明技术学院机械工程系

黎明技術學院機械工程系專題製作報告紅外線控制馬達驅動器指導老師：鐘世明組員：陳俊儒許家豪余俊男張舜皇中華民國九十二年十二月摘要直流馬達在我們的日常生活中蠻常見的，我們主要是以直流電馬達當做我們這一台紅外線控制驅動馬達。本次的專題主要在設計及製作紅外線發射及接收器，紅外線發射器的每一個鍵在都會對應一個碼並以串列的方式輸出，而這串列資料再經紅外線發射二極體送出便完成發射的動作了，在這裡使用4個按鍵控制兩組馬達的正反轉。我們則將其按鍵另外接到自返開關，操作較為方便且具人性化設計。接收電路方面是一個紅外線接收器，它在接收到的串列資料會產生一個對應的輸出腳，這個輸出就是控制馬達的信號；而馬達的正反轉是由四個電晶體的導通與截止(電晶體在這裡當開關使用)馬達的輸入電壓方向使之產生正反轉的動作。I謝詞在這一年來，在我們製作專題時，我們每每遇到困難，老師總是不厭其煩的為我們點破迷津，非常有耐心的和我們討論著錯誤；當然在我們同組的同學也非常的互相體諒、幫忙，大家無不分工合作，聞道有先後，術業有專攻，這二句話在我們這組發揮的淋漓盡致，對電路板有興趣、有了解的，就專攻那一項，對機構有概念的就負責設計車體架構，大家在努力了一年，也小有成績。這一次的專題製作讓我們學到了很多新的東西，是機械系所學不精的；以前電子、電機實習，只是插個幾條線，了解一些電子配線的原理而已，而在專題製作裡，真的讓我們了解世界是多麼奇妙的。期待大家在畢業後，在專題製作裡所學到的東西，能有多少些許的幫助。II目錄摘要……………………………………………………Ⅰ謝詞……………………………………………………Ⅱ目錄……………………………………………………III第一章簡介……………………………………………11-1紅外線…………………………………………………………11-1馬達……………………………………………………………11-2-1直流馬達………………………………………………21-2-2步進馬達………………………………………………2第二章系統設計及分析………………………………32-1製作理念…………………………………………………………32-2系統功能…………………………………………………………42-2-1發射模組…………………………………………………62-2-2接收模組…………………………………………………72-2-3驅動電路…………………………………………………9第三章系統設計及分系統製作……………………113-1製作步驟………………………………………………………113-2紅外線馬達驅動器說明………………………………………123-3系統製作流程…………………………………………………15III3-4測試方法………………………………………………………163-5工作時間表及工作分配表……………………………………17第四章結果與討論…………………………………184-1結果……………………………………………………………184-2討論……………………………………………………………20第五章未來發展……………………………………22參考文獻………………………………………………23附錄一…………………………………………………24IV圖表目錄圖一、系統架構………………………………………………………4圖二、驅動流程步驟…………………………………………………5圖三、PT2248發射電路圖……………………………………………7圖四、PT2249A紅外線接收電路……………………………………9圖五、馬達驅動電路圖………………………………………………10圖六、紅外線發射器…………………………………………………12圖七、馬達直接驅動車輪及接收……………………………………13圖八、馬達直接風扇驅動及接收器…………………………………14圖九、紅外線直接驅動馬達實體俯視圖……………………………18圖十、紅外線直接驅動馬達實體正視圖……………………………19圖十一、紅外線發射器實體圖………………………………………19圖十二、紅外線發射器電路配線圖…………………………………20表一、PT2248和PT2249A位元組合碼………………………………8表二馬達正反轉說明…………………………………………………10V第一章簡介在日常生活上，很多東西是由光所控制、感應的，比如像是電視機的搖控器、無線滑鼠、和現在較為流行的紅外線熱能感測器也是由光所去感應的；在上述所講的，都是以紅外線為主的控制感應；以下是紅外線的簡介，讓我們對紅外線先有一個初步的了解。