，这和它的芯片资源有关，PCL多半用于工业环境，其预留的外接I/O是非常多的，有些工控机甚至达到了几百个I/O口。而单片机则...................

2.3  电源方案选择

每个系统都需要用到供电，且供电的形式分很多种。但是最终百变不离其中的是要根据系统芯片的电压要求，来设计电源方案。本次设计所有的芯片都是需要5V供电的，所以就必须用合适的方式得到5V的电源。方案一从最古老的方案看，就是从家用..............

表2-2  电源方式比较表

通过列表方式对比可以很直观的看到各个方案的优劣势。首先从使用范围上看，本次设计还在实验室阶段设备经常需要移动调试，所以方案一就...............

2.4  控制按键方案选择

本次设计为了应急，预留了传统的按键控制方式以防止工业...............

表2-3  两种按钮方式比较表

方案	抖动程序	触发速度	释放速度
普通机械式按钮	良	快	快
触摸式按钮	优	慢	慢

单片机对于按键信号的读取是通过单片机巡回检测对应的I/O口是否被拉低来实现的。根据这个原理我们去分析对比，因为单片机读取I/O口电平的变化是在瞬间完成的，如果这次巡回没检测到那就要等下一回。所以我们得用灵敏度高一点的按钮方案。从表可以看到普通机械式按钮的灵敏度是比较高的，但是其按下的瞬间的抖动波纹是比较大的，不过这个可以通过软件实现消抖。综合考虑下最终选择了普通机械式按钮。

2.5  电机驱动方案选择

本次设计是个样板机，所以选择使用的是5V的直流电机进行实验。由于单片机的信号是比较微弱的不足以直接驱动单片机，所以就需要外接专门的电机驱动来带动电机。对于直流电机的驱动，主要是利用电流型驱动器实现对电机驱动。

方案一：L298N电机驱动芯片；

方案二：TB6612FNG电机驱动芯片；

方案三：MOS管搭建的H桥驱动电路；

其三者的性能比较如表2-4所示：

表2-4  三种驱动芯片性能对比表

从图表2-4可以看到，电机驱动的两个重要参数就是驱动均值电流和峰值电流，可以看到MOS所搭建的H桥驱动电路的驱动力是比较差的只............

电机则选用直流电机，因为直流电动机维修费用很低、直流电机的运转距离较大、直流电机的启动特性和调速特性很优秀、直流电机的直流................

2.6  本章小结

经过对各个方案的细节进行敲定后，最终确定了以下总方案：通过采用STC89C52单片机作为主控；利用5V触摸屏进行显示和控制；使用TB..............

本章主要是对各个细节方案进行敲定，然后根据最终选定的细节.............

3  硬件电路设计

在完成方案的设计后就可以对系统的硬件进行设计，系统硬件............功能。

3.1  单片机处理器硬件设计

经过第二章的对比选型确定下来后的单片机..........

图3-1 直插型单片机实物图

此款芯片左右两排各20个引脚，其中有32个引脚是I/O也就是说可以用..............

图3-2  单片机引脚图

从图3-2可以看到，对应的32个I/O口被分成了4组，对应的8个口为一组。这也和此款单片机的性质有关，此款单片机是8位处理型单片机。也就是说此单片机处理数据是8位8位处理的。除了I/O口外其它的就是一些功能口，包括时钟信号口和复................

图3-3  单片机最小系统图

单片机最小系统由时钟电路和复位电路组成。右下角的是时钟电路，其电路是由一个11-0592M的晶振和两个33PF的电容搭建而成，通过利用电容充放电的原理............

3.2  电源电路设计

本次设计所使用的电源是5V电，且是使用的便携式的5V电源。市面上有很多的5V电源（充电宝）其使用简单方便，系统上只需要预留了USB的接口，就可以实现电源的输入..............

