红外遥控控制步进电机 - 图文(3)

2019-04-02 14:40

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PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的PSEN信号将不出现。

EA/VPP:当EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,EA将内部锁定为RESET;当EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。

XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2:来自反向振荡器的输出。

3.1.3 时钟电路

STC89C52有内部时钟和外部时钟两种连接方式。设计中使用内部时钟,即在RXD和TXD两端并联晶振和适当电容。需要注意的是并不是晶振有定时的作用,而是通过和单片机内部的高增益反相放大器连接,使它可以在一定频率下稳定震动,起到口令的作用。其连接电路如图3-2所示。

图3-2 时钟电路

在RXD和TXD引脚上并联的晶振是系统的定时元件,内部振荡器就产生自激振荡。 时钟电路中选用的晶振可以在1.2~24MHz之间选择,并联的电容值可在5~30pF之间选择,为单片机提供了有序准确的命令,是单片机正常运行的前提。

3.1.4复位电路

AT89C52的外围电路是必须有复位功能的,一般分为自动复位和按键复位。设计使用的是手动复位,电路原理是在普通RC复位电路的基础上接一个有下拉电阻10K、上拉电容10μf接VCC,电源由开关经串接的1K限流电阻至复位脚(和上拉电容并联),上拉电容支路负责在“上电”瞬间实施复位;开关通过1K上拉电阻和10K下拉电阻分压器,保证对单片机实施按键电平复位[6]。电路图如图3-3所示。

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图3-3 复位电路

复位可以对单片机初始化。其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序[7]。复位一般有两种作用,一种是在进入系统时要正常的初始化,另一种是程序可能会出现错误,运行混乱,是系统处于死锁状态,为了解决这种困境,通常采用复位方式。

3.2 步进电机模块

3.2.1 步进电机简介

人类社会进入自动化时代的今天,传统电动机的功能已不能满足各种运动控制系统的要求。为了适应这些要求,发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统,其中较有自己特点,且应用十分广泛的一类便是步进电机。从发展趋向来讲,步进电机已经能与直流电动机,异步电动机,以及同步电动机并列,成为电动机的一种基本类型,步进电机己成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。步进电机是电动脉冲信号为角位移或线位移的开环步进电机控制元件块。步进电机对于其他种类电机的优势是在非超载的情况下,电机的运动状态如电动机转速、停止的位置非常稳定,可以完全在用户的掌控之中的,负载的变化,在恶劣环境下都不会对它产生影响,这取决于它的控制方式的与众不同。步进电机的转动圈数完全取决于给它脉冲的数量,它转动速度又完全取决于脉冲频率。只要给步进电机一个脉冲,就会驱动电机在旋转方向上转动一个固定的角度,称为“步进角”,旋转角度是固定的一步一步的操作[8]。所以它的可操作性非常优越,但是步进电机的转动速度是比较慢的,随着科技的发展,这种缺点也在逐渐改善。步进电机的实物图如图3-4所示。

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图3-4 28BYJ48型四相八拍电机

本设计选择28BYJ-48步进电机作为设计对象,步进电机28BYJ48型四相八拍电机,电压为DC5V—DC12V。使步进电机连续转动的方法是不断的供给控制脉冲。每个脉冲都对应步进电机的某一项或两项绕组,当它的通电状态改变时对应的转子就会转过一定角度, 这个角度叫做步距角。通电状态改变一个周期时转子所转的角度成为齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行,常见的通电方式有单(单相绕组通电)四拍(A-B-C-D-A),双(双相绕组通电)四拍(AB-BC-CD-DA-AB),八拍(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)。

3.2.2步进电机的结构

步进电机有转子和定子两部分,在电流作用下的,定子和转子的相互作用,使得电机不停转动。28BYJ-48步进电机的定子是由硅钢片叠成的,定子上有8大磁极,每2个相对的磁极(N,S)组成一对,共有4对,如图3-5所示。定子齿有个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。 0、1/4π、2/4π、3/4π(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以π表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/4π,C与齿3向右错开1/2π,D与齿4向右错开3/4π。而转子是由软磁材料制成,其外表面也均匀地分布着小齿,与定子上的小齿相同,并且小齿的大小相同,间距相同。

