电动遥控百叶窗设计.doc

编号： 毕业设计说明书题 目： 电动遥控百叶窗 摘 要随着传感技术日新月异的发展，产品功能智能化逐渐成熟，自动化控制也就成了提高资源利用率的关键。随着电子技术的飞速发展，微电子技术的得到越来越多的应用，同时影响着人们生活工作的方方面面。自动窗控制系统经历了从无到有的，并逐步丰富功能和可靠性的发展。本文所要描述的就是一种可根据红外线遥控对自动窗控制系统的实现原理和过程。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，一直得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于各个领域各方面。本次设计是以单片机为核心，加上其他器件，设计电路来实现百叶窗的控制。本文介绍了一种基于STC89C52单片机的红外遥控步进电机的设计,系统分为红外遥控编解码、LCD显示和驱动步进电机三个模块,设计的系统能通过遥控器来控制步进电机，并且步进电机的状态能通过LCD液晶模块实时显示出来，使人们直观的看出步进电机的运行状态。本报告对该系统的工作原理、硬件电路和软件进行了详细介绍。该系统实用性强、操作简单、扩展性强。 关键词：红外遥控 LCD显示 步进电机AbstractWith the sensor technology changes with each passing day,the intelligence of product features become more mature,and automation is the key to improving resource utilization.With the rapid development of electronic technology, microelectronic technology has been applied more and more, at the same time affected our lives in all aspects of the work.Automatic window control system has experienced from scratch, and gradually the development of rich functionality and reliability.This paper will describe is a kind of according to the infrared remote control to the automatic window control system principle and process.Single chip for its high reliability, cost-effective, low voltage, low power consumption and a series of advantages, has been the rapid development and promotion of large-scale, widely used in various areas of the.The design is based on single chip as the core, combined with other devices, circuit design to realize the shutter control.The paper introduced one kind based on the STC89C52 single-chip infrared remote control stepper motor design, the system is divided into infrared remote control coding and decoding, LCD display and drive a stepper motor three modules, design of the system can be controlled by a remote control stepper motor, and the stepper motor state through the LCD module of real-time display, enable people to directly see the stepping motor running state.The report on the work principle of the system, the hardware circuit and software are introduced in detail.The intelligent irrigation system has energy-saving,high efficiency and low cost.the system has great