基于51單片機(jī)的紅外遙控控制電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)

1、鄭州/*/大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要本文首先描述了紅外線通信原理和紅外線接收電路，其次，介紹了直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，然后，詳細(xì)的闡述了單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理，最后，著重介紹了PWM調(diào)速和直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)和制動(dòng)的原理。直流電機(jī)具有良好的調(diào)速特性。調(diào)速簡(jiǎn)單，平滑，調(diào)速范圍大，過載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。能滿足工業(yè)和生活中各種不同的要求，在近代社會(huì)發(fā)展中起著重要的作用。電機(jī)采用紅外遙控功能控制后，整個(gè)電機(jī)控制更簡(jiǎn)單、方便、且易于操作。本文中通過紅外線按鍵發(fā)射遙控信號(hào)，經(jīng)過紅外線接收元件接收信號(hào)，然后通過單片機(jī)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，降速、升速和停止功能。關(guān)鍵詞紅外線遙控，直流電機(jī)，單片機(jī)，調(diào)速

2、，制動(dòng) PS:畢業(yè)設(shè)計(jì) 14屆 知網(wǎng)查的重復(fù)率是0.3% 拿出來給學(xué)弟學(xué)妹們參考一下 也可以代做畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文全手工 保證不重復(fù) 寫論文或者做板子都可以 電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)軟件編程 PLC也差不多 扣扣9.1.4.0.7.8.0.9.9 聯(lián)系我AbstractThis paper describes the principle of infrared communication and the infrared receiving circuit, secondly, introduced the structure and working principle of DC motor, and

3、then, described in detail the internal structure and principle of single chip microcomputer, finally, introduces the PWM control and the DC motor forward, reverse, brake principleDC motor with a speed regulation characteristic of good. Speed control is simple, smooth, wide speed range, the character

4、istics of strong overload capacity. To meet the requirements of different kinds of industry and daily life, in the development of modern society play a important role. The use of infrared remote control function to control the motor, the motor control more simple, convenient, and easy to operate.Thi

5、s paper through the infrared remote control signal transmitter, through the infrared receiving element receives the signal, and then through the singlechip control of DC motor, the motor starting, speed, speed up and stop function.KEY WORDS: Infrared remote control, dc motor, single chip microcomput

6、er, speed control, brakeis .2.目錄前 言4 第1章 紅外線通信5 1.1 紅外通信原理5 1.1.1 紅外接收電路51.1.2紅外發(fā)光管61.1.3紅外接收器件61.1.4紅外遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)61.1.5硬件電路設(shè)計(jì)71.1.6紅外解碼過程7 第2章 直流電動(dòng)機(jī)原理8 2.1 直流電動(dòng)機(jī)8 2.2 直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)8 2.2.1 定子的結(jié)構(gòu)和原理8 2.2.2轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和原理9 2.2.3其它部分的結(jié)構(gòu)和原理9 2.3直流電動(dòng)機(jī)的控制原理9 第3章 單片機(jī)STC89C5111 3.1 單片機(jī)概況11 3.2 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理11 3.2 復(fù)位電路及時(shí)鐘電路12 3.

7、1 單片機(jī)最小系統(tǒng)13 第4章PWM調(diào)制和電機(jī)的使用14 4.1 PWM調(diào)制14 4.2 直流電機(jī)的使用14 4.2.1 電機(jī)的啟動(dòng)14 4.2.2 電機(jī)的調(diào)速14 4.2.3 電機(jī)的反轉(zhuǎn)15 4.2.4電機(jī)的制動(dòng)15 4.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L293d15 第5章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)17 5.1 系統(tǒng)硬件電路圖17 5.2 系統(tǒng)硬件PCB圖18 5.3 實(shí)物圖19 結(jié)論20 致謝21 參考文獻(xiàn)22 附錄23.10.前 言紅外線器件應(yīng)用范圍的越來越廣，也逐漸的走進(jìn)了人們的日常生活。因此很多人對(duì)紅外遙控也不再陌生和好奇，更多的是應(yīng)用在電視機(jī)，電風(fēng)扇，空調(diào)中被大家熟知。但是僅僅了解和知道是不夠的，很有必要去

8、理解它的原理。直流電動(dòng)機(jī)有著快速性、可靠性、可控性、效率高等許多特點(diǎn)，受到了各行各業(yè)的熱愛，比如電氣儀表，汽車，家用電器，兒童玩具等方面得到日益普及，成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?。由于近代科技的飛速發(fā)展，使我們不再僅僅局限于直流電機(jī)，交流電動(dòng)機(jī)逐漸取代直流電動(dòng)機(jī)，成為目前國(guó)內(nèi)外研究熱門課題之一。但直流電動(dòng)機(jī)仍被采用在許多行業(yè)上，比如數(shù)控機(jī)床。同時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)作為交流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)，了解直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)也是不可少的。本設(shè)計(jì)通過紅外按鍵控制，經(jīng)過單片機(jī)解碼對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行一系列操作。當(dāng)處理的信息比較復(fù)雜和精細(xì)時(shí)，僅僅采用硬件電路來設(shè)計(jì)，耗時(shí)耗力，并且不易于檢測(cè)和維修，因此本文采用軟件編程和硬件電路設(shè)計(jì)的結(jié)合，這

