【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 38KHz的晶振產(chǎn)生載波信號(hào)，與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算后，通過三極管的功率驅(qū)動(dòng)到紅外發(fā)光二極管上。紅外發(fā)送電路單片機(jī)發(fā)送控制電路和紅外發(fā)送管驅(qū)動(dòng)輸出電路組成，“0”時(shí)，發(fā)射管不發(fā)光，“1”時(shí)，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(jì)紅外接收端主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、紅外接收電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及指示燈電路組成。 紅外接收芯片介紹SM0038（實(shí)物圖如圖9所示）是一個(gè)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(hào)可以直接由微處理器解碼，本電路的主要特點(diǎn)是可靠性好，不易受環(huán)境干擾，并可以防止非控制信號(hào)的輸出脈沖出現(xiàn)。它的主要特點(diǎn)是內(nèi)置光電檢測(cè)器和前置放大器，內(nèi)置PCM頻率濾波器，內(nèi)置防電場(chǎng)干擾設(shè)計(jì)，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(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送1200bit/s，輸入脈沖串長(zhǎng)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(gè)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(cè)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(cè)二極管監(jiān)測(cè)到紅外信號(hào)，然后把信號(hào)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(yuǎn)近。交流信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30KHz到60KHz的負(fù)載波，通過解調(diào)電路和積分電路進(jìn)入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號(hào)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(gè)引腳，包括供電腳，接地和信號(hào)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(jìn)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(dòng)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(hào)輸出。數(shù)據(jù)信號(hào)和干擾信號(hào)的區(qū)別體現(xiàn)在載波頻率、脈沖長(zhǎng)度、工作周期上。數(shù)據(jù)信號(hào)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(zhǎng)度應(yīng)有300us以上；（3）對(duì)于脈沖長(zhǎng)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(gè)短脈沖信號(hào)。 紅外接收電路設(shè)計(jì)紅外接收電路專門采用集成電路SM0038，SM0038有三個(gè)引腳，一個(gè)接電源一個(gè)接地，另外一個(gè)接信號(hào)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(shí)，SM0038輸出為“0”，平時(shí)輸出為“1”。，當(dāng)SM0038收到第一個(gè)紅外脈沖時(shí)，觸發(fā)INT0產(chǎn)生中斷，使單片機(jī)退出低功耗狀態(tài)，進(jìn)入工作狀態(tài)，同時(shí)使計(jì)數(shù)器0和定時(shí)器1開始工作。其電路如圖10所示。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片介紹無刷直流電機(jī)一般是小型的電機(jī)，采用L298N（實(shí)物圖如圖11所示）驅(qū)動(dòng)，它一般可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩電機(jī)，如果擔(dān)心驅(qū)動(dòng)不夠就可以采用兩個(gè)L298N。其內(nèi)部原理是采用H橋式差動(dòng)放大。L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。圖10 SM0038接收電路圖11 L298N驅(qū)動(dòng)芯片 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)L298N可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，OUTl、OUT2和OUTOUT4之間分別接2個(gè)電動(dòng)機(jī)。12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA、ENB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。STC89C52RC輸出二組PWM波每一組PWM波用來控制一個(gè)電機(jī)的速度。另外二個(gè)I/O口可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制方法與控制電路都比較簡(jiǎn)單。、輸入的PWMl控制第一個(gè)電機(jī)的速度；、輸入的PWM2控制第二個(gè)電機(jī)的速度。由于電機(jī)在正常工作時(shí)對(duì)電源的干擾很大，只用一組電源時(shí)會(huì)影響單片機(jī)的正常工作。所以選用雙電源供電。一組5V電源給單片機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jì)小車的指示燈設(shè)計(jì)思想來源于實(shí)際生活?，F(xiàn)實(shí)中，馬路上的汽車左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時(shí)，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(jì)的指示燈電路由四個(gè)LED等組成。當(dāng)小車左轉(zhuǎn)時(shí)，代表小車左轉(zhuǎn)燈的一個(gè)紅色LED燈亮，直到小車進(jìn)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(shí)，代表小車右轉(zhuǎn)燈的另一個(gè)紅色LED燈亮，直到小車進(jìn)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(gè)狀態(tài)，可通過操作控制小車代表小車前燈的兩個(gè)黃色LED燈的亮滅。其電路如圖13所示。圖12 L298N驅(qū)動(dòng)電路圖13 指示燈電路 軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件部分由紅外發(fā)射端程序和紅外接收端程序兩個(gè)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(jìn)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(jìn)制碼經(jīng)38KHz 的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達(dá)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(gè)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(shí)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(shí)候，能更有效地處理碼的接收與檢測(cè)及其它各項(xiàng)控制之間的時(shí)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(shí)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(jìn)制碼組，其中前16位為用戶識(shí)別碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼相互干擾。該芯片的用戶識(shí)別碼固定為十六進(jìn)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(jìn)制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時(shí)間隨它包含的二進(jìn)制“0”和“1”的個(gè)數(shù)不同而不同，~，輸出波形如圖15所示。當(dāng)一個(gè)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(gè)引導(dǎo)碼（9ms）,一個(gè)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(jì)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(shí)，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，鍵盤掃描子程序確認(rèn)是哪一個(gè)鍵按下并查詢鍵所對(duì)應(yīng)的操作碼，紅外編碼子程序?qū)Σ僮鞔a進(jìn)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(shí)，程序進(jìn)行消抖后再次確認(rèn)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(gè)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(jì)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(shí)，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，紅外解碼子程序?qū)t外數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，小車控制子程序根據(jù)碼值對(duì)應(yīng)的操作控制小車進(jìn)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(jìn)制碼，反編碼出相應(yīng)碼值，再檢測(cè)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(duì)應(yīng)的的操作，控制單片機(jī)各I/O口，使小車進(jìn)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(cè)試 硬件測(cè)試系統(tǒng)的硬件測(cè)試主要是確定電路設(shè)計(jì)的可行性、電路焊接的正確性以及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)的硬件測(cè)試中，首先是經(jīng)過仿真軟件繪制電路圖進(jìn)行仿真，驗(yàn)證系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)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(gè)方面的反復(fù)驗(yàn)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(gè)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(hào)，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(gè)三極管后發(fā)射管工作正常，接收端收到紅外信號(hào)。（2）紅外接收模塊調(diào)試過程中，一開機(jī)指示燈便保持常亮、直流電機(jī)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(jī)正常工作。 軟件測(cè)試系統(tǒng)的軟件測(cè)試相對(duì)硬件測(cè)試來說更加麻煩，軟件測(cè)試時(shí)可參考的資料不多，更多的是靠自己的想法并在測(cè)試過程中不斷地摸索出正確的方法。而且在實(shí)際硬件電路上調(diào)試時(shí)如果出現(xiàn)故障時(shí)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(jìn)行調(diào)試。通過在Keil編譯器下調(diào)試程序，有兩種錯(cuò)誤：一種邏輯錯(cuò)誤，也就是語法錯(cuò)誤，是很容易被發(fā)現(xiàn)的；另一種是功能錯(cuò)誤，是指在沒有語法錯(cuò)誤的基礎(chǔ)