【正文】 師 朱嶸濤 / 助教 開題報告時間 2020 年 3 月 1 日 II 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué) 生：焦登鋒 指導(dǎo)教師： 徐愛鈞 /教授 、 朱嶸濤 /助教 一、題目來源 題目來源于生產(chǎn) /社會實際。 二、研究目的和意義 51 系列單片機(jī)是一類很常見并且應(yīng)用很廣泛的單片微型計算機(jī)。 紅外線遙控是目前使用廣泛的一種通信和遙控手段，它不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備；電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控。由于紅外線遙控裝 置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)機(jī)以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。電動機(jī)是機(jī)電行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)備之一，是其它機(jī)電設(shè)備的動力源泉。因此，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速測控是非常重要的。 本課題 紅外遙控系統(tǒng) 研究 利用單片機(jī) 發(fā)射和接收 紅外線 信號 對 步進(jìn)電機(jī) 進(jìn)行 的 控制，主要包括紅外線信號的收發(fā)、液晶顯示、矩陣鍵盤掃描、電動機(jī)轉(zhuǎn)速 及方向 控制 等幾個重要功能模塊。經(jīng)實踐證明，本設(shè)計的測控原理及方法不僅適用于 步進(jìn) 電動機(jī)，還可以對交流 及直流 電動機(jī)進(jìn)行測控。 本課題 首先通過對紅外線遙控工作原理的分析，提出基于 51 單片機(jī)進(jìn)行編碼、譯碼，并將脈沖信號調(diào)制在 38KHz 的高頻載波上 發(fā)射和接收 。 編寫了紅外發(fā)射和接收程序 ， 通過解碼控制多個以電動機(jī)為代表的動作單元完成特定的動作，鞏固了運用微控制器設(shè)計一定的控制系統(tǒng)的專業(yè)知識。動作單元還可以是其他的可執(zhí)行元件（繼電器、電磁閥、電阻絲、晶閘管、 PLC??）， 該設(shè)計可以應(yīng)用在日常 II 生活、工業(yè)生產(chǎn)實際當(dāng)中。 三、閱讀的主 要參考文獻(xiàn)及資料名稱 [1]譚浩強(qiáng)《 MCS51單片機(jī)應(yīng)用教程》清華大學(xué)出版社 2020年 [2]張振榮《 MCS51 單片機(jī)及實用教程》 人民郵電出版社 2020年 [3]康華光《電子技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社 2020年 [4] 譚維瑜編 《 電機(jī)與電氣控制 》 機(jī)械工業(yè)出版社 2020年 [5] 王俊峰 薛鴻德 《 現(xiàn)代遙控技術(shù)及應(yīng)用 》 人民郵電出版社 2020年 [6] 王 環(huán) 張亞寧 《單片機(jī)程序設(shè)計實例》 清華大學(xué)出版社 2020年 [7] 肖景和 趙健 《 紅外線熱釋電與超聲波遙控電路 》 人民郵電出版社 2020年 [8] 蘇長贊 《 紅外線與超聲波遙控 》 人民郵電出版社 2020年 [9] 陳永甫 《 紅外輻射紅外器件與典型應(yīng)用 》 電子工業(yè)出版社 2020年 [10] 邸敏艷 《 電機(jī)與控制 》 電子工業(yè)出版社 2020 年 [11] 王東鋒 《 單片機(jī) C 語言應(yīng)用 100 例 》 電子工業(yè)出版社 2020 年 [12] 惠仇 《 手把手教你學(xué)單片機(jī) 》 電子工業(yè)出版社 2020年 II 四、 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向 隨著科技的日益發(fā)展，人們對近距 離的現(xiàn)場遙控以及無線通信的技術(shù)指標(biāo)要求越來越高，尤其是在模擬鎖相環(huán)集成電路和傳感器技術(shù)的巨大進(jìn)步下 ， 大大加速了這個進(jìn)程。目前無線產(chǎn)品在各個領(lǐng)域中已相當(dāng)普遍的被使用，但大多都存在著很大的局限性，如：電路繁雜，計算難度大且多數(shù)運用的是模擬電路。這不僅使其抗干擾能力差、準(zhǔn)確度低 ， 也加劇了電路的調(diào)試和維護(hù)難度。于是越來越多的遙控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)引入了不可見的紅外線作為傳輸媒介進(jìn)行通信 ， 組成了無線紅外遙控系統(tǒng)。 紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有信息傳輸可靠 、 抗干擾能力強(qiáng) 、安全度高 、功耗低、成本低 、 易實現(xiàn)等顯著優(yōu)點 ，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種通信和遙控手段。 紅外線遙控不具有像無線電遙控那樣 可以 穿過障礙物去控制被控對象的能力 ，屬運用 紅外線 的發(fā)射和接收原理為基礎(chǔ)的遙控技術(shù)。 由于紅外線為不可見光 ， 因此對環(huán)境影響很小，再由紅外光波 的 波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長，所以紅外線遙控不會影響其他家用電器，也不會影響臨近的無線電設(shè)備。