正文：基于PIC单片机的遥控探照灯的设计

目录摘要1ABSTRACT2第1章前言311课题研究的背景312课题主要研究工作4第2章方案选择及验证521通信类型的选择522主控芯片的选择623方案确定及验证9第3章硬件系统设计1031系统总体结构设计1032CPU模块1133通信模块1434灯控模块2035电机模块2236电源模块2437总电路图25第4章软件设计2641软件部分总体分析2642流程图2743具体程序设计28参考文献30致谢31附录源程序32基于PIC单片机的遥控探照灯的设计1基于PIC单片机的遥控探照灯的设计摘要在舞台上，有时为了营造某种特殊效果，需要关闭除探照灯以外的所有现场灯。针对舞台、监狱、各种高空作业，设计一种支持数据存储的遥控探照灯系统则具有相当大的实用价值。本文通过无线控制探照灯上下左右360度自由转动及灯光亮度256段控制，以达到尽可能的满足舞台需求。在发送探照灯转动控制、亮度控制等命令时采用无线发送，单片机则通过接收无线遥控信息，从而实现准确、方便的调节，实现探照灯的功能。该方案通过试验结果表明，该系统性能稳定，可准确地完成灯控、转动，以及频道的存储及调出等功能，并具有操作方便、简单的优点。关键字PIC单片机；无线遥控；步进电动机；基于PIC单片机的遥控探照灯的设计2BASEDONTHEPICMICROCONTROLLERREMOTECONTROLTHESEARCHLIGHTDESIGNABSTRACTONSTAGE,SOMETIMESINORDERTOCREATEASPECIALEFFECT,NEEDTOSHUTDOWNALLTHESCENEOUTSIDEEXCEPTTHESEARCHLIGHTLIGHTSAIMEDATTHESTAGE,PRISON,VARIOUSALOFTWORKING,DESIGNASUPPORTDATASTORAGEREMOTECONTROLTHESEARCHLIGHTSYSTEMHASCONSIDERABLEPRACTICALVALUETHISARTICLETHROUGHWIRELESSCONTROLTHESEARCHLIGHTUP,DOWN,LEFTANDRIGHT360DEGREEFREEROTATIONANDLAMPBRIGHTNESS256SECTIONCONTROL,INORDERTOACHIEVETHEMEETNEEDSASPOSSIBLESTAGEWHENSENDINGTHESEARCHLIGHTTURNCONTROL,BRIGHTNESSCONTROLCOMMAND,USEDBYWIRELESSTRANSMISSION,MICROCONTROLLERISRECEIVINGWIRELESSREMOTECONTROLINFORMATION,THUSREALIZEACCURATE,CONVENIENTADJUSTMENT,REALIZETHESEARCHLIGHTFUNCTIONTHEPLANBYTHEEXPERIMENTALRESULTSSHOWTHATTHESYSTEMHASSTABLEPERFORMANCE,WECANACCURATELYFINISHLAMPCONTROL,ROTATION,ANDACHANNELSTORAGE,ANDHASTHEADVANTAGESOFCONVENIENTOPERATION,SIMKEYWORDPICMICROCONTROLLERWIRELESSREMOTECONTROLSTEPPERMOTOR基于PIC单片机的遥控探照灯的设计3第1章前言11课题研究的背景在舞台上，有时为了营造某种特殊效果，需要关闭除探照灯以外的所有现场灯。探照灯必须照在演员身上。由于探照灯高高悬挂在天花板上，当演员移动时，依靠人工来完成探照灯方向调节非常不方便，而通过遥控调节则很方便。有时演员的位置又是固定的，这可能需要多台探照灯同时照射一个固定位置例如舞台的中央。如果探照灯能够将这些位置以及灯的亮度预先预存，需要时再直接调用则会方便很多。针对此应用，设计一种支持数据存储的遥控探照灯系统则具有相当大的实用价值。该系统不仅仅可用于表演舞台上，还可应用在监狱、各种高空作业和旷野、海面等工作场所，对远距离巡查、追踪、搜索、拯救和作业施工进行全方位、多角度照明。而针对此次毕业设计，为简单起见，则通过单片机遥控一个探照灯同样能够实现相应功能。遥控探照灯的发展起步较早，目前已日趋成熟。各种各样的遥控探照灯层出不穷，功能越来越全、性能越来越完善，目前已形成一个产业化行业，具有相当广阔的市场及发展前景。遥控探照灯也称高亮度遥控探照灯，遥控强光灯，车载搜索灯等，遥控探灯具有光效高、显色性好、低能耗、使用寿命长照明距离长、操作简单等特点。在当前主流产品中，各个公司的遥控探照灯的产品在核心元件“单片机”的选择上基本不同,有的选择51系列担当核心器件，有的则选择PIC、HOLTEK单片机担当核心元件。虽然在单片机的选择上有所不同，但实现的功能基本一致。在通信模块大多基本上所有的都采用无线遥控技术，使得在探照灯的调节方面非常的便利，具有相当大的实用价值。在表演舞台、监狱、各种高空作业和旷野、海面等工作场所具有广泛的应用，对远距离巡查、追踪、搜索、拯救和作业施工进行全方位、多角度照明提供了极大的便利。随着科技的日新月异，探照灯的更新换代也是一个不可避免的过程。随着科技的进步，全自动化，完全脱离人工操作的智能探照灯必将在探照灯的世界里脱颖而出，并随着自动化程度的一步步提高，照明精度等也会进一步得到提高。