电动滑板车智能红外遥控器的设计与实现

电动滑板车智能红外遥控器的设计与实现 电动滑板车智能红外遥控器的设计与实现?81? 电动滑板车智能红外遥控器的设计与实现 周达左,杨慧中 (江南大学通信与控制工程学院,江苏无锡214122) 摘要:提出了一种新型电动滑板车的智能红外遥控器的设计与实现方法,该遥控器 对滑板车的运行状态进行控制,实现滑 板车的无极变速以及刹车等功能.设计中添加了MCU智能模块,加强了传输的抗 干扰性,最大限度地降低了同频干扰的 概率,实现了遥控器状态的最佳控制.给出了智能红外遥控器的详细设计与实现方 法.实践表明:该遥控器性能稳定,抗 干扰能力强,易于拓展新功能. 关键词:电动滑板车;红外遥控器;抗干扰 中图分类号:TN83文献标识码:A文章编号:1000—8829(2008)04—0081—04 DesignandRealizationofInfraredRemoteControlforElectricRollerSkating ZHOUDa—ZUO,YANGHui—zhong (SchoolofCommunication&ContmlEngineering,SouthernYangtzeUniversity,Wuxi214122,China) Abstract:Anewmethodofdesignandrealizationfortheintelligentinfraredremotecontrolinanewelectricrollerskatingispro— posed.ThisremotecontrolcarriesoutthecontroltotherunningstatusofelectricrollerskatingSOthatitcanrealizethecontinuously— variabletransmissionaswellasthebrakingofthecart.Inthisdesign,theMCUintelligencemoduleisincreased,whichCansolve thecommonproblemofsame~equeneydisturbance,andimprovetheinterferenceimmunityoftransmission,aswellasrealizetheop— timizingcontroltotheremotecontrolcondition.Thedetaileddesignincludingtherealization methodfortheintelligentinfraredre- motecontrolisven.Thepracticeindicatesthatthisremotecontrolhasastableperformance,str ongabilityofinterferenceimmunity anditiseasytoextendthenewfunction. Keywords:electricrollerskating;infraredremotecontrol;interferenceimmunity 电动滑板车是近几年刚刚兴起的一种体育器材,它在传统 的滑板上添加了电动机,电池等设施,使得传统的滑板车电气 化,不再需要人工动力,运动起来更随意和刺激.在电机的运转 过程中控制器是核心部件.由运动者对控制器实现随心所欲的 操作是目前新型智能化滑板车的重要特色.现在市场上通过手 持式遥控器向控制器发出的控制信号一般是通过无线电波进行 传输的.但是使用的无线电传输方式占用无线电频段,抗干扰 性较差,而且每套传输系统要有不同的传输频率和编码,否则会 相互干扰,不宜大量推广使用….如:若有多台滑板车在近距 离运动时,那么两个遥控器之间能够相互交叉控制对方的滑板 车,在运动过程中就会发生事故.而红外线具有良好的直线传 输性能,相互干扰概率大大减小,因此红外遥控技术广泛应用于 各种家用电器产品和娱乐设施中,为用户提供了方便的操纵手 段.基于这些情况,提出了用红外线作为遥控器传输信号的 媒介,使得控制信号能够正确无误地传输,且两个遥控器之间不 会相互交叉控制,以避免事故的发生.本文主要对电动滑板车 智能红外遥控器的实现进行了详实的和设计. 收稿日期:2007—07—17 基金项目:江苏省高技术研究(工业)资助项目(BG2006010) 作者简介:周达左(1982一),男,江苏连云港人,硕士研究生,主要研究方 向为检测与控制装置的设计开发;杨慧中(1955一),女,江苏无锡市人, 教授,博士生导师,主要研究方向为工业过程参数检测与控制. 