【文章內(nèi)容簡介】 38KHz的晶振產(chǎn)生載波信號，與發(fā)射信號進行邏輯“與”運算后，通過三極管的功率驅(qū)動到紅外發(fā)光二極管上。紅外發(fā)送電路單片機發(fā)送控制電路和紅外發(fā)送管驅(qū)動輸出電路組成，“0”時，發(fā)射管不發(fā)光，“1”時，紅外發(fā)送管發(fā)出38KHz調(diào)制紅外線。其電路如圖8所示。圖8 紅外發(fā)射電路 紅外接收端設(shè)計紅外接收端主要由單片機最小系統(tǒng)、紅外接收電路、電機驅(qū)動電路及指示燈電路組成。 紅外接收芯片介紹SM0038（實物圖如圖9所示）是一個小型的紅外遙控接收器件電路內(nèi)置P/N二極管和前置放大器，采用可紅外濾波的環(huán)氧樹能材料封裝。SM0038的解調(diào)輸出信號可以直接由微處理器解碼，本電路的主要特點是可靠性好，不易受環(huán)境干擾，并可以防止非控制信號的輸出脈沖出現(xiàn)。它的主要特點是內(nèi)置光電檢測器和前置放大器，內(nèi)置PCM頻率濾波器，內(nèi)置防電場干擾設(shè)計，輸出電平與TLL和CMOS兼容，輸出低電平有效，低功率消耗，不受環(huán)境光源干擾，可以連續(xù)進行數(shù)據(jù)發(fā)送1200bit/s，輸入脈沖串長度=10周期/脈沖串。SM0038紅外接收頭作為紅外接收電路的核心部門，是一種一體化紅外接收頭。紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中成為一體化紅外接收頭。內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管、放大器、限副器、帶通濾波器、積分電路、比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠近。交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30KHz到60KHz的負載波，通過解調(diào)電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制載波的不同應(yīng)選用相應(yīng)解調(diào)頻率的接收頭。紅外接收頭內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在22uf以上。有的廠家建議在供電腳和電源之間接入330歐電阻，進一步降低電源干擾。 圖9 SM0038紅外接收頭SM0038電路內(nèi)置帶通濾波器、積分器和自動增益控制電路，以抑制各種干擾和噪聲，避免產(chǎn)生不希望的非控制脈沖信號輸出。數(shù)據(jù)信號和干擾信號的區(qū)別體現(xiàn)在載波頻率、脈沖長度、工作周期上。數(shù)據(jù)信號應(yīng)滿足以下條件：（1）載波頻率應(yīng)盡量接近帶通濾波器中心頻率；（2）脈沖長度應(yīng)有300us以上；（3）對于脈沖長度在300us~，脈沖間隙應(yīng)不小于400us；（4），；（5）每秒鐘最多可接受1000個短脈沖信號。 紅外接收電路設(shè)計紅外接收電路專門采用集成電路SM0038，SM0038有三個引腳，一個接電源一個接地，另外一個接信號端，它集光電轉(zhuǎn)換，解調(diào)和放大于一體。當(dāng)收到38KHz調(diào)制紅外線時，SM0038輸出為“0”，平時輸出為“1”。，當(dāng)SM0038收到第一個紅外脈沖時，觸發(fā)INT0產(chǎn)生中斷，使單片機退出低功耗狀態(tài)，進入工作狀態(tài)，同時使計數(shù)器0和定時器1開始工作。其電路如圖10所示。 電機驅(qū)動芯片介紹無刷直流電機一般是小型的電機，采用L298N（實物圖如圖11所示）驅(qū)動，它一般可以同時驅(qū)動兩電機，如果擔(dān)心驅(qū)動不夠就可以采用兩個L298N。其內(nèi)部原理是采用H橋式差動放大。L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，可驅(qū)動46V、2A以下的電機。