9、樣更簡(jiǎn)單，直觀，使用起來也方便。紅外遙控的應(yīng)用帶動(dòng)整個(gè)微電子行業(yè)的發(fā)展，尤其在自動(dòng)控制領(lǐng)域。單片機(jī)作為軟硬件的大腦，在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制領(lǐng)域中是要學(xué)習(xí)的必不可少的知識(shí)。但只知道單片機(jī)的功能還不行，對(duì)電路原理也要有一定的知識(shí)。更重要的是，要學(xué)會(huì)如何對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集，排除干擾信號(hào)，收集有效信號(hào)，最后通過分析應(yīng)用到實(shí)踐中。第1章 紅外線通信1.1 紅外通信原理紅外通信原理是是通過紅外線波段進(jìn)行信號(hào)交流傳遞。紅外線的發(fā)射部分將數(shù)據(jù)調(diào)制為一系列的脈沖信息。然后將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，最后再經(jīng)過內(nèi)部電路的濾波，放大等幾項(xiàng)操作后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)。還原為單片機(jī)或者計(jì)算機(jī)能識(shí)別的信號(hào)進(jìn)行控制。簡(jiǎn)而言之，紅

10、外通信原理實(shí)際上就是一個(gè)調(diào)制和解調(diào)的過程，最后變成所人們需要的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，通過利用紅外線信號(hào)通道進(jìn)行傳輸，控制實(shí)現(xiàn)一系列功能，因此紅外通信接口可以看成是針對(duì)紅外信號(hào)通道的調(diào)制解調(diào)器1.1.1 紅外接收電路大多數(shù)紅外接收器通過集成為單個(gè)元件。它通常有三個(gè)引腳，輸出為方波信號(hào)（一系列的高低電平），本設(shè)計(jì)選用集成塊為VS18383，如圖1-1。圖1-1 紅外接收電路發(fā)射器發(fā)出的紅外線信號(hào)，由紅外線接受器件接收，經(jīng)VS18383處理后獲得一系列方波信號(hào)。然后送給單片機(jī)P3.2端口，經(jīng)過單片機(jī)的內(nèi)部處理計(jì)算，根據(jù)處理結(jié)果，再由單片機(jī)產(chǎn)生控制電機(jī)的相關(guān)信息，對(duì)器件控制。紅外線接收器原理分析：當(dāng)紅外接收

11、器件接收產(chǎn)生的信號(hào)時(shí),光信號(hào)轉(zhuǎn)換為的電信號(hào)的下降沿觸發(fā)單片機(jī)外部中斷INT0引腳。單片機(jī)接收下降沿信號(hào)時(shí)對(duì)其識(shí)別。對(duì)第1位數(shù)碼的寬度進(jìn)行計(jì)算。若采集的第1位低電平數(shù)碼的脈寬不到8 ms,將作為錯(cuò)誤信號(hào)處理，為非引導(dǎo)碼。當(dāng)經(jīng)過計(jì)算的脈沖沖寬度超過8 ms而不到16ms時(shí)候，則認(rèn)定為引導(dǎo)碼，同時(shí)對(duì)引導(dǎo)碼儲(chǔ)存。然后分別接收引導(dǎo)碼后的操作碼和客戶碼，也儲(chǔ)存在定義的數(shù)據(jù)區(qū)。 1.1.2紅外發(fā)光管紅外發(fā)光二極管一般使用材料為砷鋁化鎵，英文簡(jiǎn)稱為GaAs，外加正向偏置電壓，制成PN結(jié)。通常為淺藍(lán)色、全透明或黑色的樹脂封裝，通電后會(huì)產(chǎn)生的光波波長(zhǎng)波段一定的紅外線。紅外發(fā)射管如圖1-2： 圖1-2 紅外發(fā)光管1

12、.1.3紅外接收器件紅外一體化接收頭：它元件里面含有一個(gè)濾波電路。功能是用來清楚紅外線合成信號(hào)得有效信號(hào)，排除其它無用信號(hào)。本文中載波信號(hào)為38Kz，并送出接收到的信號(hào)。當(dāng)紅外線的信號(hào)進(jìn)入與之配套的紅外線接收器件，經(jīng)過接收器件的解碼，在其輸出端便可以得到原先紅外發(fā)射器發(fā)出的二進(jìn)制數(shù)字編碼。紅外接收頭如圖1-3：圖1-3 紅外接收器件1.1.4紅外遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常的紅外遙控系統(tǒng)有兩部分組成，一部分為接收電路，還有就是發(fā)射電路。應(yīng)用編碼或者解碼集成電路芯片來進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。發(fā)射一端為紅外遙控板、經(jīng)過編碼和調(diào)制、通過紅外燈管發(fā)出信號(hào)。接收器件內(nèi)部集成內(nèi)部光電放大電路、經(jīng)過解調(diào)步驟之后送給單片機(jī)解