该课题大体可分为五个模块CPU模块、电源模块、电机模块、灯控模块和通信模块。因为照射点的位置不定，要求探照灯可以上下左右360度自由转动，所以本系统采用了两个电机，一个控制探照灯上下转动，另一个控制探照灯左右转动。此外，有基于PIC单片机的遥控探照灯的设计4时两台探照灯离得很近。当控制某一台探照灯时，不能影响邻近的探照灯，这就要求遥控控制信号的角度不能太大。相反，如果角度过小，探照灯又很难接收到信号，会使控制很不方便，因此信号的角度也不能太小。另一方面，为便于操作，探照灯的可控制距离应尽可能地远。发送探照灯转动控制、亮度控制等命令时采用无线发送，单片机则通过接收无线遥控信息，从而实现准确、方便的调节。将灯的亮度从最亮到熄灭划分为256个段，灯的亮度控制则尽可能采用微调来满足各种亮度需求。通过初步方案讨论与选择，该系统性应具有稳定，准确地完成灯控、转动，以及某个频道的存储及调出等功能，并且操作方便等优点。12课题主要研究工作（1）了解舞台探照灯的基本结构及其工作原理。（2）掌握无线遥控的基本原理，选择具体的控制类型，确定通信模块的主要遥控技术。（3）了解并掌握相关单片机的基本结构、工作原理及其相关功能，通过对比选择最合适的单片机担当核心元件。（3）具体分析遥控探照灯的各个组成模块，了解并掌握各个模块的基本原理、相关功能及其实现方案。（4）设计本课题的具体硬件、软件的实现方案以实现该课题所要求的具体功能。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计5第2章方案选择及验证21通信类型的选择无线遥控，即是在控制端把控制指令以某种编码方式形成易于传输的信号，通过无线传输，在受控端经解码等处理形成相应的控制操作。无线控制方式多种多样，可以根据不同的应用需要采用适宜的方式。各种遥控方式的不同，主要在于信息的编码处理方式和信息的传输方式。所传信息的形式以及信息量的大小决定采用何种信息编码和处理方式，而信息传送的距离决定采用何种传输方式。在编码方式上，目前在简单信息的遥控中常采用的是PCM方式和DTMF方式。这两种方式均具有实现简单、可靠性高的优点。对于复杂以及大量信息的遥控，可以采用相应的信号处理方式，经过适当的信源信道编码以及数字调制等处理来生成易于传输的信号。对于这些编码处理方式，可以根据系统功能需要进行灵活选择。在传输方式上，对于近距离遥控，可以采用基带传输。对于远距离遥控，需要选择适当的调制方式，进行频带传输。目前常用的调制方式有幅度调制，频率调制和相位调制三种。对于不同形式的基带信号，又可以分为模拟调制和数字调制。对于各种调制方式的选择，可以根据基带信号的形式，传输的带宽限制等因素决定。对于无线遥控技术，当前基本上通过以下几种方式实现红外线遥控方式，无线电遥控方式，超声波遥控方式和声音遥控方式。红外技术出现比较早，成本低，价格也具有优势。红外遥控具有以下优点控制内容多，抗干扰能力比较强，不会发生任何误动作；响应速度快，不会对其他电器产生干扰从而影响用户使用；体积小，成本低，功耗小，与其他方式比可以降低功耗90。但是他的缺点也很明显，在使用中需要保证遥控发射器和遥控接收设备处与一定的角度范围，中间不能有任何物品，否则就会阻挡红外线的传输，因为红外线不能穿越砖瓦水泥砌筑的墙体，这在日常使用中经常会造成不便，毕竟用户不希望只能在一定的角度范围内才能对对象进行操作，之外红外线方式也容易受到外界干扰。超声波遥控方式中的超声传感器频带窄，能携带的信息量少，易于受干扰而引起误动作，同时该种方式作用距离短，通用性强可以互换因而不适合在灯具遥控中运用。声音遥控方式通用性强，作用距离短，声音携带的信息量少，易受干扰而引起误动，它适合于像声控电灯开关的场合。无线电作为新一代的信息传送方式，具有绕射和穿透特性，只要在有效工作范围之内，无线设备就可以基于PIC单片机的遥控探照灯的设计6不受角度，方向和障碍物的限制而自由使用。并且采用特定的编码解码技术可以防止无线电波的互相干扰，抗干扰能力强。所以在遥控方面选择无线电遥控技术作为通信模块的遥控技术。22主控芯片的选择单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机具有集成度高、系统结构简单，使用方便，实现模块化、可靠性高、处理功能强，速度快等特点，因此广泛应用在生活中的各个方面。如导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机，更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械。单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM（单片微型计算机）、MCU（微控制器）、SOC（片上系统）三大阶段。22151单片机的介绍由于51单片机硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠久”，所以应用相当广泛。世界有许多著名的芯片公司都购买了51芯片的核心专利技术，并在其基础上进行性能上的扩充，使得芯片得到进一步的完善，形成了一个庞大的体系，直到现在仍在不断翻新。