基于單片機紅外遙控智能家居

1、學士學位畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機紅外遙控智能家居的設(shè)計學生姓名：學生姓名：李建強學學 號：號：20084074214指導教師：指導教師：富爽所在學院：所在學院：信息技術(shù)學院專專 業(yè)：業(yè)：通信工程中國大慶2012 年 5 月黑龍江八一農(nóng)墾大學黑龍江八一農(nóng)墾大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書本科畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學生姓名李建強所在班級通 2008 級(2)導師姓名富爽導師職稱講師 論文題目基于單片機紅外遙控智能家居的設(shè)計題目分類1應(yīng)用與非應(yīng)用類：工程科研教學建設(shè)理論分析模擬2軟件與軟硬結(jié)合類：軟件硬件軟硬結(jié)合非軟硬件（1、2 類中必須各選一項適合自己題目的類型在內(nèi)打）主要研究內(nèi)容及指標： 本課題

2、是通過紅外解碼進行短距離的通信，通過對紅外信號進行編碼和解碼，在不改變原有的電器結(jié)構(gòu)和位置的情況下，運用紅外遙控技術(shù)控制所有帶紅外接收頭的家電并通過單片機控制常用的家居（如洗衣機正反轉(zhuǎn)，熱水器開關(guān)，窗簾開閉） 。此次設(shè)計是對智能家居系統(tǒng)的模擬測試，主要實現(xiàn)通過紅外遙控技術(shù)控制繼電器的開關(guān)，電機的正反轉(zhuǎn)，燈的亮滅等。主要參考文獻：1 李朝青.單片機原理及接口技術(shù).北京航空航天大學出版社.20012 蔡艷玲.基于 EBOX 和 AT89C52 智能家居紅外遙控系統(tǒng)的設(shè)計.廈門海洋職業(yè)技術(shù)學院.3 譚浩強.C 程序設(shè)計.清華大學出版社.20054 李華，李東.MCS51/98 系列單片機原理與應(yīng)用.

3、機械工業(yè)出版社.1997.5 曾興雯,劉乃安,孫獻璞.擴展頻譜通信及其多址技術(shù)M.西安電子科技大出版社.2004階段規(guī)劃：1、2011 年 12 月 22 日至 2011 年 1 月 12 日 資料收集和整理2、2012 年 3 月 2 日至 3 月 25 日 熟悉紅外解碼的工作原理及程序的編寫3、2012 年 3 月 26 日至 4 月 20 日 硬件的搭建、綜合調(diào)試4、2012 年 4 月 21 日至 5 月 12 日 系統(tǒng)改進、論文初稿5、2012 年 5 月 13 日至 5 月 20 日 論文打印，準備答辯開題時間2011.12.15完成論文時間2012.5.20專家審定意見：系主任簽

4、字：年 月 日注：1任務(wù)書由指導教師填寫后交給學生，要求學生妥善保存。2此任務(wù)書夾于論文扉頁與論文一并裝訂，作為論文評分依據(jù)之。摘要I摘要隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人類的生活水平有著日新月異的變化， “以人為本、舒適、便利、智能化”已成為家居系統(tǒng)的重要設(shè)計理念。家居智能化控制系統(tǒng)力求創(chuàng)造安全、舒適的生活環(huán)境，成為目前設(shè)計開發(fā)的重中之重。本文通過紅外遙控技術(shù)和單片機的相互結(jié)合進行家具智能化的設(shè)計，通過單片機對紅外信號進行解碼和信號處理1，在不改變原有的電器結(jié)構(gòu)和位置的情況下，運用紅外遙控技術(shù)控制所有帶紅外接收頭的家電并通過單片機控制常用的家居（如洗衣機正反轉(zhuǎn)，熱水器開關(guān)，窗簾開閉） 。

5、本方案主要解決信號接收和控制，在信號的處理接收之后對不同信號的程序處理，通過軟件編程實現(xiàn)對常用家具進行控制和應(yīng)用。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：紅外技術(shù) 單片機 智能家居ABSTRACTIIABSTRACTWith the rapid development of computer technology and communication technology, rapid changes in the level of human life, humanist, comfortable , convenient, and the intelligence has become a important de

6、sign concept of home system . The intelligent home control system tries to create safe and comfortable living environment, it has become a top priority of the design and development . This article through combining the infrared remote control technology and MCU to design intelligent furniture. There

7、 we decode the infrared signals through the microcontroller and signal processing,then we use infrared remote control technology control all the home appliance with infrared sensor and through the single-chip microcomputer control commonly used home(Such as washing machines reversing, water heater s

8、witch, open and close the curtains) in the case of not changing the electrical structure and location. The scheme is mainly to solve the signal receiving and control, in signal processing after receiving of different signal procedures, through software programming realize to control and application

