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1、江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本科毕业设计（论文）基于红外遥控的电机控制 学院名称： 电气信息工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 07测控1W 姓 名： 曹 森 指导教师姓名： 刘素芬 指导教师职称： 讲师 2011年 6 月 基于红外遥控的电机控制摘要：为使电机调速系统具有操作简单、运行安全可靠和成本低等优点，设计以 AT89S51单片机为核心的红外遥控系统。系统由发射和接收以及测速三大部分组成。采用脉宽调制 ( PWM )技术对电机进行调速，通过红外发射模块和红外接收模块来实现远程控制。在
2、测试使用后，证明其方便、可靠并具有使用价值。关键词: 无线遥控;直流电机; 单片机;脉宽调制Electrical Machine Control Based on Infrared remote control ABSTRACT：To realize a simple, safe, reliable and low cost speed control system of motor, infrared remote control system is designed based on AT89S51 SCM. It consists of three major components of
3、 sending and receiving and speed measurement. Pulse width modulation technology (PWM) is used on motor speed. To realize remote control, infrared emission module and infrared receiving module is usd on the system. It proves that this system is convenient, reliable and practical after using it.Key wo
4、rds : wire less remote contro; DC motor ; sing lechip microcom puter ; pulse width modulation( PWM ) 目 录第一章 绪论11.1 课题的选题背景11.2 直流电机PWM调速原理1第二章 总体方案设计32.1 系统功能与框图32.2 设计方案42.2.1控制器选择42.2.2红外收发电路42.2.3测转速传感器模块52.2.4电机模块52.2.5电机驱动模块62.3最终方案6第三章 硬件电路的设计73.1 CPU模块设计73.2 红外接收电路93.3 按键电路93.4电机电路103.5霍尔测速电路
5、113.6 LCD转速显示电路12第四章 软件设计134.1 软件功能134.2 红外发射板程序分析134.3 红外接收板解码程序分析164.4 测速和显示子程序设计20第五章 系统的软硬件调试245.1 硬件调试245.1.1 上电前的调试245.1.2上电后的调试245.1.3 各模块调试245.2软硬件联调25总结与展望26参考文献27致 谢28附 录29附录1：实物图29附录2：硬件原理图30附录3：完整的软件程序30附录4 ：中英文翻译37 第一章 绪论1.1 课题的选题背景红外线遥控是目前使用广泛的一种通信和遥控手段，它不影响周边环境、不干扰其它电器设备；电路调试简单，只要按给定电
6、路连接无误，一般不需要任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控1。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗小、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、印象设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上夜纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下。采用红外遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件，更是工业生产中必不可少的器件，尤其在日常生活中发挥的作用也越来越大。而在电气时代的今天，电机在工农业生产、人们日常生活中亦起着十分钟要的作用2。随着计算机，
7、微电子技术的发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现，电动机的控制策略也发生了深刻的变化。电动机控制技术的发展得力于微电子技术，电力电子技术，传感器技术，永磁材料技术，微机应用技术的最新发展成就。变频技术和脉宽调制技术已成为电动机控制的主流技术。正是这些技术的进步使电动控制技术在近二十年内发生了很大的变化。其中，电动机控制策略的模拟实现正逐渐退出历史舞台，而采用微处理器，通用计算机，FPGA/CPLD，DSP控制器等现代手段构成的数字控制系统得到了迅速发展。电动机的驱动部分所采用的功率器件经历了几次的更新换代以后，速度更快，控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT逐渐成为主流。功率器件控
8、制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。其中，脉宽调制（PWM）方法，变频技术在直流调速和交流调速系统中得到了广泛应用。本次设计中电机的调速就是使用的PWM调速方法3。1.2 直流电机PWM调速原理所谓脉冲宽度调制是指用改变电机电枢电压接通与断开的时间的占空比来控制电机转速的方法，称为脉冲宽度调制(PWM)。对于直流电机调速系统，使用FPGA进行调速是极为方便的。其方法是通过改变电机电枢电压导通时间与通电时间的比值（即占空比）来控制电机速度。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律改变通、断电时间，即可让电机转速得到控制。设电机
9、永远接通电源时，其转速最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，则电机的平均速度为 Vd=VmaxD （1.1）式中，Vd电机的平均速度 Vmax电机全通时的速度（最大） D=t1/T占空比 平均速度Vd与占空比D的函数曲线，如图1-1所示。图1-1 平均速度和占空比的关系由图1-1可以看出，Vd与占空比D并不是完全线性关系（图中实线），理想情况下，可以将其近似地看成线性关系（图中虚线）。因此也就可以看成电机电枢电压Ua与占空比D成正比，改变占空比的大小即可控制电机的速度。由以上叙述可知：电机的转速与电机电枢电压成比例，而电机电枢电压与控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成比例，占空比
10、越大，电机转得越快，当占空比1时，电机转速最大4。第二章 总体方案设计2.1 系统功能与框图本系统是红外遥控控制电机的研制，主要通过自行设计的红外发射板和接收板来控制电机的起动、停止、正转、反转、加速、减速，并且通过LCD液晶显示出电机的转速。 硬件电路由红外发射电路、红外接收电路、霍尔测速电路、单片机最小系统、按键电路、LCD显示电路组成。本设计的一般框图如图2-1所示：单片机按键电路红外发射电路(a) 发射模块红外接收电路转速显示电路单片机电机驱动电路直流电机霍尔测速电路(b) 接收测速模块图2-1 系统框图2.2 设计方案为较好的实现各模块的功能，分别设计了几种方案并分别进行了论证。2.
11、2.1控制器选择 方案1：采用可编程逻辑期间CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑放弃了此方案。方案2：采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域。但是当凌阳单片机应用语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源
12、较多而使得凌阳单片机同时处理其它任务的速度和能力降低。本系统主要是采集温度以及对电机的控制。如果单纯的使用凌阳单片机，从系统的稳定性和编程的简洁性考虑，放弃了单纯使用凌阳单片机而考虑其它的方案。方案3：AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM）。采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元.,1288字节内部RAM，32个可编程I/O口线，2个16位定时/计数器，
13、6个中断源，低功耗空闲和掉电模式5。本系统主要结合已学知识，再加上实际应用方便、经济性，故选择了方案3。2.2.2红外收发电路方案1：采用专门的红外编解码芯片。优点：软件开销小，编解码芯片帮助软件完成很多工作。缺点：成本高，电路复杂。方案2：利用单片机内部定时器调制到38KHz红外信号，利用单片机外部中断进行解码。优点：成本低，电路简单。缺点：软件复杂，使用的中断资源多。但是本设计中，在红外发射和接受时，单片机并没有其他并发的任务需要执行，故选择方案2以简化电路设计。2.2.3测转速传感器模块方案1：用光敏电阻组成测速传感器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面
14、时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平6。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此考虑其他更加稳定的方案。方案2：用红外发射管和接收管自己制作光电对管测速传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此放弃了这个方案7。方案3：用槽开光电开关作为测速传感器，把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光
