摘要：文章选用AT89C52单片机为主控芯片，并辅以直流电机，光发射机、光接收机、LCD等外围器件，设计与开发出一套基于光纤通信的电机遥控系统。该系统由电机遥控端与电机驱动端组成，二者之间通过光纤进行通信。经测试，该系统能实现电机的正转、反转、加速、减速与停止等遥控操作功能。
关键字：AT89C52；直流电机；光纤通信
引言
电机遥控系统在工业、农业及生活领域有着极其广泛的应用，目前电机遥控系统主要采用无线与红外遥控技术[1-4]。对于无线遥控技术而言，遥控的距离和发射设备信号的强度和接收设备的接收灵敏度有关，一般遥控距离为几百米，而红外通信距离更短，只有几十米。在一些应用领域需要进行超长距离且性能稳定的遥控技术，为此采用光纤通信成为最佳选择。光纤通信除容量大之外，还具有损耗低、传输距离远等优点。现在光纤的损耗低达0.2dB/km，无中继直通距离可达几百公里。本文设计与开发了一套基于光纤通信的电机遥控系统，该系统由电机遥控端与电机驱动端组成。电机遥控端发出的控制指令经光发射机转换为光信号后送至光纤中传输，电机驱动端的光接收机将光信号转变为电信号，然后根据指令对电机进行加速、减速、正转、反转与停止等操作。
1.系统设计思想
机遥控端负责发送电机操作指令，电机驱动端根据接收的指令来控制电机的运行姿态。系统结构图如下图所示。
2.系统硬件设计
本项目采用模块化设计与开发，电机遥控端主要由AT89C52最小系统模块、LED指示模块、按键模块和光发射机模块组成，电机驱动端主要由AT89C52最小系统模块、光接收机模块、LCD显示模块和电机驱动模块组成，(1)电机遥控端。电机遥控端主要由AT89C52单片机最小系统、5个按键、LED指示灯和光发射机组成。5个按键分别连接在AT89C52的P1.0~P1.4口，分别对应发射电机正转、反转、停止、加速和减速的指令。LED指示灯串联一个限流电阻后连接在P0.0口，当AT89C52单片机发射电机操作指令时，将闪烁5下，表示发送成功。光发射机接在AT89C52单片机的P3.1口(串口数据发送口TXD)，单片机工作时扫描用户按键情况，并将相应的电机操作指令通过P3.1口发送到光发射机。光发射机采用了共发射极耦合开关驱动驱动电路，不仅调制速率高，而且性能稳定。另外由于本系统的传输速率较低，可采用常规单模光纤即可，如果要进行长距离的通信，建议采用色散位移单模光纤。(2)电机驱动端。电机驱动端主要由AT89C52单片机最小系统、LCD1602显示模块、光接收机模块和L298电机驱动模块组成。光接收机模块将电机遥控端发过来的电机驱动指令光信号转变为电信号，然后通过P3.0口(串口数据接收口)送至单片机，光接收机采用常见的跨阻抗前置前端设计，增加了系统的灵敏度与带宽。LCD1602用于显示当前电机运行状态，其八位数据口D0~D7与单片机的P0口相连，其RS、RW和E三个控制位分别与单片机的P2.0、P2.1和P2.2相连。为了提高系统的稳定性，电机驱动电路我们采用了L298电机驱动芯片，其内含两路电机H桥驱动电路，我们只用到了第一路H桥，其输入端IN1和IN2分别与单片机的P1.0和P1.1相连。当P1.0输出高电平，P1.1输出低电平时，电机正转；P1.0输出低电平，P1.1输出高电平电机反转；P1.0与P1.1输出相同电平时，电机停止转动。L298的使能端ENA口接在单片机的P2.3口，我们通过单片机在此端口上输出PWM脉冲，即可控制电机的转速。
3.系统软件设计
我们采用C51语言在KeiluVision4环境下开发电机遥控端与电机驱动端的固件程序。对电机操作的指令我们进行了编码，用A~E五个字母代表电机的正转、反转、停止、加速和减速操作。整体思想是电机遥控端运行时，单片机扫描用户的按键，然后通过串口发出相应的指令，电机驱动端根据接收到的指令来控制电机的运行状态。电机遥控端的程序比较简单，主程序运行时先设置好串口的参数后，反复调用Key_Scan()函数，该函数扫描P1口上的五个按键，当某个按键被按下时，调用Send（charC）函数通过串口发送相应的指令。电机驱动端的程序由液晶显示器LCD1602的驱动程序文件LCD1602.C和主程序MAIN.C组成。主程序中设置了两个的全局变量DS和SPEED，DS代表电机运行状态，0代表停止，1代表正转，2代表反转，SPEED代表电机的转速级别，共10级。定时器T0工作在方式2，定时时间为10微秒，其中断函数timer0()根据DS和SPEED这两个全局变量控制电机运行的状态。主程序main()函数运行时，先设置好定时器T0与电机的参数，再反复调用S_Scan()函数和LCD_Display()函数，其中S_Scan()函数负责接收串口发来的电机操作指令，然后根据指令修改全局变量DS与SPEED的值，LCD_Display()函数负责将电机的运行状态送到LCD1602上实时显示。
4.总结
本文利用两个AT89C52单片机、一个正反转可控电机，光发射机，光接收机，光纤等外围器件设计与开发出一套电机正反转调速遥控系统。该系统采用当代电子元件，成本低，设备简单，满足企业批量生产的需求。该系统采用了光纤通信技术，相比红外遥控与无线遥控系统，该系统具有抗干扰能力强、传输损耗低，可实现超长距离遥控等优点。另外本项目不仅成本低、性能稳定，而且改造空间巨大，可替代任何需要双向控制的系统，如远程温度采集系统等，故具有广阔的市场前景。
参考文献：
[1]刘瑞芳,丁卫平,彭庆军.基于CY7C68013A的无线直流电机控制系统的设计[J].电子技术,2016年第02期
[2]冯劲梅,王庆明.采用单片机的直流电机无线遥控系统[J].机电工程,2010年第12期
[3]余翔翔,陈德传,郑忠杰.无线电遥控式直流电机控制系统[J].杭州电子科技大学学报,2013年第5期
[4]宋文伟.基于51单片机对直流电机和步进电机的红外控制[J].科技信息,2011年第32期
作者：梅孝安 刘航 彭嘉豪 王权 王佩佩 单位：湖南理工学院物理与电子学院
