基于嵌入式电机无线遥控设计

韩镒戎 刘伟丽 宋昊

摘 要：为了使电机控制系统易于操作、运行稳定、操作安全、成本低廉，设计了一种基于嵌入式电机的无线遥控设计。本红外遥控系统设计以STM32单片机为控制主体。该系统主要分为启动和接收部分。采用脉宽调制（PWM）技术对直流电机进行调速。通过红外线的发射模块和接收模块对电动机进行远程控制。本系统可以对直流电机进行红外远程遥控，使直流电机能够进行开关、正反转、加速减速等动作。经试验证明，该方法简单、可靠性高，有一定的工业实用价值。

关键词：脉宽调制；红外遥控；通讯方式；变频技术；单片机

红外遥控相对于传统遥控设备兼容性强成本低、体积小、功耗低，所需供电的电压低，因此在控制方面得到广泛应用。随着计算机，微电子技术的发展以及新型电子功率元器件的不断出现，电动机的控制策略也发生了巨大的改变。电动机控制策略的模拟实现正逐渐退出历史舞台，而采用微处理器、通用计算机、FPGA/CPLD、DSP控制器等现代手段构成的数字控制系统得到了迅速发展。速度更快，控制更容易的红外遥控逐渐成为远程控制的主流。本文STM32单片机为核心，设计编写红外遥控编码程序和电机控制策略，完成了基于嵌入式的电机无线遥控设计，完成的设计显示了较高的性能。

1 硬件选取和分析

1.1 STM32单片机的模块选取

微处理器是电机红外遥控设计的核心部件，我们通过选取和对比各种型号的微处理芯片的功能和价格，另外考虑到本设計的具体要求，发现STM32单片机以低廉的价格、强大的功能、不需复杂的电路设计，完全符合节约成本的原则，并且满足本系统的设计要求。所以，本设计用STM32单片机为中心控制器。STM32具有以下标准功能：内核CortexM3，32Bit@72MHz），1.25DMIPS，地址空间4GB，片上存储器ROM：20K1MB，RAM：8K256K。相对于51单片机，内存大，运行处理快，输出口可自定选择，更加方便快捷。

1.2 外围电路的选择

（1）红外遥控：输出控制信号，以红外编码形式输出。

（2）电机驱动模块：L298N接收脉冲信号，驱动电动机。

（3）电源：直流5v电源。

2 设计思路

图1 系统各模块组成

系统设计的程序分为3个部分。

（1）红外信号采集程序：该程序主要用于将遥控的信号采集到芯片中；

（2）红外模块解码：该程序旨在解析红外编码；

（3）PWM脉冲调制程序：该程序旨在改变脉冲输出，改变转速。

3 红外接收端模块

图2 STM32单片机红外遥控模块

由图可知，红外接收模块通过左端接收到外部红外遥控编码信号，经PB9针脚端口输入处理器解码。

4 程序设计

4.1 电动机程序设计

电动机正反转需要改变脉冲信号的方向，程序改变了脉冲信号的方向，达到了控制电机正反转的目的。电机的加速减速过程遵循（PWM）调速原理，通过改变占空比的大小，使输出电流大小发生改变，从而使电机的转动速度发生改变。

4.2 红外编码程序设计

首先对红外遥控进行测试，测试后发现红外遥控可行，并且反应速度符合设计要求。编写红外遥控的子程序并测试能否正常运行。对红外编码的解析，接收后解析并传送信号。关闭通道4，配置完成后，设计程序完成红外编码的解析和发送。

4.3 时钟模块开启设置

开启电机脉冲输出时钟GPIO口；并设置输出信号。同理，把所需的按键、灯光和延时所对应GPIOB口的时钟打开，并对输出的频率和对应接口进行设计。

4.4 PWM脉宽调制程序

PWM是对脉冲宽度的调整，一串方波在频率固定的情况下，方波宽度越大其平均电流越大，方波宽度小则其输出平均电流越小，只要能够理解这个，就可以知道调速原理。[12]通常提到脉宽调节都是表现在电流的调节方面，和变频调速不是一类问题。变频调速电路中也部分使用了脉宽技术。

5 程序文件的编译、连接、调试及其结果

程序的设计需要运用编程软件对所设计程序进行编译检查。本设计通过在KEIL5中对每个模块的程序的运行和调试，以及各模块的调试实验，确认程序没有错误后，然后连接开发板通过软硬件在线联调，通过调试和改正每个单独模块的功能，最后实现了系统的总功能。

6 总结与展望

本设计主要是使用红外遥控发射红外编码，单片机红外模块接受编码通过单片机被转换成8位二进制数字信号，并将数字信号发送到CPU处理后的脉冲控制电动机，经试验验证反应迅速可靠，相对于51系列单片机，可靠性高并且电路简单易懂，优化了控制策略。

参考文献：

[1]杨文龙.单片机原理及应用系统设计[M].清华大学出版社，2011.

[2]曹立学.红外遥控式步进电机系统的设计与实现[J].机械工程与自动化，2012（1）：127129.

[3]赵巍，冯娜.单片机基础及应用[M].清华大学出版社，2014.

[4]胡汉才.单片机原理及系统设计[M].清华大学出版社，2002.

[5]姜清超.基于单片机的红外编码分析仪的设计与实现[D].河北大学，2015.

[6]孙传友，吴爱平.感测技术基础[M].电子工业出版社，2015.

项目：教育部产学合作协同育人项目 名称：信盈达CDIO协同创新实践平台（项目编号20170213504）