【正文】 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 致 謝 首先，我要感謝楊惠敏 導(dǎo)師 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給我悉心的指導(dǎo)和嚴(yán)格的要求，同時(shí)也要感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所給予我的幫助和指導(dǎo)。 （ 5）操縱桿是否靈活。 調(diào)速方法 圖 46 為 PWM 降壓斬波器的原理電路及輸出 電壓波形。此時(shí)中斷返回。單片機(jī)遙控發(fā)射器主要由單片機(jī)、操作桿、紅外發(fā)射電路三部分組成。 （ a） （ b） 圖 311 完成裝機(jī)圖 （ a），（ b） 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 本章 小結(jié) 本章首先通過(guò)對(duì)遙控直升飛機(jī)的飛行原理的初步分析，讓我們對(duì)遙控直升飛機(jī)的控制原理有了一個(gè)大概的了解，對(duì)直升機(jī)旋翼頭有了一定的認(rèn)識(shí)。 （ 2） 準(zhǔn)備好必要的工具 。 槳直徑和螺距越大，槳能提供的拉（推）力越大。不過(guò)同等情況下扭力越大，舵機(jī)也越重。無(wú)刷電機(jī)沒(méi)有電刷，這是它壽命遠(yuǎn)大于有刷電機(jī)的主要東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 原因。前部一個(gè)起落架 ，后面兩面三個(gè)起落架叫前三點(diǎn)式；前部?jī)擅嫒齻€(gè)起落架，后面一個(gè)起落架叫后三點(diǎn)式。這就是貝爾 希拉控制方式的自穩(wěn)定過(guò)程。由于陀螺效應(yīng)，主旋翼不會(huì)在圖 34 位置立即上抬，而是在轉(zhuǎn)過(guò) 90176。由于重力不通過(guò)旋翼頭中心，所以造成力矩的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致主旋翼發(fā)生進(jìn)動(dòng)。 陀螺在地上旋轉(zhuǎn)時(shí)軸會(huì)不斷地扭動(dòng)，這就是進(jìn)動(dòng) (不考慮章動(dòng) )。其中電平復(fù)位是通過(guò) RST端經(jīng)電阻和電源 Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的；當(dāng)時(shí)鐘頻率選用 6MHZ時(shí)， C1取 22uF， Rs取 ， Rk1歐姆。電容的大小會(huì)影響振蕩頻率器的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。這個(gè)反向放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL門電流，當(dāng) P2口被寫 “1”時(shí)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。 在第四章中， 介紹了基于單片機(jī)的遙控直升機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了紅外遙控碼的發(fā)射、紅外遙控接收部分、調(diào)速單元的調(diào)速原理及計(jì)算方法，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)軟、硬件的調(diào)試中所出現(xiàn)的故障及排除方法。 1978 年 10 月中國(guó)加入國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)，并開(kāi)始參加世界錦標(biāo)賽，從此，我國(guó)的航空模型運(yùn)動(dòng)正式走向世界。 航空模型 是普及航空知識(shí)的玩具。 microcontroller。 關(guān)鍵詞 ：遙控直升機(jī)；單片機(jī)； 匯編 語(yǔ)言 ； 紅外遙控 Abstract With the development of aviation models, especially the radiocontrolled model airplanes are being perfection, the model airplane is getting more sophisticated and more widely used. In this paper, the microcontrollerbased remote control helicopter is researched. It takes STC89C51 as the core ponents to have the logic control and generate signals, in order to achieve the purpose of the infrared remote control helicopter. First, the article introduces the basic theory of the microcontroller。在訓(xùn)練的時(shí)候，通過(guò)無(wú)線電遙控設(shè)備控制航模靶機(jī)完成直線飛行、轉(zhuǎn)彎、上升、俯沖等飛行動(dòng)作，甚至在靶機(jī)上完成空投降落傘、發(fā)射模型火箭、投放炸彈、施放拖靶等特技動(dòng)作。 1905 年國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)誕生，航空模型被列為其管轄的項(xiàng)目之一，隨之成為一 項(xiàng)世界性運(yùn)動(dòng)。 此次設(shè)計(jì)中的單片機(jī)控制器采用的是STC89C51， 針對(duì) 單片機(jī)的基本理論 和直升飛機(jī)的飛行原理 進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，同時(shí)對(duì) 遙控直升機(jī)的模型結(jié)構(gòu) 也進(jìn)行了剖析 ，并對(duì)其 進(jìn)行正確的安裝， 由于紅外技術(shù)發(fā)展成熟，利用 匯編 語(yǔ)言進(jìn)行編輯發(fā)射部分、接收部分的程序，所以本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為基礎(chǔ)，通過(guò)紅外遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)對(duì)直升機(jī)的簡(jiǎn)單控制。 