13、碼。紅外遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程如圖1-4：圖1-4 紅外發(fā)遙控系統(tǒng)1.1.5硬件電路設(shè)計(jì)發(fā)射電路：圖1-5 紅外發(fā)射電路1.1.6紅外解碼過程通常由紅外發(fā)光管與38Kz載波發(fā)射，紅外接收頭VS18383采集，并收集能識(shí)別的信號(hào)，在它內(nèi)部進(jìn)行解碼，形成一系列的高低電平矩形方波。很顯然，這種矩形方波是我們很難利用的，所以把紅外接受的引腳接單片機(jī)的外部中斷INT0，由單片機(jī)外部中斷和單片機(jī)內(nèi)定時(shí)器配合。對(duì)其解碼的高低點(diǎn)評(píng)進(jìn)行識(shí)別，并加以分析。識(shí)別出紅外發(fā)射管發(fā)射的高低電平，通過定時(shí)器計(jì)算，把高低電平變成十六進(jìn)制的數(shù)字，并儲(chǔ)存在單片機(jī)內(nèi)部中，形成數(shù)字開關(guān)，對(duì)相應(yīng)的外圍部件進(jìn)行控制或進(jìn)行顯示。第2章 直流電動(dòng)

14、機(jī)原理2.1 直流電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)機(jī)電能量相互轉(zhuǎn)換的裝置。輸出或輸入為直流的電機(jī)，叫做直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)把直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，它是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。啟動(dòng)簡(jiǎn)便，快捷的特性，使它多用在對(duì)啟動(dòng)，調(diào)速較高的場(chǎng)合，例如在電車，龍門刨等設(shè)備上應(yīng)用很廣泛。直流發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?。它是一種把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.2 直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)主要有兩部分構(gòu)成，一部分為定子，另一部分為轉(zhuǎn)子。通常來說靜止的部件叫做定子，其余的 部件叫做轉(zhuǎn)子。因?yàn)槔@組和電樞繞組間是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，所以從理論上講，兩部分都可以做為定子和轉(zhuǎn)子。但是通常為了維護(hù)方便和檢測(cè)故障，把旋轉(zhuǎn)的一部分規(guī)定為轉(zhuǎn)子，它包括機(jī)座，

15、主極，換向器等部分。而旋轉(zhuǎn)的一部分叫轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子部分則包括電樞鐵心，電樞繞組，風(fēng)扇，軸承和轉(zhuǎn)軸。除此之外的其它部分結(jié)構(gòu)有電刷裝置，軸承支撐。2.2.1 定子的結(jié)構(gòu)和原理主磁極：主磁極主要是生成氣隙磁場(chǎng)，使電樞表面形成磁通按照一定的規(guī)律排列。它的勵(lì)磁繞組有兩部分組成，分別是并勵(lì)和串勵(lì)。并勵(lì)繞組數(shù)量比較多，并且細(xì)。而串勵(lì)則相反，它的繞組數(shù)量少，導(dǎo)線比較粗。主磁極由0.5mm到3mm厚的鋼板沖擊成的沖片形成的，疊壓成形。主極疊片一般用螺釘固定在磁軛上。換向極：換向極由兩部分組成，一部分是換向繞組，另一部分為鐵心。它處于兩個(gè)主磁極中間位置，作用產(chǎn)生換向磁場(chǎng)，幫助主磁極換向。機(jī)座和磁軛：機(jī)座的主要作用只要

16、是支撐機(jī)座，同時(shí)作為磁極間的磁通通路，一般用鑄鋼材料鑄成。通常才有疊片的方式，主要是為了減弱渦流效應(yīng)。磁軛用薄鋼制成，相互之間絕緣，同時(shí)固定在機(jī)座上。2.2.2轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和原理電樞繞組：是進(jìn)行能量變換的部件，它的功能是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在磁場(chǎng)和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。它是由一系列元件結(jié)合而成，置于電樞線圈的槽中。為了避免線圈被轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)拋離槽外面，通常將槽口牢固起來。然后按照一定規(guī)律放到換向片上，元件的一個(gè)邊放在一個(gè)槽內(nèi)，另一個(gè)邊放在另外的槽外，相鄰的兩個(gè)槽依次放上元件，一直到槽內(nèi)放滿為止。換向器：將外部電源的直流電流轉(zhuǎn)換為內(nèi)部的交流電流，在換向器上電刷的作用，也就使電樞繞組上的電流為交流電流。因