practical space in different place.The system has strong practicability, simple operation, strong expansibility.Key words：Micro controller; Humidity sensor; Temperature sensor; The real time controls目 录引言 1 任务要求与总体设计方案 21.1 设计任务要求21.2 总体设计方案 21.2.1 硬件设计方案 21.2.1.1 系统硬件设计方案 21.2.1.2 百叶窗制作设计方案 41.2.2 软件设计方案 5 系统硬件电路设计 52.1 单片机主控制模块 52.1.1 单片机方案选择 52.1.2 STC89C52芯片功能介绍 52.1.3 单片机主控电路设计 72.2 红外发射模块电路设计分析 82.2.1 uPD6121G红外发射器内部结构及工作原理 82.2.2 红外发射模块硬件接口电路 112.3 红外接收模块电路设计分析 112.3.1 VS1838B红外接收器内部结构及工作原理 112.3.2 红外接收模块硬件接口电路 132.4 液晶显示模块电路设计分析 142.4.1 LCD1602液晶显示器内部结构及工作原理142.4.2 液晶显示模块硬件接口电路162.5 电机驱动模块电路设计分析162.5.1 ULN2003A晶体管内部结构及工作原理162.5.2 28BYJ-48减速步进电机内部结构及工作原理172.5.3 电机驱动模块硬件接口电路192.6 电源模块电路设计分析19 百叶窗实体设计 20 系统软件设计 204.1 主程序流程设计 204.2 执行功能模块 224.2.1红外解码中断判断程序流程设计224.2.1.1红外解码流程函数224.2.1.2红外解码功能码提取函数234.2.1.3红外解码功能码判断函数244.2.2 电机驱动程序流程设计254.2.3 LCD显示程序流程设计 27 系统调试 285.1 硬件电路调试 285.2 软件程序调试 29 结论 31谢辞 32参考文献 33附录 34 桂林电子科技大学机电工程学院毕业设计(论文)说明书 第 50 页 共 48 页 引言 随着人类社会的发展，人们对生活质量的要求越来越高，各种各样改善人居环境的设备被研制开发出来，并用于人们的生活中。本次设计实现的基于单片机的全自动窗就是此类应用。本次设计所要实现的电动遥控窗，实际上可以归为智能家居的一个方面。智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化、电子家庭、数字家园、家庭网络、网络家居、智能家庭/建筑，在我国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。做为智能家居的一个方面，电动遥控窗当然也要跟上形势，紧扣目前主唱的绿色节能、和谐人居的主题。它不仅可以起到节能减排的效果更能给人们的生活带来极大的舒适和便利。近年，欧洲、北美、日、韩地区，住宅窗体产品启闭方式已开始向自动化方向发展。如德国的诺托、意大利的图兰朵、韩国的LG等，均有自动化窗体生产。在中国，自动化窗体正在逐步为人们所重视，不仅各种进口的自动窗和自动开窗器出现在中国的市场上，而且国内一些实力较强的公司开发的产品具备完全的自主知识产权，技术先进，功能完善的国产自动窗逐步成为国内市场的主体，越来越多的自动窗体被应用到各种建筑当中。 由于自动窗是刚刚发展起来的新产品，还没有形成成熟、稳定的行业，尚未形成统一的行业标准和规范，因此目前市场上的自动窗产品在各个方面的差异非常大，多数产品还不能算是成熟、完善的自动窗。 本次电动遥控百叶窗的设计采用基于单片机的红外遥控步进电机来实现。基于单片机的红外遥控技术是一种无线、 非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。本文介绍的系统可以通过红外遥控实现对步进电机的转速和角位移的控制，并通过液晶显示器显示出来。本设计采用的是通过遥控器发射不同的码值，红外接收电路将接收到得信号送给单片机的外部中断0，单片机接收到信号后通过解码程序对接收到得信号进行处理，使得这些信号成为相应的码值。经过处理后这些信号就可以去控制步进电机的正转反转、加速减速以及启动停止并在LCD上显示出来。 1 任务要求与总体设计方案1.1 设计任务要求百叶窗已成为现代家居的一个主要组成。自行设计百叶窗的卷帘和控制系统，可遥控实现百叶窗打开和关闭。 1、自行设计百叶窗卷帘结构，不用设计窗户；2、可遥控实现卷帘的开和闭；3、卷帘开合有三种速度模式：快速、中速、慢速，三种模式都用遥控实现；4、电动遥控式百叶窗结构简单、整体美观大方。1.2 总体设计方案自动窗的设计思想是: 利用红外遥控器对在窗帘上的两个电机（一个控制百叶窗窗帘上下，一个控制百叶窗叶片闭合）进行实时控制，可以使百叶窗窗帘拉起放下，叶片转动透光或不透光,速度分快、中、慢三档)并通过LCD液晶显示器。把电机的状态实时地表示出来，以监控电机的运行。