9、the common furniture.Keywords: Infrared technology microcomputer intelligent household目錄III目錄摘要.IABSTRACT.II前言.IV1 緒論.11.1 設(shè)計背景、意義 .11.2 紅外通訊 .11.3 智能家居的發(fā)展趨勢與特點 .12 系統(tǒng)總體的設(shè)計.32.1 設(shè)計理論分析 .32.2 方案的比較及確定 .52.3 總體方案的設(shè)計 .62.4 本章小結(jié) .83 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn).93.1 單片機總控制電路的介紹 .93.2 紅外發(fā)射與接收裝置 .153.3 液晶顯示電路 .163.4 步進電機和繼電

10、器 .193.5 串口通信模塊 .233.6 本章小結(jié) .244 系統(tǒng)軟件設(shè)計及實現(xiàn).254.1 紅外遙控發(fā)射編碼部分 .254.2 紅外遙控接收解碼部分 .254.3 顯示電路程序的編寫 .254.4 軟件系統(tǒng)總體功能框圖 .254.5 本章小結(jié) .265 系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析.275.1 單片機的編譯環(huán)境 .275.2 紅外遙控智能家居系統(tǒng)電路調(diào)試 .275.3 本章小結(jié) .27結(jié)論.28參考文獻.29致謝.30附錄.31前言IV前言智能家居系統(tǒng)是指利用通信技術(shù)、控制技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起 ,通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相

11、比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能,提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式 ,幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。出門在外，您可以通過電話、電腦來遠程遙控您的家居各智能系統(tǒng)，例如在回家的路上或下班前提前打開家中的空調(diào)和熱水器；到家開門時，借助門磁或紅外傳感器，系統(tǒng)會自動打開過道燈，同時打開電子門鎖，安防撤防，開啟家中的照明燈具和窗簾迎接您的歸來；回到家里，使用遙控器您可以方便地控制房間內(nèi)各種電器設(shè)備，可以通過智能化照明系統(tǒng)選

12、擇預(yù)設(shè)的燈光場景，讀書時營造書房舒適的安靜；臥室里營造浪漫的燈光氛圍 這一切，您都可以在家里從容操作，一個控制器可以遙控家里的一切，比如拉窗簾，調(diào)整窗簾、燈光、音響的狀態(tài)，給浴池放水并自動加熱調(diào)節(jié)水溫；在公司上班時，家里的情況還可以顯示在辦公室的電腦或手機上，隨時查看；門口機具有拍照功能，家中無人時若有來訪者，系統(tǒng)會拍下照片供您回來查看，室內(nèi)安裝有網(wǎng)絡(luò)視頻攝像頭，可以在互聯(lián)網(wǎng)上查看室內(nèi)的情景并進行控制。隨著人們生活水平的提高和電子技術(shù)的發(fā)展，家居智能化已經(jīng)開始走進了我們?nèi)粘５纳?。人們已?jīng)不滿足于按鍵式的手動開關(guān)來控制燈具，從而開發(fā)出了智能化水平更高的專業(yè)照明控制的遙控系統(tǒng)，其成本低，質(zhì)量高，

13、應(yīng)用靈活方便。而由于具有體積小、功耗低、功能強、成本低的特點，紅外線遙控已經(jīng)是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）11 緒論1.1 設(shè)計背景、意義隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化、智能化的浪潮正在席卷世界的每一個角落，數(shù)字化家園進入豪宅，它正全方位地改變著全社會。人們對家的需求已不僅僅局限于生活的舒適和安全，把網(wǎng)絡(luò)通訊、信息處理與空氣環(huán)境和家庭電器控制融入到一起簡單操作與享受，乃是人們現(xiàn)在的渴望與追求。智能化的家居控制系統(tǒng)在發(fā)達國家起步比較早，始于 20 世紀 80 年代，裝備有各種通信、家電、安保等設(shè)施，通過總線技術(shù)應(yīng)用計算機和信息技術(shù)，實現(xiàn)監(jiān)

14、視、控制和管理的功能2。但直到現(xiàn)在也沒有完備的智能家居系統(tǒng)，鑒于此，本設(shè)計主要模擬智能家居的控制系統(tǒng)，通過運用紅外通信技術(shù)進行對家具的控制，以提高對智能家居的認識和對紅外線的應(yīng)用。1.2 紅外通訊紅外通訊，顧名思義，就是通過紅外線傳輸數(shù)據(jù)。在電腦技術(shù)發(fā)展早期，數(shù)據(jù)都是通過線纜傳輸?shù)?，線纜傳輸連線麻煩，需要特制接口，頗為不便。于是后來就有了紅外、藍牙、等無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。紅外通訊技術(shù)利用紅外線來傳遞數(shù)據(jù)，是無線通訊技術(shù)的一種。紅外線的特征：紅外傳輸是一種點對點的傳輸方式，無線，不能離的太遠，要對準方向，且中間不能有障礙，由于紅外線的直射特性，紅外通訊技術(shù)不太適合傳輸障礙比較多的地方。因此，紅外通