17、此電磁轉(zhuǎn)矩的方向保持恒定不變，電樞繞組上的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力方向也就不變。通常換向片采用的是絕緣材料，互相之間是絕緣的，云母環(huán)對(duì)地也是絕緣的。電樞鐵心：電樞鐵心的作用是提供主極磁通的通路。通常鐵心用硅鋼片制成，呈片狀，這樣的最用可以減少磁滯損耗。電樞之間中的磁通會(huì)依據(jù)電樞在磁場(chǎng)得變動(dòng)發(fā)生連續(xù)轉(zhuǎn)變。2.2.3其它部分的結(jié)構(gòu)和原理電刷裝置：電刷通常由石墨材料制成。電流和電樞繞組通過電刷與外面的電路連接起來。它的一端固定在刷架上，每個(gè)刷架上都有一個(gè)或者一組電刷。電刷作用是保證電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)和換向器有緊密良好的接觸。同極電刷連在機(jī)外連接在一起。軸承支撐：軸承座固定在機(jī)座兩端的端蓋上，軸承通過軸承座直接支撐在

18、電機(jī)地板上，需要時(shí)，可以自由的調(diào)節(jié)整軸的中心位置。不同電機(jī)使用軸承不同，中小型電機(jī)通常使用滾動(dòng)軸承，而大型電機(jī)通?；瑒?dòng)軸承。2.3直流電動(dòng)機(jī)的控制原理 在電動(dòng)機(jī)兩端加上電源，電刷兩極之間就有電流流過。電流便從從電刷流入，從B處流出。沿著abcd順序，如圖2-1(a)所示。然后從B方向流出，于是在磁場(chǎng)中流過電流的兩導(dǎo)體會(huì)同時(shí)受力，并有一個(gè)相對(duì)的轉(zhuǎn)矩。由左手定則得出，受力方向相反，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，方向?yàn)槟鏁r(shí)針方面旋轉(zhuǎn)。相反當(dāng)移動(dòng)到如圖2-1(b)位置的時(shí)候，換向片1與電刷的B極相互接觸，換向片2與電刷的A極相互接觸。電流便從電刷A極流入，從B極流出。順著線圈以dcba方向。此時(shí)把根據(jù)左手定則判斷，兩導(dǎo)

19、體受力方向相反?？傮w受力和之前相同，保持不變，依舊逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這就是直流電機(jī)的工作原理。由于電流是直流換向器，實(shí)際上，雖然電流通過線圈是交流的，但在磁場(chǎng)中感應(yīng)受力的方向是一直沒有變化的。線圈上就按照逆時(shí)針的方面一直受力。循環(huán)往復(fù)，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，帶動(dòng)線圈旋轉(zhuǎn)。在第二圈之后方向始終不變，在轉(zhuǎn)矩的作用下，促使著線圈一直保持轉(zhuǎn)動(dòng)，就帶動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，這便是直流電動(dòng)機(jī)的原理。簡(jiǎn)而言之，只要直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，在換向器的作用下，就會(huì)使用受到一個(gè)同方向的轉(zhuǎn)矩影響，始終保持同一方向旋轉(zhuǎn)。 圖2-1 直流電動(dòng)機(jī)原理第3章 單片機(jī)STC89C513.1 單片機(jī)概況單片機(jī)又叫微控制單元，英文名字micr

20、o control unit，是一種經(jīng)過高度集成得電子線路芯片。內(nèi)部含有中央處理器（CPU），隨機(jī)儲(chǔ)存器（RAM），只讀儲(chǔ)存器（ROM）等幾種集成模塊。由于高度集成的原因，它具有體積小，質(zhì)量輕，速度快的特點(diǎn)，使它在各行各業(yè)，日常生活中應(yīng)用越來月廣泛。隨著近代科技不斷提高和發(fā)展，逐漸形成了以單片機(jī)為中心的微控制系統(tǒng)。單片機(jī)圖3-1 圖3-1 單片機(jī)3.2 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理本文選用單片機(jī)型號(hào)為STC89C51芯片。是八位的單片機(jī)，芯片內(nèi)部集成了中央處理器。十六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，ROM程序存貯器。四個(gè)并行I/O口（P0-P3端口），RAM數(shù)據(jù)存貯器和中斷系統(tǒng)等部件。根據(jù)需要使用的方式不一樣，單片