51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的基于PIC单片机的遥控探照灯的设计7地址区间，十六个字节，单元地址20H2FH，它既可作字节处理，也可作位处理（作位处理时，合128个位，相应位地址为00H7FH），使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因而需建立很多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。而实施这一处理（包括前面所有的位功能），只需用一条位操作指令即可。51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不够，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求的，用的较多。作乘法时，只需一条指令就行了，即MULAB两个乘数分别在累加器A和寄存器B中。积的低位字节在累加器A中，高位字节在寄存器B中。很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。虽然51系列I/O脚使用简单，但高电平时无输出能力，可谓有利有弊。故其他系列的单片机（如PIC系列、AVR系列等）对I/O口进行了改进，增加了方向寄存器以确定输入或输出，但使用也变得相对复杂。222PIC单片机的介绍PIC最大的特点是不搞单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。就实际而言，不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的。PIC系列从低到高有几十个型号，可以满足各种需要。其中，PIC12C508单片机仅有8个引脚，是世界上最小的单片机。精简指令使其执行效率大为提高。PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线（HARVARD）结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到21的代码压缩，速度提高4倍。PIC有优越开发环境。OTP单片机开发系统的实时性是一个重要的指标，象普通51单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号，其实时性不尽理想。PIC在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。其引脚具有防瞬态能力,通过限流电阻可以接至220V交流电源,可直接与继电器控制电路相连,无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计8彻底的保密性。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。睡眠和低功耗模式。虽然PIC在这方面已不能与新型的TIMSP430相比，但在大多数应用场合还是能满足需要的。223ARV单片机介绍AVR单片机是ATMEL公司推出的较为新颖的单片机，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。AVR单片机指令以字为单位，且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用48MHZ，故最短指令执行时间为250125NS。该系列的型号较多，但可用下面三种为代表AT90S2313简装型、AT90S8515、AT90S8535带A/D转换。通用寄存器一共32个（R0R31），前16个寄存器（R0R15）都不能直接与立即数打交道，因而通用性有所下降。而在51系列中，它所有的通用寄存器（地址007FH）均可以直接与立即数打交道，显然要优于前者。AVR系列没有类似累加器A的结构，它主要是通过R16R31寄存器来实现A的功能。在AVR中，没有像51系列的数据指针DPTR，而是由X（由R26、R27组成）、Y（由R28、R29组成）、Z（由R30、R31组成）三个16位的寄存器来完成数据指针的功能相当于有三组DPTR，而且还能作后增量或先减量等的运行。在51系列中，所有的逻辑运算都必须在A中进行；而AVR却可以在任两个寄存器之间进行，省去了在A中的来回折腾，这些都比51系列强。AVR的专用寄存器集中在003F地址区间，无需像PIC那样得先进行选存储体的过程，使用起来比PIC方便。AVR的片内RAM的地址区间为006000DFAT90S2313和0060025FAT90S8515、AT90S8535，它们占用的是数据空间的地址，这些片内RAM仅仅是用来存储数据的，通常不具备通用寄存器的功能。当程序复杂时，通用寄存器R0R31就显得不够用；而51系列的通用寄存器多达128个（为AVR的4倍），编程时就不会有这种感觉。AVR的I/O脚类似PIC，它也有用来控制输入或输出的方向寄存器，在输出状态下，高电平输出的电流在10MA左右，低电平吸入电流20MA。虽不如PIC，但比51系列强。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计9出于对研究课题的综合考虑，最终决定使用各方面性能相对较好的PIC单片机作为该课题的主要芯片。