网站原创本科生毕业设计(设计)
题目直流电机的遥控设计
专业电子信息科学与技术
院系物理与电子工程学院
学号
姓名
指导教师
答辩时间二○一○年五月
论文工作时间:2016年12月至2016年5月
论文题目来源:
国家自然科学基金项目
编号:
四川省自然科学研究项目
编号:
校级自然科学研究项目
编号:
直流电机的遥控设计
学生:
指导教师:
摘 要:无线遥控也越来越普及,如空调,电视的遥控等,将来遥控设计必定会有很大的发展空间.本设计采用了单片机对电动机进行无线控制,以红外线传输技术实现一定距离的遥控功能.系统由硬件和软件部分构成,硬件设计部分:无线遥控模块与单片机连接部分电路制作,直流电机驱动模块设计制作.其中遥控系统由发射,接收模块组成,通过用接口电路处理接收的遥控信息,整个设计采用ATMEL89C51单片机为核心,L298N作为驱动芯片来驱动直流电机,软件设计采用C51语言编程,利用主控程序实现对直流电机正转,反转,启动,停止四种运行状态的控制,经实验验证遥控距离可达5M以上.
关 键 词:遥控,直流电机,单片机,驱动器
DesignOfDCMotorRemoteControl
Undergraduate:Caohuali
Supervisor:Guoxin
Abstract:WiththeincreasinglyuseofDCmotors,thetechnologyofwirelessremotecontrolhasalsobeepopular,suchasremotecontrolforairconditioning,TVsetetc.Inthefuture,wirelessremotecontrolwouldplayanimportantroleinthefieldsofintelligentcontrol.Inthedesign,aninfraredtranissiontechnologyhasbeenappliedtocontrolaDCmotor.Thesystemconsistsofhardwareandsoftwaredesign.Hardwarecircuitsincludeawirelessremotecontrolmodule,SCMsystemandtheDCmotordrivermodule.Theremotecontrolsystemconsistsoftranitterandreceivermodules,byusingtheremotecontrolinterfacecircuitstoreceiveinformation.Beingitscore,theC51controlstheperformanceofsystem.AndL298NhasbeendesignedadriverchiptodriveDCmotors.Themaincontrolprogram,Clanguage,controlouroperationalstatesofthemotorincludingforward,reverse,startandstop.Ithasbeenprovedthatthedistanceofcontrolwouldexceed5metersinexperiment.
Keywords:DCmotor,SCM,DriverIC
目录
绪论1
1设计方案2
1.1系统框图设计2
1.2无线遥控的设计方案2
1.3驱动芯片的选择3
2硬件部分3
2.1直流电机3
2.1.1直流电机的定义3
2.1.2直流电机的结构3
2.1.3直流电动机的工作原理4
2.289C51单片机5
2.2.189C51单片机引脚功能5
2.3驱动芯片L298N7
2.3.1L298N功能7
2.3.2L298N的逻辑控制原理8
2.4无线遥控设计8
2.4.1PT2262/PT2272编码解码芯片原理简介8
2.4.2PT2262/PT2272的引脚说明9
2.4.3无线遥控器件10
2.5直流电机无线遥控的硬件部分10
2.5.1直流电机驱动模块10
3主控系统软件编程11
3.1整个设计的流程图11
3.2程序设计过程12
结论13
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两个电刷加上直流电源,如图(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,两段导体受到的力形成了一个转矩,使得转子逆时针转动.如果转子转到如图(b)所示的位置,电刷A和换向片2接触,电刷B和换向片1接触,直流电流从电刷A流入,在线圈中的流动方向是dcba,从电刷B流出此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定,它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动.这就是直流电机的工作原理.外加的电源是直流的,但由于电刷和换向片的作用,在线圈中流过的电流是交流的,其产生的转矩的方向却是不变的.线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针方向转动了.当线圈转到磁极的中性面上时,线圈中的电流等于零,电磁力等于零,但是由于惯性的作用,线圈继续转应用了"通电导体在磁场中受力的作用"的原理.励磁线圈两个端线同有相反方向的电流,使整个线圈产生绕轴的扭力,使线圈转动.当然,在实际的直流电动机中,也不只有一个线圈,而是有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中,当导体中通过电流,在磁场中因受力而转动,就带动整个转子旋转.这就是直流电动机的基本工作原理. VCC:供电电压.GND:接地. P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流.当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入.P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位.在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高. P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流.P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故.在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收. P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写"1"时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入.并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流.这是由于内部上拉的缘故.P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位.在给出地址"1"时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容.P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号. P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流.当P3口写入"1"后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入.作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故. P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口: 口管脚备选功能 P3.0RXD(串行输入口) P3.1TXD(串行输出口) P3.2/INT0(外部中断0) P3.3/INT1(外部中断1) P3.4T0(记时器0外部输入) P3.5T1(记时器1外部输入) P3.6/WR(外部数据存储器写选通) P3.7/RD(外部数据存储器读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号. RST:复位输入.当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间. ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节.在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲.在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6.因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的.然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲.如想禁止ALE的输出可在R8EH地址上置0.此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用.另外,该引脚被略微拉高.如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效. /PSEN:外部程序存储器的选通信号.在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效.但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现. /EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器.注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET,当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器.在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP). XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入. XTAL2:来自反向振荡器的输出.Vsen—-1—2V2.3.2L298N的逻辑控制原理L298N可驱动2个电机,OUTl,OUT2和OUT3,OUT4之间分别接2个电动机.5,7,10,12脚接输入控制电平,控制电机的正反转,ENA,ENB接控制使能端,控制电机的停转.INlIN3IN2IN4电机运行情况正转反转同IN2(IN4)INl(IN3)快速停止停止PT2272解码芯片有不同的后缀,表示不同的功能,有L4/M4/L6/M6之分,其中L表示锁存输出,数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态,直到下次遥控数据发生变化时改变.M表示非锁存输出,数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应,可以用于类似点动的控制.后缀的6和4表示有几路并行的控制通道,当采用4路并行数据时(PT2272-M4),对应的地址编码应该是8位,如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6),对应的地址编码应该是6位.
PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改:8位地址码和4位数据码,这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8脚为地址设定脚,有三种状态可供选择:悬空.接正电源.接地三种状态,3的8次方为6561,所以地址编码不重复度为6561组,只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同,才能配对使用,遥控模块的生产厂家为了便于生产管理,出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空,这样用户可以很方便选择各种编码状态,用户如果想改变地址编码,只要将PT2262和PT2272的1～8脚设PT2262的第1脚接地第5脚接正电源,其它引脚悬空,那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源,其它引脚悬空就能实现配对接收.当两者地址编码完全一致时,接收机对应的D1～D4端输出约4V互锁高电平控制信号,同时VT端也输出解码有效高电平信号.用户可将这些信号加一级放大,便可驱动继电器.功率三极管等进行负载遥控开关操纵.名称管脚说明A0-A111-8,10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为"0","1","f"(悬空)D0-D57-8,10-13数据输入端,有一个为"1"即有编码发出,内部下拉Vcc18电源正端(+)Vss9电源负端(-)TE14编码启动端,用于多数据的编码发射,低电平有效,OSC116振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率,OSC215振荡电阻振荡器输出端,Dout17编码输出端(正常时为低电平)名称管脚说明A0-A111-8,地址管脚,用于进行地址编码,可置为"0","1","f"(悬空),必须与2262一致,否则不解码D0-D57-8,地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换Vcc18电源正端(+)Vss9电源负端(-)DIN14数据信号输入端,来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC215振荡电阻振荡器输出端VT17解码有效确认输出端(常低)解码有效变成高电平(瞬态)无线四键遥控器+315MHZ接收头+SC2272-M4解码芯片+270K振荡电阻 技术指标:
表2-6无线遥控技术指标振荡方式SAW谐振工作电流≤9mA工作频率315MHz调制方式编码编码格式PT2262频率偏差±150kHz(max)
震荡电阻1.5M发射功率10mW
该遥控手柄性能优良,采用了SAW声表谐振原理和T工艺,同时采用了数字编码调制技术,具有抗干扰性强,性能稳定,高可靠性,无方向性,使用寿命长,功耗低,物美价廉等优点.编组码达214组之多,不会造成相互(邻居)之间的干扰.小巧玲珑,使用方便.每枚分A,B,C,D四键,可分别遥控四路(照明灯具)遥控墙壁开关.由于采用315MHz无线电发射频率,克服了红外线发射不能隔墙的缺点.遥控距离远,无方向性.接收头主要技术指标:通讯方式:调幅AM2.工作频率:315MHZ 3频率稳定度:±200KHZ 4接收灵敏度:-106DBM 5静态电流:≤5MA 6工作电流:≤5MA 7工作电压:DC5V 8输出方式:TTL电平 9尺寸:30x12x8毫米
负极DF接收模块的工作电压为5伏,静态电流4毫安,它为超再生接收电路,接收灵敏度为-105dbm,接收天线最好为25～30厘米的导线,最好能竖立起来.接收模块本身不带解码集成电路,因此接收电路仅是一种组件,只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用,这种设计有很多优点,它可以和种解码电路或者单片机配合,设计电路灵便.
图2-2L298N与AT89C51和直流电机
3主控系统软件编程
3.1整个设计的流程图如图3-1:
图3-1设计的流程图
3.2程序设计过程
程序中的驱动使能端,输入端和电机运转情况如表3-1:
表3-1使能端,输入端和电机运转情况
en1(ENA)s1(IN1)s2(IN2)电机运转100停止
110正转
101反转
111快速停止
本设计的正转程序如下:[1][3][7][13]
voidzhengzhuan()
{
en1等于1,
s1等于0,s2等于0,
delay(3000),//EN端置1
/*发启动脉冲,并使s1等于0,s2等于1*/
s2等于1,
delay(1),
s2等于0,
delay(5),
s2等于1,
delay(1000),}
程序最开始有一个停止语句s1等于0,s2等于0,以防备按错键时烧坏电机,电机启动时需要一个脉冲启动:s1等于0,s2等于1,s1等于0,s2等于0,两条语句来实现.同理反转时也需要一个脉冲,其中程序中的缓慢启动就通过后面的延迟长短来完成.