21、機(jī)有很多封裝形式。本次設(shè)計(jì)使用的是雙列直插DIP-40封裝,如圖3-2 圖3-2單片機(jī)雙列直插PDIP-40封裝.20.3.2 復(fù)位電路及時(shí)鐘電路復(fù)位電路通常分為兩種，一種是手動(dòng)復(fù)位電路，另一種是自動(dòng)復(fù)位電路。下面著重對(duì)兩種復(fù)位電路的工作原理進(jìn)行了介紹。手動(dòng)復(fù)位電路： 上電復(fù)位電路 圖3-3（a）手動(dòng)復(fù)位電路 圖3-3（b）自動(dòng)復(fù)位電路按鍵斷開時(shí)，電容和按鍵并聯(lián)之后串聯(lián)在電路電源和地之間。按鍵一側(cè)的RST端經(jīng)電阻接地，為低電平。當(dāng)需要復(fù)位的時(shí)候，按下復(fù)位按鍵，電源通過電阻接地導(dǎo)通。電容兩端儲(chǔ)存的電能也通過電阻進(jìn)行放電。RST一端由原來的低電平變成高電平。RST位置接單片機(jī)復(fù)位端，高電平有效，即

22、高電平復(fù)位。當(dāng)松開按鍵的時(shí)候，電源對(duì)電容再次充電，形成斷路，RST端由高電平恢復(fù)到低電平。復(fù)位電路是微型系統(tǒng)電路中不可或缺的一部分，有時(shí)候硬件故障，程序跑飛，就需要手動(dòng)復(fù)位來重新實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。如圖3-3（a）。本次設(shè)計(jì)選用手動(dòng)復(fù)位，自動(dòng)復(fù)位電路如圖3-3（b）時(shí)鐘電路： 圖3-4 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路有兩部分組成，一部分是晶體振蕩器（本文中選用12M）、另一部分為電容。時(shí)鐘電路是用來產(chǎn)生時(shí)間頻率，為程序運(yùn)行提供時(shí)鐘，是單片機(jī)操作和計(jì)算的基礎(chǔ)。任何微控制電路系統(tǒng)中都需要時(shí)鐘電路，時(shí)鐘頻率越大，處理速度就越快。但是晶振頻率越大，對(duì)系統(tǒng)硬件要求就越高，增加了成本和功耗。由于單片機(jī)本身用在控制功能，節(jié)省成

23、本，減少功耗就非常重要了。因此在選用晶振的時(shí)候要根據(jù)硬件設(shè)計(jì)和使用功能選取合適的頻率，并不是越大越好。本文中選用12M晶振兩側(cè)并聯(lián)兩個(gè)起振電容。時(shí)鐘電路如圖3-4。3.4單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)，又叫做最小應(yīng)用系統(tǒng)。它是微控制電路中最簡(jiǎn)單的一部分電路模塊。它主要包括三個(gè)部分：第一部分單片機(jī)，第二部分復(fù)位電路，第三部分為晶振也就是時(shí)鐘電路。前面已經(jīng)對(duì)最小系統(tǒng)的三個(gè)部分做了簡(jiǎn)單的介紹。實(shí)質(zhì)上，它們是至少單片機(jī)最小系統(tǒng)芯片可以運(yùn)行的系統(tǒng)組件。這樣的系統(tǒng)運(yùn)行速度快，功耗低，成本小。但是在很多方面滿足不了工業(yè)和日常的需要，所以在使用時(shí)經(jīng)常以最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3-5。 圖

24、3-5 單片機(jī)最小系統(tǒng) 第4章PWM調(diào)制和電機(jī)的使用4.1 PWM調(diào)制PWM調(diào)制又叫脈沖寬度調(diào)制。它是根據(jù)微型計(jì)算機(jī)生成二進(jìn)制脈沖進(jìn)行內(nèi)部處理之后，對(duì)外圍電路進(jìn)行控制的一種手段。它主要是靠改變脈沖周期或?qū)挾葋砀淖冚敵鲱l率，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。它有控制靈活，簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在通信，測(cè)量行業(yè)應(yīng)用廣泛。4.2 直流電機(jī)的使用 直流電機(jī)是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能得裝置。因?yàn)樗己玫恼{(diào)速性能，在電力系統(tǒng)中得到了普及使用。4.2.1 電機(jī)的啟動(dòng)在接通電源的情況下，直流電動(dòng)機(jī)由原來靜止的狀態(tài)，經(jīng)過加速，直到穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速的過程，叫做啟動(dòng)。起動(dòng)時(shí)刻電樞中流過的電流稱為起動(dòng)電流。電樞在磁場(chǎng)中受到固定方向的力稱為

