1、I本科毕业论文（20 届）红外遥控调速跑步机设计所在学院专业班级 电子信息科学与技术学生姓名指导教师完成日期II目 录摘 要 . .1Abstract. .2前 言. .3第一章 绪 论 .41.1 开发背景 .41.2 国内外研究现状 .41.3 任务与目标 .4第二章 红外遥控调速跑步机电路概述 .62.1 直流电机的调速原理及方法 .62.2 脉冲宽度调制 PWM（Pulse Width Modulation）原理 .72.3 直流电机的转速测量系统 .82.4 红外遥控调速跑步机的设计方案 .92.5 论文的创新点 .10第三章 红外遥控直流电机测速调速系统电路设计 .113.1 直流
2、电机测速调速系统结构框图 .113.2 电机驱动电路设计 .113.2.1 驱动电路的设计与选择 .113.2.2 L9110 电机驱动芯片 .123.3 电机测速电路设计 .133.4 PT2262-IR/PT2272 编解码芯片 .143.4.1 PT2262-IR.143.4.2 PT2272 .163.4.3 编解码芯片 PT2262-IR/PT2272 工作原理 .173.5 单片机及相关 介绍 .173.5.1 单片机硬件结构 .173.5.2 89C51 的最小系统 .183.6 红外通信系统 .183.7 LCD 显示器接口原理 .19III3.7.1 液晶显示原理及 1602
3、 字符型 LCD 简介 .193.7.2 LCD1602 的基本参数及引脚功能 .193.8 键盘接口原理 .213.8.1 键盘概述 .213.8.2 键盘接口的工作原理 .213.8.3 键盘的设计 .21第四章 程序设计 .234.1 流程图 .234.1.1 转速测量程序流程图 .234.1.2 液晶显示流程图 .244.2 初始化程序 .254.3 系统的软件调试 .254.4 系统程序设计思想 .25第五章 系统调试 .265.1 系统的硬件调试 .265.2 系统的调试结果 .26第六章 总结与展望 .316.1 课题总结 .316.2 进一步开发的展望 .311摘 要红外遥控调
4、速跑步机的设计，采用小型直流电机来模拟单片机对跑步机电机的控制。在软件设计上通过 C 语言程序来产生 PWM 控制信号，以实现电机的调速。硬件方面以STC89C51 型号的单片机为核心，与驱动电路，测速电路，键盘和 LCD 显示模块构成最小系统。通过以上的软硬相结合的方法，即可实现直流电机的测速调速。另外，添加PT2262-IR/2272 后，红外遥控功能即可实现。人员可根据显示速度操作红外遥控板块的键盘，方便地使电机达到想要设定的转速。关键词：红外遥控，跑步机，直流电机，PWM2AbstractThe design of treadmill controlled by infrared re
5、mote, using a small DC motor to simulate the chips control of the treadmill motor. In the software design ,in order to achieve motor speed control,to generate PWM control signals through a C language program.The hardware with STC89C51 as the core,with the drive circuit, speed measurement circuit, th
6、e keyboard and LCD display module compose a minimum system.Through the method of combining use of hardware and software, can realize the DC motor velocity measurement and speed control.Furthermore, after adding PT2262-IR / 2272, infrared remote control can be realized. According to the displayed spe
7、ed, people can operate the keyboard of infrared remote control plate to reach the desired setting speed easily.Keywords: infrared remote control; treadmill; direct current motor; PWM3前 言在当前的工农业生产中，直流电机以其速度的可控性，启动、制动的稳定性，以及调速的平滑性和经济性等，得到了广泛的应用 1。文章对基于单片机的直流电机 PWM 调速系统做了一定的研究，并且实现红外遥控直流电机测速调速功能，最终完成红外
8、遥控调速跑步机的设计。该系统测速调速板块利用 STC89C51 单片机的定时器产生 PWM 脉冲，通过 L9110 电机驱动直流电机，可以方便地控制直流电机的转速。同时，测速模块对电机转速进行实时测量，数据经单片机处理后，最终把转速显示在 LCD 显示器上。红外遥控模块则主要由无线遥控发射芯片PT2262 及按键构成，发送的信号由测速调速板块上的接收芯片 PT2272 解码后，送达给单片机，由此实现红外遥控功能。全文一共分为六章。在第一章绪论里，首先简要介绍跑步机的研究背景、当前国际研究状况以及本次做的红外遥控调速跑步机需要初步实现的功能等；第二章是对红外遥控调速跑步机电路概述，主要是为研究提