整个设计共分6个阶段完成：前期调查-方案选择-硬件设计-软件设计-系统调试-撰写文档。第一阶段主要了解目前国际国内自动窗领域的现状和主要功能；第二阶段从技术方案角度充分了解目前自动窗一般采用那些方式实现，选出一种最佳方案，并针对该方案查找研究和论证各组成部分的可选方案和最佳方案；第三阶段学习并熟练掌握硬件设计过程中要用到的单片机软件，设计并绘制选定方案的图纸并做出样机；第四阶段学习并熟练掌握单片机程序开发软件并编制自动窗控制程序，研究控制算法；第五阶段，调试前两个阶段完成的系统，在调试过程中掌握系统调试的方法和经验；第六阶段完成对整个设计的书面总结。1.2.1 硬件设计方案1.2.1.1 系统硬件设计方案本系统为一种基于STC89C52单片机的红外遥控步进电机的设计,系统分为红外遥控编码、红外遥控解码、LCD显示和驱动步进电机四个模块,设计的系统能通过遥控器来控制步进电机，并且步进电机的状态能通过LCD液晶模块实时显示出来，使人们直观的看出步进电机的运行状态。本设计是基于单片机STC89C52控制为核心，通过对接收到红外遥控的码值的解码，来识别控制。单片机对步进电机发出指令，使其按控制转动。外遥控器发出红外信号后，通过红外一体化接收头进行接收。然后将接收到的信号送入STC89C51单片机的INT0口，通过软件编程，对INT0口接收的信号进行译码处理。这样就可以根据译出的码字对步进电机进行正反转、 调速以及角度控制， 并且可以将译出的码字值和步进电机的状态、速度值或角度值通过LCD 显示出来。整个系统划分为红外线译码模块，液晶屏显示模块，步进电机控制模块等三个模块，三个模块之间通过红外信号译码值进行联系。系统原理框图如图1-1所示,原理流程图如图1-2所示。图1-1 系统原理框图图1-2 系统原理流程图（1） 红外发射模块电路方案设计 方案一：PT2262是台湾普城公司生产的一种CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路IC，虽然外部元器件少，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种，但调试难度高，造价成本高。 方案二：NEC PD6112是一种由NEC所开发的红外线IC，市面上IR讯号格式众多，NEC PD6112更是一种独特的规格，随着越来越普遍的应用，也有越来越多的厂商采用NEC的IR格式进行产品开发。 因此，在红外发射模块中选择方案二。（2） 红外接收模块电路方案设计 方案一：HS0038内部集成了强大的信号处理功能，但是其内部只集成了低通滤波电路，抗干扰能力比较弱。使用时需要在外部加上一个滤波电路，比较麻烦。 方案二：VS1838B是一颗集接收电路、调制解调电路、带通滤波、放大电路和控制电路为一体的集成接收头，所以不用外接滤波电路，并且成本低廉，市场普遍都有。因此，在红外接收模块中选择方案二。 （3） 电机驱动模块方案设计 方案一：L298N，它是一个全桥电路在里面的IC，L298N一般是配合L297N使用的，他们这对IC可以驱动双极性电机，如果是双拍的话，每相的电流方向是交替的，即一次正向一次反向的通电。但成本较高，而且本次设计不需用到太多功能。 方案二：ULN2003A是一个达林顿管阵列，有7对输入输出，可以放大信号，将单片机输出的TTL信号放大到可以驱动马达转动的电流强度，单片机普遍应用，成本低廉。 因此，在电机驱动模块中选择方案二。（4） 液晶显示模块电路方案设计 方案一：采用普通的数码管显示，功能单一，显示的信息量少，连接的电路复杂，耗电量大，不符合本系统设计要求。方案二：LCD12864液晶是虽然分辨绿率高，但成本高。本设计的LCD只是监控电机运行状态的功能，因此不必花费高的成本来投入到不是主要功能的模块。方案三：LCD1602液晶显示，虽只能显示字母和数字，并且显示分辨率只有1616,显示的信息量有限，但操作功能简单，对功能不需太多的系统设计完全合适。因此，液晶显示模块选择方案三。（5） 系统电源电路方案设计本模块电源电路设计可采用LM2576开关型降压稳压器，可驱动3A电流的负载，能够输出固定直流电压5V、12V。电路简单，操作方便。但出于单独制作电源的复杂程度，不稳定性和成本问题考虑，选择用市场上的电源替代，即可节约时间，又可节约成本。因此本次设计中选择便利的手机充电器电源代替。1.2.1.2 百叶窗制作设计方案 方案一：琴键或蜂巢式百叶窗：琴键式百叶窗的页片呈水平排列，每个页面1英寸宽或者更宽；而蜂巢式百叶窗有两层或多层。两种百叶窗都有各种颜色和厚度的多种选择。方案二：竖式百叶窗：竖式百叶窗的页面有聚酯塑料，铝，木片，非编结织物，或者叠层式织物，其宽度大约在3到4英寸。竖直式百叶窗可以完全收到一边，适合玻璃推拉门和大型窗子。方案三：横式百叶窗：横式百叶窗的页面一般2英寸宽，材质一般是木头，铝片，或者聚酯塑料，最窄的也有1英寸宽。百叶窗的左右两侧从上到下各有一条带子，带子中间有绳子穿过把每个页片串结起来。带子的颜色和式样可以根据不同需要更换。