图3-4  电源电路连接图

由图3-4可以看到，电源电路就是将系统的正负极和外界电路的正负极.................。

3.3  按键电路设计

本次设计的所使用的机械式按键电路的工作原理是，当按钮没按下的时候对应和单片机连接的I/O口是处于悬浮状态的，也就是处于默认高电平的状态，且本次................

图3-5  按键电路原理图

按键电路原理图可以看到，按键就是将原来断开来的电源实现物理连接，当没有按下的时候，按钮下部是处于断开状态的，也就是对应和按键相连接的I/O口没...............

3.4  电机驱动电路设计

电机驱动是TB6612FNG此款芯片具有双输入双输出性能。也就是说可以同时控制驱动两个电机的转动状态。芯片最大外部输入电压可以接到24V，可以广泛的应用..............

图3-6  TB6612FNG连接原理图

从图3-6可以看到，此款芯片的第一组输出口连接到了外部直流电机.............

3.5  串口屏电路设计

本次设计的重点是串口触摸屏的设计，为了更好的展示此次设计要显示的内容，本次设计选用了市面上非常流行的淘晶驰液晶屏。它是一款可以通过上位机开发的触摸屏，其触摸屏里面的所有内容都可以通过上位机进行设置，包括背景图片、触摸屏中的按钮、.............

图3-7  串口屏实物图                   图3-8  串口屏连接线路图

从实物图可以看到，其显示器的页面非常美观，其对应着各个按钮，每按下按钮就会跳转到对应的子界面。但是本次设计不需要设计那么多界面，只需要用到其中一.............

3.6  温度采集电路设计

为防止电机在运行过程中发热异常导致一系列安全事故。本次设计在电机外部安装了一个温度传感器来实时监控电机的运行状态。考虑到工业环境比较复杂，所以采..............

图3-9  温度传感器实物          图3-10  温度传感器连接原理图

由图3-9实物图可以看到，温度传感器的通讯是单线形式的，红、黄和黑三................

3.7  电压采集电路设计

此次设计需要实时监测电机工作电压情况，所以就需要使用ADC电压采集芯片对电机的实时电压进行采集。且本次设计采用的AD采集芯片是AD...........

图3-11  ADC0832实物图

由图3-11可以看到，此芯片是8脚直插式的芯片，体积非常的小，集成.............

图3-12  连接原理图

由图3-12可以看到芯片需要和单片机之间连接的脚有三个，分别................

3.8  测速电路设计

本次设计是需要对实时的速度进行采集的，对于本次样板机的测速采用红外光栅测速即可。在电机上安装一个码盘，然后利用红外光栅来检测电机转动时所产...................

   

图3-13  测速传感器实物图                    图3-14  码盘实物图

由图3-13可以看到光栅是一个凹槽形式的，工作的时候只需要把码盘卡入其.........

3.9  整体电路设计

以上为分模块介绍的电路，各个模块功能实现后，就可以通过单片机将..................

图3-15  电路原理图

3.10  本章小结

本章主要对各个电路进行了设计，并根据各个芯片的参数实现和...........

4  软件设计

4.1  主函数设计

进入主程序后首先是初始化各个外设和I/O口，然后将定时器配置好实现实时速度的检测；然后驱动温度传感器利用时序控制方式把温度读取出来；再读取ADC083...............

图4-1  主函数流程图

4.2  按键子程序设计

在硬件设计的时候提到了，按键的触发是需要软件进行消抖的，因为在按............

图4-2  按键子程序流程图

从流程图可以很清楚的看到，按键按下后是需要等待和判断.............

4.3  温度传感器程序设计

温度传感器内部是存在高速处理器的，通过温度传感器检测周边的温度，然后发生应变现象，利用传感器感知应变并处理成对应的结果寄存在传感器中，然后单片机通..............

图4-3  温度传感器流程图

从图可以看到温度传感器的经过一些列的时序操作读取后，最后将温度读取了出来...............

4.4  触摸屏程序设计

此次设计的触摸屏和单片机之间是通过串口通讯的方式进行的，串口通讯是通过单片机内部的SBUF串口收发寄存器进行的。当要通过串口发送数据时就.............