15、訊技術(shù)多數(shù)情況下傳輸距離短、傳輸速率不高13。1.3 智能家居的發(fā)展趨勢與特點完整的智能家居既不是單一的燈光、窗簾控制，也不是可視對講與家庭安防的簡單集成，而是將電器控制（包括燈光、窗簾的控制） 、安全防范（包括可視對講、家庭安防） 、家庭娛樂（包括背景音樂、家庭影院等視聽信號控制） 、信息通訊等多種功能有機地整合在一起，使智能家居真正成為家庭的控制中心、安全中心、娛樂中心和信息中心，這一點已經(jīng)成為業(yè)界資深人士的共識。但是，目前尚沒有任何一種品牌的智能家居系統(tǒng)能夠獨立地完成上述全部功能，例如美系產(chǎn)品雖擁有強大的視聽信號控制功能，但電器控制功能較弱；歐系產(chǎn)品的電器控制功能較強，但缺少視頻信號的傳

16、輸、控制功能；韓系產(chǎn)品雖具有比較完善的家庭安防功能，但視聽信號控制功能和電器控制功能都比較弱。因此，在筆者實地考察過的幾個近年建設(shè)的智能家居項目中，智能家居系黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）2統(tǒng)采用的都不是單一品牌的智能家居產(chǎn)品，而是根據(jù)功能需求將幾種品牌不同、功能互補的智能家居產(chǎn)品集成到一起，整合成一個功能更加完善強大的智能家居系統(tǒng)，如 ABB 與 AMX、快思聰，霍尼韋爾與施耐德等品牌的結(jié)合，這已經(jīng)成為當前智能家居系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展趨勢之一；智能家居系統(tǒng)應(yīng)用的第二個發(fā)展趨勢，就是圖形化綜合人機操作界面正在逐步從專用的觸摸屏向數(shù)字網(wǎng)絡(luò)電視、iPone、iPad 等通用設(shè)備的方向發(fā)展，專用觸摸屏

17、逐漸只用于做圖形化綜合控制開關(guān)使用。但是，無論是將幾種品牌不同、功能互補的智能家居產(chǎn)品集成到一起，還是應(yīng)用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)電視、iPone、iPad 等通用設(shè)備做圖形化人機綜合操作界面，都需要施工方具有很強的專業(yè)能力和系統(tǒng)集成能力，因此如果沒有高水平的智能家居系統(tǒng)集成商，就不可能建成高質(zhì)量的智能家居項目。高質(zhì)量的智能家居項目必須要由高水平的智能家居集成商來實施，這是智能家居系統(tǒng)應(yīng)用的第三個發(fā)展趨勢3。黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）32 系統(tǒng)總體的設(shè)計對紅外遙控進行系統(tǒng)設(shè)計，必須先了解一些有關(guān)的原理和標準，如：紅外通信基本原理，紅外數(shù)據(jù)協(xié)會標準，紅外線遙控原理等；還要對設(shè)計的有一個比較清楚的方案。本

18、設(shè)計基于 STC89C52 單片機，實現(xiàn)紅外解碼及數(shù)據(jù)存儲，通過查找資料確定各個模塊的功能及實現(xiàn)方法，先在軟件上進行調(diào)試，再根據(jù)硬件修改調(diào)試軟件，最后將各個模塊合理組合在一起，達到預(yù)計的功能與目標4。2.1 設(shè)計理論分析2.1.1 紅外通訊原理紅外線遙控就是利用紅外線（又稱紅外光）來傳遞控制信號，實現(xiàn)對控制對象的近距離控制。具體來講，就是由發(fā)射器發(fā)出紅外線指令信號，由接收器接收并對信號進行處理并識別，再通過相應(yīng)的控制芯片，最后根據(jù)接收到的不同信號實現(xiàn)對控制對象的各種功能的遠距離控制。紅外遙控是單工的紅外通信方式，本設(shè)計的紅外遙控采用以通信方式為基礎(chǔ)的紅外遙控，而且本設(shè)計也使用了紅外通信技術(shù)，故

19、著重分析紅外通信的基本原理5。紅外通信是利用紅外技術(shù)實現(xiàn)兩點間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般由紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對一個紅外輻射源進行調(diào)制后發(fā)射紅外信號，而接收系統(tǒng)用光學裝置和紅外探測器進行接收，就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。紅外線是波長在 750nm 至 1mm 之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。紅外通信一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長在 0.75um 至 25um 之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（IrDA）成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通信效果，紅外通信協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通信所采用的光波波長的范圍限定在 850 至 900nm 之內(nèi)6。