对于需要电机来拖动的百叶窗窗体结构来说，无疑是需要绳子拉动的是最好的选择。因此，液晶显示模块选择方案三。1.2.2 软件设计方案本系统软件设计采用的是C语言编程，运用Keil uVision2软件平台进行编程及编程查错，再通过编程器STC_ISP_V480下载程序（系统总设计程序如附录4）。对于硬件的模块设计方式，软件部分也采取分模块编程，再通过主程序调用子函数从而实现系统整个软件功能。使用模块化结构形式是为了使程序的编写、调试及控制变得更方便，也为了便于推广到其他过程控制对象。程序控制共有5部分子程序，分别为红外解码程序、码值判断程序、电机驱动程序、LCD显示程序。主程序在初始化完成后，依次循环执行上述子程序，分别实现其相应功能。2 系统硬件电路设计2.1 单片机主控制模块2.1.1 单片机方案选择方案一：选择Microchip公司的PIC系列单片机PIC单片机是一种简单指令型的单片机，指令数量比较少，如果使用汇编语言编写程序，在PIC中低档单片机中比较麻烦且需要翻页，而且性价比不高，价格昂贵。方案二：选择Atmel公司的STC89C52单片机STC89C52是一个低功耗，高性能八位CMOS单片机，片内含4k 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，功能强大的微型计算机的STC89C52为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。因此单片机芯片选择方案二。2.1.2 STC89C52芯片功能介绍89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。其引脚图如图2-1所示。 图2-1 AT89C52引脚图AT89C52单片机主要引脚功能如下： （1）P0口8位、开漏极、双向I/O口。 P0口可作为通用I/O口，但必须外接上拉电阻；作为输出口，每个引脚可吸收8个TTL的灌电流。作为输入时，首先应将引脚置“1“。 P0口也可用作外部程序存储器和数据存储器是的低八位地址/数据总线的复用线。在该模式下，P0口含有内部上拉电阻。 （2）P1口8位、准双向I/O口、内部含有上拉电阻。 P1可作为普通I/O口。输出缓冲器可驱动4个TTL负载；用作输入时，先将引脚置1，有片内上拉电阻将其抬到高电平。P1口的引脚可由外部负载拉到低电平，通过上拉电阻提供上拉电流。 在串行编程和校验时，P1.0/MOSI，P1.6/OSI和P1.7/SCK分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。 （3）P2口准双向口，具有通用I/O接口或8位地址总线输出 P2口用作输出口时，可驱动四个TTL负载；用作输入口时，先将引脚置1，由内部上拉电阻将其提高到高电平。若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外输出电流。 当单片机系统外部扩展时，P2端口可用于输出高8位地址线，与P0端口传送的低8位地址一起组成16位地址总线，由于访问外部存储器的操作是不断的，此时P2端口不可能再作通用I/O接口使用。（4）P3口双重功能的8位准双向端口。 P3口是一个多功能的端口，除作为准双向I/O接口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3端口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能。P3端口能驱动4个TTL负载。P3端口的第二功能如表2-1所示。表2-1 单片机引脚功能表端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外中断0）低电平有效P3.3INT1（外中断1）低电平有效P3.4T0（定时/计数0）输入端P3.5T1（定时/计数1）输入端P3.6WR（外部数据存储器与选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）（5）XTAL1和XTAL2XTAL1是片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端，XTAL2是片内振荡器反相放大器的输出端。 （6）RST复位输入端，高电平有效。 当单片机振荡器工作时，RST端维持两个机器周期的高电平，便可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，该引脚上高电平持续10ms以上才能保证有效复位。2.1.3 单片机主控电路设计本系统采用的核心器件是STC89C52单片机，有4个P口，其中P1 P2 P3内部含有上拉电阻，P0口内部不含上拉电阻。在本系统中用P1口来控制LCD液晶显示模块，P0和P2口来控制步进电机的驱动，外部中断0（P3.2）来接3收红外控制信号。单片机复位电路的设计。当STC89C52单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。