單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。壽命： 1000寫 /擦循環(huán) P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。當(dāng)主電源 Vcc發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將電源自動(dòng)接入 RST端，為內(nèi)部 RAM提供 內(nèi)部電源，以保證片內(nèi) RAM的信息不丟失，從而使單片機(jī)在復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。 串行口： 1 個(gè)全雙工的串行口，具有 4 種工作方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 陀螺效應(yīng) 所謂陀螺效應(yīng)，就是旋轉(zhuǎn)著的物體具有像陀螺一樣的效應(yīng)。如果用十字盤直接控制的話，強(qiáng)大的、交變的力矩將會(huì)直接作用到舵機(jī)上。夾角并穩(wěn)定于此。但由于希拉小翼采用對(duì)稱翼型，不會(huì)受到外界干擾。 希拉小翼旋轉(zhuǎn)平面 十字盤 機(jī) 身方向 風(fēng)向 β 垂直方向 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 3） 機(jī)身 ： 將模型的各部分聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體的主干部分叫機(jī)身。無(wú)刷電機(jī)有三根線。將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械力，驅(qū)動(dòng)飛機(jī)的各 個(gè)舵面。即 8*＝ 厘米。 （ 4） 尾旋翼部組裝建議順序：尾保箱 → 導(dǎo)線 → 尾管 裝機(jī)的注意事項(xiàng) 有了一整套的直升機(jī)套件后，如果認(rèn)真地按照流程組裝，經(jīng)過(guò)調(diào)整，就能順利飛行。 V 形尾翼與地面兩邊的夾角應(yīng)相等（ V 形尾翼）。 紅外 信號(hào)發(fā)射過(guò)程 :首先裝入發(fā)射脈沖個(gè)數(shù) (發(fā)射時(shí)為 3ms 脈沖 ， 停發(fā)時(shí)為 1ms脈沖 )， 此時(shí)若發(fā)射脈沖個(gè)數(shù)為 1 則返回主程序 ， 若不為 1 則發(fā) 1ms 脈沖 ， 然后停發(fā) 1ms 脈沖 ， 這樣便結(jié)束整個(gè)發(fā)射過(guò)程 。若第一位低電 平碼的脈寬小于 3ms，將作為錯(cuò)誤碼處理。 接收部分主要元件是紅外接收管，它是一種光敏二極管（實(shí)際上是三極管，基極為感光部分）。 （ 2）飛機(jī)每個(gè)部件必須加潤(rùn)滑油。文中闡述了 遙控直升飛機(jī)的飛行原理及貝爾 希拉操作系統(tǒng) ， 重點(diǎn) 介紹 遙控直升飛機(jī)的螺旋槳、電動(dòng)機(jī)、電池、 舵機(jī)、平衡桿等 主要部件，并詳細(xì)闡述 安裝的步驟及 安裝時(shí)具體的 注意事項(xiàng) ，經(jīng)過(guò)各個(gè)配件反復(fù)調(diào)試，完成直升機(jī)的安裝。 其次，我要感謝和我一起完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué) 。 （ 8）旋翼 和尾槳的螺矩變化是否正確。電動(dòng)機(jī)電樞端電壓 Ua 為其平均值。 紅外遙控器將遙控信號(hào) (二進(jìn)制脈沖碼 )調(diào)制在 38KHz 的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號(hào)發(fā)射出去 。 在確定選擇 STC89C51 作為本設(shè)計(jì)發(fā)射電路核心芯片和點(diǎn)觸式開(kāi)關(guān)作為控制鍵后，加上一個(gè)簡(jiǎn)單紅外發(fā)射電 路和 12M 晶體震蕩器便可實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射。從 中，我們已經(jīng)知道直升飛機(jī)的操縱主要過(guò)程是：小翼與空氣產(chǎn)生夾角 → 小翼旋轉(zhuǎn)平面傾斜 → 主旋翼與空氣產(chǎn)生夾角 → 主旋翼旋轉(zhuǎn)平面傾斜。 首先 確認(rèn)側(cè)板 的內(nèi) /外 ，然后 將主軸軸承座先組裝好 ， 將主軸軸承固定座先套入一邊側(cè)板 后 ，再將另一片側(cè)板 套上，并將兩邊的固定螺絲點(diǎn)上螺絲膠后鎖入 ， 機(jī)身底板裝上后并用螺絲固定 ，最后 將機(jī)身鋁柱裝上后 ,把 固定螺絲點(diǎn)上螺絲膠后鎖上 ， 將機(jī)頭照固定柱裝上 。 槳截?cái)嗪髽睆綍?huì)變小，但槳距是不會(huì)變化的。能量密度高，重量輕，單體標(biāo)稱電壓 ，充電截止電壓 ，放電截止電壓 3V，是目 前好的 動(dòng)力電池，但是鋰聚合物電池 過(guò)充或過(guò)放則 會(huì) 電池立即損壞，甚至燃燒爆炸。 無(wú)刷電機(jī)有什么 2208， 2408， 2822， 1806，這個(gè)參數(shù)不同的廠商是不一樣的。 （ 7） 起落架：用于起降的裝置。值得注意的是，貝爾 希拉自穩(wěn)定過(guò)程不能抑制過(guò)強(qiáng)的干擾。 至此，遙控直升機(jī)主旋翼平面的傾轉(zhuǎn)過(guò)程已經(jīng)分析完畢。 操縱過(guò)程是這樣的： （ 1）初始狀態(tài)： 圖 32 初始平衡狀態(tài) 希拉小翼由于空氣和離心力作用，和主旋翼平面平行。由于在力學(xué)中，有 M=dL/dt，所以 M 和 dL方 向相同。關(guān)于復(fù)位還有一個(gè)就是 “ 看門狗 ” 技術(shù)，它就是使用一個(gè)計(jì)數(shù)器不斷的進(jìn)行 計(jì)數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行。