20、紅外通信的基本原理是發(fā)送端將基帶二進制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號（載波信號） ，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制（PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制（PPM）兩種方法。脈時調(diào)制（PPM）是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(IrDA)和國際電子電工委員會(IEEE)都推薦的調(diào)制方式，本設(shè)計采用脈時調(diào)制方法，即用兩個脈沖串之間的時間間隔來表示二進制信息，數(shù)據(jù)比特的傳送仿照不帶奇偶校驗的RS232 通信，首先產(chǎn)生一個同步頭，然后接著 8 位數(shù)據(jù)比特7。如圖 1 所示。黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）4圖 1 PPM 調(diào)制波形圖載波信號的頻率 =38kH

21、z，載波周期 T=26.32us，本設(shè)計使用單片機軟件產(chǎn)生載波，取 T=26us，脈沖寬度 t1=10T=260us，二進制數(shù) 0 的脈沖串周期t2=500us，二進制數(shù) 1 的脈沖串周期 t3=1000us。普通的紅外遙控采用面向指令的幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀由同步碼，地址碼和指令碼組成，指令碼長度多為 816 個比特，傳送多字節(jié)遙控協(xié)議時效率偏低，而增加指令碼的長度不利于接收器同步，為此本設(shè)計選用一種面向字節(jié)的幀結(jié)構(gòu)，采用類似于異步串行通信的幀結(jié)構(gòu)，每幀由一個起始位（二進制數(shù) 0） 、8 個數(shù)據(jù)位和 2 個停止位（二進制數(shù) 1）構(gòu)成，如圖 2 所示。每幀傳送 1 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，幀與幀間隔大于 2ms

22、，幀結(jié)構(gòu)不含地址信息，尋址問題由高層協(xié)議解決8。圖 2 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖由于紅外光存在反射,在全雙工的方式下發(fā)送的信號也可能會被本身接收，因此，紅外通信應(yīng)采用異步半雙工方式，即通信的某一方發(fā)送和接收交替進行。2.1.2 紅外通信標準1993 年，由 HP、COMPAQ、INTEL 等二十多家公司發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（Infrared Data Association,簡稱 IRDA） ，1993 年 6 月 28 日，來自 50 多家企業(yè)的 120 多位代表出席了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會的首次會議，并就建立統(tǒng)一的紅外通訊標準問題達成了一致。IRDA1.0 簡稱為 SIR（Serial InfRared）

23、 ，它是基于 HP-SIR 開發(fā)出來的一黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）5種異步的、半雙工的紅外通訊方式。SIR 以系統(tǒng)的異步通訊收發(fā)器（UART）為依托，通過對串行數(shù)據(jù)脈沖的波形壓縮和對所接收的光信號電脈沖的波形擴展這一編碼解碼過程（3/16 EnDec）實現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸。由于受到 UART 通訊速率的限制，SIR 的最高通訊速率只有 115.2kbps，也就是大家熟知的電腦串行端口的最高速率。IRDA 標準包括三個基本的規(guī)范和協(xié)議：物理層規(guī)范（Physical Layer Link Specification）鏈接建立協(xié)議（ink Access Protocol:IRLAP）鏈接管理協(xié)議

24、（Link Management Protocol:IRLMP） 。圖 3 IRBUS 紅外線通信協(xié)議層物理層規(guī)范制定了紅外通信硬件設(shè)計上的目標和要求，IRLAP 和 IRLMP 為兩個軟件層，負責對鏈接進行設(shè)置、管理和維護。在 IRLAP 和 IRLMP 基礎(chǔ)上，針對一些特定的紅外通信應(yīng)用領(lǐng)域，IRDA 還陸續(xù)發(fā)布了一些更高級別的紅外協(xié)議，如 TINYTP、IROBEX、IRCOMM、IRLAN 和 IRBUS 等（見圖 3） 。2.2 方案的比較及確定本設(shè)計的重點在于遙控解碼，遙控解碼的方式有硬件解碼與軟件解碼。方案一：硬件解碼。硬件解碼：在接受遙控一邊連接一個專用解碼芯片，只要按鍵盤上的

25、鍵值，它就能直接把這個鍵值解碼出來并存儲，當你調(diào)用這個鍵值的時候只要從里面去讀取就行了，所以它的解碼率高，讀取顯示簡單，這是它的優(yōu)點?？墒窃撔酒瑑r格昂貴，而且只能解碼對應(yīng)的遙控器，兼容性差，成本昂貴，不適合用作市場量產(chǎn)。方案二：軟件解碼。軟件解碼：根據(jù)遙控器選擇的芯片不同，其遙控碼格式也不同。現(xiàn)在市場上主要有日本的 NEC 標準和飛利浦標準，通過軟件方式解碼時解碼的正確率就是一個很重要的指標了。因此我選用了 C52 單片機芯片，負責紅外解碼和顯示Future deviceApplicationHID deviceApplicationHome ApplianceApplication2nd s