25、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。滿足以下幾個(gè)條件才能啟動(dòng)：1.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要盡量大。因?yàn)橹挥袉?dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載反抗轉(zhuǎn)矩時(shí)，負(fù)載才能在轉(zhuǎn)矩的作用下才能轉(zhuǎn)動(dòng)。2.啟動(dòng)時(shí)的電流不能太大，否則超過了電流的極值，對(duì)電源和電機(jī)有害的影響。3.啟動(dòng)過程中消耗的能量盡量少。因此，上述三點(diǎn)的性能決定能否良好的啟動(dòng)電機(jī)。而直流電機(jī)滿足以上起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)電流小的特點(diǎn)，并且啟動(dòng)簡(jiǎn)單和便于控制。4.2.2 電機(jī)的調(diào)速 在很多工業(yè)場(chǎng)合，需要機(jī)械工作轉(zhuǎn)速的變化，例如電車進(jìn)站時(shí)速度減速，啟動(dòng)時(shí)，要很快回復(fù)到正常行駛速度，因此，這就需要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。調(diào)速的好壞可以影響的產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率，甚至?xí)绊懺O(shè)備的質(zhì)量。這就需要對(duì)調(diào)速的嚴(yán)格控制。分析調(diào)速性

26、能根據(jù)一下幾點(diǎn)：1.調(diào)速范圍的大小，也就是最大轉(zhuǎn)速與最小轉(zhuǎn)速之比2.經(jīng)濟(jì)性的好壞，減少運(yùn)行費(fèi)用行業(yè)降低成本。3調(diào)速的平滑性，要可以隨意的對(duì)電機(jī)調(diào)速，而不影響使用功能。4.調(diào)速要全面，工作穩(wěn)定可靠。4.2.3 電機(jī)的反轉(zhuǎn)改變?cè)瓉黼姍C(jī)旋轉(zhuǎn)的方向，稱之為反轉(zhuǎn)。要使電機(jī)反轉(zhuǎn)，主要是電磁轉(zhuǎn)矩原來的受力方向改變。我們知道，改變電磁轉(zhuǎn)矩的方式有兩種。一種是改變電樞電流的方向，另一種是改變磁通的方向。所以我們可有兩種方法來改變轉(zhuǎn)速方向。第一種方法，改變電樞的電壓極性，通過將電樞繞組接到電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)一下，使極性相反，改變電流方向，從而可以改變轉(zhuǎn)速方向。還有一種方法，就是改變勵(lì)磁電壓的極性，勵(lì)磁繞組兩端的正負(fù)

27、極性。改變極性，方向相反的磁場(chǎng)，電磁轉(zhuǎn)矩的方向的應(yīng)力變化。4.2.4電機(jī)的制動(dòng)同樣，對(duì)于很多工業(yè)設(shè)備，我們不僅僅需要它轉(zhuǎn)動(dòng)和停止，有時(shí)候還需要它能夠迅速停止，這樣可以縮短工作時(shí)間，提高工作效率，提高產(chǎn)品產(chǎn)量。再比如電車在進(jìn)站的時(shí)候要快速靠近站臺(tái)停站，要快速時(shí)間電車停止。這時(shí)候就需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。電機(jī)制動(dòng)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的受力方向和電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反。通常直流電機(jī)的電磁制動(dòng)有三種方式：第一種是電機(jī)回饋制動(dòng)。第二種是反接制動(dòng)。第三種為能耗制動(dòng)。其中應(yīng)用最廣泛的是第三種方式能耗制動(dòng)，在制動(dòng)過程中，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩作的功全部來源于機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)能。4.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L293d 采用集成芯片L293d驅(qū)動(dòng)電機(jī)正

28、轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)和停止，L293d內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)雙H橋，雙極性脈沖寬度調(diào)制方法可以產(chǎn)生連續(xù)的電流。使電機(jī)能在四角限轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)停止有小電流流過，使電機(jī)平滑的停止，消除電機(jī)改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)的靜摩擦死區(qū)。L293d通過內(nèi)部H橋電路的的輸入信號(hào)可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。通常L293d有兩個(gè)H橋，能在同一時(shí)刻控制兩個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)都有它自己的使能信號(hào)EN。如圖4-1，其中ENA(本文接單片機(jī)P26端口)，ENB是控制信號(hào)的使能位。IN1（接單片機(jī)P25端口）、IN2（接單片機(jī)P24端口）為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制位，IN1、IN2分別為1，0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)IN1、IN2分別為0，1時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)IN1、IN2分別為0

29、，0時(shí)，電機(jī)停止。選用電機(jī)連接單片機(jī)的控制引腳，根據(jù)功能需要，通過調(diào)整軟件的占空比來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 圖4-1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路第5章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)硬件電路圖 圖5-1 系統(tǒng)硬件電路圖5.2 系統(tǒng)硬件PCB圖圖5-2 系統(tǒng)硬件PCB圖5.3 實(shí)物圖圖5-3 實(shí)物圖結(jié)論紅外線遙控有體積小，質(zhì)量輕，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，在近代科技浪潮中得到的巨大的發(fā)展，這也是本次選題的原因之一。紅外遙控控制電機(jī)轉(zhuǎn)速繼承了紅外遙控的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合單片機(jī)，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的控制，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的調(diào)速。因此本設(shè)計(jì)是由紅外遙控板發(fā)射信號(hào)，單片機(jī)完成解碼，并控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。通過對(duì)電路的設(shè)計(jì)和程序編程，最

