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基于单片机的触屏电机控制系统的设计与实现

范文

孙月月+王锋

摘要：基于STC89C54RD+单片机，设计并实现了一个触屏电机的控制系统，通过模块化设计的思路实现对电机的一系列操作，如电机的开启、正转、反转、加速、减速、停止以及电机的测速等；用户可以通过触摸屏按钮实现对电机的各种操作功能，人机交互界面清晰友好。测试结果表明，系统各项功能运行良好。

关键词：STC89C54RD+ ；单片机；触摸屏；电机

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）28-0260-03

Abstract： In this paper， a kind of touch panel motor control system based on STC89C54RD+ MCU is studied and implemented. With the modular design idea， a series of motor operation can be achieved， such as the motors opening， forward， reverse， acceleration， deceleration， stop and speed measure and display. Users can achieve the corresponding control of the motor through the touch panel easily for there is a clear and friendly man-machine interface. Test results showed the system has a good performance.

Key words： STC89C54RD+ ；MCU；touch panel；motor

直流电机具有在转速调节上比较灵活易于实现，调节方法简单，调速范围广，调速精度高，控制方面性能好等优点，在传动领域拥有不可动摇的地位。目前，工程上许多控制系统的运行归根到底都是实现对电机的控制。触摸屏以其操作简单、反应速度快、易于交流等优点，进一步提高了人机交互的灵活性，广受人们的欢迎。自从有了触摸屏，各行各业都已经发生了翻天覆地的变化。

本文基于STC89C54RD+单片机，设计并实现了一个基于触摸屏的电机控制系统。

1 系统结构设计

触屏电机控制系统主要完成的是触摸屏的校正，用户登录界面显示，触屏电机的主控制界面，触控驱动直流电机以及直流电机速度的测量。该系统实现的基本功能为点击触摸屏上相应的按钮，带动电机做相应的响应。触屏电机控制系统基本结构的框图如图1所示：

系统的硬件电路主要由4个部分组成：单片机主控制器模块、触摸屏显示模块、直流电机驱动模块、光电测速模块。

2 软硬件系统设计

软件设计部分包括触摸屏初始化、触摸屏的校正、用户登录界面和控制系统设计等内容。根据相应的触屏电机控制系统面板按键操作，可以控制电子的启动、加速和停止等操作；电机的转速经过光电测速电路测量后将测得的速度反馈给单片机，单片机进行运算处理将测得的速度实时显示在触摸屏上。触屏电机控制系统的工作流程图如图2所示：

以下描述系统各主要模块的设计过程。

2.1触摸屏显示模块的设计

触摸屏的坐标定位的算法：触摸屏要与液晶显示屏配合使用，必须将触摸屏上的触点与液晶显示屏上的像素点一一对应，这样首先要对触摸屏上的点的坐标进行校正。假设液晶显示屏上的点的坐标为（x1，y1），相应的在触摸屏上对应点的坐（X1，Y1），两者之间满足：

2.2直流电机驱动模块的设计

为了使直流电机实现正转和反转功能，应该增加直流电机的驱动电路，设计中常采用电机驱动芯片LM298和四个发光二极管来驱动直流电机。LM298驱动电机正反转的电路原理图如图3所示：

当ENA=1，IN1=1，IN2=0时，电流从电源正极经过V1、直流电机电枢绕阻、V4流至电源负极，此时带动电机正转。而在LM298的ENA端关断后，由于电枢绕阻呈感性，因此，电流不会突变，而是经过D2、D3流动，电流方向逐渐减小，此时电枢绕阻上储存能量回馈给电网，之后D1、D4再导通，形成一个循环。直流电机的反转与此类似。

实现电机的加速和减速，需要进行PWM调速的软件处理。设PWM波的周期为T，高电平持续的时间为T1，则低电平的持续时间为T-T1，则PWM波的占空比为p=T1/T，因此可以用单片机的定时计数器来实现脉宽调制。产生PWM波的流程图如图4所示：

2.3 光电测速模块设计

黑白相间的码盘装在直流电机的转轴上，码盘的一侧安装有反射式光电传感器，当直流电机转动时会带动码盘转动，黑白相间的条纹就会依次通过光电传感器的照射区，使得光电传感器的输出端形成连续均匀的脉冲信号，通过集成运放将这些小的脉冲信号放大即可将放大后的信号接入单片机的外部中断引脚，通过测量单位时间内的脉冲信号的个数即可测得其频率从而计算出直流电机转动速度。图5为光电测速模块的电路原理图：

如果发光二极管照到白色物体上，光电耦合器U3的引脚4上输出低电平；如果发光二极管照到黑色物体上，光电耦合器U3的引脚4上输出高电平，经过LM298放大后，就可以看见变化的高低电平，对输出的脉冲计数，就可以计算出转动的速度。

光电测速模块采用了定时/计数器1溢出中断和外部中断0，P3.2引脚的外部中断0用于接收由码盘转动经光电开关转换后得到的电脉冲信号的个数，定时器1用于定时，定时时间为1s，如果定时时间到，则计算出直流电机的转速并将其显示输出到液晶显示屏上。其程序设计的流程图如图6所示：

3 系统测试

系统测试主要包括触屏校正的显示，用户登录界面的显示，触屏电机控制界面的显示等。

当上电以后，首先开始初始化液晶显示屏，然后对触摸屏进行校正，校正完成后，进入触屏电机系统的用户登录界面，如图7所示。通过点击红色进入按钮就可以进入到触屏电机控制系统的主界面，点击相应的按键即可驱动直流电机完成相应动作。

4 结语

本文借鉴了国内外触屏电机控制系统的主要结构和功能，采用STC89C54RD+微处理器作为主控制核心，通过触摸屏设置各功能按钮的相关参数及功能，操作者自由地选择正转、反转、加速、减速、停止等功能，经单片机进行相应的处理，同时将处理后的结果输出，控制直流电机的转向和转速，再经过光电测速电路，将测得的速度显示到液晶屏上。系统功能完善，运行良好。

参考文献：

[1] 肖看.李群芳.单片机原理、接口及应用[M].清华大学出版社2010.

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[4] 应朝龙，王诚成，周亮，等. 触摸屏控制器设计[J]. 国外电子测量技术，2009，28（9）：71-74.

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