9、供理论基础；第三章里，主要讲述系统的硬件电路设计及对所使用的各种芯片功能与特性做一个介绍；第四章是讲述程序设计及设计思路；在第五章，描述系统的调试并展示结果；最后在第六章中对本次设计作总结，并对将来功能更完善、更科技化、人性化、专业化的跑步机设计作一个展望。由于笔者的水平、时间以及经费的限制，难免会有错误和不足，需要继续改进的地方还很多。还恳请指导老师和各位专家老师批评指正。4第一章 绪 论1.1 开发背景2013 年，“雾霾”成为年度关键词。2015 年 2 月份，随着柴静一部穹顶之下纪录片的推出，越发的成为人们关注的焦点。可以预见，随着雾霾的肆虐，室外环境的恶化，人类的一些活动如跑步等只好
10、转到室内，人们将花费更多的时间待在室内，室内健身项目也将有着广阔的市场前景。与此同时，类似 Apple Watch 的穿戴式设备也备受青睐。而如果两者结合，又会擦出什么样的火花呢？于是，红外遥控调速跑步机设计的想法油然而生。电动跑步机是机电一体化产品，是国家鼓励发展的行业。它的优点很明显，使人们锻炼身体不受场地、环境、气候的约束，在雾霾肆虐的今天，为广大运动健身爱好者尤其是跑步爱好者找到了一条两全其美的出路。跑步机无需占用太大的空间，就可以为使用者提供畅快的健身体验，全面提高国民身体素质。电动跑步机的发展就紧贴建设和谐有序的发展环境这一主题，是一种有可持续发展前途的产品。为带动产业结构调整发挥
11、着重要的作用。一大批人性化设计的跑步机正在问世，通过电子技术、计算机技术、制造设备工装的改造革新，其发展空间相当大。1.2 国内外研究现状如今，数字变频产品已走进千家万户。第四代数字变频跑步机与第三代跑步机的区别在于它的核心组件数控系统，直流跑步机的控制器采用的是 PWM 调速电源，其工作原理是调整电压、电流的大小从而控制电机的转速。几十年来，直流电机传动经历了重大的变革。20 世纪 70 年代以来，单片机的使用使电动机控制系统的性能得到了很大提高。如今，使用微机实现了全数字化控制的直流传动系统已经广泛应用在生产领域，电机工作性能更是上了一个台阶，进一步提高了直流调速系统的精度及可靠性。所以，
12、通过微机实现直流传动全数字化控制，直流调速系统将进入一个新时代。如果我们抓住机遇、勇对挑战、积极研发，这将是我国跑步机产业乃至国民经济腾飞的起点！1.3 任务与目标根据笔者目前的知识水平和经费情况，设计的跑步机雏形拥有以下特点：（1）直流电机能进行调速，实现正反转、加减速。（2）为了监测电机运行的平稳性，需要适时对直流电机的转速进行测量。5（3）本着智能家居的理念，实现方便地对跑步机进行调节，加入红外遥控模块。最后，考虑到安全性。加上三个 LED 指示灯灯，直观的指示当前电机的正反转工作状态。6第二章 红外遥控调速跑步机电路概述在本章中，对本次设计所涉及的技术、理论基础分别作介绍。2.1 直流
13、电机的调速原理及方法直流电机又分为自励和他励两种类型 2。这里我们讨论的是他励直流电动机。由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：(2-1)ememTee TnCRUn02图 2-1 机械特性称为理想空载转速0n实际空载转速为：（2-2）020TCRUnee分析式(2- 1)可得当分别改变 、 以及 （当改变励磁电流 ，可以改变磁通量的II大小）时，可以得到不同的转速 ，从而实现对速度的调节。调节电枢外加电阻 因为缺点太多，目前很少采用，而电动机的励磁电流 和磁通量R I只能弱磁调速。本次设计里需要无级平滑调速，所以采用调节电压 这种方法。 U因此，保持 不变，只改变 。此时的人为特性方程式为
14、 3：Na, U（2-3）emNTeaeCRn2得到人为机械特性曲线：图 2-2 只降低电枢电压时的人为机械特性曲线如图 2-2 所示，此时的人为机械特性曲线是一组平行于固有机械特性的直线。因为电7枢电压升降会引起理想空载转速 随之发生相应的升降变化，所以只要平滑地调节电枢两n端电压，即可对电机进行无级平滑调速。基于以上特性，通过改变电枢电压，实现对直流电机速度调节的方法被广泛采用 4。 PWM（Pulse Width Modulation） 控制是其中常用的一种 5。2.2 脉冲宽度调制 PWM（Pulse Width Modulation）原理PWM 调速系统产生于 70 年代中期。在国外
15、，PWM 最早应用在军事工业以及空间技术中。近十多年来，PWM 技术的高速发展，将电气驱动技术推进到一个新的高度，近几年来,进一步扩大了其影响及应用领域，被广泛运用于在机床、自动生产线等领域Error! Reference source not found.。PWM 又被称为“开关驱动装置”，是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到调速的一种电压调整方法 3。图 2-3 PWM 控制原理控制原理如图 2-3 所示。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；当电机断电时，速度逐渐减少。所以，只要按一定的规律，改变通、断电的时间，就可以随心所欲地控制电机转速。设电机全程接通电时，电机转速最大 ，占空比为 ，则电机的平均速maxV21tTtD度为：（2-4）dax式中， 电机全通电时的速度。maxV占空比。21tTtD电机的平均速度。d