30、終通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的紅外線控制電機(jī)基本符合其設(shè)計(jì)原理。但是本次設(shè)計(jì)也存在了一定的局限性：由于客觀條件的因素，有許多元器件都沒來的及添加進(jìn)去，比如霍爾傳感器，機(jī)械按鍵，數(shù)碼管或者TFT屏幕，所以在以后的硬件升級(jí)中，可以加入霍爾傳感器對(duì)電機(jī)速度實(shí)時(shí)顯示出來，并顯示在數(shù)碼管或者TFT屏幕中，或者加入機(jī)械式按鍵控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的做來作為紅外遙控板故障時(shí)的備用按鍵。也可以通過軟件升級(jí)加入定時(shí)模式，休眠模式，斷電保護(hù)模式，甚至可以加入密碼開啟功能。 致謝通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在一定程度上提高了我學(xué)習(xí)的能力，讓我學(xué)到了用多種不同思維去解決和分析問題的方法。讓我認(rèn)識(shí)到正確并且科學(xué)的方法是解決問題的良好途徑，同時(shí)在學(xué)

31、習(xí)的過程中要端正自己的態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度在是必不可少的，也是我們成功的基礎(chǔ)。這次無線遙控控制電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)，使我懂得了理論聯(lián)系實(shí)際重要性。僅僅只有理論知識(shí)很難全面的了解產(chǎn)品的特點(diǎn)和功能，必須在真正接觸之后去了解它每一個(gè)模塊的使用功能和工作原理。同時(shí)在這期間解決了各種各樣的問題，雖然有的很簡(jiǎn)單，但依然花費(fèi)了不少時(shí)間。這讓我對(duì)所學(xué)知識(shí)有深刻的認(rèn)識(shí)。對(duì)掌握不牢靠和理解不到位的地方重新進(jìn)行了溫習(xí)，加深了定義和理論的理解。設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)過焊接電路板，在硬件上實(shí)驗(yàn)測(cè)試通過。按鍵操作時(shí)間電機(jī)正反轉(zhuǎn)，并分成1，2，3，4擋。指示燈也根據(jù)檔位的不同分別顯示。最后在這期間中多虧有老師的耐心、辛勤的指導(dǎo)，才得以順利

32、地完成了這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此由衷的感謝賈老師給我的指導(dǎo)和幫助。參考文獻(xiàn)1程琤 單片機(jī)原理與應(yīng)用開發(fā) 國(guó)防工業(yè)出版社20102郭天祥 新概念51單片機(jī)C語言教程 電子工業(yè)出版社20093譚浩強(qiáng) C語言程序設(shè)計(jì) 北京 清華大學(xué)出版社 20094王鑒光 電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)M 北京機(jī)械工業(yè)出版社19945竇振中 單片機(jī)原理和程序設(shè)計(jì) 北京航天大學(xué)出版社20006蘇長(zhǎng)贊 使用遙控技術(shù)手冊(cè) 人民郵電出版社20027李朝青 單片機(jī)原理及接口技術(shù)北京航天航空大學(xué)出版社20058王小明電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制M 北京航空航天大學(xué)出版社2002.9何立民 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 北京航空航天大學(xué)出版社199710 李發(fā)海/朱東

33、啟 電機(jī)學(xué) 北京科學(xué)出版社 2007.27.附錄軟件源程序：/*程序功能：紅外遙控控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速轉(zhuǎn)。同時(shí)，使用PWM調(diào)制把速度分為四檔，并分別用LED燈指示按鍵功能：1鍵鍵啟動(dòng)（電機(jī)不轉(zhuǎn) 啟動(dòng)指示燈亮 只有開啟鍵之后才能進(jìn)行后續(xù)操作）2鍵停止鍵（電機(jī)不轉(zhuǎn) 所有LED指示燈滅 其它操作無效）3鍵電機(jī)正轉(zhuǎn)（默認(rèn)一檔 啟動(dòng)指示燈和正轉(zhuǎn)燈亮 只有先選擇正反轉(zhuǎn)之后才能后續(xù)操作）4鍵電機(jī)反轉(zhuǎn)（電機(jī)反轉(zhuǎn) 啟動(dòng)指示燈亮和反轉(zhuǎn)燈亮 只有先選擇正反轉(zhuǎn)之后才能后續(xù)操作）5鍵電機(jī)二檔加速（啟動(dòng)指示燈亮 二檔指示燈亮 相應(yīng)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)指示燈燈亮）6鍵電機(jī)三檔加速（啟動(dòng)指示燈亮 三檔指示燈亮 相應(yīng)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)指