3.2.3 28BYJ-48步进电机工作原理

步进电机是一种将电脉冲转换为角位移的执行机构,步进电机的转动圈数完全取决于给它脉冲的数量,它转动速度又完全取决于脉冲频率。只要给步进电机一个脉冲,就会驱动电机在旋转方向上转动一个固定的角度,可以通过电脉冲个数来控制角偏移量,从而达到准确定位的目的,同时可以通过控制脉冲频率,来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。本设计选择28BYJ-48步进电机作为设

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计对象,其原理图如3-5所示。

图3-5 步进电机接线示意图

在图中可以看到附在周围的是定子,在中间的是转子。定子的作用是产生一个电磁场,这个电磁场和转子的磁场可以产生一个扭力[9],使得步进电机转动。但是定子的电磁场是不能和转子磁场在同一直线的。使步进电机不停转动的前提是定子的磁场不停的变换,这个变换是通过一次改变绕组的磁场,始终是定子和转子的磁场产生错位,促使步进电机的稳定转动。而改变磁场切换的时间间隔,就可以控制步进电机的速度了,这就是步进电机的驱动原理。由于单片机的驱动电流较小,不能直接用来驱动步进电机,优势不能充分展现,所以一般都是使用ULN2003达林顿阵列驱动,可以为步进电机提供较大的扭力,使电机稳定工作。

3.3 ULN2003芯片概述与特点

ULN2003芯片是高耐压、大电流达林顿阵列,由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成,具有同时驱动7组负载的能力,为单片双极型大功率高速集成电路[10]。由于步进电机并不是简单的转动,它要带动不同的负载,完成不同的工作,所以需要产生较大的扭力,又由于直接使用三极管驱动的局限和功率电子电路大多要求具有大电流输出能力,所以步进电机的驱动一般使用ULN2003。ULN2003芯片高压大电流达林顿晶体管阵列产品属于可控大功率器件功率驱动电路,可控大功率驱动器件驱动电路是功率电子设备输出电路的一个重要组成部分。具体电路图如图3-6所示。

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图3-6 ULN2003接线示意图

ULN2003实际上只是一个放大电路,用来放大电流,对于实际的逻辑控制没有任何作用。如果没有这个芯片电机也会转动,只是转动的扭力会受很大影响,制约步进电机的性能。

3.4 红外线发射接收模块

3.4.1 红外线遥控的介绍

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,在太阳光中就包含着红外线。由德国科学家霍胥尔于1800年发现,又称为红外热辐射。很多人不知道红外线与紫外线等不可见光线或者红光等可见光线的产生区别,它们最大的区别是波长不同,波长是震荡频率的结果。人眼能够识别的可见光的种类为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,波长是从长到短排列的。其中红光的波长范围为0.62~0.76um;紫光的波长范围为0.38~0.46。比紫光的波长还要短的光叫紫外线,比红光的波长还要长的光叫红外线。红外线遥控技术就是利用波长为0.76~1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。红外线是我们最常用的一种不可见光线,家用电器的遥控器基本上都是使用红外线。有一个很有趣的特点,当按下遥控器的键盘时,我们看不到红外发射头发出的光线,但是如果我们用照相机来对着红外发射头,按下键盘时,在相机中我们可以观察到它发出了亮光。

红外遥控的特点是造价较低,适合市场的推广,各类家庭用户的使用。编解码较容易,不会因为程序电路的复杂性而经常出现故障。它由32位码长,4段码,通过用户码的不同区别开了不同产品的不同遥控,以免互相干扰,不影响周边环境、不干扰其它电器设备。还有一个重要原因,红外线不会对人体造成伤害,发射接收距离较长,方便用户使用。一般在10米以内可以灵敏接收的。

3.4.2红外通信基本原理

通信控制系统大多是由发射与接收两部分组成的,红外通信也不例外。发射系

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