延时程序如下:
voiddelay(uintx)
{uinti,j,
for(i等于0,i<,x,i++)
for(j等于0,j<,100,j++),
}
整个程序就是通过不断的调用延时程序来实现电机的转停.
结论
遥控器的距离和电机反应时间以及反应效果,如下表:
遥控距离电机反应时间反应效果1m0.5s很迅速
3m1s较迅速
5m5s能反应
有障碍物越长越迟钝由公式:
接受信号强度等于发射功率-空间衰耗空间衰耗等于32.4+20log频率+20log距离接受信号强度与接受灵敏度[第三版].清华大学出版社,2005年
[2]电机与拖动(第二版).高等教育出版社,2007年
[3]谭浩强.C语言设计[第三版].北京:清华大学出版社,2005年
[4]沙占友,孟志永,王彦明.单片机电路设计[M].电子工业出版社,2006年
[5]刘文涛.单片机语言C51典型应用设计[M].人民邮电出版社,2005年
[6]孙忠献.电机技术与应用[M].福建:科学技术出版社,2004年
[7]龚运新.单片机C语言轻松入门[M].清华大学出版社,2006年
[8]张洪润.单片机应用200例[M],北京航空航天大学出版社,2006年
[9]雷思笑,李伯成,雷向丽.单片机原理及实用技术[M].西安电子科技大学出版社,2004
[10]孙忠献.电机技术与应用[M].福建:科学技术出版社,2004
[11]李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计[M]北京:电子工业出版社,2004
[12]谭建成.电机控制专用集成电路[M].北京:机械工业出版社,1997年
[13]杜群贵,张齐.单片机应用系统设计技术(基于C语言编程)[M].第四版.电
子工业出版社.2006.
[14]求是科技.单片机(典型模块设计实例导航)[M].北京:人民邮电出版社.2007.
[15]张毅刚,彭喜元,姜守达,乔立岩.新编MCS-51系列单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社,2003邵敏权刘刚单片机原理实验及应用.吉林科学技术出版社,1995<,美>,M考夫曼,AH塞德.电子计算手册.国防工业出版社,1985R.C.C.Leite,J.F.Damen,Phys.Rev.Lett.22.780(1999)
[19]J.F.Scott,R.C.C.Leite,andT.C.Damen,Phys.Rev.188.1285(1989)
i[Lasteditbydong3626]/i/td/tr/tbody/table
[20]AT89C51DATASHEEPPhilipsSemiconductors1999.dec
[21]Yang.Y.,Yi.J.,Woo,Y.Y.,andKim.B.:'Optimumdesignforlinearityandefficiencyof
microweDohertyamplifierusinganewloadmatchingtechnique',Microw.J.,2001,
44,(12),pp.20–36
[22]Vizimuller,P.:'RFdesignguide-systems,circuits,andequations'(ArtechHouse,
Boston,MA,1995)[6]R.Dye,"VisualObject-OrientatedProgramming,"Dr.Dobbs
MacintoshJournal,Sept.1st(1991).
致谢
通过这次单片机课程设计,我不仅加深了对单片机理论的理解,
2.单片机与驱动芯片和电机的连接:
附录二
整个设计的总程序如下:
#include<,reg52.h>,
#include<,absacc.h>,
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
voiddelay(uintx),
voidqidong(),
voidzhengzhuan(),
voidfanzhuan(),
voidtingzhi(),
sbiten1等于P2^2,//L298的EnableA//
sbits1等于P2^1,//L298的Input1//
sbits2等于P2^0,//L298的Input2//voidmain()
{ucharpp,
P1等于0xff,
delay(10),
pp等于P1,
while(1)
{
P1等于0xff,
delay(10),
pp等于P1,
switch(pp)
{
case0xfe:qidong(),break,
case0xfd:zhengzhuan(),break,
case0xfb:fanzhuan(),break,
case0xf7:tingzhi(),break,
default:break,
}}}
voidqidong()
{en1等于1,
s1等于0,s2等于0,
delay(1000),
s2等于1,
delay(500),
s2等于0,
delay(500),
s2等于1,}
/*正转程序*/
voidzhengzhuan()
{
en1等于1,
s1等于0,s2等于0,
delay(3000),//EN端置1
/*发启动脉冲,并使s1等于0,s2等于1*/
s2等于1,
delay(1),
s2等于0,
delay(5),
s2等于1,
delay(1000),}
voidfanzhuan()
{
en1等于1,
s1等于0,s2等于0,
delay(3000),
s1等于1,
delay(1),
s1等于0,
delay(5),
s1等于1,
delay(1000),
//s1等于0,
//s2等于0,
//delay(10000),
}
voidtingzhi()
{en1等于1,
s1等于0,
s2等于0,
delay(10000),
}
voiddelay(uintx)
{uinti,j,
for(i等于0,i<,x,i++)
for(j等于0,j<,100,j++),
}
绵阳师范学院2016届本科设计(论文)
2
无
线接收
单
片
机
驱动芯片
电
机
无
线发射
初始化
使能ENA
停止
反转
正转
00或11
01
10
开始
IN1IN2
1
0