紅外遙控直流電動機(jī)控制器

【摘要】紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，是目前使用廣泛的一種近距離無線通信和遙控方式。主要介紹了紅外遙控器對直流電動機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，包括直流電機(jī)啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速的設(shè)置，同時實(shí)時監(jiān)控電動機(jī)的轉(zhuǎn)速并顯示，以紅外線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)遙控功能。

【關(guān)鍵詞】紅外遙控；直流電動機(jī)；單片機(jī)；驅(qū)動器

1.引言

隨著無線遙控技術(shù)的發(fā)展，特別是采用了先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)之后，工業(yè)無線遙控系統(tǒng)的運(yùn)用范圍更為廣泛，安全性能也得到日益完善。從紅外線向高頻電磁波射頻信號發(fā)展，遙控器用時就可以不用再考慮電器的位置和遙控器的指向等問題了。由于直流電動機(jī)在快速性、可控性、可靠性、體積小、重量輕、節(jié)能、效率高、耐受環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面具有明顯的優(yōu)勢，故在當(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域應(yīng)用日益普及，以往數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)均采用直流電動機(jī)。當(dāng)需要進(jìn)行復(fù)雜而精細(xì)的信息處理時，僅僅采用硬件所構(gòu)成的系統(tǒng)往往相當(dāng)復(fù)雜，而采用單片機(jī)控制卻十分簡單。本設(shè)計結(jié)合無線遙控，通過設(shè)計單片機(jī)對直流電機(jī)的控制來增強(qiáng)對單片機(jī)和直流電機(jī)的結(jié)合。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

紅外遙控直流電動機(jī)控制器是利用紅外遙控器對直流電動機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，包括直流電機(jī)啟動、停止、正、反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速的設(shè)置，同時實(shí)行監(jiān)控電動機(jī)的轉(zhuǎn)速并進(jìn)行顯示，具有較好的應(yīng)用性。整個調(diào)速裝置是采用PWM脈寬調(diào)制，測速裝置是由光電檢測開關(guān)實(shí)現(xiàn)。具體的硬件框圖如圖1所示：

圖1 硬件電路圖設(shè)計

（1）紅外遙控器

發(fā)出紅外信號，從而實(shí)現(xiàn)對直流電動機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

（2）紅外接收器

接收紅外遙控器發(fā)出的紅外信號，傳輸給單片機(jī)系統(tǒng)。

（3）單片機(jī)89C51

采用單片機(jī)89C51為控制器件，對紅外線發(fā)射脈沖進(jìn)行編碼、接收譯碼，從而實(shí)現(xiàn)對直流電動機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

（4）鍵盤電路

按鍵相對應(yīng)控制直流電動機(jī)的功能。

（5）啟停、正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速驅(qū)動電路

讓單片機(jī)接收電機(jī)的目標(biāo)狀態(tài)，由軟件實(shí)現(xiàn)。

（6）直流電動機(jī)

是本次設(shè)計的控制目標(biāo)。

（7）測速電路

采用光電傳感器測量電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將信號送給單片機(jī)，最終顯示在數(shù)碼管上。

（8）顯示電路

可以直觀的反映電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，動態(tài)顯示出電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。

3.信號的發(fā)射與接收

發(fā)射器發(fā)出的紅外線信號，由紅外頭接收，處理后獲得方波信號，再由單片機(jī)產(chǎn)生控制電機(jī)的相關(guān)信號，送至單片機(jī)。紅外線接收器輸出波形見圖2所示。

圖2 輸出波形圖

圖3 軟件程序結(jié)構(gòu)

紅外線接收器輸出波形分析：當(dāng)紅外接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第1位碼的下降沿觸發(fā)外部中斷INT0，實(shí)時接收數(shù)據(jù)幀，并對第1位（3起始位）碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。若第1位低電平碼的脈寬小于2ms，將作為錯誤幀處理。當(dāng)間隔位的高電平脈沖寬大于3ms時，結(jié)束接收。然后根據(jù)累加器A中的脈沖數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的功能操作。

光電傳感器是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。

由振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖經(jīng)反射電路后，由發(fā)光管GL輻射出光脈沖。當(dāng)被測物體進(jìn)入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進(jìn)入光敏三極管DU。并在接收電路中將光脈沖解調(diào)為電脈沖信號，再經(jīng)放大器放大和同步選通整形，然后用數(shù)字積分或RC積分方式排除干擾，最后經(jīng)延時（或不延時）觸發(fā)驅(qū)動器輸出光電開關(guān)控制信號。

4.軟件設(shè)計

軟件程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。程序結(jié)構(gòu)主要分成7個模塊，分別是主程序模塊、紅外解碼模塊、調(diào)速模塊、測速模塊、顯示模塊等。

紅外遙控直流電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)啟動、停止、正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速的控制，同時實(shí)行監(jiān)測電動機(jī)的轉(zhuǎn)速并進(jìn)行顯示。首先要對單片機(jī)進(jìn)行初始化程序。循環(huán)掃描是否有按鍵按下，如果有按鍵按下發(fā)射相應(yīng)的紅外信號接收器通過中斷接收遙控信號，通過延時判斷是否有開始脈沖，如果有開始脈沖就接收脈沖序列，根據(jù)脈沖序列判斷需要執(zhí)行的程序，最終完成相應(yīng)的功能。

遙控信號發(fā)射器用來產(chǎn)生遙控編碼脈沖，驅(qū)動紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號，遙控接收頭完成對遙控信號的放大、檢波、整形、解調(diào)出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是一組組串行二進(jìn)制碼，對于一般的紅外遙控系統(tǒng)，此串行碼輸入到微控制器，由其內(nèi)部CPU完成對遙控指令解碼，并執(zhí)行相應(yīng)的遙控功能。

單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量完成，定時器T0作為內(nèi)部定時器，外部中斷來的時候讀取TH0，TL0，并同時清零TH0、TL0，使定時器再次循環(huán)計內(nèi)部脈沖。為數(shù)碼管能夠顯示出來，需將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，在將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為非壓縮BCD碼后，才能調(diào)用查表程序，最后送顯示。

紅外碼值處理程序即二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序，因?yàn)橛嬎愠绦蛴嬎愠鰜淼臄?shù)據(jù)為二進(jìn)制，存到cord、value單元中以便發(fā)送程序中調(diào)用傳送數(shù)據(jù)到計算機(jī)，計算機(jī)可識別二進(jìn)制，然而，我們需要在LED上顯示，查表程序需要拆分的BCD碼，所以二進(jìn)制必須先轉(zhuǎn)換成BCD后才能拆分。

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