图4-4  串口发送子程序

可以从流程图4-4看到，串口数据的发送，首先将数据赋值给串口收发寄存器SBUF，然后判断发送中断标志位是否等于1，如果条件成立就表示发送成功了，然后清零.................

串口通讯的接收是利用中断方式进行的，其程序流程图如图4-5所示：

图4-5  串口中断程序流程图

由图4-5可以看到开机运行后首先需要初始化串口配置，波特率，校验位之类的设置，然后进入监视状态随时等待中断信号输入。当有发生串口中断时...............

4.5  本章小结

本章主要完成了对主程序的设计，然后再对一些子程序进行设计，用主程序去调用子程序，共同实现了预期的功能。通过流程图的形式将各个..............

5  系统调试

5.1  软件调试

Altium Designer15是一款专业的原理图绘制软件，本次设计所需要绘制的原理图就是使用此软件实现的。软件集成了很多功能可以绘制原理图也可以绘制P..................

图5-1  软件启动界面图

可以看到此时软件的绘制界面图非常的清爽，右侧是绘制区域，左侧是文.........

5.2  KEIL调试

程序的编译是在KEIL平台进行的，此平台能自动检测程序工程中的错误和一些警.............

图5-2  软件报错图

当点击“编译”按钮后系统就会把工程中所以文件进行检索，并自动识别语句是否有误，图5-2所显示的错误提示就是提示在“}”这个位置附近存在语法错误。通过双击这...........

图5-3  编译功能界面图

由图5-3可以看到，此时编译结果显示0错误，0警告，且生成可以用来烧..............

5.3  仿真调试

设计好电路和程序后，为了验证方案的可行性，先在PROTUES上进行了仿真测...............

图5-4  仿真图

从仿真图可以看到单片机控制的下位机部分已经绘制完毕，然后联合开发好的.........

图5-5  软件登录图

从图5-5可以看到此时需要输入登录密码才能完成系统登录，默认密码是........

图5-6  软件登录首页图

进入首页后，可以看到有六个按钮，分别是电机控制、温度检测、转速检.............

图5-7  电机控制页面图

可以看到进去电机控制页面后就可以对电机进行控制，包括电机正传...........

图5-8  电机正转图

可以看到现在的电机已经开始以4.15cm/的速度正向转动，当按下加速按钮.............

图5-9  电机加速正转图

从图可以看到现在的电机转速有所上升。当然系统也会对检测到的实..............

图5-10  速度检测曲线图

在触摸屏上可以很直观的看到电机从开始转动到逐渐上升的过程曲线。测试到这就完...........：

图5-11  温度传感器图

从图5-11可以看到，温度传感器上是有两个小箭头用来模式设置试..........

图5-12  实时温度监视图

从图5-12可以看到，此时的温度已经以曲线的形式显示在触摸屏，测试到此温度检测和显示的功能已经完成。显示器内部设定了各个参数的上下值，当检测到的实时...........

图5-13  异常警报图

从图5-13可以看到发生异常的具体事项，例如第一条就显示具体的时间和温度过大的事件。这样用户就可以很直观的去检查实际电路的情况，及时修复，避免电...............

图5-14  系统参数设置图

测试到此就完成了所有的功能，比较好的实现了预.................

5.4  本章小结

本章介绍了整个实物调试的过程，通过局部到整体的测试方法将本.......

6  结论与展望

6.1  总结

本次设计最终实现了基于单片机的触屏电机控制系统的设计，本文对系统产生的背景、电源模块、按键电路模块、电机驱动模块、电压采集模块及系统调试都做出了...........

经过几个月的调试能比较好的实现各个部分的功能。实现了通过触摸屏控制电机，且............

6.2  展望

本次设计也存在一些需要改进的地方，如使用的供电形式是5V电压形式，其功率存在一定的局限性。且触摸屏显示页面单一化，不太有高级画面感。所以在人机交互过程..............

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