1主要元器件特性 本系统选用A3"89C2051单片机.片内含有2KB的可反复 擦写的只读程序存储器(EPROM)和128B的随机存取数据存 储器(RAM),兼容标准MCS一51指令系统.片内内置通用8位 中央处理器Flash存储单元,15个I/O口线,两个16位定时器/ 计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信I:3,内 置一个精密比较器,片内振荡及时钟电路,同时AT89C2051可 降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模 式.空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串 行通信口及中断系统继续工作.掉电方式保存RAM中的内容, 但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复 位.功能强大的AT89C2051能提供许多高性价比的应用. t~2262IR,t~2272是CMOS制造的低功耗通用编码电 路.两者具有抗干扰能力强,工作电压范围宽(3—15V)等特 点.每个电路都有用户可灵活改变的地址码和数据码组成,电 路都有省电模式.PT2262IR编码器能将数据和地址编译成代 码的波形,最大有12位三状态的地址,共有531441种地址代 码.t~2272是与PT2262IR配对的解码器,也具有12位三状态 地址,共有531441种地址代码. 两种器件的功能引脚如下: t~2262IR的A0一A5(1—6)地址引脚,有3种状态:…0', …1'和"浮".A6/D0一A1l/D5(7,8,10—13),它们可以作为地 ? 82?《测控技术))2008年第27卷第4期 址码引脚,也可以作为数据码引脚.TE(14):发送使能端,低电 平有效,当它被置为低电平时,PT2262IR的编码波形就输出到 DOUT(17)数据码输出引脚.OSC1,0SC2(16,15):振荡器引 脚.VCC(18):电源正极.VSS(9):电源负极.PT2272的DIN (14):数据输入引脚,VT(17):有效传输引脚,高电平有效.其 他引脚与PT2262IR对应引脚的意义相同.PT2272的数据输出 有"暂存"和"锁存"两种,"暂存"是当输入端信号消失时, PT2272对应的数据位输出变成低电平;"锁存"是当输入端信号 消失时,PT2272的数据位输出保持原有状态,直到接收到地址 码相同时新的输入.PT2272的数据输出有以'后缀'来区分的 4,6位之分,其中M代表"暂存",L代表"锁存". 2系统组成与工作原理 整个系统由信号源,智能处理,编码发射,红外接收解调,信 号解码,信息处理,电机控制电路7部分组成,本设计所述的遥 控系统为前6部分.如图1所示. 编红//电信智码外解信机接号能发A,b收码号控处射模处制源 理模解块理电 调块路 器 图1遥控器系统框图 发射电路由信号源,智能处理,编码发射3部分组成,其编 码由PT2262IR来完成.发射原理图如图2所示. 电路中智能处理部分由AT89C2051组成,它实现A/D转 换,发射监控,电池监控,PT2262IR控制等功能. 图2遥控器发射J泉理图 A/D转换是通过AT89C2051自带的一个精密比较器来实值相同,则置高P3.7关闭PT2262IR,只有当值不相等时才置低 现的[31.输入模拟信号,送到AT89C2051的P1.0口,RC电路P3.7使能PT2262IR.AD值在10min内如果保持不变则置位 的输出接P1,1口,比较器输出为P3.6.单片机检测P3.6的变IDl,使AT89C2051进入冻结模式,功耗降到最低.A/D转换流 化,控制P1.2输出相应的高低电平,进而控制电源对RC电路程图如图3所示. 的充电.当P1.1口的电压小于P1.0口电压时,P3.6为高电为了防止电池电压过低而引起发射信号错乱,电路中添加 平.单片机检测到P3.6为高时,控制P1.2口输出高电平,同时了电池监控电路.当电 池电压降到3V时停止AD转换,置位 计时器开始计时,电源向电容C充电,P1.1口电压升高;当PP3.7,停止PT2262IR工作,同时置位P1.7使蜂鸣器报警提示更 1.1口电压升高到大于P1.0口电压时,P3.6变为低电平,单片换电池.报警持续1Os,然后置位PD使单片机进入掉电模式, 机检测到P3.6为低时,控制P1.2输出低电平,计时器停止计整个电路被关闭. 时,电容C通过P1.2口放电,P1.1口电压降低.