26、tepFuture1st stepHID-IrBus LLCFuture device LLCHA LLCIrBus PHYIrBus MAC黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）6與控制?；谏鲜霰容^，我們選擇了方案二，采用 C 語言的軟件解碼方式。2.3 總體方案的設(shè)計2.3.1 總體設(shè)計根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，本設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 圖 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.3.2 主要模塊設(shè)計紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩大部分組成。本系統(tǒng)的紅外發(fā)射部分是由遙控器提供發(fā)射信號。紅外接收裝置通常由一紅外接收頭、單片機、密碼存儲器組成的接收電路。如圖 5 所示。STC89C52紅外接收頭顯 示復

27、 位晶 振繼電器串口通信步進電機遙控器ULN2003紅外接收紅外發(fā)射串口通信步進電機繼電器單片機黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）7圖 5 紅外遙控智能家居的組成框圖為了節(jié)約成本，便于控制，該系統(tǒng)中使用的單片機為 STC89C52。接收模塊中的紅外接收部分是一種專用芯片 0038B。0038B 的管腳分布如圖 6 所示，2 腳、3 腳分別為地電源和地，1 腳是解調(diào)信號輸出，其電平與 TTL 兼容。0038B 系列特性如下：頻率范圍：32.75kHz、36.7kHz、38kHz、40kHz電源電壓范圍：4.7V5.3V工作電流：3mA最大遙控距離：8m工作溫度：-10+60圖 6 0038B 引

28、腳圖0038B 是黑色環(huán)氧聚光透鏡，濾除了可見光的干擾。內(nèi)含紅外線 PIN 接收管、選頻放大器和解調(diào)器。當紅外線發(fā)射器發(fā)出的信號經(jīng)空間傳送到 0038B 時，它內(nèi)部的 PIN 紅外線接收管將紅外線轉(zhuǎn)換為電信號，該信號經(jīng)選頻放大、解調(diào)后由 1 腳輸出與 TTL電平兼容的電信號，該信號可以直接送入微處理器進行處理。0038B 的輸出波形如圖 7 所示。當接收到頻帶內(nèi)的紅外信號時，0038B 接收器會輸出低電平，否則輸出數(shù)據(jù)為高電平，從而“將時斷時續(xù)”的紅外信號解調(diào)成原來的連續(xù)方波信號。-低電平高電平5V0V已調(diào)制紅外信號 0038B 輸出信號圖 7 0038B 的輸出波形0038B 的優(yōu)點是穩(wěn)定性

29、好，抗干擾能力很強，外圍電路簡潔，成本低廉，適用于各種紅外遙控和紅外數(shù)據(jù)傳輸，是替代其它紅外接收放大器的理想元件。黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）8唯一的缺點是電源供電需 5V 左右，用兩節(jié)電池供電。該芯片內(nèi)部集成了前置放大、限幅放大、帶通濾波、檢波、積分，及施密特比較器等單元電路，輸出端輸出標準的 TTL 電平信號。同時，0038B 環(huán)氧樹脂封裝提供一個特殊的紅外濾光器，可防止自然光的干擾，具有極好的抗自然光干擾的性能，可防止無用脈沖輸出。該系統(tǒng)的工作過程是：首先由發(fā)射模塊中的單片機在外部命令的控制下按一定的時間間隔連續(xù)產(chǎn)生 20 次同一數(shù)碼。然后該信號經(jīng)過調(diào)制電路被調(diào)制到載波信號上，調(diào)制

30、信號經(jīng)過放大后驅(qū)動紅外線發(fā)射二極管發(fā)射紅外線信號9。接收端的紅外接收裝置 0038B 對發(fā)射過來的紅外調(diào)制信號進行前置放大、限幅濾波、檢波等一系列過程后逐一解調(diào)出原數(shù)碼指令信號，再將解調(diào)出的信號與發(fā)射模塊中的原數(shù)碼指令信號相比較。如果是 15 次以上比較果是相同的，則認為接收成功，并用該數(shù)碼信號驅(qū)動繼電器工作、最后由繼電器控制智能家居的閉合和開啟。2.4 本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)總體方案的設(shè)計，從方案的選定，系統(tǒng)模塊的設(shè)計到系統(tǒng)總體功能的實現(xiàn)做了簡要的介紹。并將紅外通信的原理做了較詳細的介紹。從而為系統(tǒng)硬件制作提供了理論上的保障。黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）93 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)該智

31、能家居采用 STC89C5 為核心，由遙控發(fā)射部分及主機接收部分組成。遙控發(fā)射部分主要由萬能遙控器組成。主機接收部分主要由 STC89C52 單片機、紅外接收頭、步進電機、繼電器、LCD 屏顯示及復位電路等組成。3.1 單片機總控制電路的介紹 圖 8 紅外遙控智能家居硬件結(jié)構(gòu)圖3.1.1 單片機系統(tǒng)介紹本設(shè)計中，單片機系統(tǒng)是以 STC89C52 為核心。電路原理圖如下：14023933843753663573483393210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21U189C52P10P11P12P13P14P15P16P17P

