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通讯原理课设论文
电动机遥控开关的设计
摘要
无线电遥控的使用越来越广泛，其中系统的编码电路和解码电路是关键，直接影响到整个系统的性能。
文章系统设计的发射电路采用PT2262作为编码器，接收电路采用PT2272作为信号接收和解码。
该系统目的在于设计了三路遥控开关，正转、反转和停止。
通过无线接受到的指令信号送入单片机控制步进电机，最终设计出一套性能可靠、使用方便和价格低廉的电机无线遥控系统。
关键词：
步进电机；PT2262；PT2272；无线控制
目录
1设计任务与要求1
1.1本论文研究的背景1
1.2设计要求1
1.3对选题的研究设想1
1.4设计的预期结果2
2系统设计2
2.1方案选择2
2.2总体方案设计2
2.3系统工作原理2
3系统硬件设计3
3.1步进电机介绍3
3.2PT2262/PT2272芯片原理简介3
3.3PT2262/PT2272引脚功能4
3.3ULN2003（达林顿管）5
3.3.1ULN2003简介5
3.3.2ULN2003特点5
3.3.3ULN2003作用6
3.4.4ULN2003芯片引脚介绍6
4系统的软件设计7
4.1软件设计方案：
7
4.2程序：
7
5总结11
参考文献11
附录12
1设计任务与要求
1.1本论文研究的背景
遥控是指对被控对象按照所预定的意图对其内部参数、工作状态等进行远距离操纵。
遥控技术在现代工农业生产、科研、国防等领域有非常广泛的应用。
随着现代科技的发展，它们的应用也越来越普遍。
遥控技术一般应用于操作者不能或难以到达受控对象的场合。
而对于移动式的受控对象，则更不得不使用遥控技术。
例如在恶劣环境下作业的机器，人难以到现场操纵，就必须使用遥控技术进行远距离操纵。
现代遥控技术也是十分普遍地应用于各类家用电器中，如电视遥控、电灯遥控、电风扇遥控、空调器遥控等，这类应用提高了家用电器的功能和档次，更重要的是给使用者带来极大的方便。
设有遥控功能的电视机，使用者不用离开座位，只需使用手持红外遥控器旧可以进行节目切换，以及对音量、对比度、亮度等的调节。
在这些应用中，操作者与受控者之间并非“遥”，也非“难以到达”，仅为方便而已，因此对遥控的定义，应该广义的理解为操作者没有直接对遥控对象进行操纵。
本设计为基于PT2262与PT2272的无线传输，信号经单片机控制后发送到达能灯管电路进行放大然后进一步控制步进电机的工作。
1.2设计要求
由发射部分控制接收部分电动机正转、反转、停止，发射部分设有正转、反转、停止按键（开关控制均为点动）。
1.3对选题的研究设想
无线电遥控电路是利用无线电信号作为遥控指令来完成各种指定动作，按规定.业余频段有28.0～29.7MHz、50～54MHz、144～148MHz和420～448MHz等，频率愈高对器件的要求也就愈高。
随着各种专用遥控集成电路和无线电发射和接收专用集成电路的不断涌现，使许多复杂的遥控、遥测系统设计变得越来越多样化而且工作稳定性可靠。
无线电遥控系统包括两个最基本的模块：
无线发射模块、无线接收模块。
无线发射模块包括了控制电路及发射机。
控制者通过控制电路产生控制信号，再通过编码产生具有某些特征的、相互间易区分的电信号。
但是编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送的遥控目标上去，还要将指令信号送到发射电路，使它载在高频信号上，即要经过调制电路调制以后才能由天线发射出去。
无线接收模块由接收机及受控电路组成。
接收机又包括高频部分及解调部分及译码电路。
由接收天线送来的微弱信号经接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。
解调后的是混在一起的各种指令信号，将这些信号送到译码电路，译码电路的工作就是对各种指令信号高进行鉴别，然后送到受控电路。
1.4设计的预期结果
相对于红外遥控系统，无线电遥控系统能够穿透一般障碍物进行通信，并且没有方向的限制，非常适合于布局复杂的建筑物内的电器设备遥控。
本课题利用单片机进行控制，由PT2262与PT2272来完成信号的无线传输。
2系统设计
2.1方案选择
方案一：
直接用单片机控制无线发射部分的PT2262四个输出电平，接受部分接受到连续变换的八拍信号后输出控制步进电机的运转，并在发射部分的PT2262周围布置正转、反转和停止三个按钮。
方案二：
控制步进电机运转的程序写在单片机中，只在发射部分发射三个控制信号，当接受部分接受到信号后送入单片机中。
通过实际实验发现，实验所用的无线发射和接受模块延时比较长，而步进电机工作时的电平变换频率比较快所以不宜用方案一。
2.2总体方案设计
根据系统的要求，确定系统的总体方案如图1所示。
图1系统工作流程图
2.3系统工作原理
首先由发射模块PT2262进行无线发射，接收模块PT2272接收到无线信号，在此传输过程中，高电平有效，然后分别连接单片机的P3.0~P3.2和PT2272的D0~D2口，P3口低电平有效，经过单片机的控制，信号从P1口输出，经过达林灯管的电流放大，然后连接到步进电机对电机进行控制。
3系统硬件设计
3.1步进电机介绍
图2步进电机
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。
步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。
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。
。
。
）红线接电源5V，橙色电线接P1.3口，黄色电线接P1.2口，粉色电线接P1.1口，蓝色接P1.0口。
由于单片机接口信号不够大需要通过ULN2003放大再连接到相应的电机接口，如下：
图3步进电机驱动电路图
3.2PT2262/PT2272芯片原理简介
PT2262/2272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，PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）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（D0-D5）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。
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。