23方案确定及验证通过综合分析与讨论，最终认定使用具有绕射和穿透特性，只要在有效工作范围之内，无线设备就可以不受角度，方向和障碍物的限制而自由使用的并且抗干扰能力强的无线电遥控技术作为通信模块的遥控技术，通过整个通信模块实现控制信号的传输与接收。使用开发环境优越、性能与性价比号的PIC单片机作为主控芯片，通过接收来自发射机发射过来的控制信号，PIC单片机对电机及灯光的亮度进行控制，实现探照灯的360度旋转和灯光的256级亮度控制及实现频道的存储及调出等功能。通过分析论证，该方案简单、可行，实用性较高，具有稳定，准确地完成灯控、转动，以及频道的存储及调出等功能，并且操作方便等优点。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计10第3章硬件系统设计31系统总体结构设计该系统包括两大部分发射机部分和接收控制部分。其中接收控制部分又包括5个模块CPU模块、电源模块、电机模块、灯控模块和通信模块。接收控制部分硬件原理框图如图1所示无线接收模块光电传感器PIC16F72电机驱动（2）电机驱动（1）LED指示灯EEPROWPWM输出灯图1原理框图通过原理框图我们可以知道，首先无线电接收模组接收无线电信号后送入CPU进行分析，以确定命令的性质。确定信号性质后，接收模组接收到的发射机发送的遥控信号，经放大后送入CPU。由光电耦合器、电机驱动及电机组成的闭环回路用来控制电机的位置，以控制探照灯的照射点。在电源模块中产生一个2倍工频的信号，该信号连接到CPU的中断脚，中断程序通过PWM输出电路控制灯的亮度。EEPROM用来存储频道、探照灯位置和亮度。指示灯用来显示探照灯当前的状态。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计1132CPU模块出于成本的考虑，该系统的各个子功能模块须尽量减少硬件，并尽可能用软件代替硬件，所以该系统的无线接收模块的解调都完全由软件实现，这就使得CPU中无需这些专用模块，从而降低了成本。电机的驱动也没有采用专用的驱动芯片，而是由通用I/O接口通过三极管来驱动电机转动。由于节省了许多专用模块，必然会增加对CPU通用I/O的需求，这就要求CPU中要有足够的通用I/O接口。此外，系统还必须能稳定可靠地工作，并具有较强的抗干扰能力。因此，选用PIC16F72单片机。最小单片机系统如图2所示图2最小单片机系统其中电容C115PF电容C215PF晶振Y14MHZ，即单片机内部工作时钟信号为4MHZPIC16F72单片机引脚功能介绍简介PIC16F72该单片机有28个引脚，去掉电源、复位、振荡器等，共有22个可复用的IO口，其中第13脚是CCP1输出口，可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号，另有AN0AN4共5路AD模数转换输入口，可提供检测外部电路的电压，一个外部中断输入脚，可处理突发事件。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计12各引脚应用如下1MCLR复位/烧写高压输入两用口。2模拟量输入口放大后的电流信号输入口，单片机将此信号进行AD转换后经过运算来控制PWM的输出，使电流不致过大而烧毁功率管。正常运转时电压应在015V左右。3模拟量输入口电源电压经分压后的输入口，单片机将此信号进行AD转换后判断电池电压是否过低，如果低则切断输出以保护电池，避免电池因过放电而损坏。正常时电压应在3V以上。4模拟量输入口线性霍尔组成的手柄调速电压输入口，单片机根据此电压高低来控制输出给电机的总功率，从而达到调整速度的目的。5模拟/数字量输入口刹车信号电压输入口。可以使用AD转换器判断，或根据电平高低判断，平时该脚为高电平，当有刹车信号输入时，该脚变成低电平，单片机收到该信号后切断给电机的供电，以减少不必要的损耗。6数字量输入口11助力脉冲信号输入口，当骑行者踏动踏板使车前行时，该口会收到齿轮传感器发出的脉冲信号，该信号被单片机接收到后会给电机输出一定功率以帮助骑行者更轻松地往前走。7模拟/数字量输入口由于电机的位置传感器排列方法不同，该口的电平高低决定适合于哪种电机，目前市场上常见的有所谓120和60排列的电机。有的控制器还可以根据该口的电压高低来控制起动时电流的大小，以适合不同的力度需求。8单片机电源地。9单片机外接振荡器输入脚。10单片机外接振荡器反馈输出脚。11数字输入口功能开关1。12数字输入口功能开关2。13数字输出口PWM调制信号输出脚，速度或电流由其输出的脉冲占空比宽度控制。14数字输入口功能开关3。15、16、17数字输入口电机转子位置传感器信号输入口，单片机根据其信号变化决定让电机的相应绕组通电，从而使电机始终向需要的方向转动。这个信号上面讲过有120和60之分，这个角度实际上是这三个信号的电相位之差，120就是和三相电一样，每个相位和前面的相位角相差120。60就是相差60。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计1318数字输出口该口控制一个LED指示灯，大部分厂商都将该指示灯用作故障情况显示，当控制器有重大故障时该指示灯闪烁不同的次数表示不同的故障类型以方便生产、维修。19单片机电源地。20单片机电源正。上限是55V。21数字输入口外部中断输入，当电流由于意外原因突然增大而不在控制范围时，该口有低电平脉冲输入。