基于单片机的红外遥感电机控制

卢进军

（陕西理工学院 物理与电信工程学院，陕西 汉中 723001）

基于单片机的红外遥感电机控制

卢进军

（陕西理工学院 物理与电信工程学院，陕西 汉中 723001）

介绍一种基于单片机AT89S52的通过红外遥技术来控步进电机动作的设计。系统采用模块化设计，分为由遥控发射器、一体化接收头组成的红外遥感部分和电机驱动、电机组成的步进电机部分以及由4个发光二极管组成的指示灯部分。通过红外遥控器来控制步进电机的运动，并由发光二极管来指示步进电机的运行状态。对该系统的工作原理、硬件电路和软件方面进行了阐述。该设计整个系统结构简单、性能稳定、工作可靠，具有操作方便、扩展性强等特点。

红外遥控；AT89S52；步进电机；单片机

在生活和生产上，很多的机械方面都应用到步进电机，例如洗衣机的滚筒、智能小车、数控机床、机器人等等。步进电机作为一种控制驱动元件，可以将数字信号直接转换成角位移或线位移，并且能够快速起动和停止。工业上多用PLC技术来控制大型步进电机，小型步进电机可用PLC控制也可通过单片机技术控制。红外遥控技术因其低功耗、高稳定性能、强抗扰能力等优点，已在日常生产生活中已被普遍应用。

本设计是基于单片机控制的红外遥控步进电机系统，综合了电子技术和单片机技术，红外遥控器发射不同的码值，单片机通过对红外信号的解码来实现步进电机的正转反转、加速减速以及启动停止并通过发光二极管来指示步进电机的运行状态。该设计可作为一个小型模型，凡是需要以单片机控制想要转动或是做简易的机械式传动的机构设计都可以应用这种设计，因此该设计的适用范围非常广泛，具有现实意义。

1 步进电机与红外技术概述

1.1 步进电机简介

当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，其被驱动按照设定的方向转动一个固定的角度，这个角度称之为步进角。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而能够使其准确定位；通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而实现步进电机的调速。从技术上来说，在负载轴上加一杠杆，用弹簧秤拉动杠杆，拉力乘以力臂长度即是负载力矩M=fXs，或者根据负载特性，从理论上计算出拖动该系统负载所需的步进电机的扭矩。从成本上讲，力矩越大，成本越高，若所需的电机力矩较大或超出一定的范围（目前步进电机只标注最大静转距，步进电机的最大静转距不超过45 nm），应考虑加配减速装置。只有选则好适合系统的步进电机，才能带动负载并且不造成力矩或能源浪费。

1.2 红外技术简介

红外通讯因为其成本低、方便连接、简易和结构紧凑等特点，在小型移动设备中也获得了广泛的应用。红外接口是新一代手机的配置标准，它能够支持手机与电脑以及其他数字设备进行数据交流。通过红外接口，各类移动设备可以自由进行数据交换。配备有红外接口的手机进行无线上网非常简单，只要设置好红外连接协议就能直接上网，无需连接线和PCCARD。红外接口是目前在世界上被广泛使用的一种无线连接技术，许多硬件和软件平台都支持它。红外通讯是通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线数据的收发[1]。

就我国而言，红外技术也已发展的很不错了，红外产品的生产和应用都已经非常的成熟和广泛。从2004年起，红外发射管在安防行业的应用越来越广泛，主要是用在红外一体机，红外灯等产品上。 目前我国红外一体机的制造集中在珠三角，大约有500家生产企业，其中以台湾、香港等外资企业势力较强，其产品全部外销，而其它绝大多数是中小型私人企业，其产品以内外销结合方式销售，而红外灯的制造企业以京津地区和东北地区为主，大约200家左右，其产品几乎全部内销。要封装出品质好的IR发射管，首先要选好材料，主要材料是晶片、银浆、胶水、支架等；晶片的选择决定其功率、光衰，银浆的选择对其死灯现象影响较大，胶水决定其耐热性能[2]。

2 系统设计

2.1 系统方案设计

设计以单片机AT89S52为控制核心，通过无线遥控完成对该步进电机动作控制，实现步进电机的正转、反转、加速、减速，即对步进电机进行有效的演示。并且通过一定的方式将步进电机的每种运行状态清晰的指示出来。整个系统应可靠有效，操作简便。该设计采用模块化设计，设计中利用AT89S52单片机作为本系统的控制模块，遥控发射器发射出红外遥控信号，HS0038红外接收头接收并解调出遥控编码脉冲，送入单片机内完成对该脉冲的解码，然后执行相应的遥控功能，即28BYJ－48型步进电机通过驱动后进行正转反转或加速减速或启动停止的相应动作。步进电机的相应动作都有对应的彩灯来指示。系统框图如图1所示。

图1 系统总体结构图Fig.1 Structure diagram of the power control unit test system

2.2 系统硬件设计

控制模块：该设计采用AT89S52单片机作为核心控制。AT89S52具有8K的系统可编程Flash存储器，功耗低且性能高，与工业 80C51产品指令和引脚完全兼容[3]。

红外发射/接收模块：红外发射模块由红外接收及发射电路、信号调理电路、中央控制器8031、程序及数据存储器、键盘这几部分组成。接收模块采用的红外接收头是HS0038，它将接收电路、调制解调电路、低通滤波、放大电路和控制电路集为一体，共有3个引脚。

步进电机及其驱动模块：设计用单片机来控制此步进电机的运动，通过AT89S52单片机的P0.0～P0.3输出脉冲到ULN2003的IN1～IN4口，经信号放大后从OUT1～OUT4口分别输出到电机的四相上[4]。步进电机及驱动模块与单片机引脚的连接如图2所示。