STC89C52单片机提供了上电复位和按键复位两种方式，本系统中采用按键复位电路。其中C3是10uf/16V的电解电容，R1的阻值为10K欧。单片机时钟电路的设计。STC89C52提供了外部时钟电路和内部时钟电路两种方式，本系统采用12MHz晶振的外部时钟电路方式，在晶振两端接2个30pf的陶瓷电容。这两个电容成为晶振的负载电容，它会影响晶振的谐振频率和输出幅度。单片机主控电路图如图2-2所示。 图2-2 单片机主控电路图2.2 红外发射模块电路设计分析2.2.1 uPD6121G红外发射器内部结构及工作原理（1）uPD6121G红外发射器特性 低压操作：内径= 2到3.3伏 低电流消耗：1最大（待机） 自定义代码：65536（由外部的二极管和电阻） 数据代码： pd6121：32码（单输入），3码（双输入），可扩充至64码，通过选择引脚 pd6121，6122传输代码兼容的（传输格式）的pd1913c，1943g，6102g，和6120 c。 引脚兼容：pd6121g-001是引脚兼容的pd1943g（然而，电容的电容连接到振荡器引脚和其他参数的变化）标准产品（Ver. I, Ver. II 二规格）（2） uPD6121G红外发射器引脚功能 CCS:自定义代码选择输入 REM:远程输出 KI0-KI7 :键输入 SEL:SEL 输入 KI/O0-KI/O7 :键输入/输出 VDD :电源引脚 LMP:灯输出 VSS : 地引脚 OSCI, OSC:谐振器连接引脚 图2-3 uPD6121G 引脚图（3） uPD6121G红外发射器内部结构图2-4 uPD6121G红外发射器内部结构图（4）uPD6121G红外发射器工作原理日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征： 采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”，其波形如图2-5所示；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图2-6所示。 图2-5 二进制0波形 图2-6 二进制1波形 上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图2-7所示，连发波形如图2-8所示。 图2-7 遥控信号波形图图2-8 遥控信号周期性波形图UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G最多额128种不同组合的编码。 当遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在4563ms之间，图2-8为发射波形图。 当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms18ms）,高8位地址码（9ms18ms） ,8位数据码（9ms18ms）和这8位数据的反码（9ms18ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。 代码格式（以接收代码为准，接收代码与发射代码反向） 图2-9 位定义图 图2-10 单发代码模式图 图2-11 连发代码格式图注：代码宽度算法： 16位地址码的最短宽度：1.1216=18ms 16位地址码的最长宽度：2.24ms16=36ms 已知8位数据代码及其8位反代码的宽度和不变：（1.12ms+2.24ms）8=27ms 32位代码的宽度为（18ms+27ms）(36ms+27ms) 解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84ms左右均可。 根据码的格式，应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。 2.2.2 红外发射模块硬件接口电路本设计使用HY-3L26C/3L26D 型红外遥控发射器。它由555定时器组成的脉冲方波发射器、驱动放大器和红外发光二极管等元件组成。脉冲发生器输出脉冲方波信号经R3 加至VT1 的基极。当脉冲信号波形为高电平“1”时，VT1 饱和导通，VT2 也导通，驱动发光二极管LED1 发出可见光，表示发射电路工作，红外发光二极管LED2 发出红外光。当脉冲信号波形呈低电平“0”时，VT1、VT2 均不导通，LED2不发光。这样就可实现红外光脉冲的发射。LED1 为普通发光二极管，LED2 为红外发光二极管，VT1、VT2 为三极管。红外信号的编码规则是采用的uPD6121G系列编码格式，采用脉宽调制的串行码。具体0和1码字的约定如下：在平时没有接收到红外线信号时，接收器的输出电平为1。 当某个键按下时。 波形的开始是一个9ms的低电平0，然后是4.5ms的高电平1， 接着是32个比特 （4个字节)的数据，其中第一和第二字节是遥控器的地址码(对于一款已经设计好的遥控器，地址码是固定不变的)，第三个字节是遥控器键值码，第四个字节是遥控器键值码的反码，其作用是用于解码后进行校验。