无线遥控直流电机控制器的研制
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作者:胡玉忠 唐义锋
摘 要：文章在分析直流电机控制设备或装置控制要求的基础上，采用以ZX1527芯片为核的无线遥控器，设计分析控制协议，进行一种通用控制系统的方案设计，发现可采用不同直流电压供电的继电器控制系统框图，设计并分析单片机控制电路和输出驱动电路等核心功能电路，给出主程序和中断服务程序流程图，系统可通过软件实现无限位自动停机功能，产品经调试达到了设计要求。
关键词：无线遥控;直流电机;控制器
在许多场合都用到直流电机控制设备或装置的往返运动，需要通过控制电机的正反转来实现。随着智能化要求的不断提高，人們更需要通过无线遥控方式控制系统的运行。本设计针对这一应用场景，研制一种通过无线控制的通用小功率直流电机控制器。
1 总体方案设计
直流电机的控制可分为两类：（1）可变速控制。包括：线性调压调速控制和脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）调速控制。（2）定速控制。包括：固态继电器无触点控制、晶闸管控制和继电器有触点控制等。本研究设计一种可以使用不同直流电压供电的直流电机控制系统，需要将弱电与强电部分相互隔离，视应用情况使用一个电源供电或双电源供电。因此，本设计使用继电器有触点控制方式，通过跳线来选择强、弱电是否使用同一个电源，提高了控制系统的适应性。同时，可通过按键控制和无线遥控的方式控制直流电机的正反转。
系统由单片机、传感检测模块、显示模块、电源模块、充电模块、输出驱动模块、无线模块、通信接口和按键模块、适配器、遥控器、电机、电池等部分组成。单片机的输入端分3路，分别连接用于控制单片机的按键模块、用于检测的传感检测模块和用于供电的电源模块，单片机的输出端分3路，分别连接显示模块、用于输出动力的输出驱动模块和充电模块，且无线模块和通信接口与单片机进行数据交互相连，通过无线模块配合遥控器的作用，使用者按动遥控器对单片机下达指令，从而对装置进行远程操作，控制电机工作和停止，也可通过按键手动控制和停止电机工作。
2 主要功能电路设计
2.1 单片机控制电路的设计
本控制器的控制核心采用STC系列单片机，单片机通信接口采用P3.0-P3.1，单片机P3.6-P3.7接显示模块，P1.4-P1.5接按键，其中，P1.4用于与无线遥控器对码设置，P1.5用于手动控制电机的正停反，P3.4-P3.5控制输出驱动，进而控制电机的正反转，P3.2接收无线模块的控制信号，无线模块可采用通用的315 MHz或433 MHz等频点的通信模组;P1.0用于判断是否接上适配器充电，P1.1用于监测负载电流，P1.2用于监测电池供电电压，P1.6联接正转限位开关，P1.7联接反转限位开关，P3.3用于控制充电系统是否投入工作[1]。单片机控制系统如图1所示。
2.2 驱动控制电路的设计
输出驱动模块的核心元件为两只三极管V2和V3以及两个继电器K1和K2，电感L5和电流监测电路。其中，单片机通过P3.4-P3.5分别控制三极管V2和V3的基极，进而控制两个继电器的动作，通过继电器的触点控制电源供给直流电机的极性与大小，进而控制电机的正反转。电机输入电源可以是电池电源，也可以是另接电源，通过J6的短路帽选择，二极管D3和D4用于续流[2]。驱动模块电路如图2所示。
遥控器包括3个功能按键，分别为控制电机正转的正按键、控制电机反转的反按键、控制电机停止的停按键。
3 软件设计
本无线遥控电机控制系统，既可通过安装限位开关以定行程的方式进行控制，又可通过无限位方式进行电机的控制。在运行中如因电机卡死而产生电机堵转，可及时切断电源，防止电机烧毁，能有效保证设备的安全[3]。主程序流程如图3所示，中断程序流程如图4所示。
4 无线遥控协议分析
本文所设计的无线遥控器采用ZX1527作为信号发生芯片，该芯片是一片由互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）设计制造的可预烧内码的学习码编码IC，由软件解码;内码共有20个位元，可预烧1048576组内码组合，降低使用上的重码率，其输出编码的格式如下：同步码+内码C0～C19（100万组）+D0 D1 D2 D3，即一帧码的完整格式是在同步码后由20位内码和4位键码组合而成的3个字节的位码组成。其中，同步码：4 CLK高，124 CLK低，;数字1即DATA（1）：12 CLK高，4 CLK低，;数字0即DATA（0）：4 CLK高，12 CLK低，;并定义：1个CLK=8个OSC CLOCK。
上位机工作前须与遥控器的编码配对，之后，上位对遥控信号进行监测，如接收到有效信号，则比较哪个键被按下，进而进行进一步的控制，如本机的正停反等控制。
5 结语
本设计的控制系统采用遵循上述协的三键遥控器控制，只要对收模块与遥控器同频段即可，经特定负载和实际应用测试，完成了预定功能，可提供电池供电和适配器供电进行直流电机的正反转控制，为相关应用研究提供一种设计方案。
[参考文献]
[1]李志坤.甲烷浓度与沼气检漏报警一体化测试仪的研制[J].农业技术与装备，2010（12）：16-18.
[2]唐义锋，徐海兵，王炜，等.一种无线遥控电机控制系统：中国，CN201921213180.6[P].2020-01-03.
[3]苏长赞.实用遥控技术手册[M].北京：人民邮电出版社，1996.
Development of the wireless remote control DC motor controller Hu Yuzhong1， Tang Yifeng2
（1.Jiangsu Right Electronic Equipment Co.， Ltd.， Huai’an 223100， China;
2.Jiangsu Vocational College of Finance & Economics， Huai’an 223100， China）
Abstract：On the basis of analyzing the control requirements of DC motor control equipment or device， the wireless remote control with ZX1527 chip as the core is used in this paper， the design and analysis control protocol is designed， and a general control system is designed， and a total control system is designed to obtain a frame diagram of the relay control system that can be powered by different DC voltage. Design and analyze the core function circuits such as the microcontroller control circuit and output drive circuit， give the main program and interrupt service program flow chart， the system can realize the unlimited bit automatic shutdown function through the software， the product has been debugged to meet the design requirements.
Key words：wireless remote control; direct current motor; controller
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