模型用DC电机红外遥控系统设计

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3.0 赵德峰 2024-11-19 5 4 1.16MB 67 页 15积分
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摘要
红外遥控具有信息传输可靠、功耗低、成本低和易于实现等显著优点。在工
业控制、智能仪器仪表以及家用电器等方面都有着广泛的应用。
DC 电机是我们日常生活中广泛使用的一个电气产品，是我们的生活中不可或
缺的动力源。通过采用不同的控制手段和不同的微控制器可以实现对 DC 电机的速
度控制和转动方向控制。
在认真研究和分析了红外遥控技术的发展现状以及应用前景的基础上，设计
了一款体积小、功耗低、便于安装的模型 DC 电机的红外遥控控制系统，可用于众
多红外遥控的模型及玩具。
论文首先对红外遥控技术的发展现状和应用前景进行介绍，最终选择了以红
外编码/解码芯片为核心的红外遥控技术。根据系统功能及设计需求，对系统进行
了总体规划，确定了系统的总体方案。本文的主要工作是完成了系统的硬件设计
和软件设计。其中硬件设计主要完成了以 PT2262-IR/PT2272 为核心芯片的红外遥
控模块、以 AT89S52 为核心芯片的控制模块、以 L293D 为核心芯片的驱动模块、
以MC34063 为核心芯片的系统供电模块等模块电路的设计，包括电路图的设计以
及PCB 板的制作。由于本系统除了设计了红外遥控的方式还设计了基于 RS-232
的串口控制方式作为可选的控制方式，因此软件系统的设计分为红外遥控方式下
的软件设计和 RS-232 串口控制方式下的软件设计两大块。整个系统能通过红外遥
控的方式以及 RS-232 串口控制方式两种方式实现对电机转动方向和转动速度的控
制。通过对硬件电路和软件系统的调试和分析，系统的工作状况基本上达到了设
计的要求，基本上实现了预期的目标。测试结果表明，设计的模型 DC 电机红外遥
控系统功耗低、稳定性高。可以用于各种模型的红外遥控。
关键词：红外遥控 DC 电机 L293 AT89S52
ABSTRACT
Infrared Remote control has the advantage of information transmission credible, low power
consumption, low cost and easy to be achieved .It is applied widely in industrial control, intelligent
instrument and domestic application, etc.
DC motor is a kind of electrical production widely used in daily life. It is an important source of
power in life. Through different control measure and microcontroller can carry out controlling the
speed and move direction of DC motor.
Based on studying and analyzing the development status and prospect of technology
seriously, design a infrared remote control system for model DC motor, which is small,
low power consumption and being easy to install. This system can be applied for many
kinds of models and toys making use of infrared remote control measure.
Firstly, the paper introduces the development status and prospect of technology,
and finally choose Infrared Remote control technology based on PT2262-IR/PT2272.
According to the system function and design requirements, carry out an overall
planning on the system and design the whole system structure. The paper has done
following main tasks: design hardware system and design software system.
Accomplished the design of hardware module .All hardware modules conclude infrared
remote control module based on PT2262-IR/PT2272, microcontroller module based on
AT89S52, drive module based on L293D and power supply module based on
MC36063.Conlude designing circuit diagram and making PCB. Because of designing
serial port control based on RS-232 as available control manner for this system, the
software concludes two parts. One part is for Infrared Remote Control manner and the
other for serial port control. The whole system can work under both Infrared Remote
Control manner and serial port control manner, changing speed and move deirection.
Debugging and analyzing the hardware and software, the system working just as design
requirement and achieve the expect goal. Through testing result showed that this
infrared remote control system is low power consumption and stable .It can be apply for
many kinds of infrared remote control system.
