机电研102-基于51单片机的红外遥控电动机转速控制

基于51单片机的红外遥控电动机转速控制一题目来源根据已有期刊上的一篇论文进行改编自行设计，并将现有的技术应用到敞篷轿车遮阳窗自动调节实现遮阳的功能。二课题要求与目的单片机具有体积小、速度快、性能可靠和价格低廉等优点，通常在其外部配置外围电路就可构成一完整的控制系统。红外遥控具有抗干扰能力强响应速度快，功耗低等众多优。目前，基于单片机控制的红外遥控技术已广泛应用于家用电器、智能玩具和工业控制等众多领域，给人们的生产和生活带来极大的方便。本文设计的以STC-51单片机为核心的红外遥控电机调速系统具有硬件电路简单成本低廉,软件编写较容易,用电机带动相应的驱动机构后便是一实用性极强的调速控制系统。将单片机与红外遥控技术相结合，设计一套红外遥控单相电机调压调速装置，包括设计发射电路及软件编写，接收器电路及软件编写。另外，电动机转速设置为7档。三课题电路原理设计1器件的选型1）固态继电器SSR固态继电器（SolidStateRelay,缩写SSR），是由微电子电路，分立电子器件电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件，因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置无限制，具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳，输入功率小，灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好，噪声低和工作频率高等特点。目前已广泛应用于计算机外围接口设备，调温、调速、调光、电机控制、电炉加温控制、电力石化、医疗器械、金融设备、煤碳、仪器仪表、交通信号等领域。2）红外接收器NJL41H38NJL41H38的中心频率为38KHz的一体化红外接收器，有3个引脚，其中一个脚为TTL电平输出，2脚为地线，3脚为电源端。NJL41H38只能接收调制成38KHz的信号，并且只响应脉冲调制信号，不响应连续调制信号。脉冲宽度范围为400µs～20ms。因此，发射端的发射信号必须是脉冲信号。2红外遥控发射电路红外遥控主要包括单片机控制系统、红外发射电路、键盘三个部分。红外线发射电路将要发射的数字信号调制到38KHZ的载波上，通过红外线发射管发射出去。电路如图1所示。其中按键S1～S7分别对应电动机的7档调速，P2.0输出欲发射的调制信号。图1红外遥控发射电路原理图3接收系统与调速系统电动机的调压调速是指通过改变加在电动机上的电压来实现的。接收与调速系统电路如图2所示。图2接收与调速电路单片机的并口P1.7控制固态继电器K的通断，进而控制电动机电源的通断。在50Hz的正弦交流的半个周期内，如果电动机断电与通电的时间间隔分别为t1ms与t2ms，则t1+t2=10ms.每当电源电压过零时，单片机产生一个中断，在服务程序中，控制继电器断开t1ms，再导通t2ms.正半周与负半周一样。对于7个转速档，t1分别为0ms、2ms、4ms、5ms、6ms、8ms、10ms.当t1=0ms时电动机的转速最大，t1=10ms时电动机停止。过零检测电路由比较器µA741和非门电路组成，用于识别电源电压的的过零位，保证单片机对电动机电源的控制信号与电动机电源保持同步，即保证每次t1的起始时间都在电源刚刚过零点时。当电源电压由正半周到负半周过零时，比较器由1到0跳变，在外部中断0处产生一次中断申请；而当电源电压由负半周到正半周过零时，比较器由0到1跳变，经非门电路在外中断1处产生一次中断请求。四单片机选型MCS51系列单片机是目前国内实用最广泛的一种单片机型，它以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业控制和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域的主流。全球各单片机厂商在MCS51内核基础上，派生了大量的51内核系列单片机，极大地丰富了MCS51的种群。其中宏晶科技公司推出了STC89系列单片机，增加了大量的新功能．