單片機STCl2C2052AD的比例遙控系統
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遠程控制技術(shù)又稱(chēng)為遙控技術(shù)，是指實(shí)現對被控目標的遙遠控制，在工業(yè)控制、家用電器、無(wú)線(xiàn)電運動(dòng)以及兒童玩具等領(lǐng)域都有非常廣泛的應用。遙控技術(shù)可以分為單通道遙控和多通道遙控，也可以分為開(kāi)關(guān)型遙控和比例型遙控。
本文主要介紹了使用到單片機部分的控制電路，包括發(fā)射機電路和接收機電路。發(fā)射機采用電位器分壓作為比例控制信號，由4路A／D電路轉換為數字信號，各個(gè)通道數字信號連同兩路開(kāi)關(guān)量由單片機進(jìn)行多通道編碼，編碼信號由串行口送出，最后由發(fā)射模塊發(fā)射。接收機主要負責把收到的信號放大并從中解調出編碼信號，最后由伺服機把接收機收到的電信號轉換成相應的機械動(dòng)作，由此實(shí)現方向和速度的控制。
外觀(guān)上，在遙控器的發(fā)射端應該有帶旋鈕的比例表盤(pán)，把5 V電壓平均分成360°，每一個(gè)小的度量單位就代表一定的電壓值，當旋鈕轉動(dòng)一定角度時(shí)，也就是輸入給發(fā)射單片機一定的電壓值，與此同時(shí)，發(fā)射單片機一直以一定的時(shí)間間隔去查詢(xún)當前的速度并讀入到單片機內部，并根據計算公式計算出模型應該前進(jìn)的距離或者當前應該的速度且根據此值設置相應的計數／定時(shí)器的初值，然后由系統外部驅動(dòng)電路(伺服機)把接收單片機收到的電信號轉換成相應的機械動(dòng)作，即前進(jìn)一定距離或者作加減速運動(dòng)；當定時(shí)器溢出產(chǎn)生中斷以后，外部相應的驅動(dòng)電路也幾乎同時(shí)發(fā)出控制信號控制模型停止任何動(dòng)作。
使用比例遙控的優(yōu)點(diǎn)有很多。例如：控制靈活；可以調整遙控的距離且調整的最大距離比一般遙控遠；可以根據使用者的意愿實(shí)現模型的速度改變；線(xiàn)路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強；伺服機構(包括齒輪箱和伺服馬達)簡(jiǎn)單等等。
1 比例遙控設備的基本原理
一般比例遙控系統的功能框圖如圖1所示。
圖1(a)中，鍵盤(pán)用于產(chǎn)生發(fā)射端控制信號；編碼器對控制信號進(jìn)行編碼；顯示器顯示受控對象及其受控狀態(tài)類(lèi)別；發(fā)射機將操縱指令轉換為帶有控制信息的無(wú)線(xiàn)電信號并將此信號進(jìn)行功率放大，以滿(mǎn)足發(fā)射功率的要求。
圖1(b)中，解碼器將編碼信號譯成控制信號；控制器對受控對象實(shí)施控制；接收機接收發(fā)射機發(fā)出的無(wú)線(xiàn)電信號，同時(shí)將接收到的信號放大并從中解調出編碼信號，一般和發(fā)射機配套使用。由于接收機是裝在模型上的，一般都應該盡量做到小巧，同時(shí)還應具有很高的靈敏度，能接收較遠距離發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電信號。
遙控設備的基本工作原理是：操縱者通過(guò)手中的遙控發(fā)射機(撥動(dòng)發(fā)射機上的旋鈕或者搖桿)將控制模型前進(jìn)、后退、加速或減速的指令變成電信號并將其發(fā)射到空中；模型上裝載的遙控接收機收到這些電信號并由伺服舵機轉換成相應的機械運動(dòng)，從而實(shí)現對模型的遙控。