单片机收到此信号时产生中断，关闭电机的输出，从而保护重要器件不致损坏或故障不再扩大。22数字输出口同步续流控制端，当电流比较大时，该口输出低电平，控制其后逻辑电路，使同步续流功能开启。该功能在后面详细讲解。2328数字输出口是功率管的逻辑开关，单片机根据电机转子位置传感器的信号，由这里输出三相交流信号控制功率MOSFET开关的导通和关闭，使电机正常运转。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计1433通信模块无线发送部分采用通用编码电路PT2262和T10A发射模块构成。无线接收部分采用通用解码电路PT2272和XYR04A接收模块构成。PT2262/PT2272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，最多可有12位A0A11三态地址端管脚悬空,接高电平,接低电平,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位D0D5数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。PT2262PT2272管脚图如图4图4PT2262PT2272管脚图PT2262管脚说明如表1所示表1PT2262管脚说明名称管脚说明A0A1118,1013地址管脚,用于进行地址编码,可置为01F（悬空）D0D578,1013数据输入端，有一个为1即有编码发出，内部下拉；VCC18电源正端（）GND9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；DOUT17编码输出端（正常时为低电平）基于PIC单片机的遥控探照灯的设计15PT2272管脚说明如表2所示表2PT2272管脚说明名称管脚说明A0A1118,1013地址管脚,用于进行地址编码,可置为01F（悬空）必须与2262一致,否则不解码D0D578,1013地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换VCC18电源正端（）GND9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；VT17解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）T10A发射模块和XYR04A接收模块简介T10A发射模块采用SMD技术，在稳频处理上采用最先进声表谐振器（SAW）元件，电路板（PCB）采用介质损耗最小的材料，体积小巧。T10A发射模块如图5所示，图5T10A发射模块基于PIC单片机的遥控探照灯的设计16T10A发射模块技术指标如表3所示表3T10A发射模块技术指标参数工作电压3V12V工作电流25MA12V；2MA3V谐振方式声表谐振（SAW）调制方式AM/ASK/OOK工作频率315MHZ、43392MHZ可选频率误差150KHZMAX发射功率25MW315MHZ,12V时XYR04A接收模块如图6所示图6XYR04A接收模块XYR04A接收模块技术指标如表4所示表4XYR04A接收模块技术指标工作电压DC5025V或DC3025V工作电流4MA（5V）工作频率315MHZ/433MHZ输出数据TTL电平最大速率1KHZ接收灵敏度105DBM工作温度1060解码器类型固定码基于PIC单片机的遥控探照灯的设计17发射部分原理图如6所示120913465678图6发射部分原理图有关键盘操作的部分，可分为参数设定和执行控制等功能操作。所谓参数设定是指本系统在开始运行前要求来设置探照灯运行的状态，所以要进行按键输入数值以传输参数。所谓执行控制是指探照灯的启动停止及复位。为满足课题要求，实现探照灯的360度转动，和灯光的256级控制，采用最简单的设置，即在发射端设置10路开关分别对应10种不同的操作。“S0”键编码1111，开关键，对应功能是启动探照灯；“S1”键编码0001，对应功能是通过单片机实现探照灯向上运动；“S2”键编码0010，对应功能是通过单片机实现探照灯向下运动；“S3”键编码0100，对应功能是通过单片机实现探照灯向左运动；“S4”键编码1000，对应功能是通过单片机实现探照灯向右运动；“S5”键编码0011，对应功能是通过单片机实现对灯光亮度的加一级；“S6”键编码0101，对应功能是通过单片机实现对灯光亮度的减一级；“S7”键编码0110，对应功能是复位探照灯，使系统返回初始状态；“S8”键编码0111，对应功能是将探照灯固定于舞台中央；“S9”键编码1001，开关键，对应功能是关闭探照灯；无线发射接收原理编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所基于PIC单片机的遥控探照灯的设计18以315MHZ的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHZ的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHZ的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100的调幅。PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，一般要求译码器振荡频率要高于编码器振荡频率的258倍，否则接收距离会变近甚至无法接收，随着技术的发展市场上出现一批兼容芯片，在实际使用中只要对振荡电阻稍做改动就能配套使用。在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。市场上大部分产品都是用2262/12M2272/200K组合的，少量产品用2262/47M2272/820K。在这里取PT2262振荡电阻R112MHZPT2272振荡电阻R2200KHZ发射机电阻R010K；R2K使得PT2262和PT2272振荡电阻匹配，译码器振荡频率是编码器振荡频率的6倍。解码接收模块包括接收头和解码芯片PT2272两部分组成。接收头将收到的信号输入PT2272的14脚（DIN），PT2272再将收到的信号解码。接收板工作电压为DC5V，接收灵敏度103DBM,尺寸MM49207,工作频率315MHZ,工作电流5MA,编码类型固定码板上焊盘跳接设置应用说明与各类型遥控器配合使用，解码输出后进行相应控制，在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码芯片PT2262和解码芯片PT2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择悬空、接正电源、接地三种状态，地址编码不重复度为386561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用。遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第2脚接地，第3脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第2脚接地，第3脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计19因此，在此次应用中，由于需要用到用到4路并行数据，故取“A0A7”8位地址端，“D0D3”4位数据端，且为了是编解码顺利进行，故均让PT2262和PT2272的六个地址端接地。发送部分电路图如图7所示图7发送部分电路图接收部分电路图如图8所示基于PIC单片机的遥控探照灯的设计20图8接收部分电路图34灯控模块灯控模块大体可分为三个部分LED指示灯、电可擦可编程只读存储器EEPROM和PWM输出控制部分。LED指示灯的功能是当发射机发送信号或者当单片机接收到信号时，通过LED指示灯的闪烁来提示操作者该系统正在正常运行。EEPROM的擦除不需要借助于其它设备，它是以电子信号来修改其内容的，而且是以BYTE为最小修改单位，不必将资料全部洗掉才能写入，彻底摆脱了EPROMERASER和编程器的束缚。EEPROM在写入数据时，仍要利用一定的编程电压，此时，只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容。在该课题中采用电可擦可编程只读存储器24C04作为数据存储芯片。灯控模块的功能是当单片机接收到解码器输出的解码信号后，在具体程序的驱动下，通过该模块实现探照灯的灯光分级控制和探照灯的特殊位置和特殊灯光亮度值的读取。灯控模块电路原理图如图9所示基于PIC单片机的遥控探照灯的设计21图9灯控模块电路原理图其中T1为滤波电感，Q1为可控硅，U1为光电隔离器，又称光耦合器，其作用是在电隔离的状态下以光为媒介传输信号，能对输入和输出电路进行隔离，因而光电隔离器具有抑制系统噪声，消除接地回路的干扰等功能。其中，三极管Q2和电阻R2、R3、R4构成基本共射极放大电路。为了使三极管Q2工作在放大状态，则该三极管发射极应正向偏置，集电极反向偏置。当工作在放大状态时，直流电源VCC通过电阻R4，并与CPU输入信号和R2、R3配合给集电极提供反偏置电压，从而导通光电隔离器的发光二极管；当CPU信号不足以使集电极导通时，光电隔离器U1则断开。CPU信号通过Q2控制光电隔离器U1的通断，进而控制可控硅的导通时间，从而达到控制灯的亮度的目的。即当CPU信号为高电平时，三极管Q2导通，光电隔离器U1导通。当三极管Q2工作在放大状态时，电流放大倍数一般取值为80基极与发射级之间的电压VBE7发光二极管的导通电压采用恒压降模型为V701一般取分压电阻KR10基极电阻23集电极电阻54假设CPU输出信号V0基于PIC单片机的遥控探照灯的设计22由电阻R2和R3分压可得3704032VBEVR则可得KR6742考虑到实际的电阻取值问题，则取K5135电机模块该系统由两个相同的电机模块组成。在程序的驱动下，一个步进电机控制探照灯的上下运动，一个步进电机控制探照灯的左右运动，继而实现探照灯的360度转动，另外通过预存储某些特定的位置，在开机及需要的时候通过程序将这些具体位置调用出来以满足特定需求。步进电机及二相、三相、五相混合式步进电机的励磁绕组都必须用双极性电源供电，也就是说励磁绕组有时需通正向电流，有时需通反向电流。这样的绕组需要用到H桥驱动电路。其中四个晶体管Q3、Q4、Q5、Q6组成H桥的四臂。步进电机的步进原理步进电机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电动机。说通俗点，就是给一个电脉冲，步进电动机就转动一个角度或者前进一步，因此，步进电机也称脉冲电动机。