提高了5l的性能，是MCS51家族种的佼佼者。本次设计采用STC89C51单片机。STC89C51系列单片机是MCS5l系列单片机的派生产品。它们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容,12时钟／机器周期和6时钟，机器周期可反复设置。它的主要特点有：1．增强型6时钟／机器周期，12时钟／机器周期8051CPU；2．工作电压：5.5v一3.4v(5v单片机)；3．工作频率范围：0一40MHz，相当于普通8051的0一80MHz，实际频率可达48MHz；4．用户应用程序空间4K字节；5．片上集成512字节／1280字节RAM：6．EEPROM功能；7．看门狗；8．共有3个16位定时器，计数器；9．外部中断2路,下降沿中断或低电平触发中断;10．通用异步串行口；11．工作温度范围：-40一+85C；12．封装：PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。选用STC单片机的主要理由是可以降低成本、提升性能、原有程序可直接使用，硬件无需改动。STC89系列单片机内部Flash擦写次数为100000次以上，且在出厂时就已经完全加密，无法解密。用户程序下载方便，可以直接用STC提供的下载工具下载程序，也可利用通用编程器。四课题软件编程1发射器软件编程1）发射的脉冲信号由于发射端的发射信号必须是脉冲信号，故规定占空比为1/4的脉冲用数字0表示，占空比为3/4的脉冲用数字1表示，每个数字的周期为4ms。电动机的7档转速对应的发送端的数据采用3位编码方式，如表1所示。表1发送端的数据编码编码按键功能0011键1档转速（全速）0102键2档转速0113键3档转速1004键4档转速1015键5档转速1106键6档转速1117键7档转速（停止）一个数据帧共5位数据，每帧数据的格式为：起始位0数据位的低位数据位的中间未数据位的高位终止位1当发送端无键按下时处于空闲状态，空闲状态时一直发送数字1.一旦有键按下，便发送一帧数据。2）发送端的程序流程图（a）主程序（b）显示程序（c）键盘处理程序（d）定时器0中断服务程序图3发送端的程序流程图发送端的程序流程图如图3所示。发送端由定时器0定时溢出产生中断，在中断服务程序中发送数据。中断周期为0.5ms，每4ms即8个定时器溢出周期发送1位数字。对于数字0，在4ms内通过P2.0输出00000011；对于数字1，在4ms内通过P2.0输出00111111。1帧数据有5位脉冲数字，因而发送1帧数据要20ms，共40个定时器溢出周期。键号存储在片内RAM50H单元，定时器0中断的次数存储在RAM51H单元，片内RAM20H~RAM24H单元对应的40个可寻址位00H~27H,分别对应40个定时器0一处周期通过P2.0所输出的数据。可寻址位28H作为有键按下与否的标志位，该位为0表示没有键按下，此时输出空闲帧状态，可以接受按键；该位为1时表示正在发生数据帧，不扫描键盘，拒绝接受按键信息，直到当前数据帧发送完。每发送完数据帧后，将按键标志位28H置0，此时可接受新的按键。2接收器软件编程接收端的程序包括主程序和中断服务程序。1）主程序编程当主程序中检测到P0.1有负跳变，并延时4ms后再检测P0.1，若为0，则说明接收到信号为0；否则，则说明接收信号为1。如前所述，对应发射端不同的键按下，约定t1分别取值0ms、2ms、4ms、5ms、6ms、8ms、10ms。主程序在“发送3位数据”程序段中，按照这一约定设置20个可寻址位00H~13H控制t1和t2的时间数值。流程图如图4所示。图4接收端主程序流程图2）中断服务程序编程外部中断是电源过零时向单片机提出的外部中断。在中断服务程序0中完成如下内容：令定时器0的定时周期为0.5ms。交流电的半周期为10ms，为20次定时器溢出。定时器每次溢出时设置固态继电器的状态，由20个可寻址位00H～13H的内容分别表示对应的定时器溢出时的固态继电器的状态。00H～13H的内容由主程序接收到的有效数据帧设置。中断服务程序1完成与中断服务程序0完成的内容相同，所以在执行中断服务程序1时，可以直接转到中断服务程序0中。