PT2262/2272特点：
CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：
2.6～15v，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。
应用范围：
车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。
市场上常见的芯片如下图：
图4PT2262与PT2272外形图
3.3PT2262/PT2272引脚功能
PT2262与PT2272封装图如下：
图5PT2262与PT2272封装图
PT2262引脚功能：
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“F”（悬空）,
D0-D5
7-8、10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
Dout
17
编码输出端（正常时为低电平）
PT2272引脚功能：
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“F”（悬空）,必须与2262一致,否则不解码
D0-D5
7-8、10-13
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
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
DIN
14
数据信号输入端，来自接收模块输出端
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
VT
17
解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）
3.3ULN2003（达林顿管）
3.3.1ULN2003简介
ULN2003是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN复合晶体管组成。
3.3.2ULN2003特点
该电路的特点如下：
ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。
ULN2003采用DIP—16或SOP—16塑料封装。
ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。
它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTLCOMS,由达林顿管组成驱动电路。
ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。
用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。
采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。
通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。
ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，单独每个单元驱动电流最大可达350mA，9脚可以悬空。
比如1脚输入，16脚输出，你的负载接在VCC与16脚之间，不用9脚。
3.3.3ULN2003作用
ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。
可直接驱动继电器等负载。
输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。
ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。
该电路的特点如下:
ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。
ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。
图6ULN2003芯片引脚图
3.4.4ULN2003芯片引脚介绍
引脚1：
CPU脉冲输入端，端口对应一个信号输出端。
引脚2：
CPU脉冲输入端。
引脚3：
CPU脉冲输入端。
引脚4：
CPU脉冲输入端。
引脚5：
CPU脉冲输入端。
引脚6：
CPU脉冲输入端。
引脚7：
CPU脉冲输入端。
引脚8：
接地。
引脚9：
该脚是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。
用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。
如果该脚接地，实际上就是达林顿管的集电极对地接通。
引脚10：
脉冲信号输出端，对应7脚信号输入端。
引脚11：
脉冲信号输出端，对应6脚信号输入端。
引脚12：
脉冲信号输出端，对应5脚信号输入端。
引脚13：
脉冲信号输出端，对应4脚信号输入端。
引脚14：
脉冲信号输出端，对应3脚信号输入端。
引脚15：
脉冲信号输出端，对应2脚信号输入端。
引脚16：
脉冲信号输出端，对应1脚信号输入端。
4系统的软件设计
4.1软件设计方案：
通过对课设要求及所拥有资源的研究整理的软件流程图如下：
图7软件流程图
4.2程序：
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodeCCW[8]={0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09};//逆时钟旋转相序表
ucharcodeCW[8]={0x09,0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08};//正时钟旋转相序表
sbitK1=P3^2;//反转按键
sbitK2=P3^3;//正转按键
sbitK3=P3^4;//停止按键
sbitFMQ=P3^6;//蜂鸣器
voiddelaynms（uintaa）
{
ucharbb;
while（aa--）
for（bb=0;bb<115;bb++）;//1ms基准延时程序
}
voiddelay500us（void）
{
intj;
for（j=0;j<57;j++）;
}
voidbeep（void）
{
uchart;
for（t=0;t<100;t++）
{
delay500us（）;
FMQ=!