1-1紅外線紅外線(1)在光譜上通常以超過可見光區的最長波-紅光，波長約0.75μm(750nm)之後的不可見光稱為紅外線。一般在日常生活中看到的通常是近紅外線，波長在0.75μm到25μm之間。目前無線電波和微波已被廣泛地應用在長距離的無線通訊之中，但由於紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以更適合應用在需要短距離無線通訊的場合，進行點對點直線數據傳輸。因為它的成本低廉、連接方便、簡單易用，因此在小型的移動設備中獲得了廣泛的應用。1-2馬達馬達的種類有很多種，在這裡我們舉例了直流馬達和步進馬達來做個簡單的說明。-1-1-2-1直流馬達直流馬達是日常生活中常見的馬達之一，而大部分的人對其結構也較為了解，小如四驅車的馬達，大到鋼鐵工廠的輾壓機皆為其使用之範疇；而其驅動的模式也非常的簡單，因此在早期的工業界中廣受歡迎，其穩定且簡單的控制效能，所以仍有不可取代之處。1-2-2步進馬達步進馬達(2)不同於直流馬達。其因為在低轉速與靜止時會有高的轉矩值，正反轉的響應良好，及旋轉角度和輸入的脈波數成正比角度誤差小的特性，因此使用開迴路控制，即可達成閉迴路控制高精確角度及高精度定位的需求。步進馬達可能除繁雜的機械結構，使物品小形化、響應快，應用於定速運動、變形運動、角度控制或位置控制的場合在本次的專題我們著重在紅外線控制，使用了紅外線遙控和直流馬達做為發射與驅動的主要元件；紅外線具有經濟效應且不易受日光干擾、發光距離又長；直流馬達耗電小，且體積重量小，並不會對馬達驅動器有著太大的重量負荷，而影響行走。-2-第二章系統設計及分析2-1製作理念原先我們是朝著自走車的理念，藉由步進馬達以七段顯示器來測定它的運動，前進或後退皆可由七段顯示器看出，但自走車較為普遍，因此我們加上紅外線控制，可從遠端控制，讓自走車更加完美，但由於步進馬達的控制較於複雜，速度未如預期中的快速，且步進馬達本身也比其它馬達大和重，也需要較大的電流才能驅動。因此我們才選擇了直流馬達來取代步進馬達，它不但所需的空間較小，讓車體看起來較小、較迷你化；且也只需要較小的電流就可以驅動，速度也比步進馬達快！起初的構思則是以前玩的四驅車，其實自走車與四驅車的驅動方非常相近，只是四驅車是藉由齒輪來四輪驅動，而我們則是以PT2248、LED紅外線發射，RPM6938和PT2249A接收，進而傳送指令使馬達轉動帶動自走車。在使用一般的直流馬達發現，轉速真的很高，可是扭力不足，無法帶動車體，甚至連用手指頭輕輕一碰就壓住了，所以我們改用了改裝後的直流馬達，可是變不能動了，研判可能是馬達上的電容太小，在更換大電容時，還是不動，在詳細研究了電路電氣條件後，才擬出了一個結論，電晶體放大的電流不夠帶動新更換馬達；在經過討論研究之後，大家嘗試將馬達架高，裝上螺旋槳，使螺旋槳吸入大量空氣而-3-將自走車往前推進。2-2系統功能系統架構見圖1，其驅動流程步驟見圖2。圖1系統架構RPM6938(4)(1)操作按扭(2)紅外線控制發射器PT2248(3)發光二極體IRLED(4)光感應器RPM6938-4-(5)紅外線控制接收器PT2249A(6)直流馬達(7)電池座(8)振盪器(9)馬達驅動器發射訊號接收訊號轉向判斷轉向控制NOYES結束成功開始圖2驅動流程步驟-5-在按下驅動按鍵後，經由PT2248發射訊號至振盪器，振盪器所振盪出的電波來指示IRLED發光發射紅外線波，在RPM6938接收到訊號後，將指示的光波指令交由PT2249A將指令執行運轉馬達轉向。