所以，在設(shè)計家用電器的紅外線遙控器時，不必像無線電遙控器那樣，每套 (發(fā)射器和接收器 )要有不同的遙控頻率或編碼 (否則，就會隔墻控制或干擾鄰居的家用電器 )。 所以同類產(chǎn)品的紅外線遙控器，可以有相同的遙控頻率或編 碼，而不會出現(xiàn)遙控信號 “ 串門 ” 的情況。這對于大批量生產(chǎn)以及在家用電器上普及紅外線遙控提供了極大的 方便 。 紅外遙控系統(tǒng)作為以紅外線為傳送信息媒介的短距離無線遙控控制電路系統(tǒng)，具有準(zhǔn)確度高、速度快、既方便又實用等諸多的優(yōu)點。它可以 方便地達(dá)到讓你隨意操縱用電器之目的，因而有很大的推廣和使用價值基于 51單片機(jī)的紅外遙控電機(jī)系統(tǒng)就是紅外遙控系統(tǒng)的應(yīng)用之一。本課題研究如何用 51單片機(jī)進(jìn)行紅外編碼及解碼并控制多臺步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動或者單獨動作，動作方式有同時或者單獨的轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn)向變化。 此 系統(tǒng)通過適當(dāng)修改，可用于各種運動裝置的電 機(jī) 控制 系統(tǒng) 。 II 五、 主要研究內(nèi)容、需重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 1 主要研究內(nèi)容 ： 如何用 51單片機(jī)進(jìn)行紅外編碼及解碼并控制多臺步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動或者單獨動作，動作方式有同時或者單獨的轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn)向變化。還要控制過程中把電機(jī)的運動狀態(tài)和轉(zhuǎn)速用 LCD 液晶顯示器顯示出來。 2 需重點研究的關(guān)鍵問題 ： 需重點研究 51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和編程方法及最小系統(tǒng)；字符型 LCD 液晶顯示接口技術(shù)； LED 數(shù)碼管接口技術(shù)；鍵 盤接口技術(shù)；紅外編碼及解碼原理；步進(jìn)電機(jī)的控制原理；器件的選型。 3 解決思路 ： 溫顧所學(xué)的 51 單片機(jī)知識 ，查找與最小系統(tǒng)、 字符型 LCD 液晶顯示接口技術(shù) 、 LED 數(shù)碼管接口技術(shù) 、 鍵盤接口技術(shù) 、 紅外編碼及解碼原理 、 步進(jìn)電機(jī)的控制原理 、 器件的選型相關(guān)的圖書資料。 六、 完成畢業(yè)設(shè)計（論文）所必須具備的工作條件（如工具書、計算機(jī)輔助設(shè)計、某類市場調(diào)研、實驗設(shè)備和實驗環(huán)境條件等）及解決的辦法 1 所必須具備的工作條件 ： 51單片機(jī)書籍：《手把手教你學(xué) 51單片機(jī)》 、《單片機(jī) C 語言應(yīng)用 100例》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《模擬電子技術(shù)》 實驗設(shè)備：一臺 PC 機(jī)器、穩(wěn)壓直流電源、兩塊 51 單片機(jī)實驗板、程序下載線、 LCD1602 一塊、 4*4 鍵盤、 L297 若干、 L298 若干、 四 相 五 線 制 步進(jìn)電機(jī)若干臺、萬用表一臺、示波器一臺、電阻、電容、導(dǎo)線、紅外線接收解碼一體化芯片 HS003紅外發(fā)射管、共陽極 7段數(shù)碼管、發(fā)光二極管。 編程及仿真軟件：《 Keil C uVision3》、《 Proteus 》、《程序在線下載軟件》 。 2 解決的辦法 在校圖書館借閱相關(guān)圖書資料，向?qū)W校實驗室借用實驗設(shè)備 與器材。 II 七、工作的主要階段、進(jìn)度與時間安排 主要分為以下幾個階段： 3 月 1 日 ~4 月 1 日 網(wǎng)上查資料、完成文獻(xiàn)翻譯、開題報告； 4 月 2 日 ~4 月 10 日 查看相關(guān)資料及進(jìn)行方案論證，做好 設(shè)計 計劃； 4 月 11 日 ~4 月 20 日 研究 51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和編程方法及最小系統(tǒng)；字符型LCD 液晶顯示接口技術(shù)； LED 數(shù)碼管接口技術(shù)；鍵盤接口技術(shù)；紅外編碼及解碼原理；步進(jìn)電機(jī)的控制原理；器件的選型； 4 月 21 日 ~5 月 1 日 編程、仿真、搭建硬件電路、進(jìn)行軟件硬件調(diào)試與系統(tǒng)調(diào)試； 5 月 2 日 ~5 月 10 日 完成畢業(yè)論文初稿； 5 月 11 日 ~6 月 10 日 畢業(yè)論文及相關(guān)文檔定稿、審查、評閱； 6 月 11 日 ~6 月 12 日 畢業(yè)設(shè)計答辯。 八、指導(dǎo)教師審查意見 III 長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 )指導(dǎo)教師評審意見 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )題目 指導(dǎo)教師 職 稱 審查 日期 審查參考內(nèi)容： 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果， 難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在 的主要問題與不足。