图2-12 红外遥控发射模块硬件接口电路图从红外发射电路的复杂程度，不稳定性和成本问题考虑，因此本次设计采用现成的用uPD6121G制成的遥控器。2.3 红外接收模块电路设计分析2.3.1 VS1838B红外接收器内部结构及工作原理（1） VS1838B红外接收器特性小型设计;内置专用IC;宽角度及长距离接收;抗干挠能力强;能抵挡环境干挠光线;低电压工作;（2） VS1838B红外接收器引脚功能VCC:5V供电 GND:地OUT:数据输出（3） VS1838B红外接收器内部结构 图2-13 VS1838B 元件图图2-14 VS1838B红外接收器内部结构图（4）VS1838B红外接收器工作原理红外遥控信号是一连串的二进制脉冲码。为了使其在无线传输过程中免受其他红外信号的干扰,通常都是先将其调治在特定的载波频率上,然后再经红外发射二极管发射出去,而红外线接收装置则要滤除其他杂波,只接收该特定频率的信号并将其还原成二进制脉冲码,也就是解调。目前,对于这种进行了调制的红外遥控信号，通常是采用一体化红外线接收头进行调解.一体化红外线接收头将红外发光二极管,低噪音放大器,限幅器,带通滤波器,解调器,以及整形驱动电路等集成在一起。测试波型:图2-15 VS1838B红外接收器测试波型图特性曲线图：图2-16 VS1838B红外接收器特性曲线图2.3.2 红外接收模块硬件接口电路VS1838B是一颗集接收电路、调制解调电路、带通滤波、放大电路和控制电路为一体的集成塑封一体化红外线接收头，体积小,灵敏度高,外接元件少,抗干扰能力强,是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路。一共有三个引脚输出其中一个是电源一个是接地另一个则是输出，这样就大大方便了我们的使用，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。本系统中使用这个VS1838B的接收头的时候只需要接地通电即可。具体应用电路图如图2-17所示图2-17 红外红外接收模块硬件接口电路图2.4 LCD1602液晶显示模块电路设计分析2.4.1 LCD1602液晶显示器内部结构及工作原理（1）LCD1602液晶介绍工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行） 注：为了表示的方便 ，后文皆以1表示高电平，0表示低电平。1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。（2）LCD1602液晶显示的优点+5V电压，对比度可调。内含复位电路。提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。有80字节显示数据存储器DDRAM。内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM。8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。（3）LCD12864液晶连接时序图分析 读操作时序如图2-18所示图2-18 LCD1602读操作时序图在该时序中RS置低电平为写指令状态，RW端电平始终拉低，当EN端置高电平时，开始写入指令数据，并延时一段时间，写指令结束后，EN置低电平。 写操作时序如图2-19所示图2-19 LCD1602写操作时序图在该时序中RS置高电平为读数据状态，RW端电平始终拉低，当EN使能端置高电平时，开始读出数据，并延时一段时间，读数据结束后，EN置低电平，数据读出完毕。（4）LCD1602管脚功能表2-2 LCD1602管脚功能编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2双向数据口2VDD电源正极10D3双向数据口3VL对比度调节11D4双向数据口4RS数据/命令选择12D5双向数据口5R/W读/写选择13D6双向数据口6E模块使能端14D7双向数据口7D0双向数据口15BLK背光源地8D1双向数据口16BLA背光源正极VDD：电源正极，4.55.5V，通常使用5V电。VL：LCD对比度调节端，电压调节范围为05V。接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，但对比度过高时会产生“鬼影”，因此通常使用一个10K的电位器来调整对比度，或者直接串接一个电阻到地。RS：MCU写入数据或者指令选择端。MCU要写入指令时，使RS为低电平；MCU要写入数据时，使RS为高电平。R/W：读写控制端。R/W为高电平时，读取数据；R/W为低电平时，写入数据；E：LCD模块使能信号控制端。写数据时，需要下降沿触发模块。D0D7：8位数据总线，三态双向。如果MCU的I/O口资源紧张的话，该模块也可以只使用4位数据线D4D7接口传送数据。本充电器就是采用4位数据传送方式。BLA： LED背光正极。