Key Word: Infrared Remote Control, DC Motor, L293D, AT89S52
2
目录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 .......................................................... 1
§1.1 课题研究意义 ............................................... 1
§1.2 红外遥控研究现状 ........................................... 1
§1.2.1 红外技术的发展 ........................................ 1
§1.2.2 红外遥控技术的发展 .................................... 2
§1.2.3 红外遥控技术的市场前景及研究意义 ...................... 3
§1.3 红外遥控技术与其他短距离无线通信控制方式的比较 ............. 3
§1.3.1 DC 电机工作原理 ....................................... 6
§1.3.2 DC 电机应用现状 ....................................... 7
§1.4 课题的主要目标及论文的主要工作 ............................. 8
第二章 红外遥控系统硬件设计 .......................................... 9
§2.1 硬件系统总体方案设计 ....................................... 9
§2.2 基于 PT2262 的红外编码器设计 ............................... 10
§2.3 基于 PT2272 的红外解码器设计 ............................... 13
§2.4 基于 AT89S52 的控制器设计 .................................. 15
§2.4.1 单片机 AT89S52 主要特点及外围电路 ..................... 16
§2.4.2 RS232 接口电路 ....................................... 17
§2.5 基于 L293D 的驱动器设计 .................................... 18
§2.6 系统供电模块设计 .......................................... 23
§2.7 印刷线路板（PCB）设计要点 ................................. 27
§2.7.1 PCB 开发环境 ......................................... 28
§2.7.2 制板设计中的常见问题 ................................. 29
§2.7.3 PCB 制板过程中采取的抗干扰措施 ....................... 29
§2.8 本章小结 .................................................. 32
第三章 红外遥控系统软件设计 ......................................... 33
§3.1 红外遥控方式下的软件设计 .................................. 33
§3.1.1 红外遥控装置的工作原理 ............................... 33
§3.1.2 红外遥控器键盘设置 ................................... 34
§3.1.3 单片机主控制程序设计 ................................. 34
§3.2 RS-232 控制软件设计 ........................................ 38
§3.2.1 PC 串口控制程序设计 .................................. 38
§3.2.2 下位机控制程序 ....................................... 40
§3.3 本章小结 .................................................. 42
第四章 模型用 DC 电机红外遥控系统调试 ................................ 43
§4.1 PCB 板实物图及整体实验系统描述 ............................. 43
§4.2 系统硬件功能调试及调试结果 ................................ 45
§4.3 系统软件功能调试及调试结果 ................................ 45
§4.4 本章小结 .................................................. 46
第五章 总结与展望 ................................................... 47
§5.1 总结 ...................................................... 47
§5.2 展望 ...................................................... 48
附录 ................................................................ 49
参考文献 ............................................................ 60
在读期间公开发表的论文和承担的科研项目及取得的成果 ...................62
致谢 ................................................................ 64
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 课题研究意义