周而复始,P编码调制由PT2262IR来完成.一个遥控器对应一个地址, 1.2口在高低电平之间切换,控制电容两端的电压一直和输入电其地址由拨码盘即图2中的s2来确定,地址的最大数目为256. 压保持相等.不同的电压值对应不同的充电时间,通过充电时遥控器的控制信号编码有16种,电位器的不同状态由这16种 问算出电压的大小,实现A/D转换过程.A/D转换完成后,把编码来表达,确定电机的16种不同运行状态.16种编码由 转换的数据送往P3.2,P3.5口,同时置P3.7为低,使能AT89C2051通过A/D转换提供.AT89C2051转换AD的结果, PT2262IR发送数据.如果当前A/D转换的值与前一次的A/D通过1Okn电阻上拉直接驱动PT2262IR.地址和控制信号由 电动滑板车智能红外遥控器的设计与实现?83? 图3AD转换程序流程图 P'I2262IR进行编码调制,然后在编码发射脚(17)输出38kHz 的调制波.调制波通过两级三极管C1815驱动红外发射管发 射.红外发射管采用的是850nm波长的红外发射二极管,其价 格低廉,应用广泛.红外发射管的功率可以由不同型号的发射 管来确定,也可以通过调节兄的大小来确定. 经多次实验发现,P'I2272不能够解调连续的信号.当 P'I2262IR连续发射不同的信号时,P'I2272只能解调第一个发 射的信号,后续信号因不能解调而丢失.因此本设计增加了由 AT89C2051的P3.7输出信号来控制P'I2262IR发射端的使能脚 (14脚).当电位器没有变化时,P3.7输出高电平,阻止 P'I2262IR发射.当电位器改变时,P3.7输出低电平使 P'I2262IR发射改变的信号.从而使信号断续发射,P'I2272能够 解调.从信号传输角度来看,断续发射本质上是一个时分复用 系统,不同的遥控器之间分时传输信号,因此本不仅解决了 P'I2272的解调问,也降低了同频干扰的发生概率,同时又能 够达到节能的目的. D1,D44个二极管用作键隔离.Vee电源输入与10口的 压差不能超过0.3V,否则会出现10口死锁现象,导致电路不 能正常工作.5819的压降为0.1V,本设计用5819代替芯片资 料上建议的4148,使参数符合要求范围. 红外接收解调器采用集成的红外一体化接收头,如 HS0038,HT1838,HT1738等,都是5V供电.只要对其供电,接 收到38kHz信号时就输出低电平.通过大量的实验测得 HS0038灵敏最高,能够在恶劣的环境中接收到红外指令. HS0038内部集成了光电转换,滤波,解调,放大电路.其抗干扰 +5vu2S1地址+5v 红外一体化接收头HS0038 图4遥控器接收原理图 能力强,在强阳光下能够正常对接收来的38kHz的红外信号解 调,符合滑板车在户外运动的条件.红外一体化接收头HS0038 3脚输出信号必须经过Q1180.反相后输入P'I2272L4才能被解 调.其解调出的信号输入P'I2272L4进行解码,如果PT2272L4 的地址与发射的不相同则不解码.当地址相符时P'I2272L4解 码,输出二进制信号.P'I2272L4是锁存态四数据输出,当信号 不改变或无信号时保持前一状态数据,否则输出新的数据.将 四位二进制信号输入到信息处理部分.信息处理由单片机 AT89C2051完成,AT89C2051根据读到的四位数据作出速度控 制和刹车的判断,并给出控制信号.AT89C2051控制输出PWM 的占空比来控制电机速度.PWM由AT89C2051的定时器0,定 时器1产生.首先设定定时器1寄存器的值,让定时器1产生 定时中断,每中断一次置P1.5口为1同时打开定时器0,计时 器0开始工作,PWM频率为定时器1的中断时间的倒数.占空 比由定时器0确定,读取到的数值OH,EH,通过一定的比例换 算,得出新值赋给定时器0的寄存器.不同的新值产生不同的 (上接第75页) 参考文献: [1]郝宝英.新一代作战飞机的航空电子系统[J].现代雷达,1995, (2):l2一l5. [2]陈德煌,等.F-22战斗机的综合航空电子系统[J].电光与控制, 2003,(1):50—53. [3]吴铭望.我国航空电子技术的发展趋势[J].航空电子技术,2000, (1):1—4. [4]唐胜景,等.仿真实验中目标运动数学模型的建立[J].北京理工 大学,2006,26(9):770—772,797. [5]刘晓宁.关于火控雷达仿真方法的探讨[J].电光与控制,2004,11 (1):63—65. [6]张山,等.基于DIS的空战仿真系统的应用研究[J].北京航空航 天大学,2002,28(2):169—172. [7]陈东明,等.