FMQ;//产生脉冲
}
FMQ=0;//关闭蜂鸣器
}
voidmotor_ccw（void）
{
uchari,j;
for（j=0;j<8;j++）//电机旋转一周，不是外面所看到的一周，是里面的传动轮转了一周
{
if（K3==0）
{
break;//如果K3按下，退出此循环
}
for（i=0;i<8;i++）//旋转45度
{
P1=CCW[i];
delaynms
（2）;//调节转速
}
}
}
voidmotor_cw（void）
{
uchari,j;
for（j=0;j<8;j++）
{
if（K3==0）
{
break;//如果K3按下，退出此循环
}
for（i=0;i<8;i++）//旋转45度
{
P1=CW[i];
delaynms
（2）;//调节转速
}
}
}
voidmain（void）
{
ucharr;
ucharN=64;//因为步进电机是减速步进电机，减速比的1/64，
//所以N=64时，步进电机主轴转一圈
while
（1）
{
if（K1==0）
{
beep（）;
for（r=0;r{
motor_ccw（）;//电机逆转
if（K3==0）
{
beep（）;
break;
}
}
}
if（K2==0）
{
beep（）;
for（r=0;r{
motor_cw（）;//电机正转
if（K3==0）
{
beep（）;
break;
}
}
}
P1=0xf0;//电机停止
}
}
5总结
本次课程设计实物部分用时不到一周就已经完成，并送交老师知道点评。
开始选择发射和接收模块时，实验了好几对才找到一对可以正常通信的，这个过程耽误了一天半时间。
然后是在实施第一个方案时，因为事先没有实验发射模块和接收模块的通信功能，造成用PT2272四个输出直接控制步进电机时不工作。
以为是PT2272驱动能力不行，但是加上达林顿管后还是不行。
反复检查实验后，得出结果：
是发射模块和接收模块通信存在延时，而且很长。
所以只能用单片机控制步进电机，而让发射模块只发射三个电平信号。
最后实验结果完成较好，课设要求也达到了。
本设计完成了无线电遥控系统发射机和接收机的设计。
在设计过程中，以提高系统的稳定性、实用性为标准，精选各个部件，最后整合出一个可靠性强、价格低廉的无线电遥控系统。
系统在应用中有如下几个优点：
1.电路简单、操作方便。
发射电路只设计两个按键，却能实现对小型电机的四态控制。
2.系统稳定性高。
系统所使用的发射、接收模块和编码、解码模块都是配对芯片，因此系统的遥控距离远，信号稳定，编码解码也不易出错。
通过本次课设我最大的收获是学会了步进电机的控制，了解了无线模块的基本原理，对论文格式要求有了很好的练习。
参考文献
[1]郭文川主编.单片机原理与接口技术.北京：
中国农业出版社，2007：
20-42.
[2]郭天祥主编.新概念51单片机C语言教程:
入门、提高、开发、拓展全攻略.北京：
电子工业出版社，2008：
108-120.
附录
总体设计实物图
单片机开发板实物图
PT2262（左图）与PT2272（右图）
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