2 單片機比例遙控系統的具體設計
無(wú)線(xiàn)比例遙控系統主要由發(fā)射和接收兩個(gè)部分組成，發(fā)射部分完成對遙控指令的發(fā)射，接收部分完成對指令的實(shí)施。在設計時(shí)可將其分開(kāi)設計。
2．1 發(fā)射電路
圖2為使用STCl2C2052AD單片機設計的比例遙控系統發(fā)射機的主電路。由于使用了單片機，使整個(gè)電路變得非常簡(jiǎn)潔。P1口為比例遙控信號的輸入端；通過(guò)電位器分壓得到比例控制信號，由4路A／D電路轉換為數字信號，各個(gè)通道數字信號連同兩路開(kāi)關(guān)量由單片機進(jìn)行多通道編碼，編碼信號由串行口送出，最后由發(fā)射模塊發(fā)射。如果需要設計更多通道的比例遙控系統，可以利用其余沒(méi)有使用到的P1端口，外接電位器進(jìn)行相應的功能擴展。當沒(méi)有控制信號時(shí)，P1口均為高電平。由軟件控制將P1口的控制信號(低電平有效)送到單片機內部進(jìn)行相關(guān)處理。
STCl2C2052AD是20腳封裝的單時(shí)鐘／機器周期的兼容8051 RISC型CPU內核的單片機。它是本設計的核心器件，其速度比普通的8051快12倍；功耗低；片上集成256字節的RAM；15個(gè)通用可編程I／0口，可以設置成4種模式――準雙向口／弱上拉、推挽／強上拉、僅為輸入／高阻、開(kāi)漏(其中復位后為準雙向口／弱上拉模式)；片內有EEPROM功能；共有2個(gè)16位定時(shí)器／計數器；內部還集成了RC振蕩器，在精度要求不高時(shí)可以省略外部晶振；具有較寬的操作電壓范圍以及獨立的片內看門(mén)狗定時(shí)器；P1．7～P1．O共8路高精度的高速電壓輸入型8位A／D轉換器，速度可以達到100 kHz，可用于溫度檢測、電池電壓檢測、頻譜檢測等等，上電復位后P1口為弱上拉型I／0口，用戶(hù)可以通過(guò)軟件設置將8路中的任何一路設置為A／D轉換(不需要作為A／D使用的端口可以繼續作為I／O口使用，需作為A／D使用的端口要先將其設置為高阻輸入模式或者開(kāi)漏模式)。本設計中的單片機還可以由其他同類(lèi)型的20腳封裝的51系列單片機代替，設計方法多種多樣。
2．2 接收電路
接收電路主要作用是將發(fā)射機發(fā)射出的已調的編碼指令信號接收下來(lái)，并進(jìn)行放大后送到解調電路，解調電路將已經(jīng)調制的指令編碼信號解調出來(lái)，還原為編碼信號。指令譯碼器將編碼指令信號進(jìn)行譯碼，最后由驅動(dòng)電路來(lái)驅動(dòng)執行電路實(shí)現各種指令的操作控制。圖3為接收機主電路，發(fā)射機傳來(lái)的信號由P3．O輸入后送至P1口，由軟件控制P1的相應端口輸出控制信號。P1口的4位A／D端口可以接到不同的控制端。由于是比例遙控，所以應將輸出口的控制信號送到下一級比例遙控專(zhuān)用的伺服電路。
整個(gè)系統的執行部分是由直流電動(dòng)機驅動(dòng)電路來(lái)完成的，主要控制模型的行進(jìn)方向和速度。單片機STCl2C2052AD既是協(xié)調整個(gè)接收機工作的控制器，又是數據處理器和運算器，由于它直接有PWM功能，因此不需要占用單片機資源，可以直接產(chǎn)生占空比可變的脈沖信號，對橋式雙向電路驅動(dòng)電動(dòng)機進(jìn)行電壓控制，從而完成對電動(dòng)機驅動(dòng)、轉速以及前進(jìn)或后退的控制，并能夠實(shí)現脈寬精確調速。
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