空地攻击效能评估模型[J].东北大学,2005,26 (10):964—967.口 ? 84?《测控技术)2008年第27卷第4期 定时中断.每中断一次取反P1.5口,同时关闭定时器0,这样就 产生了不同占空比的PWM,达到调速的目的.由于设计的调速 级数比较多,使之在调速过程中感觉不出速度跳跃,因此达到了 无级变速的目的.当读取数据值为FH时关闭PWM输出,同时 置P1.6口为0,驱动MOSFET工作,短接电机两极,达N,~tl车目 的.遥控接收原理图见图4.S1是设定地址的拨码盘,设定值必 须与发射端相一致,才能够解调出来.D1,D4输入到单片机进 行处理,共有16种编码.PT2262IR和PT2272必须外接电阻才能 组成振荡回路,此系统用的是红外发射,调制频率为38kHz,匹 配电阻PT2262IR为470kQ与其对应的FI2272为1MQ. 3软件设计 AT89C2051的A/D转换,以及对自身状态的检测实现智能 管理,是通过对AT89C2051的编程来实现的,整体遥控发射程 序流程图见图5.接收端的输出信号输入到单片机,通过软件 处理达到电机的15级调速和刹车的效果,整个系统实现了电机 的无极调速以及刹车的功能.遥控接收程序流程图见图6. 4 图5遥控发射程序流程图 图6遥控接收程序流程图 结束语 上述采用红外线遥控器来控制电机运转的方法有4大优点: ?红外线的直线传输,以及发射时采用了时分复用方法, 最大限度的避免了同频干扰,多辆滑板车在一起运动不易被同 频干扰所困扰. ?采用单片机对其智能控制,使遥控器工作在最佳状态, 故障率大大降低,而且实现节能目的. ?红外遥控技术由于通过光信号传递数据,因而不易受到 电磁干扰H.因此电机产生的电磁波对红外遥控器干扰甚微, 使滑板车的安全性能得到保障. ?成本低廉,电路简单,易于扩展新功能.具有通用性,能 够很好地应用在其他遥控设备上. 此遥控系统已付诸实践,成功应用在电动滑板车上,运行效 果良好,很快将批量生产. 参考文献: [1]程远增,梅,王立冬.一种采用红外数据传输的自动检测系统 [J].测控技术,2000,19(12):17—18. 2]刘晓明,安敏,王军.两种红外遥控解码技术的探讨[J].测控技 术,2001,20(12):51—53. [3]郭玉峰,张元,孙昌霞.利用AT89C205l实现低成本高精度A/D 转换『J].河南科学,2005,23(2):275—27. [4]曾洁,郭永伟.基于MC33993与AT89C2051的多路红外遥控系统 的电路设计[J].电子技术应用,2004,(10):78—8O. 口 ''''''''''''.''''.....' ! 泰克推出更完善的系列测试工具? 2008年3月17日泰克公司宣布,为DDR2和DDR3技术' 推出完善的系列测试工具.DDR3是下一代双倍数据速率! (DDR)同步动态随机访问存储器,将提供性能更高的数据速 率.泰克DDR测试解决方案基于业内领先的硬件和软件,支i 持所有DDR,DDR2和DDR3速度,同时涵盖模拟域和数字' 域.泰克为工程客户提供了完整的DDR3测试解决方案. DDR3标准通过400,800MHz的时钟频率分别支持; 800,1600Mrr/s的数据速率,其速度是DDR2技术的2倍. DDR3为高性能应用提供了理想选择,如文件服务器,影视 i点播,编码和解码,游戏,三维可视化等应用. i对数字验证和调试,TLA7000逻辑分析仪和新的 !TLA7BIM采集模块提供了唯一能够满足DDR,DDR2和 :DDR3所有速度的逻辑分析解决方案,包括DDR3—1600.此 i外,与现有方法相比,这一系列新型DDR测试工具最多可 以节约30%的成本.运行NexusTechnologyDDR3/DDR2协 !议违规软件的TLA7BIM可以自动分析DDR2或DDR3总 :线,迅速简便地识别违规和违规频率,并提供逻辑分析 :仪存储器中所有DDR命令的全局视图.通过存储器支持 和探测解决方案,TLA7000系列为数字验证和调试提供了 !功能最强大的解决方案.可以使用DSA8200采样示波器执 !行物理链路分析,进行基于TDR的信号路径检定和电路板 ? i检验. i对模拟验证和调试,DSA70000家族数字串行分析仪上 !新的DDR分析选项(选项DDRA)及配套的P7500TfiMo一 :de三模有源差分探头和DPOJET测量软件相结合,提供了 i一套强大的调试工具,可以自动识别读写,执行时钟,抖动, ?幅度,定时和眼图测量.P7500系列使用的新型DDR探针 !可以连接被测器件接入困难的部分.口 !