从红外线被发现到现在，人们对它的研究从来没有停止过，目前已经开发出
众多的红外线应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到
红外的身影。但是人们对它的研究仍然在延续，时不时会出现的新发明和新应用，
带给我们惊讶与感叹。然而人类对红外这座宝藏的开发还远远不够，红外产业还
有更为广阔的扩张空间。
红外遥控作为红外的一个重要应用方面，是一种无线、非接触式的控制技术，
具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易于实现等显著优点，在
工业控制、智能仪器仪表、家用电器等方面应用十分广泛。在工业设备中，尤其
在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境中，采用红外遥控能可靠有效地隔离电气
干扰。因此红外遥控已经成为目前应用最广泛的通信和遥控手段。
由于红外线遥控不能像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的，因此
在设计红外线遥控器的时侯，不必要像无线电遥控器那样，每套(发射器和接收器)
设备要有不同的遥控频率或编码(否则，就会隔墙控制或干扰别的受控终端)，所
以同类产品的红外线遥控器，可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信
号“串门”的情况。由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，另外红外光
波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他利用红外遥控的
方式来进行控制的设备，也不会影响临近的无线电设备。
而随着手机、影音设备、玩具、医疗设备、家用电器、办公自动化设备、工
业自动设备、汽车、通讯设备和电动工具的需求不断攀升，直流电机在这些产品
中的应用需求也在迅速扩大，这说明直流电机的应用更加的广泛。
§1.2 红外遥控研究现状
§1.2.1 红外技术的发展
传统的红外技术主要应用与家电和汽车防盗遥控器方面，随着调制技术、相
关收发器技术的迅猛发展，红外传输应用也发生了质的飞跃。红外线目前已经开
发应用于众多的应用产品及领域，人们对红外线的研究也一刻没有停止过，时不
模型用 DC 电机红外遥控系统设计
2
时出现的关于红外新应用新产品更加使我们认识到红外产业还有更广阔的应用前
景。红外应用的产品种类繁多，其中红外热像、红外摄像、红外通讯、红外光谱
仪、红外传感等是红外应用的几个比较大的领域。截至 2000 年全球已有 1．7 亿
台配有国际红外线协会模组的电子产品进入市场，尤其在电子游戏机市场有极大
的潜力。1993 年国际红外线协会在美国成立，积极整合建立红外传输的标准，极
大地推动了红外产品的发展。国际红外线协会 1994 年推出了 1．0 版红外线资料
交换标准，传输速度为 115．2Kbps，目前的最大传输速度最大速率已达 4Mbps 以
上。2006 年，红外无线技术已经有了庞大的用户群。当时红外数据通讯技术(IRDA)
已拥有每年一亿五千万套的设备安装量，并且它保持着每年 40%的高速增长。强劲
的增长数字表现在全球范围内厂商对于红外通讯仍持有的乐观态度，红外通讯技
术已被全球范围内的众多软硬件厂商所支持和采用，目前主流的软件和硬件平台
均提供对它的支持。手机市场上，各大主流厂商也早已在其产品中配套支持了红
外通讯技术。从当前的情况来看，红外技术无论是从应用覆盖度，技术成熟度和
用户接受度来说，都在各类无线通讯技术中处于领先地位。
§1.2.2 红外遥控技术的发展[23]
60 年代初，一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术，但由于受当时技术
条件的限制，遥控技术发展很缓慢。70 年代末，随着大规模集成电路和计算机技
术的发展，遥控技术才得到快速发展。在遥控方式上大体经历了从有线到无线的
超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控这样几个阶段。无论
采用何种方式，准确无误地传输信号，最终达到满意的控制效果是非常重要的。
最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易
受干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。与红外线相比，超声传
感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。较为理想的是光控
方式，采用红外线的遥控方式逐渐取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能
遥控器，并且成为当今时代的主流。由于红外线在频谱上位于可见光之外，所以
抗干扰性强，具有光波的直线传播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息
传输媒体。信息可以直接对红外光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的
强弱进行传输，也可以用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进调制，
接收端再去掉载波，取到信息。从信息的可靠传输来说，后一种方法更好，这就
是目前大多数红外遥控器所采用的方法。红外遥控技术在这十年来得到了迅猛发
展，在家电和其他电子领域都得到了广泛应用。随着生活水平的提高，人们对产
品的追求足使用更方便、更具智能化，红外遥控技术正是一个重点发展方向[21]。
摘要：

摘要红外遥控具有信息传输可靠、功耗低、成本低和易于实现等显著优点。在工业控制、智能仪器仪表以及家用电器等方面都有着广泛的应用。DC电机是我们日常生活中广泛使用的一个电气产品，是我们的生活中不可或缺的动力源。通过采用不同的控制手段和不同的微控制器可以实现对DC电机的速度控制和转动方向控制。在认真研究和分析了红外遥控技术的发展现状以及应用前景的基础上，设计了一款体积小、功耗低、便于安装的模型DC电机的红外遥控控制系统，可用于众多红外遥控的模型及玩具。论文首先对红外遥控技术的发展现状和应用前景进行介绍，最终选择了以红外编码/解码芯片为核心的红外遥控技术。根据系统功能及设计需求，对系统进行了总体规划，...

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