圖10 SM0038接收電路圖11 L298N驅(qū)動芯片 電機驅(qū)動電路設(shè)計L298N可驅(qū)動2個電機，OUTl、OUT2和OUTOUT4之間分別接2個電動機。12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)，ENA、ENB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。STC89C52RC輸出二組PWM波每一組PWM波用來控制一個電機的速度。另外二個I/O口可以控制電機的正反轉(zhuǎn)，控制方法與控制電路都比較簡單。、輸入的PWMl控制第一個電機的速度；、輸入的PWM2控制第二個電機的速度。由于電機在正常工作時對電源的干擾很大，只用一組電源時會影響單片機的正常工作。所以選用雙電源供電。一組5V電源給單片機和控制電路供電，另外一組5V、12V電源給L298N的+VCC、+VS供電。在控制部分和電機驅(qū)動部分之間用光耦隔開，以免影響控制部分電源的品質(zhì)。其電路如圖12所示。 指示燈電路設(shè)計小車的指示燈設(shè)計思想來源于實際生活。現(xiàn)實中，馬路上的汽車左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時，都被要求要開左轉(zhuǎn)燈或右轉(zhuǎn)燈以示意其行為。本設(shè)計的指示燈電路由四個LED等組成。當(dāng)小車左轉(zhuǎn)時，代表小車左轉(zhuǎn)燈的一個紅色LED燈亮，直到小車進入除左轉(zhuǎn)外的其他狀態(tài)，左轉(zhuǎn)燈滅。當(dāng)小車右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時，代表小車右轉(zhuǎn)燈的另一個紅色LED燈亮，直到小車進入除右轉(zhuǎn)外的其他狀態(tài)，右轉(zhuǎn)燈滅。無論小車在任何一個狀態(tài)，可通過操作控制小車代表小車前燈的兩個黃色LED燈的亮滅。其電路如圖13所示。圖12 L298N驅(qū)動電路圖13 指示燈電路 軟件設(shè)計本設(shè)計的軟件部分由紅外發(fā)射端程序和紅外接收端程序兩個部分組成。紅外發(fā)射端程序主要由主程序、鍵盤掃描子程序、紅外編碼子程序組成，紅外接收端程序主要由主程序、紅外解碼子程序、小車控制子程序組成。 紅外編碼介紹當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征：采用脈寬調(diào)制的串行碼，、 的組合表示二制的“0”；、 的組合表示二進制的“1”，其波形如圖14所示。圖14 遙控碼的“0”和“1”上述“0”和“1”組成的32 位二進制碼經(jīng)38KHz 的載頻進行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射，SM0038所發(fā)射的一幀碼含有一個引導(dǎo)碼，16位的用戶編碼和8位的鍵數(shù)據(jù)碼、鍵數(shù)據(jù)碼的反碼也同時被傳送。，它作為隨后發(fā)射的碼的引導(dǎo)，這樣當(dāng)接收系統(tǒng)是由微處理器構(gòu)成的時候，能更有效地處理碼的接收與檢測及其它各項控制之間的時序關(guān)系。編碼采脈沖位置調(diào)制方式（PPM）。利用脈沖之間的時間間隔來區(qū)分“0”和“1”。每次8位的碼被傳送之后，它們的反碼也被傳送，減少了系統(tǒng)的誤碼率。引導(dǎo)碼之后，是連續(xù)的32位二進制碼組，其中前16位為用戶識別碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機種遙控碼相互干擾。該芯片的用戶識別碼固定為十六進制01H；后16位為8位操作碼（功能碼）及其反碼。SM0038最多可以有128種不同組合的編碼。遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時間隨它包含的二進制“0”和“1”的個數(shù)不同而不同，~，輸出波形如圖15所示。當(dāng)一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms 的編碼脈沖,這108ms 發(fā)射代碼由一個引導(dǎo)碼（9ms）,一個結(jié)果碼（）,低8 位地址碼（9ms~18ms）,高8 位地址碼（9ms~18ms）,8位數(shù)據(jù)碼（9ms~18ms）和這8 位數(shù)據(jù)的反碼（9ms~18ms）組成。