【文章內(nèi)容簡介】 ction in the right motor speed realtime measurement and control requirements, this infrared remote control electrical system design studies, detailed analysis of each functional module of the hardware circuit design and preparation of related software programs. This design includes send and receive infrared signals, LCD, matrix keyboard scanning, stepping motor speed control, and several other important functional blocks. First, the infrared remote control works through the analysis of proposed based on AT89C51 microcontroller coding, decoding, and pulse modulated highfrequency carrier at 38KHz, inhibit infrared interference designed infrared remote control circuit, the preparation of an infrared transmitter and receiver process, finally introduced to improve system scalability specific measures. This design uses two infrared remote control motor system posed of SCM, simple structure and function of strong, reliable operation can be well monitoring and control multiple motors.英文摘要【Keywords】 : 51 microcontroller, infrared remote control, electrical systems, stepper motor, LCD display長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻(xiàn)綜述題 目 名 稱基于 51 單片機(jī)的紅外遙控電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計題 目 類 型 畢 業(yè) 設(shè) 計系 部 信 息 系專 業(yè) 班 級 自動化 0601 班學(xué) 生 姓 名 焦 登 鋒指 導(dǎo) 教 師 徐愛鈞 / 教授輔 導(dǎo) 教 師 朱嶸濤 / 助教完 成 時 間 2022 年 6 月 1 日前言第 1 頁 （共 76 頁）前言目前，51 系列單片機(jī)在我國已得到大力推廣和廣泛應(yīng)用，從工業(yè)控制到小型電子產(chǎn)品都可以見到 51 單片機(jī)的身影。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。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。本設(shè)計介紹了一種基于 AT89S52單片機(jī)的紅外遙控步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計,系統(tǒng)分為紅外遙控編碼解碼、LCD 顯示和驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)三個模塊。設(shè)計的系統(tǒng)能通過遙控器來控制步進(jìn)電機(jī)的速度方向，并實現(xiàn)聯(lián)動和單獨動作，并且步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)能通過 LCD 液晶模塊實時顯示出來，使人們直觀的看出步進(jìn)電機(jī)的運行狀態(tài)。本系統(tǒng)是基于單片機(jī)控制的綜合系統(tǒng)，單片機(jī)通過對紅外信號的解碼來實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制、方向控制、聯(lián)動控制及 LCD 實時顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。它綜合了電子技術(shù)和單片機(jī)軟硬件技術(shù)，本設(shè)計采用AT89S51 單片機(jī)為核心包含紅外編碼發(fā)射電路、接收解碼電路、 LCD 顯示電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。通過紅外編碼遙控發(fā)射不同的碼值來控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、加速減速以及啟動停止、多個電機(jī)的聯(lián)動、獨個電機(jī)的單獨動作，并通過 LCD 顯示出步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)。本課題首先通過對紅外線遙控工作原理的分析，提出了基于 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，設(shè)計了紅外遙控電路，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、變頻器、伺服驅(qū)動器……） ，該設(shè)計可以應(yīng)用在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)實際當(dāng)中、比如紅外遙控的家用電器、數(shù)控機(jī)床……具有一定的現(xiàn)實意義。本論文對該系統(tǒng)的工作原理、硬件電路和軟件進(jìn)行了詳細(xì)介紹?；?51 單片機(jī)的紅外遙控電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計第 2 頁 （共 76 頁）基于 51 單片機(jī)的紅外遙控電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計１緒論 題目來源生產(chǎn)/社會實際 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。本紅外遙控系統(tǒng)就是利用單片機(jī)通過紅外線進(jìn)行對步進(jìn)電機(jī)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，提出了基于 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，設(shè)計了紅外遙控電路，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、變頻器、伺服驅(qū)動器……） ，該設(shè)計可以應(yīng)用在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)實際當(dāng)中、比如紅外遙控的家用電器、數(shù)控機(jī)床……具有一定的現(xiàn)實意義。 