基于單片機(jī)的觸屏電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

孫月月+王鋒

摘要：基于STC89C54RD+單片機(jī)，設(shè)計并實現(xiàn)了一個觸屏電機(jī)的控制系統(tǒng)，通過模塊化設(shè)計的思路實現(xiàn)對電機(jī)的一系列操作，如電機(jī)的開啟、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止以及電機(jī)的測速等；用戶可以通過觸摸屏按鈕實現(xiàn)對電機(jī)的各種操作功能，人機(jī)交互界面清晰友好。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)各項功能運行良好。

關(guān)鍵詞：STC89C54RD+ ；單片機(jī)；觸摸屏；電機(jī)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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

直流電機(jī)具有在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)上比較靈活易于實現(xiàn)，調(diào)節(jié)方法簡單，調(diào)速范圍廣，調(diào)速精度高，控制方面性能好等優(yōu)點，在傳動領(lǐng)域擁有不可動搖的地位。目前，工程上許多控制系統(tǒng)的運行歸根到底都是實現(xiàn)對電機(jī)的控制。觸摸屏以其操作簡單、反應(yīng)速度快、易于交流等優(yōu)點，進(jìn)一步提高了人機(jī)交互的靈活性，廣受人們的歡迎。自從有了觸摸屏，各行各業(yè)都已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。

本文基于STC89C54RD+單片機(jī)，設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于觸摸屏的電機(jī)控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

觸屏電機(jī)控制系統(tǒng)主要完成的是觸摸屏的校正，用戶登錄界面顯示，觸屏電機(jī)的主控制界面，觸控驅(qū)動直流電機(jī)以及直流電機(jī)速度的測量。該系統(tǒng)實現(xiàn)的基本功能為點擊觸摸屏上相應(yīng)的按鈕，帶動電機(jī)做相應(yīng)的響應(yīng)。觸屏電機(jī)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的框圖如圖1所示：

系統(tǒng)的硬件電路主要由4個部分組成：單片機(jī)主控制器模塊、觸摸屏顯示模塊、直流電機(jī)驅(qū)動模塊、光電測速模塊。

2 軟硬件系統(tǒng)設(shè)計

軟件設(shè)計部分包括觸摸屏初始化、觸摸屏的校正、用戶登錄界面和控制系統(tǒng)設(shè)計等內(nèi)容。根據(jù)相應(yīng)的觸屏電機(jī)控制系統(tǒng)面板按鍵操作，可以控制電子的啟動、加速和停止等操作；電機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過光電測速電路測量后將測得的速度反饋給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行運算處理將測得的速度實時顯示在觸摸屏上。觸屏電機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程圖如圖2所示：

以下描述系統(tǒng)各主要模塊的設(shè)計過程。

2.1觸摸屏顯示模塊的設(shè)計

觸摸屏的坐標(biāo)定位的算法：觸摸屏要與液晶顯示屏配合使用，必須將觸摸屏上的觸點與液晶顯示屏上的像素點一一對應(yīng)，這樣首先要對觸摸屏上的點的坐標(biāo)進(jìn)行校正。假設(shè)液晶顯示屏上的點的坐標(biāo)為（x1，y1），相應(yīng)的在觸摸屏上對應(yīng)點的坐（X1，Y1），兩者之間滿足：

2.2直流電機(jī)驅(qū)動模塊的設(shè)計

為了使直流電機(jī)實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)功能，應(yīng)該增加直流電機(jī)的驅(qū)動電路，設(shè)計中常采用電機(jī)驅(qū)動芯片LM298和四個發(fā)光二極管來驅(qū)動直流電機(jī)。LM298驅(qū)動電機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路原理圖如圖3所示：

當(dāng)ENA=1，IN1=1，IN2=0時，電流從電源正極經(jīng)過V1、直流電機(jī)電樞繞阻、V4流至電源負(fù)極，此時帶動電機(jī)正轉(zhuǎn)。而在LM298的ENA端關(guān)斷后，由于電樞繞阻呈感性，因此，電流不會突變，而是經(jīng)過D2、D3流動，電流方向逐漸減小，此時電樞繞阻上儲存能量回饋給電網(wǎng)，之后D1、D4再導(dǎo)通，形成一個循環(huán)。直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)與此類似。

實現(xiàn)電機(jī)的加速和減速，需要進(jìn)行PWM調(diào)速的軟件處理。設(shè)PWM波的周期為T，高電平持續(xù)的時間為T1，則低電平的持續(xù)時間為T-T1，則PWM波的占空比為p=T1/T，因此可以用單片機(jī)的定時計數(shù)器來實現(xiàn)脈寬調(diào)制。產(chǎn)生PWM波的流程圖如圖4所示：

2.3 光電測速模塊設(shè)計

黑白相間的碼盤裝在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，碼盤的一側(cè)安裝有反射式光電傳感器，當(dāng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動時會帶動碼盤轉(zhuǎn)動，黑白相間的條紋就會依次通過光電傳感器的照射區(qū)，使得光電傳感器的輸出端形成連續(xù)均勻的脈沖信號，通過集成運放將這些小的脈沖信號放大即可將放大后的信號接入單片機(jī)的外部中斷引腳，通過測量單位時間內(nèi)的脈沖信號的個數(shù)即可測得其頻率從而計算出直流電機(jī)轉(zhuǎn)動速度。圖5為光電測速模塊的電路原理圖：

如果發(fā)光二極管照到白色物體上，光電耦合器U3的引腳4上輸出低電平；如果發(fā)光二極管照到黑色物體上，光電耦合器U3的引腳4上輸出高電平，經(jīng)過LM298放大后，就可以看見變化的高低電平，對輸出的脈沖計數(shù)，就可以計算出轉(zhuǎn)動的速度。

光電測速模塊采用了定時/計數(shù)器1溢出中斷和外部中斷0，P3.2引腳的外部中斷0用于接收由碼盤轉(zhuǎn)動經(jīng)光電開關(guān)轉(zhuǎn)換后得到的電脈沖信號的個數(shù)，定時器1用于定時，定時時間為1s，如果定時時間到，則計算出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速并將其顯示輸出到液晶顯示屏上。其程序設(shè)計的流程圖如圖6所示：

3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試主要包括觸屏校正的顯示，用戶登錄界面的顯示，觸屏電機(jī)控制界面的顯示等。

當(dāng)上電以后，首先開始初始化液晶顯示屏，然后對觸摸屏進(jìn)行校正，校正完成后，進(jìn)入觸屏電機(jī)系統(tǒng)的用戶登錄界面，如圖7所示。通過點擊紅色進(jìn)入按鈕就可以進(jìn)入到觸屏電機(jī)控制系統(tǒng)的主界面，點擊相應(yīng)的按鍵即可驅(qū)動直流電機(jī)完成相應(yīng)動作。

4 結(jié)語

本文借鑒了國內(nèi)外觸屏電機(jī)控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和功能，采用STC89C54RD+微處理器作為主控制核心，通過觸摸屏設(shè)置各功能按鈕的相關(guān)參數(shù)及功能，操作者自由地選擇正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等功能，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時將處理后的結(jié)果輸出，控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，再經(jīng)過光電測速電路，將測得的速度顯示到液晶屏上。系統(tǒng)功能完善，運行良好。

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