如果鍵按下超過108ms 仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)碼）將僅由起始碼（9ms）和結(jié)束碼（）組成。圖15 發(fā)射電路輸出波形 紅外發(fā)射端軟件設(shè)計本部分軟件主要由主程序、鍵盤掃描子程序、紅外編碼子程序組成。當(dāng)鍵盤有按鍵按下時，單片機進入工作狀態(tài)，鍵盤掃描子程序確認是哪一個鍵按下并查詢鍵所對應(yīng)的操作碼，紅外編碼子程序?qū)Σ僮鞔a進行編碼后通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。主程序流程圖如圖16所示。圖16 紅外發(fā)射端主程序流程圖當(dāng)有按鍵按下時，程序進行消抖后再次確認是否有按鍵按下，如無，則繼續(xù)等待按鍵按下，如有，程序掃描是哪個鍵按下并轉(zhuǎn)換相應(yīng)的鍵值。其流程圖如圖17所示。程序先發(fā)射引導(dǎo)碼，從數(shù)據(jù)緩存區(qū)取數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)位是否為“0”調(diào)用“0”發(fā)射?；颉?”發(fā)射模，發(fā)射數(shù)據(jù)直到數(shù)據(jù)發(fā)射完。其流程圖如圖18所示。圖17 按鍵掃描子程序流程圖 外接收端軟件設(shè)計本部分軟件主要由主程序、紅外解碼子程序、小車控制子程序組成。當(dāng)紅外接收端接收到紅外數(shù)據(jù)時，單片機進入工作狀態(tài)，紅外解碼子程序?qū)t外數(shù)據(jù)進行解碼，小車控制子程序根據(jù)碼值對應(yīng)的操作控制小車進入某一狀態(tài)。主程序流程圖如圖19所示。紅外解碼是紅外編碼的反編碼。紅外子程序先接收引導(dǎo)碼，后接收32位二進制碼，反編碼出相應(yīng)碼值，再檢測8位操作碼取反是否與8位反碼一致，若否，則此次接收失敗，程序結(jié)束，若是，則確定碼值。小車控制子程序根據(jù)紅外解碼子程序解出的碼值，查詢碼值所對應(yīng)的的操作，控制單片機各I/O口，使小車進入相應(yīng)狀態(tài)。圖18 紅外編碼子程序流程圖N圖19 紅外接收端主程序流程圖4 系統(tǒng)測試 硬件測試系統(tǒng)的硬件測試主要是確定電路設(shè)計的可行性、電路焊接的正確性以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)的硬件測試中，首先是經(jīng)過仿真軟件繪制電路圖進行仿真，驗證系統(tǒng)電路設(shè)計的可行性，之后在萬用板上焊接電路，焊接后檢查電路是否正確，是否存在開路、短路等現(xiàn)象，再檢查外圍電路是否正確連接，經(jīng)過這幾個方面的反復(fù)驗證，可確保電路板的準(zhǔn)確無誤。在本系統(tǒng)的調(diào)試過程中，出現(xiàn)過一下幾個問題：（1）紅外發(fā)射模塊調(diào)試過程中，紅外發(fā)射二極管有在工作但接收端接收不到信號，經(jīng)過排查研究，可能原因是發(fā)射管的工作電壓太低，在電路上增加一個三極管后發(fā)射管工作正常，接收端收到紅外信號。（2）紅外接收模塊調(diào)試過程中，一開機指示燈便保持常亮、直流電機不工作，經(jīng)過排查研究，發(fā)現(xiàn)是L298外圍線路存在短路現(xiàn)象，排除故障之后指示燈正常，直流電機正常工作。 軟件測試系統(tǒng)的軟件測試相對硬件測試來說更加麻煩，軟件測試時可參考的資料不多，更多的是靠自己的想法并在測試過程中不斷地摸索出正確的方法。而且在實際硬件電路上調(diào)試時如果出現(xiàn)故障時很難確定是硬件故障還是軟件故障，所以更多的還是得依靠開發(fā)板進行調(diào)試。通過在Keil編譯器下調(diào)試程序，有兩種錯誤：一種邏輯錯誤，也就是語法錯誤，是很容易被發(fā)現(xiàn)的；另一種是功能錯誤，是指在沒有語法錯誤的基礎(chǔ)