32、20P21P22P23P24P25P26P27P00P01P02P03P04P05P06P07P30P31P32P33P34P35P36P37X1X2EARST1234567891011121314151617181920P61234567891011121314151617181920P5GNDVCC串串串串串S212Y1GND30pFC330pFC2X1X2VCC10KR316uFC1GNDRST串串串串串串串串EA圖 9 單片機系統(tǒng)電路原理圖紅外發(fā)射模塊串口模塊紅外接收模塊89C52單片機系統(tǒng)繼電器模塊顯示模塊步進電機模塊黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）103.1.1.1 STC89C

33、52 單片機簡介單片機是指集成在一個芯片上的微型計算機，也就是把組成微型計算機的各種功能部件，包括 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、基本輸入/輸出接口電路10。定時器/計數(shù)器等部件都制作在一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機從而實現(xiàn)微型計算機的基本功能。單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 10 所示。圖 10 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器11。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下

34、標準功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路，三個 16 位 定時器/計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振 蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35Mhz，6T/12T 可選。和 atmel 的相比，STC89C52RC 單片機具有

35、8K 字節(jié)程序存儲空間；512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間；內(nèi)帶 4K 字節(jié) EEPROM 存儲空間; 可直接使用串口下載12。STC89C52 的引腳圖如圖 11 所示： 黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）11圖 11 STC89C52 芯片引腳圖1.主電源及時鐘引腳 此類引腳包括電源引腳 Vcc、Vss、時鐘引腳 XTAL1、XTAL2。（1）Vcc（40 腳）：接+5V 電源，為單片機芯片提供電能。（2）Vss（20 腳）接地。（3）XTAL1（19 腳）在單片機內(nèi)部，它是一個反向放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)的振蕩器，可提供單片機的時鐘控制信號。（4）XTAL2（18 腳）在單片機內(nèi)部，接至

36、上述振蕩器的反向輸出端。2.控制引腳此類引腳包括 RESET（即 RSR/VPD） 、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP，可以提供控制信號，有些具有復用功能。（1）RSR/ VPD（9 腳）：復位信號輸入端，高電平有效，當振蕩器運行時，在此加上兩個機器周期的高電平將使單片機復位（REST） 。復位后應(yīng)使此引腳電平保持為不高于 0.5V 的低電平，以保證單片機正常工作。掉電期間，此引腳可接上備用電源（VPD） ，以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。當 Vcc 下降到低于規(guī)定值，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（50.5V）時，VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。（2）ALE/PROG（

37、30 腳）：ALE 為地址鎖存允許信號。當單片機訪問外部存儲器時， （地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存 16 位地址的低 8 位。即黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）12使不訪問外部存儲器，ALE 端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，在兩個機器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個 ALE 脈沖。ALE 端可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。（3）PSEN（29 腳）：程序存儲器允許輸出控制端。此輸出為單片內(nèi)訪問外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或取常數(shù)）期間，每個機器周期均 PSEN 兩次有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)

38、據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不會出現(xiàn)。PSEN 同樣可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。（4）EA/VPP（31 腳）：EA 功能為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。當 EA 端保持高電平時單片機訪問內(nèi)部程序存儲器，但在 PC（程序計數(shù)器）值超過 0FFFH時將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。3.輸入/輸出引腳此類引腳包括 P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口。（1）P0(P0.0P0.7)是一個 8 位三態(tài)雙向 I/0 口，在不訪積壓外部存儲器，做通用 I/0 口使用，用于傳送 CPU 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，當訪問外部存儲器時，此口為地址總路線低 8 位及數(shù)據(jù)總路線分時復用口，可帶

39、 8 個 LSTTL 負載。（2）P1（P1.0P2.7）是一個 8 位準雙向 I/O 口（作為輸入時，口鎖存器置 1） ，帶有內(nèi)部上拉電阻，可帶 4 個 LSTTL 負載。（3）P2（P2.0P2.7）是一個 8 位準雙向 I/O 口，與地址總路線高 8 位復用，可驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。（4）P3（P3.0P3.7）是一個 8 位準雙向 I/O 口，每個口可獨立控制，內(nèi)部帶上拉電阻。作為第一功能使用時就當作普通 I/O 口，與 P1 相似。作為第二功能使用時，各引腳的定義如表 1 所示。值得強調(diào)的是，P3 口的每一個引腳均可獨立定義為第一功能的輸入/輸出或第二功能。表 1 P3 口

40、各引腳第二功能定義標號引腳第二功能說明P3.010RXD串行輸入口P3.111TXD串行輸出口P3.212INT0外部中斷 0P3.313INT1外部中斷 1P3.414T0記時器 0 外部輸入P3.515T1記時器 1 外部輸入P3.616WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.717RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通3.1.1.2 時鐘電路STC89C52 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和TXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）13產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖 12(a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時