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，因此非常适合于单片机控制。步进电机的角位移或线位移量与电脉冲个数成正比，它的转速或线速度与电脉冲频率成正比。在负载能力范围内这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化。通过改变脉冲基于PIC单片机的遥控探照灯的设计23频率的高低可以在很大范围内实现步进电机的调速，并能进行快速启动、制动和反转。步进电机性能指标相数产生不同对N,S磁场激磁线圈对数，一般有2相，相，相，相电机。拍数完成一个磁场周期性变化所需的脉冲数或导电状态，即电机转一个齿距角所需脉冲数。步距角对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。360度（转子齿数J运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为360度/（504）18度（俗称整步），八拍运行时步距角为360度/（508）09度（俗称半步）。定位转矩电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）。静转矩电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。步进电机的换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配，四相步进电机的工作方式如下单相四拍工作方式正转通电顺序ABCDA反转通电顺序DCBAD四相八拍工作方式正转通电顺序AABBBCCCDDDAA反转通电顺序DDCCCBBBAAADD如果给定的工作方式正序换相通电，则步进电机正转；反序换相通电，则步进电机反转；本系统电机模块原理框图如图10所示PIC单片机H桥驱动电路步进电动机负载图10电机模块原理框图基于PIC单片机的遥控探照灯的设计24电机模块电路图如图11所示图11电机模块电路图由图可知该模块通过通用I/O接口通过H桥驱动电路控制电机转停。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）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，其中位置参数由电机自带的霍尔元件测出，并由PIC16F72的端口进行捕捉定位，形成闭环位置反馈，从而达到精确控制电机从而达到准确定位的目的。其中四个通用I/O接口输出端输出单片机控制信号，即方向控制信号。当探照灯转向时通过控制1和2之间的电流方向，从而实现控制马达旋转的方向。当Q3、Q6导通时，步进电机电机正转，此时电流的方向应该从1到2；当Q4、Q5导通时，步进电机电机反转，此时电流的方向应该从2到1。其中Q3的通断由Q1通过R1、R2分压实现控制。当Q1导通时，R1两端的压降使Q3导通。在该电路中电机采用选用24BYJ48微型电机，此种电机噪音小，温升低，重量轻，各方面性能均达到或超过国家标准。驱动方式为四相八拍一个周期，驱动能力强，无需外围电路。步距角为09度，即一个脉冲电机转动的角位移为09度。实现电机完整转动一周需要400个脉冲。另外电机模块中个电阻取值如下KR102基于PIC单片机的遥控探照灯的设计25KR103436电源模块电源模块的功能是安全隔离强电弱电隔离；IGBT隔离驱动；浪涌隔离保护；雷电隔离保护噪声隔离模拟电路与数字电路隔离、强弱信号隔离接地环路消除远程信号传输分布式电源供电系统该系统中电源模块的功能是输出两个电源5V的单片机电源和12V的直流电机电源和产生一个中断源。中断源用来产生两倍工频的中断信号给单片机，从而调节探照灯的亮度，通过程序驱动对探照灯进行256级分光控制。因为中断程序要产生两倍工频的中断信号，所以晶振Y28MHZ。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计2737总电路图基于PIC单片机的遥控探照灯的设计28第4章软件设计41软件部分总体分析由于CPU对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。因此，在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁紧凑。另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时，要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好的柔性。本课题软件设计分两部分主程序和中断程序。主程序的主要任务有（1）接收发射机发送的信号；（2）判断遥控器所发的命令是什么，并执行该命令；（3）控制电机转动并检测反馈信号，准确定位探照灯位置；（4）根据命令存储或调出指定的频道探；（5）根据照灯当前状态控制指示灯的亮灭。中断程序的主要任务是对灯控I/O引脚的低电平进行延时，以达到调节灯亮度的目的。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计2942流程图根据该课题所需的功能，总程序流程图如图13所示系统初始化接收并无线发送信号电机转动位置检测到达指定位置设置延时时间显示当前状态存储或调出频道若为转动命令若为灯控命令N若为频道调出命令图13程序流程图基于PIC单片机的遥控探照灯的设计3043具体程序设计在本课题的具体设计过程中，采用模块化设计方法。