本系統包含發射模組、接收模組及驅動電路等三部份，分別詳述如下：2-2-1發射模組運用按鍵式按鈕，藉由按鍵的方式將此訊號傳給PT2248，好讓PT2248將此訊號轉成脈波，經由震盪再藉由IRLED紅外線發射器發射此訊號。PT2248(3)是一個CMOS紅外線遙控發射器，它有18種功能及75個指令可供使用，單擊或是連續按鍵皆可，也有組合鍵的功能。可應用於電視、錄放影機的遙控。PT2248之特性：1.低功率消耗。2.寬電源供應範圍，Vcc=2.2~5.0V。3.最多6鍵組合。4.需較少外接元件。5.RC共振當作振盪步率來源。-6-圖3PT2248發射電路圖圖3是PT2248發射電路圖，它是以四個按鈕來控制發射訊號。2-2-2接收模組我們選用RPM6938接收發射器的訊號，藉由PT2249A來控制兩顆馬達，並驅動馬達的正反走向。PT2249A(4)序列碼的一位元是內部高電位，所以預設值為＂1＂，因此PT2248位元碼C1必須為＂1＂。PT2249A序列碼位元C2及C3可以規劃如下：(1)＂0＂，＂0＂(2)＂0＂，＂1＂(3)＂1＂，＂0＂(4)＂1＂，＂1＂設定PT2248位元碼為＂1＂的方法為將T1~T3接腳接上二極體。設定PT2248位元碼為＂0＂的方法為將T1~T3接腳浮接上二極-7-體。表一：PT2248和PT2249A位元組合碼PT2248PT2249ASeriesC1C2C3C2C310000101011101011111例如：當PT2248位元碼C1=1,C2=1,C3=0時，PT2249ACODE2接腳必須浮接，而CODE3接腳必須接地。在接收器部份要注意的就有：(1)是否能排除外來散射光。(2)光路徑的正確性。因為在白天或多或少會受到光線的影響，而影響接收器的正確收訊功能。-8-圖4PT2249A紅外線接收電路圖2-2-3驅動電路我們選用1.5伏特的3號或4號電池，經由4顆的串連並以自走車接收到的訊號，依據發射訊號的指令來控制兩顆馬達，驅使馬達的正、反轉，以達到向前走，向後走或左右轉向。一般直流馬達有兩個線端，一為正端，一為負端，只要在兩線端輸入額定的直流電壓，便可使馬達轉動，若輸入電壓極性反接，則可使馬達轉動，若輸入電壓極興反接，則可使馬達逆轉。圖5則是PT2249A驅動馬達之電路圖，在馬達旁所顯示的數字則代表著正轉反轉的通電電路，如在M1馬達上，假設要M1馬達正-9-轉的話，即1和2＇通電，如要M1馬達反轉的話，則是2和1＇通電;相對的，若要M2馬達正轉，則是3和4＇通電，而要M2馬達反轉，即是4＇和3通電，見表二。表二馬達正反轉說明M1正轉12＇反轉21＇M2正轉43＇反轉34＇圖5馬達驅動電路圖-10-第三章系統製作3-1製作步驟(1)準備好紅外線發射器和接收器之相關電料，並選擇適當的工具作為焊接之用。(2)將所有的電料在電路板上擺設好位置，盡量能以方便焊、不跳線為原則，讓電路板背後的通芯線較不混雜，也較不容易勾到線。(3)先將電阻與IC之腳座焊在電路板上(在此我們選擇PT2248與PT2249A作為發射器與接收器之用)；為了防止IC再焊接時被燒壞以及日後替換上的方便，則是使用腳座來解決此類的問題。(4)此時再將電晶體、二極體、震盪器與LED紅外線發射器、RPM6938接收器焊上；由於上述的電料再焊接時較容易燒壞，因此則是放到最後再焊上電路板，並且再焊接時，盡量不要將烙鐵再同一點上放的太久，以防止電料過熱而燒壞。(5)焊接時，不同的區塊盡量能以不同顏色的通芯線作為區分，例如：正極是以紅色作為區分，負極是以黑色的線作為區分…等，以方便日後檢查電路時是否有誤。(6)銲錫不要放的太多，適中就好，以防止短路、假焊或接觸不良。(7)在焊IC之腳座時、最好在腳座旁標示正負極,腳位才較不容易看錯、焊錯。-11-(8)電晶體有E、B、C之腳位,在焊電晶體時，最好在電路板上著名E、B、C之腳位，以防止焊錯；LED紅