34、示燈燈亮）7鍵電機(jī)四檔加速（啟動(dòng)指示燈亮 四檔指示燈亮 相應(yīng)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)指示燈燈亮）在按鍵的同時(shí)，會(huì)進(jìn)行按鍵檢測(cè)，蜂鳴器發(fā)聲，表明按鍵按下班級(jí)：1*06972* 姓名：錢多多專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化本程序在Keil uVision3中編寫 */#include<reg52.h>#include <intrins.h> /我叫錢多多#define uchar unsigned char /叫我高富帥#define uint unsigned intsbit beep=P25;/蜂鳴器端口定義uchar num; /全部變量/uchar code table=0x3f,0x

35、06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,/0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/uchar code table1=0x7e,0x7d,0x7b,0x77,0x6f,0x5f;sbit ir=P32; /紅外端口定義uchar irtime; /定時(shí)器計(jì)數(shù)次數(shù)uchar irdata33; / 引導(dǎo)碼 客戶嗎12 操作碼12 uchar bitnum; /標(biāo)志位uchar startflag; /紅外接收頭識(shí)別客戶碼開始標(biāo)志位uchar k_flag; /按鍵順序標(biāo)志位uchar ir_ok; /紅外識(shí)別標(biāo)志位uchar i

36、rcode4;/數(shù)組 儲(chǔ)存接收數(shù)值uchar ir_pros_ok; /紅外處理完成標(biāo)志位/uchar disnum5;sbit P10 = P10; /定義發(fā)光二極管LED端口做指示燈sbit P11 = P11; sbit P12 = P12; sbit P13 = P13; sbit P14 = P14; sbit P15 = P15; sbit P16 = P16; sbit P17 = P17; #define M_EN1 M_ENA=1;M_IN1=0;M_IN2=1 /電機(jī)控制 正轉(zhuǎn)定義#define M_EN2 M_ENA=1;M_IN1=1;M_IN2=0 /電機(jī)控制 反轉(zhuǎn)定

37、義#define M_DIS M_ENA=0;/電機(jī)控制 停止定義bit Start_flag=0;/電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)標(biāo)志位bit Stop_flag=0; /電機(jī)停止標(biāo)志位bit dirflag=0; /方向標(biāo)志位sbit M_ENA=P24; /電機(jī)端口定義sbit M_IN1=P23;sbit M_IN2=P22;uchar PWM_ON; /全局變量uchar timer_num=0; /全局變量void timer0init() /定時(shí)器0初始化 /256*12*(1/12)=0.256ms 每中斷一次需要的時(shí)間TMOD=0x12; /定時(shí)器初始化TH0=0x00; /定時(shí)器1工作方式1TL

38、0=0x00; /定時(shí)器0工作方式2EA=1; /開總中斷ET0=1; /開定時(shí)器0中斷TR0=1; TH1=(65536-1000)/256; /設(shè)置處置TL1=(65536-1000)%256;ET1=1;/開定時(shí)器1中斷TR1=1; void delay(uint x) /延遲函數(shù)uint z,i;for(z=x;z>0;z-)for(i=120;i>0;i-);void ir_process() /0.56*2/256 = 4.37 紅外處理 解碼儲(chǔ)存uchar num_1,z,k,i;/局部變量定義z=1; for(i=0;i<4;i+)for(k=0;k<8

39、;k+) num_1=num_1>>1; /0.56+1.685=2.245/0.256 =8.76 0.56+0.56=1.12/0.256=4.375if(irdataz>6)num_1=num_1|0x80;z+;ircodei=num_1;ir_pros_ok=1;void didi()/蜂鳴器beep=0;delay(150);beep=1;void ir_display(void)/執(zhí)行處理部分 if(ircode2=0x0c)&&(Start_flag=0)&&(Stop_flag=0) /取操作碼 作數(shù)字開關(guān) 開啟電機(jī)didi(

40、); /按鍵檢測(cè)Start_flag=1;PWM_ON=0;Stop_flag=0;P10=0;P11=1;P12=1;P13=1; P14=1;P15=1;else if(ircode2=0x18)&&Start_flag)/關(guān)閉電機(jī)didi();Start_flag=0;Stop_flag=0;k_flag=0;P10=1;P11=1;P12=1;P13=1;P14=1;P15=1;else if(ircode2=0x5e)&&Start_flag) /電機(jī)正轉(zhuǎn) 默認(rèn)一檔調(diào)速didi(); dirflag=0;Stop_flag=1;k_flag=1;PWM_ON=1;P10=0;P11=0;P12=1;P13=1;P14=1;P15=1;else if(ircode2=0x08)&&Start_flag) /電機(jī)反轉(zhuǎn)默認(rèn)一檔調(diào)速didi();dirflag=1;k_flag=1;Stop_flag=1;PWM_ON=1;P10=0;P11=1;P12=0;P13=1;P14=1;P15=1; else if(ircode2=0x1c)