需要背光时，BLA串接一个限流电阻接VDD，BLK接地，实测该模块的背光电流为50mA左右。BLK： LED背光地端。2.4.2 液晶显示模块硬件接口电路在本系统中我们采用1602字符型液晶显示模块来显示步进电机的转速、起停以及正反转等步进电机的状态。字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。提供内部自动上电复位电路，+5V工作电压。一共有16个引脚，其中一对电源引脚、一对LED背光电源引脚、LCD驱动电压引脚、一个模式选择引脚、一个读写操作引脚、一个使能引脚以及7个数据引脚。其中LCD驱动电压V0可通过滑动变阻器进行调节，一般V0为零伏。R/W口与单片机的P3.6连接用于读/写的选择，EN使能端与单片机P3.4连接，DB0-DB7口与单片机的P1.0-P1.7口通过P1口直接连接。液晶采用+5V电源供电，电位器R用来调节液晶的对比度。具体应用电路图如图2-20所示。图2-20 LCD1602液晶显示模块硬件接口电路图2.5 电机驱动模块电路设计分析2.5.1 ULN2003A晶体管内部结构及工作原理（1） ULN2003A晶体管介绍ULN2003A是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列集成电路。它是由7对NPN达林顿管组成的，它的高电压输出特性和阴极箝位二极管可以转换感应负载。单个达林顿对的集电极电流是500mA。达林顿管并联可以承受更大的电流。此电路主要应用于继电器驱动器，字锤驱动器，灯驱动器，显示驱动器（LED气体放电），线路驱动器和逻辑缓冲器。 ULN2003A的每对达林顿管都有一个2.7k串联电阻，可以直接和TTL或5V CMOS装置。 （2）ULN2003A晶体管特性500mA 额定集电极电流（单个输出） 高电压输出：50V 输入和各种逻辑类型兼容 继电器驱动器 （3） ULN2003A晶体管逻辑框图图2-21 ULN2003A晶体管逻辑框图2.5.2 28BYJ-48减速步进电机内部结构及工作原理（1）28BYJ-48减速步进电机介绍步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您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。图2-21是一种四相可变磁阻型的步进电机结构示意图。这种电机定子上有八个凸齿，每一个齿上有一个线圈。线圈绕组的连接方式，是对称齿上的两个线圈进行反相连接，如图2-22所示。八个齿构成四对，所以称为四相步进电机。图2-22 四相可变磁阻型的步进电机结构示意图 它的工作过程是这样的：当有一相绕组被激励时，磁通从正相齿，经过软铁芯的转子，并以最短的路径流向负相齿，而其他六个凸齿并无磁通。为使磁通路径最短，在磁场力的作用下，转子被强迫移动，使最近的一对齿与被激励的一相对准。在图1(a)中A相是被激励，转子上大箭头所指向的那个齿，与正向的A齿对准。从这个位置再对B相进行激励，如图1中的(b)，转子向反时针转过15。若是D相被激励，如图1中的(c)，则转子为顺时针转过15。下一步是C相被激励。因为C相有两种可能性：ABCD或ADCB。一种为反时针转动；另一种为顺时针转动。但每步都使转子转动15。电机步长(步距角)是步进电机的主要性能指标之一，不同的应用场合，对步长大小的要求不同。改变控制绕组数(相数)或极数(转子齿数)，可以改变步长的大小。它们之间的相互关系，可由下式计算：L360 PN式中：L为步长；P为相数；N为转子齿数。在图1中，步长为15，表示电机转一圈需要24步。步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。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）（2）28BYJ-48减速步进电机参数原理图额定电压：5VDC直流电阻：60欧 加减7%（25摄氏度）减速比：1/64步距叫：5.625度/64驱动方式：四项八拍牵入转矩：大于350gf.cm(工作频率：100PPS).打滑扭力：800-1300 gf.cm温升：小于55K（5VDC 工作频率：100PPS)噪音：小于35DB（空载，100PPS,水平距马达10CM)绝对耐压：600V AC/1秒引线拉力强度：1Kgf/条 （3）28BYJ-48减速步进电机原理图图2-23 28BYJ-48减速步进电机原理图（4）28BYJ-48减速步进电机优点采用ULN2003驱动，使用方便优质步进电机，带齿轮减速，噪音极低，运转平稳5V即可驱动，方便单片机开发者使用开放性接口，也可用通过本板驱动其他步进电机适用于51/AVR/AVR/ARM等各种平台2.5.3 电机驱动模块硬件接口电路本系统采用2个28BYJ-48额定电压为5VDC,相数为4相的步进电机，驱动方式为单4拍工作方式。一个电机有5跟线连接，其中红色的为电源线。采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转