红外遥控直流电动机控制器的设计文档.doc

江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 1 页 共 57 页 红外遥控直流电动机控制器的设计绪论随着无线遥控技术的发展，特别是采用了先进的数字处理技术之后，工业无线遥控系统的运用范围更为广泛，安全性能也得到日益完善无论在农业、林业、建筑业、载重运输行业或者工业领域，无线遥控技术的运用在满足各项工作、各类要求时，能够更加灵活、安全并且经济有效的完成从红外线向高频电磁波射频信号发展，遥控器用时就可以不用再考虑电器的位置和遥控器的指向等问题了由于直流电动机在快速性、可控性、可靠性、体积小、重量轻、节能、效率高、耐受环境和经济性等方面具有明显的优势，故在当今国民经济各个领域，如玩具，医疗器械、仪器仪表、汽车、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用日益普及，以往数控机床系统均采用直流电动机虽然当前交流电动机有逐渐取代直流电动机之势，但直流电动机仍被采用，并且已用于数控机床上的大量直流电机驱动系统还需要维护，因此了解直流电机驱动仍是很有必要的本设计采用了单片机，用单片机进行对电动机的控制是可编程的当需要进行复杂而精细的信息处理时，仅仅采用硬件所构成的系统往往相当复杂，而采用单片机控制却十分简单本设计结合无线遥控，通过设计单片机对直流电机的控制来增强对单片机和直流电机的掌握学习。

江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 2 页 共 57 页 第 1 章 系统性能分析红外遥控直流电机控制系统包括硬件和软件两大部分硬件由单片机控制电路、红外接收电路、键盘电路、驱动电路、测速电路等构成软件部分包括主函数功能模块、外部中断功能模块、定时器中断功能模块、外部中断初始化功能模块、定时器初始化功能模块、键盘模块、红外码值处理功能模块、延时功能模块程序开始是对单片机进行初始化设置，循环扫描判断是否有按键按下，如果有按键按下就发射相应的红外信号接收器通过中断接收遥控信号，通过延时判断是否有开始脉冲，如果有开始脉冲就接收脉冲序列，根据脉冲序列判断需要执行的程序，最终完成相应的功能1.1 主要技术指标及设计要求1.1.1 主要功能与技术指标1、主要功能(1) 直流电动机可在红外遥控器的控制下实行正反转2) 五个档的调速3) 实时监控显示电机转速2、技术指标(1) 发射接收角：水平最大 90° (2) 最大遥控距离： 2 m (3) 电机控制系统停止输出电压：0V1.1.2 设计成果要求1、完成电路原理图的设计，完成电路板的制作2、编写程序，学会使用仿真机调试程序。

3、完成直流电动机的速度测试，调速等整机的安装与调试4、能用红外遥控器控制直流电动机的启停、正反转、调速江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 3 页 共 57 页 5、 写出毕业设计论文1.2 红外遥控直流电动机控制器组成红外遥控直流电动机控制器是利用红外遥控器对直流电动机运行参数进行设定，包括直流电机启动、停止、正、反转以及转速的设置，同时实行监控电动机的转速并进行显示具有较好的应用性此系统结构简单，运行可靠，显示准确整个调速装置是采用 PWM 脉宽调制，测速装置是由光电检测开关实现具体的硬件框图如下：单片机红外线遥控器 红外线接收器键盘电路启停 、 正反转 、转速驱动电路直流电动机测速电路显示电路图 1-1 硬件电路图设计方案下面对框图做逐一说明：1、红外遥控器发出红外信号，从而实现对直流电动机的运行参数进行设定2、红外接收器接收红外遥控器发出的红外信号，传输给单片机系统3、单片机 89C51本设计采用单片机 89C51 为控制器件，对红外线发射脉冲进行编码、接收译码，从而实现对直流电动机的启停、正反转及转速进行控制4、键盘电路按键相对应控制直流电动机的功能5、启停、正反转、转速驱动电路让单片机接收电机的目标状态，由软件实现。

江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 4 页 共 57 页 6、直流电动机是本次设计的控制目标7、测速电路采用光电传感器测量电动机的转速，并将信号送给单片机，最终显示在数码管上8、显示电路可以直观的反映电动机的转速，动态显示出电动机转速的变化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，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也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，采用红外线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，尤其是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重要的作用直流电动机在快速性、可控性、可靠性、体积小、重量轻、节能、效率高、耐受环境和经济性等方面具有明显的优势，故在当今国民经济各个领域，如玩具，医疗器械、仪器仪表、汽车、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用日益普及，以往数控机床系统均采用直流电动机。

虽然当前交流电动机有逐渐取代直流电动机之势，但直流电动机仍被采用，并且已用于数控机床上的大量直流电机驱动系统还需要维护，因此了解直流电机驱动仍是很有必要的由于本设计采用了单片机，用单片机进行对电动机的控制是可编程的当需要进行复杂而精细的信息处理时，仅仅采用硬件所构成的系统往往相当复杂，而采用单片机控制却十分简单本设计结合无线遥控，通过设计单片机对直流电机的控制来增强对单片机和直流电机的掌握学习江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 5 页 共 57 页 第 2 章 关键器件的介绍2.1 AT89C51 单片机2.1.1 AT89C51 单片机简介AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。

AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 [6]图 2-1 AT89C51 与 AT89C20512.1.2 AT89C51 单片机特性·与 MCS-51 兼容 ·4K 字节可编程闪烁存储器·寿命：1000 写/擦循环 ·数据保留时间：10 年·三级程序存储器锁定 ·128*8 位内部 RAM江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 6 页 共 57 页 ·32 位可编程 I/O 线 ·两个 16 位定时器/计数器·5 个中断源 ·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路 [5]2.1.3 芯片擦除整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU 停止工作但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止 [5] 2.2 直流电动机2.2.1 直流电动机定 义 输 出 或 输 入 为 直 流 电 能 的 旋 转 电 机 ， 称 为 直 流 电 机 ， 它是 能 实 现 直 流 电 能 和 机 械 能 互 相 转 换 的 电 机 当 它 作 电 动 机 运行 时 是 直 流 电 动 机 ， 将 电 能 转 换 为 机 械 能 ； 作 发 电 机 运 行 时 是直 流 发 电 机 ， 将 机 械 能 转 换 为 电 能 图 2-2 直流电动机2.2.2 直流电动机的结构直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 7 页 共 57 页 1、定子(1) 主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。

主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成铁心一般用 0.5mm～1.5mm 厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上整个主磁极用螺钉固定在机座上 (2) 换向极换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成，如所示换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等3) 机座电机定子的外壳称为机座机座的作用有两个：一是用来固定主磁极、换主磁极的结构向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成 (4) 电刷装置电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成 [1]2、转子(电枢) (1) 电枢铁心 电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。

一般电枢铁心采用由0.5mm 厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成(冲片的形状如下图所示)，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗叠成的铁心固定在转轴或转子支架上铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组2) 电枢绕组电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件，所以叫电枢它是由许多线圈(以下称元件)按一定规律连接而成，线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以及上、下两层线圈边之间都必须妥善绝缘为防止离心力将线圈边江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第 8 页 共 57 页 甩出槽外，槽口用槽楔固定，线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎3) 换向器在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘4) 转轴 转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成 [1]。

2.2.3 直流电动机的控制原理给两个电刷加上直流电源，如图 2-3(a)所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈 abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体 ab 和 cd 受到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的。