所谓模块化设计，就是程序的编写不是开始就逐条录入计算机语句和指令，而是首先用主程序、子程序、子过程等框架把软件的主要结构和流程描述出来，并定义和调试好各个框架之间的输入、输出链接关系。逐步求精的结果是得到一系列以功能块为单位的算法描述。以功能块为单位进行程序设计，实现其求解算法的方法称为模块化。模块化的目的是为了降低程序复杂度，使程序设计、调试和维护等操作简单化。在本次设计过程中，除主程序外，包获10个子程序,这些子程序及其功能分别是初始化子程序,功能实现定时器的设定及各个中断端口、寄存器地址的设置。两个延时子程序,功能一个延时子程序用于软件消抖，一个实现探照灯灯光的控制。键盘扫描子程序，功能通过键盘扫描子程序，系统分别调用各个子程序，进而实现各个模块相应功能。开机启动子程序，功能当按键S0按下时，通过按键扫描子程序主程序跳转到开机启动子程序，开启探照灯，且探照灯闪两下，显示正常开启。关闭探照灯子程序，功能当按键S9按下时，通过按键扫描子程序主程序跳转到停止子程序，关闭探照灯，并屏蔽相应中断复位子程序，功能当按键S8按下时，通过按键扫描子程序主程序跳转到复位子程序，当探照灯在运行过程中出现问题时，除了通过硬件对其复位，还可通过软件进行复位，使探照灯重新正常工作。灯光控制子程序，功能当按键S5、或S6按下时，通过按键扫描子程序主程序跳转到灯光控制子程序，通过此程序，用占空比可调的PWM方波来控制大功率的LED灯的亮度，PWM波占空比可从0到255共256级。其中PIC16F72的PWM功能产生占空比可变的PWM方波。当系统检测到S5按下时，PWM值减小，则占空比增加，LED灯渐亮。当系统检测到S6按下时，PWM值增加，则占空比减小，LED灯渐暗。电机1控制子程序，功能当按键S1或S2按下时，通过按键扫描子程序主程序跳转到电机1控制子程序，通过此程序，控制电机1的正反转,当按键S1或S2按下时，通过软件给电机信号输入管脚RB4、RB3、RB2、RB1置位，控制电机1的正反转动，从而控制探照灯的上下运动。电机2控制子程序，功能当按键S3或S4按下时，通过按键扫描子程序主程序跳转到电机2控制子程序，通过此程序，控制电机2的正反转,当按键S3或S4按下时，通基于PIC单片机的遥控探照灯的设计31过软件给电机信号输入管脚RB7、RB、6RB5、RC7置位，控制电机2的正反转动，从而控制探照灯的上下运动。基于PIC单片机的遥控探照灯的设计32参考文献1李宝营、赵永生、祁建广基于单片机的红外遥控系统设计2008年12月机电工程技术期刊论文2李晓辉、任艳君四路无线遥控开关系统的设计与实现2007年3月现代电子技术期刊论文3黄小亮、李世中、徐聪聪简易无线电遥控系统的分析与研究2010年4月电脑支持与技术4陈国华无线电遥控无级调光灯的制作1996年12月电子质量5胡俊达、胡慧、黄望军基于PIC单片机步进电机自适应控制技术的应用研究2004年第06期电机电器技术6田丰果、贺莹、武淑娟基于PIC16F877A单片机软件环分步进电机控制系统2009年第03期电气技术7汤竞南、钱昊、国海欣PIC单片机基础与应用人民邮电出版社8彭树生PIC单片机实践与系统设计电子工业出版社9孙进平、张大鹏51系列单片机原理、开发与应用实例中国电力出版社10李忠杰步进电动机应用技术机械工业出版社11袁永明无线电遥控技术上海教育出版社12王俊峰等现代遥控技术及应用人民邮电出版社13汤诞元初级无线电遥控技术上海科技教育出版社14TIMWILMSHURSTDESIGNINGEMBEDDEDSYSTEMSWITHPICMICROCONTROLLERSPRINCIPLESANDAPPLICATIONSNEWNES基于PIC单片机的遥控探照灯的设计33致谢时光流逝，转眼就快到答辩的时候了。在毕业设计即将结束之际，首先要向刘老师和在此次毕业设计过程中给过我帮助、建议和指导的老师和同学致谢，感谢你们无私的帮助、指导和鼓励。正因为有了你们的帮助，我的毕业设计才能够顺利进行。感谢刘老师在整个设计过程中给的建议和指导，从设计的选题到资料的搜集个过程中，花费了刘老师很多的宝贵时间和精力，在和刘老师针对相关问题进行讨论过程中，深深地感受到了刘老师严谨的治学态度和高度的责任心。在此向刘老师表示衷心地感谢感谢那些帮助过我的同学和老师，感谢你们在毕业设计的设计过程中的指导和鼓励，正因为有你们在平时和我一起的讨论，并及时指出我在设计上的误区，使我及时的发现问题，并解决问题，才使设计顺利进行下去。由于自身专业水平的不足，整篇毕业设计肯定存在一些缺点和错误。若老师和同学在阅读过程中发现错误，还望老师和同学多多指正，不胜感激基于PIC单片机的遥控探照灯的设计34附录源程序INCLUDE/头文件BYTEPORTA06H/定义寄存器A的地址BYTEPORTB07H/定义寄存器B的地址BYTEPORTC08H/定义寄存器C的地址BYTEOPTION81H/定义选项寄存器地址BYTEINTCON0BH/定义中断寄存器地址BYTETICON10H/定义TMR1寄存器的地址BYTEPR292H/定义PR2寄存器的地址BYTET2CON12H/定义TMR1寄存器的地址BYTETMR010H/定义TMR1寄存器的地址BYTETMR211H/定义TMR2寄存器地