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力， 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯 。 審查意見： 指導(dǎo)教師簽名： 評定成績（百分制）： _______分 IV 長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 )評閱教師評語 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )題目 評閱教師 職 稱 評閱日期 評閱參考內(nèi)容： 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果， 難度及工作量，質(zhì)量和水平， 存在的主要問題與 不足。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解 決實際問題的能力， 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯 。 評語： 評閱教師簽名： 評定成績（百分制）： _______分 V 長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 )答辯記錄及成績評定 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )題目 答辯時間 年 月 日 ～ 時 答辯地點 一、答辯小組組成 答辯小組組長： 成 員： 二、答辯記錄摘要 答辯小組 提問（分條摘要列舉） 學(xué)生 回答情況評判 三、答辯小組對學(xué)生答辯成績的評定 （百分制） ： _______分 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )最終成績評定 (依據(jù)指導(dǎo)教師評分、評閱教師評分、答辯小組評分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)設(shè)計 (論文 )評分的相關(guān)規(guī)定 ) 等級 (五級制 )： _______ 答辯小組組長 (簽名 ) ： 秘書 (簽名 )： 年 月 日 系答辯委員 會主任 (簽名 )： 系 (蓋章 ) 中文摘要 VI 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué) 生：焦登鋒 ，信息系 指導(dǎo)教師： 徐愛鈞 /教授 、 朱嶸濤 /助教 【 摘要 】 51單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的一種典型的代表，我們現(xiàn)在使用的電子產(chǎn)品如智能手機(jī)、 PDA 等都是 ARM 嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)具有體積小、性能好、便于學(xué)習(xí)等優(yōu)點，受到廣大電子愛好者的喜愛和很多電子廠家的關(guān)注。我們可以利用嵌入式系統(tǒng)改善和簡化我們的生活，讓我們的工作和學(xué)習(xí)更加有效率，從而實現(xiàn) 更大的生產(chǎn)力。本設(shè)計是通過設(shè)計一種可以測量和控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)，從而達(dá)到了解和掌握一種對通用的測控系統(tǒng)的設(shè)計方法。設(shè)計從硬件和軟件分別下手去分析和討論，這個系統(tǒng)比較簡單，容易學(xué)習(xí)，而且易于操作，是一種比較實用的測控系統(tǒng)。 紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點，是目前使用廣泛的一種近距離無線通信和遙控方式。為了滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對電機(jī)轉(zhuǎn)速實時測控要求，本文進(jìn)行紅外遙控電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計研究，詳細(xì)地分析了各功能模塊的硬件電路的設(shè)計和相關(guān)軟件程序的編寫。本設(shè)計主要包括紅外線信號的收發(fā)、液晶顯示、矩陣鍵盤掃描、 步進(jìn) 電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制等幾個重要功能模塊。首先通過對紅外線遙控工作原理的分析，提出基于單片機(jī) AT89C51 進(jìn)行編碼、譯碼，并將脈沖信號調(diào)制在 38KHz 的高頻載波 上，抑制紅外干擾，設(shè)計了紅外遙控電路，編寫了紅外發(fā)射和接收程序 ,最后介紹了提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性的具體措施。本設(shè)計采用兩片單片機(jī)組成紅外遙控電機(jī)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，功能強(qiáng)，運行可靠，可對 多臺 電機(jī)進(jìn)行良好測控。 【 關(guān)鍵字 】 ： 51 單片機(jī)，紅外遙控，電機(jī)系統(tǒng) ,步進(jìn)電機(jī)， LCD 顯示 英文摘要 VII The design of