图2 步进电机及驱动与单片机接口电路Fig.2 Interface circuit of stepper motor，drivers and MCU

彩灯指示模块：该设计采用彩灯指示步进电机的运行状态，彩灯为不同颜色的发光二极管。当操作遥控器控制步进电机运动时，不同的动作都有相应的指示灯点亮，用以指示电机的状态。由于指示灯有四个，对应步进电机的四种动作，以帮助操作人员识别电机的运行状态。指示灯部分与单片机的连接电路如图3所示。指示灯D1亮表示步进电机正转，D2亮表示步进电机反转，D3亮表示步进电机加速，D4亮表示步进电机减速[5]。

图3 指示灯与单片机接口电路Fig.3 Interface circuit of indicator lamp and MCU

系统供电部分：设计使用的适配器型号为SF－198，它可将DC220V转为5 V，完全满足系统的供电需求。另外，为了更好的控制系统的启动和停止，在电源处加了一个开关。

2.3 系统软件设计

该系统的软件设计包括主程序部分，红外解码判断部分、步进电机控制部分以及指示灯指示部分。整个程序采用C语言进行编写，并且采用模块化程序设计，可读性强，主程序流程图如图4所示。

图4 主程序流程图Fig.4 Flow chart of main program

主程序包括系统初始化值的设置、INT0外部中断函数和步进电机控制函数等组成。系统初始化状态的设置内容包括对单片机的初始化以及对红外的初始化。对单片机的初始化即初始化定时器，外部中断。对红外初始化即对红外解码标志位定义与初始化。另外，对P1口送初值决定脉冲分配方法，对速度值存储区送初值决定步进电机的启动速度，对方向值存储区送初值决定步进电机旋转方向。

红外遥控的按键识别上，当在遥控发射器按下某一按键时，红外接收电路解码模块收到对应的键码值（存于27H），当主程序检测到识别标志位S8为1，即有遥控信号时，转至按键盘识别及分支控制模块程序，以执行相应操作。该模块主要功能为识别不同按键并转向该功能键的控制程序。该设计红外模块上主要是对红外解码判断子程序的设计。红外解码判断子程序包括对码值的判断程序和外部中断0程序，主程序初始化后，不断检测是否有有效遥控信号出现。当接收头接收到遥控信号时，红外接收头将收到的信号送给单片机的外部中断0，单片机进入红外解码中断服务程序，对接收到得信号进行解码，使得这些信号成为相应的码值，若解码失败则重新进行解码，若解码成功则判断其码值[6]。当解出正确码时给出标志，主程序根据标志和键码值转入步进电机控制程序进行相应的操作，去控制步进电机的正转反转、加速减速以及启动停止，从而实现红外遥控对步进电机的控制，步进电机控制程序执行完后再返回到主程序中。系统红外解码判断子程序流程图如图5所示。

3 系统调试

3.1 系统的测试与分析

在进行实物调试前，首先应向单片机内烧写程序，用NSP-A型烧录器进行程序烧录。系统的调试过程是一个不断完善的过程，经过多次修改，最终基本达到了设计的预期目标，实现了步进电机的红外遥控。

单片机接红外接收头，在未接步进电机情况下给单片机烧入一个按键指挥发光二极管亮灭的简单程序用以测试红外遥控是否能正常工作；单片机接步进电机，在未接红外接收头情况下给单片机烧入一个正转和反转一圈的简单程序用以测试电机工作是否正常[7]。

3.2 优化系统性能的方法

该系统基本达到了预期设计目标，但是仍然可以优化，优化可以从两方面入手，一个是硬件上，另一个是软件方面：

提高焊接工艺，甚至制作印刷电路板，这样可增强系统工作的可靠性。

优化软件程序，可提高系统的整个效率，使电机动作更加迅速、更加连贯、更加稳定。

4 结束语

本设计遵循实用、简单、可靠和低成本的原则，制作了一种红外遥控步进电机运动的实用模型，为单片机控制的红外遥控步进电机在产品中的开发应用提供了一个参考。通过AT89S52单片机来控制步进电机，效率高，易控制步进电机的转速和电机的转向。系统软件采用结构化设计，易维护，可根据新的要求，对软件系统进行少量的修改，使系统的功能得到一定程度的提高。随着技术的更新发展，步进电机的控制应用前景将越来越宽阔。

图5 红外解码判断子程序流程图Fig.5 IR decoding judging subprogram flow chart

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Infrared remote sensing motor control based on SCM

LU Jin-jun
（School of Physics and Telecommunication Engineering，Shaanxi University of Technology， Hanzhong 723001， China）

Introduced a kind of AT89S52 devices based on single chip through infrared remote control technology to step motor design of the action.System USES modular design， divided into remote transmitters， integration by receiving head of infrared remote sensing of part and motor drive，composed of motor stepping motor parts and by four leds indicator of part.Through the infrared remote control to control the step motor sports，and by leds to indicate the step motor running.The design of the system of the work principle，the hardware circuit and software were reviewed in this paper.The whole system design of simple structure， stable performance， reliable， and is easy to operate， expandability etc.

IR；AT89S52；Stepping motor；MC

TP79

A

1674－6236（2013）04-0110-03

2012-10-17稿件编号201210117

陕西省教育厅专项科研项目（11JK1075）

卢进军（1975—），男，陕西咸阳人，硕士，讲师。研究方向：计算机应用技术、电子技术。