基于单片机的红外遥控系统 第3页

基于单片机的红外遥控系统 第3页
当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够文持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。
由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1-1。
表1-1 可控硅导通和关断条件
状态 条件 说明
从关断到导通 1、阳极电位高于是阴极电位
2、控制极有足够的正向电压和电流 两者缺一不可
文持导通 1、阳极电位高于阴极电位
2、阳极电流大于文持电流 两者缺一不可
从导通到关断 1、阳极电位低于阴极电位
2、阳极电流小于文持电流 任一条件即可
1.4.3步进电机控制原理
    步进电机是将电脉冲转变为角位移或者线位移的开环控制元件，必须由脉冲信号、功率驱动电力等组成控制系统才可使用，在不超载的情况下，电机的速度、停止的位置只取决与脉冲信号的频率和脉冲数。图1-3为四相步进电机内部原理图：

图1-3  四相步进电机

    四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图1-4a、b、c所示：
a单四拍               b双四拍               c八拍
图1-4  步进电机工作时序波形图
    步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。本设计用的是混合试步进电机35BY系列的，表1-2介绍了35BY系列电机的详细的技术数据，以及图1-5为35BY的接线图。
表1-2  35BY系列电机的技术数据
型号 步距角 相数 电压 电流 电阻 最大
静转距 定位转距 转动惯量
35BY48S01 7.5 2 5 0.71 7 250 65 2.5
35BY48S02 7.5 2 5 0.42 12 200 65 2.5
35BY48S03 7.5 4 12 0.26 47 180 65 2.5
图1-5 35BY的接线图
2  系统的总体设计
2.1方案论证
方案一：
可设计使用多谐震荡电路组成的红外遥控系统，经过多级放大而实现电机控制，优点是可以通过放大级的设定增加而实现较远距离的接收，调试也较简单，但是布线复杂，稳定性较差，不灵活。
方案二：
采用专用的遥控解码集成电路，它具有制作简容易，稳定性高、操作码个数可随意设定等优点，但是编码不够灵活。
方案三：
    采用AT89C2051单片机编码发射遥控信号，再由AT89S52单片机解码产生控制信号，从而实现对电机的控制和各个状态的LCD指示。
综合考虑，由于使用单片机设计灵活性更强、用途更宽广，所以本设计采用方案三。
2.2 设计原理框图
如图2-1所示，遥控器部分采用89C2051单片机控制，+3V电源供电，行列式键盘采用低功耗控制电路控制，同时由发射指示灯显示红外发射状况。
图2-1  红外发射电路原理框图
    如图2-2所示，控制器部分采用89S52单片机控制，由7805稳压芯片提供+5V供电，步进电机采用+9V供电，直流电机采用220V交流电经桥式整流及可控硅控制供电。LCD和LED显示红外接收和控制的各个状态。
图2-2  红外接收控制电路原理框图
3  系统硬件设计
硬件设计包含遥控发射器的电路设计和电机控制系统的电路设计。遥控发射器主要由AT89C2051单片机，+3V电源，键盘低功耗空闲方式控制电路，红外管发射电路，指示灯电路等组成。电机控制系统的电路主要由AT89S52单片机，+5V电源电路，红外管接收电路，可控硅控制电机电路、步进电机控制电路、LCD显示电路、50HZ交流电过零检测电路等部分组成。
3.1 单片机简介
本设计中遥控电路的主芯片采用美国ATMEL公司的AT89C2051FLASH单片机。它具有2KB可重编程闪速存储器，2.7-6V的电源使用电压，128X8位的内部RAM，两个16位定时器/计数器，5个中断源，直接LED驱动输出以及空闲和掉电方式等功能。
控制器部分采用了美国ATMEL公司的AT89S52单片机，AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S52具有如下特点：40个引脚,8k Bytes Flash片内程序存储器,256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）,32个外部双向输入/输出（I/O）口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗（WDT）电路,片内时钟振荡器，主要功能表特性见表3-1。
此外,AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口, 外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
表3-1  主要功能表特性：
兼容MCS-51指令系统 8k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM
32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压
3个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz
全双工UART串行中断口线 时钟频率0-33MHz
2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式
中断唤醒省电模式 3级加密位
看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能
灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针

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