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)要求緒論第 3 頁 （共 76 頁）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 [10]。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?；?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)。 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。還要在控制過程中把電機(jī)的運動狀態(tài)和轉(zhuǎn)速用 LCD 液晶顯示器顯示出來?；?51 單片機(jī)的紅外遙控電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計第 4 頁 （共 76 頁）(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。設(shè)計思路主要是模塊思想，即整個系統(tǒng)的設(shè)計包括以下兩個模塊：硬件模塊主要有 cpu，數(shù)據(jù)顯示模塊；鍵盤控制模塊；電動機(jī)驅(qū)動模塊。軟件模塊紅外編碼模塊；紅外解碼模塊；電機(jī)驅(qū)動模塊；另外，在此次畢業(yè)設(shè)計中所要養(yǎng)成的思維方法和思考模式對以后自己從事此類技術(shù)的開發(fā)尤為重要。還有，這次基于 51 單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的研究和獨立開發(fā)，還要培養(yǎng)自己對整個流程的把握，整個思路的掌控，才能在以后遇到問題的時候，很快的做出反應(yīng)，找到問題的所在和解決問題的辦法。方案論證第 5 頁 （共 76 頁）２方案論證 紅外遙控系統(tǒng)的工作原理 紅外線的特性紅外線是介于微波和可見光之間的一種特殊電磁波，其波長為～1000um，波譜范圍寬。紅外線通?？煞譃榻t外、中紅外和遠(yuǎn)紅外三個區(qū)，它既具可見光的一些特性，又具微波的某些特性。紅外線是一種看不見的光線，因其在整個電磁波譜中處在可見光——紅光的外側(cè)而得名。借助于紅外線具有直線傳播的特性，利用紅外傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快等性能，同時也利用許多專用芯片具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、速度快、功耗小、成本低的特點，可以制作靈敏度高、抗干擾性能優(yōu)良的紅外遙控裝置。實際上，凡是溫度高于絕對零度的物體，均會片刻不停地發(fā)射出紅外線，并且其發(fā)射紅外線的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，即溫度越高，發(fā)出的紅外線的強(qiáng)度就越強(qiáng)?；谝陨霞t外線的種種特點，再加上紅外線遙控裝置電路設(shè)計制作容易、成本低，因此像紅外線遙控、紅外線加熱、紅外線通信、紅外線攝像、紅外線醫(yī)療器械等諸多紅外產(chǎn)品的應(yīng)用都十分廣泛 [13]。 紅外遙控系統(tǒng)組成常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分紅外發(fā)射部分和紅外接收兩個大部分?！〖t外遙控系統(tǒng)工作原理示意圖如圖 1 所示圖 1 紅外遙控系統(tǒng)工作原理示意圖紅外遙控系統(tǒng)的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波。紅外遙控接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射出的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，再送后置電路中。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管，它實際上是一種比較特殊的發(fā)光二極管，因其內(nèi)部材料和普通發(fā)光二極管材料不同，多用砷化鎵或砷鋁化鎵等半導(dǎo)體材基于 51 單片機(jī)的紅外遙控電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計第 6 頁 （共 76 頁）料制成，所以在紅外發(fā)光二極管兩端施加一定電壓時它發(fā)出的不是可見光，而是紅外線，并且砷鋁化鎵材料的紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率要高于砷化鎵材料的紅外發(fā)光二極管。目前我們生活中所大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的是波長為 940mm 左右的紅外線。大多數(shù)的紅外發(fā)光二極管（如 )的外形與普通發(fā)光二極管LED 相似（一般有圓形和方形兩種） ，只是在顏色上有所不同，紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍(lán)、透明三種顏色。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較小（100mW 左右） ，所以在紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此一般就要增加高增益放大電路。常用的紅外發(fā)光二極管管壓降約為 ，工作電流一般小于 20mA。電路回路中常常串有限流電阻，以適應(yīng)不同的工作電壓。從紅外發(fā)射部分發(fā)射出的紅外線，其所能達(dá)到紅外接收部分的距離（有效控制距離）與紅外線的發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線的有效控制距離，紅外發(fā)光二極管需要工作在脈沖狀態(tài)。在脈沖狀態(tài)下，我們只要盡量的去壓縮脈沖的寬度 T，來減小脈沖的占空比（一般家用電器紅外遙控裝置的占空比是 1/10～1/3 ） ，就能實現(xiàn)增加紅外光發(fā)射距離的目的。常見的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率(1mW～10mW)、中功率（20mW～50mW) 和大功率（ 50mW～100mW 以上 )三大類。要使紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生可調(diào)制光，只需在驅(qū)動管上加上一定頻率的脈沖電壓。另外，如果想要進(jìn)一步增加紅外發(fā)射電路的作用距離，可以采用雙管