晶振和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠的近些，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器的穩(wěn)定性、可靠的工作。如采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端 。在給出地址 “ 1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控 制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。它由主機(jī)、鍵盤、顯 示器等組成。 航模產(chǎn)業(yè)屬于從朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)向成熟產(chǎn)業(yè)過(guò)渡的階段，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)在加劇，我國(guó)航模產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)量及其增長(zhǎng)趨勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1） 行業(yè)的集中度不高。 國(guó)內(nèi)外航模的發(fā)展?fàn)顩r 經(jīng)過(guò)千年的努力，被美國(guó)國(guó)家航空和空間博物館稱為 “最早的飛行器 ”的風(fēng)箏，被英國(guó)和法國(guó)的航空先驅(qū)者們，用來(lái)探討旋翼原理的竹蜻蜓，采用輕于空氣的原東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 理實(shí)現(xiàn)升空的孔明燈，以及具備火箭升空噴氣反應(yīng)推力原理的流星，相繼在古老的中國(guó)出現(xiàn)，他們都是遠(yuǎn)古時(shí) 代的航空模型，其中包涵的飛行原理為載人飛行器的研制開(kāi)辟了道路。 在載人的航空器出現(xiàn)之前，人類就創(chuàng)造了許多能飛行的航空模型，不斷地探索著飛行的奧秘。由于飛機(jī)配件的選擇及組裝是本次設(shè)計(jì)的 重要內(nèi)容之一 ，因此文中 對(duì)涉及到的電機(jī)、舵機(jī)、螺旋槳、鋰電池等飛機(jī)主要配件及組裝注意事項(xiàng)進(jìn)行了重點(diǎn)講 解。我國(guó)漢代就有用風(fēng)箏測(cè)量距離和傳遞信息的。國(guó)外的飛行俱樂(lè)部都是愛(ài)好者自發(fā)組成的民間組織，注冊(cè)于各國(guó)的航模總協(xié)會(huì)下，如美國(guó)的 AMA（全美航模協(xié)會(huì)）、英國(guó)的 BFMA（大英航模協(xié)會(huì)）、澳大利亞的 MAAA（澳洲航模協(xié)會(huì)）。航模生產(chǎn)主要集中在中國(guó)珠江三角洲和長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，尤以深圳為主。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格 便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。 主要性能參數(shù)： 當(dāng) P1口的管腳寫 “1”時(shí)，被定義為高阻輸入。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于 2個(gè)機(jī)器周期（ 24個(gè)市中振蕩周期）的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。 中斷系統(tǒng)：具有 5 個(gè)中斷源， 2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 MCS51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 Vcc RST/Vpb p EA/Vpp ALE/PROG PSEN XTAL2 XTAL1 Vss 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 1 2 3 4 5 6 7 8 64 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Vcc Vcc GND + C SWPB S3 Rs R1 10K GND GND C2 33PF C3 33PF Y1 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 3章 遙控直升飛機(jī) 組件 與 安裝 直升機(jī)的基本理論 旋翼頭是直升機(jī)中最神奇，也是最關(guān)鍵的部件。當(dāng)我們改變主旋翼傾角時(shí)，直升機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就會(huì)發(fā)生改變。由于陀螺效應(yīng)，希拉小翼不會(huì)在圖 33 位置立即上抬 ，而是在轉(zhuǎn)過(guò) 90176。此時(shí)兩片主旋翼升力相等，飛行狀態(tài)不發(fā)生變化 （ 2）外界氣流對(duì)飛機(jī)進(jìn)行干擾。 （ 2） 尾翼 ： 包括水平尾翼和垂直尾翼兩部分。 目前航模用的電機(jī)目前有兩種類型：有刷和無(wú)刷。它是應(yīng)用最多最重要的最終執(zhí)行操控者指令的執(zhí)行者。充電就必須用到充電器，鋰電最好用平衡充 電器 。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 裝機(jī)主要步驟 遙控直升飛機(jī)有著嚴(yán)格的安裝 步驟 ，必須按照安裝流程進(jìn)行 組 裝 ，才能確保飛機(jī)正常工作，為后續(xù) 的電路連接做好硬件基礎(chǔ)。 （ 11） 安裝機(jī)翼時(shí)， 機(jī)翼中點(diǎn)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)機(jī)身中線，兩邊夾角相等 。 遙控碼的發(fā)射 當(dāng)某個(gè)操作按鍵按下時(shí)，單片機(jī)先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個(gè)數(shù)，再調(diào)制成 3