利用紅外技術和單片機對步進電機的無線控制

陳鋒　胡春雷　李明才

摘要： 步進電機作為控制裝置中的一種執行元件，被廣泛使用在控制領域。紅外遙控則是一種常見的近距離無線通信手段。文章分析了步進電機原理和紅外遙控的編解碼技術。最后在此基礎上，闡述了以單片機開發平臺，利用紅外遙控控制步進電機的實現方法。

關鍵詞：步進電機 紅外無線遙控 單片機

一、引言

步進電機是將電脈沖信號轉變成角位移或線位移的開環控制元步進電機件，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，就會驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，成為“步距角”，可以通過脈沖信號個數來控制角位移量，通過脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的，目前已被廣泛應用于自動化控制等領域。紅外遙控是一種短距離無線、非接觸控制技術，具有抗干擾能力強，傳輸可靠，功耗成本，以被用于越來越多的控制領域。在某些較為惡劣或者可能會對人體產生傷害的環境中，需要對步進電機進行無線控制，則可以通過紅外遙控技術，實現對步進電機的實時操作。紅外遙控技術不需要再設備間布線，僅僅利用紅外遙控就可以對步進電機進行無線控制。因此該技術在一些特殊領域應用前景廣闊。

二、方案工作原理

（一）、總體方案說明

在系統的硬件設計中，建議單片機硬件盡可能采用功能強的芯片，一方面可以簡化電路，另一方面方便后期的擴展，本文采用AT89S51單片機作為主處理器，主要器件包括步進電機、紅外遙控器兩部分組成，紅外控制的功能主要有正轉，反轉，加速，減速，暫停五個按鍵組成。

（二）、 具體結構設計

1、紅外接收解碼處理及接口電路

不同公司的遙控芯片，采用的遙控碼格式也不一樣。較普遍的有兩種，一種是NEC標準，一種是PHILIPS標準，本文采用的是NEC標準的WD6122芯片遙控器。一個完整的全碼=引導碼+用戶碼+用戶碼+數據碼+數據反碼。其中引導碼高電平4.5ms，低電平4.5ms；系統碼8位，數據碼8位，共32位，如圖1所示。用戶碼用來區分不同的紅外遙控設備，防止不同遙控設備相互干擾。后16位為8位操作碼和操作反碼，用來對接收數據進行二次驗證。接收端根據接收到的數據碼，通過單片機發出動作指令，控制步進電機的工作方式（加速、減速、正轉、反轉等）。

根據上面的編碼脈沖，程序等待9ms的起始碼和4.5ms的結果碼完成后才能讀碼，解碼的關鍵是如何識別0和1，這里通過編碼脈沖高電平的寬度開區別0，1。0為窄脈沖0.56ms，1為寬脈沖1.685ms。所以在接收端根據接收到的脈沖寬度或者高電平持續時間進行解碼。

一體化紅外接收只有三個引腳：VCC、GND和一個脈沖信號輸出引腳OUT，如圖2所示，與單片機的接口連接簡單方便。VCC接電源+5V并經電容進行濾波，以避免電源干擾； GND接系統的地線（0V）；脈沖信號輸出接單片機的中斷輸入引腳。使用這種連接方法，軟件解碼可以工作于查詢方式，也可以工作于中斷方式。當有紅外信號時，觸發中斷查詢中斷時間，并和起始碼，“0”、“1”的時間進行比較，從而完成紅外解碼。

2、步進電機原理及控制電路

步進電機通過單片機發送的脈沖信號數決定轉動角度，轉速有脈沖信號頻率決定。本文中的步進電機采用的是減速比1/64的五線4相電機，單極性直流電源供電，工作原理圖如圖3所示。四相步進電機驅動方式可以采用單四拍，雙四拍和八拍等方式，這里采用的單四拍的工作，時序波形圖如圖4所示。

三、 單片機接口部分及軟件實現

（一）、 程序流程說明

本文中單片機選用AT89S51單片機作為主處理器，單片機正常工作運行后，啟動定時器和外部中斷的初始化，當檢測到外部紅外信號的高電平脈沖后，會觸發外部中斷，同時定時器中斷計數清零并重新計數，統計高電平持續時間，用于后期的解碼。當接收完全部32位脈沖后，進行解碼，根據解碼結果，單片機控制步進電機的工作方式和轉動速度。

四、結束語

本文提出的利用紅外無線控制步進電機。采用AT89S51單片機作為主處理器，對接收到的紅外信號進行解碼后控制步進電機工作，設備成本低，結構簡單，能夠實現對步進電機的無線控制，從而避免在惡劣環境下人員直接操作所帶來的潛在危險，完成一些復雜危險的任務。同時可以根據設備現場的場景變化，實時調整步進電機的運行狀態。從而提高對步進電機的自動化控制程度。

備注：項目類型： 2013年度省級質量工程項目 卓越人才培養計劃

項目名稱： LTE通信工程技能型卓越人才培養計劃

項目編號： 2013zjjh055

作者簡介：

陳鋒（1987.09-），男，安徽淮南，工作單位：安徽職業技術學院，助教，碩士研究生學歷，研究方向：嵌入式，軟件算法。