41、元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩13。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在 1.212MHz 之間選擇，電容值在 530pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時鐘電路如圖 12（b）所示，RXD 接地，TXD 接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻14，產(chǎn)生一個兩相時鐘 P1 和P2，供單片機使用。CGND12Y2XTAL1XTAL2 XTAL1XTAL2+5VGND12OCT1A關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)（a）內(nèi)部方式時鐘電路 （b）外部方式時鐘電路圖 12 時鐘電路

42、3.1.1.3 復位及復位電路1.復位操作復位操作復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。除 PC 之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復位狀態(tài)如表 2所示。表 2 一些寄存器的復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不

43、定IE0X000000BPCON0XXX0000B黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）14TMOD00H2.復位信號及其產(chǎn)生復位信號及其產(chǎn)生RST 引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù) 24 個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頻率為 6MHz 的晶振，則復位信號持續(xù)時間應(yīng)超過 4us 才能完成復位操作。產(chǎn)生復位信號的電路邏輯如圖 13 所示：圖 13 產(chǎn)生復位信號的電路邏輯圖整個復位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復位信號(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復位電路在每個機器周期對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。復位操作有上

44、電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖14（a）所示。這佯，只要電源 Vcc 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復位初始化。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖 14（b）所示；而按鍵脈沖復位則是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的，其電路如圖 14（c）所示：S2VCC1KR322uFC1GNDRSTVCC1KR322uFC1GNDRSTS2VCC1KR316uFC1GNDRST200R1KR416uFC2RST/V

45、PD片內(nèi) RAM施密特觸發(fā)器復位電路VCCVSS黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）15（a）上電復位 （b）按鍵電平復位 （c）按鍵脈沖復位圖 14 復位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6MHz 晶振，能保證復位信號高電平持續(xù)時間大于 2 個機器周期。本系統(tǒng)的復位電路采用圖 14（b）按鍵電平復位方式。STC89C52 具體介紹如下：主電源引腳（2 根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V 電源GND(Pin20)：接地線外接晶振引腳（2 根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4 根）RST/VPP(Pin9)：復位

46、引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。可編程輸入/輸出引腳（32 根）STC89C52 單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、P1、P2、P3 口，每個口有 8 位（8 根引腳） ，共 32 根。P0 口（Pin39Pin32）：8 位雙向 I/O 口線，名稱為 P0.0P0.7P1 口（Pin1Pin8）：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為

47、P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28）：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P2.0P2.7 P3 口（Pin10Pin17）：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P3.0P3.7STC89C52 主要功能如表 3 所示。表 3 STC89C52 主要功能主要功能特性兼容 MCS51 指令系統(tǒng)8K 可反復擦寫 Flash ROM32 個雙向 I/O 口256x8bit 內(nèi)部 RAM3 個 16 位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率 0-24MHz2 個串行中斷可編程 UART 串行通道2 個外部中斷源共 6 個中斷源2 個讀寫中斷口線3 級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功

48、能黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）163.2 紅外發(fā)射與接收裝置紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩大部分組成。本系統(tǒng)的紅外發(fā)射部分是由遙控器提供發(fā)射信號。紅外接收裝置通常由一紅外接收頭組成的接收電路。紅外接收電路如下圖所示：123P3P32GNDVCC圖 15 紅外接收電路3.2.1 紅外接收信號的解碼 接收信號的解碼是根據(jù)紅外線接收器輸出脈沖幀的格式來進行解碼的，即用累加器 A 分別對符合條件的負跳變脈沖進行計數(shù)。當紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位碼的低電平將啟動中斷程序，實時接收數(shù)據(jù)幀。在接收數(shù)據(jù)幀時，根據(jù)發(fā)射幀的格式將對第一位（起始）碼的碼寬進行驗證。若第一位低電平碼的

49、脈沖寬小于 2ms，將作為錯誤碼處理。當間隔位的高電平脈沖大于 3ms時，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器 A 中的脈沖個數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的操作。圖 16 為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖15。圖 16 紅外接收遙控碼波形圖黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）173.3 液晶顯示電路顯示模塊電路如下圖所示：1KR1RPotP00P01P02P03P04P05P06P07VCCGNDVCCGNDP25P26P271234567891011121314151617181920P1P24圖 17 液晶顯示電路圖帶中文字庫的 12864 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有

50、國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示 84 行 1616 點陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。1.基本特性（1）低電源電壓（VDD:3.0-5.5V）（2）顯示分辨率:12864 點 （3）內(nèi)置漢字字庫，提供

51、 8192 個 1616 點陣漢字(簡繁體可選) （4）內(nèi)置 128 個 168 點陣字符 （5）2MHZ 時鐘頻率 （6）顯示方式：STN、半透、正顯 （7）驅(qū)動方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）視角方向：6 點（9）背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/51/10 （10）通訊方式：串行、并口可選 （11）內(nèi)置 DC-DC 轉(zhuǎn)換電路，無需外加負壓 （12）無需片選信號，簡化軟件設(shè)計（13）工作溫度: 0 - +55 ,存儲溫度: -20 - +602.接口說明黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）18表 4 12864 接口說明管腳號管腳名稱電平管腳功能描述

52、1VSS0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0-對比度（亮度）調(diào)整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示 DB7DB0 為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”,表示 DB7DB0 為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到 DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0 的數(shù)據(jù)被寫到 IR 或 DR6E(SCLK)H/L使能信號7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8 位或 4 位

53、并口方式，L：串口方式（見注釋 1）16NC-空腳17RESETH/L復位端，低電平有效（見注釋 2）18VOUT-LCD 驅(qū)動電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V） （見注釋 3）20KVSS背光源負端（見注釋 3）3.控制器接口信號說明：表 5 RS，R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式：RSR/W功能說明LLMPU 寫指令到指令暫存器（IR）LH讀出忙標志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)HLMPU 寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）HHMPU 從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）194.字符顯示:帶中文字庫的 128X64-0402B 每屏可顯示 4

54、行 8 列共 32 個 1616 點陣的漢字，每個顯示 RAM 可顯示 1 個中文字符或 2 個 168 點陣全高 ASCII 碼字符，即每屏最多可實現(xiàn) 32 個中文字符或 64 個 ASCII 碼字符的顯示。帶中文字庫的128X64-0402B 內(nèi)部提供 1282 字節(jié)的字符顯示 RAM 緩沖區(qū)（DDRAM） 。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示 RAM 實現(xiàn)的。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示 CGROM（中文字庫） 、HCGROM（ASCII 碼字庫）及CGRAM（自定義字形）的內(nèi)容。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：00000006H（其代碼分別是 0000、0002

55、、0004、0006 共 4 個）顯示自定義字型，02H7FH 顯示半寬 ASCII 碼字符，A1A0HF7FFH 顯示 8192 種 GB2312 中文字庫字形。字符顯示 RAM 在液晶模塊中的地址 80H9FH。字符顯示的 RAM 的地址與 32 個字符顯示區(qū)域有著一一對應(yīng)的關(guān)系，其對應(yīng)關(guān)系如下表所示。表 6 字符顯示的地址與區(qū)域的對應(yīng)關(guān)系80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH3.4 步進電機和繼電器對窗簾開關(guān)的控制是采用步進電機 28B

56、YJ48 型四相八拍電機，由于單片機接口電流不夠大需要通過 ULN2003 放大再連接到相應(yīng)的電機接口；而對于熱水器、照明指示燈則加入繼電器來完成。電路原理圖如下：黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）20in11in22in33in44in55in66in77gnd8com9out710out611out512out413out314out215out116U3ULN200312345P5VCC關(guān)關(guān)關(guān)關(guān) 關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)VCC關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)P10P11P13P14P15P16K1K2D2關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)D3關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)1KR41KR5GNDVCCVCCGND圖 18 步進電機和繼電器控制電路原理圖3.4.1

57、步進電機步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角” ，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的16。步進電機分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 7.5 度 或 15 度；反應(yīng)式步進一般為

58、三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 1.5 度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家 80 年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為 1.8 度而五相步進角一般為 0.72 度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。步進電機各相輪流接入整步電流后所產(chǎn)生的步距角叫做該步進電機的基本步距角。F 相步進電機有 F 個繞組，這 F 個繞組要均勻地鑲嵌在定子上，因此定子的磁極數(shù)必定是 F 的整數(shù)倍，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)應(yīng)該是 F 的整數(shù)倍;也就是說：3 相步進電機轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是 3 的整數(shù)倍，4 相步進電機轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是 4 的整數(shù)倍，5 相步進電機轉(zhuǎn)一圈的

59、步數(shù)是 5 的整數(shù)倍；如果步進電機的基本步距角為 A ，轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是 M ，步進電機的相數(shù)是 F 則有黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設(shè)計（論文）21下述關(guān)系：A=360/M 由于上述機械對稱原理，M 必然是相數(shù) F 的整數(shù)倍,即：M=N*F 其中 N 是正整數(shù)。跟據(jù)以上分析可以看出，基本步距角是不能取任意值的。28BYJ-48 步進電機：圖 19 28BYJ-48 步進電機實物圖步進電機 28BYJ48 型四相八拍電機，電壓為 DC5VDC12V。當對步進電機施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號對應(yīng)步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角

60、度（一個步距角） 。當通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。四相步進電機可以在不同的通電方式下運行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A.，雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-.） ，八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.）減速步進電機 28BYJ-48 的原理如下圖：圖 20 減速步進電機 28BYJ-48 的原理圖中間部分是轉(zhuǎn)子，由一個永磁體組成，邊上的是定子繞組。當定子的一個繞組通電時，將產(chǎn)生一個方向的電磁場，如果這個磁場的方向和轉(zhuǎn)子磁場方向不在同一條直線上，那么定子和轉(zhuǎn)子的磁場將產(chǎn)生一個扭力將定子扭轉(zhuǎn)。依次改變繞組的磁場，就