基于單片機(jī)的遙控直升飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(論文)

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1、摘 要 隨著航空模型的發(fā)展，特別是無(wú)線電遙控模型飛機(jī)的日臻完善，航空模型的用途越來(lái)越廣泛。 本文主要研究了基于單片機(jī)的遙控直升飛機(jī)控制，以STC89C51作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號(hào)產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了紅外遠(yuǎn)程遙控直升機(jī)的目的。論文首先介紹了單片機(jī)的基本理論，然后對(duì)軟件設(shè)計(jì)中所涉及的紅外遙控發(fā)射、接收、調(diào)速等單元的設(shè)計(jì)流程及工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，并闡述了遙控直升飛機(jī)的飛行原理。由于飛機(jī)配件的選擇及組裝是本次設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，因此文中對(duì)涉及到的電機(jī)、舵機(jī)、螺旋槳、鋰電池等飛機(jī)主要配件及組裝注意事項(xiàng)進(jìn)行了重點(diǎn)講解。最后通過(guò)對(duì)軟硬件的反復(fù)調(diào)試，完成直升機(jī)的裝機(jī)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)

2、遙控直升飛機(jī)平衡、上升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等簡(jiǎn)單的控制。該遙控直升機(jī)具有接收信號(hào)靈敏，控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：遙控直升機(jī)；單片機(jī)；匯編語(yǔ)言；紅外遙控 Abstract With the development of aviation models, especially the radio-controlled model airplanes are becoming perfection, the model airplane is getting more sophisticated and more widely used. In this paper, the mic

3、rocontroller-based remote control helicopter is researched. It takes STC89C51 as the core components to have the logic control and generate signals, in order to achieve the purpose of the infrared remote control helicopter. First, the article introduces the basic theory of the microcontroller; then

4、illustrates the designing process and working principles of infrared remote control transmitter, receiver, and speed control unit involved in software design; and expounds the flight theory of remote control helicopter. Because the selection and assembly of aircraft parts are one of the important pa

5、rts of this design, this paper will pay attention to issues of motors, steering gear, propellers, lithium and other aircraft involved in the main parts and assembly. Finally, after the repeatedly testing of the hardware and software, this paper will complete the installment and control system design

6、 of the helicopter, meet the design requirements, to achieve the balance, up, down, turn left, turn right and some simple control of the remote control helicopter. The remote control helicopter has advantages of received signal sensitively and controlled simply. Keywords: remote control helico

7、pter; microcontroller; assembly language; infrared remote control 目 錄 第1章 概 述 1 1.1 課題研究的背景和意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外航模的發(fā)展?fàn)顩r 1 1.3 論文主要內(nèi)容 3 第2章 單片機(jī)簡(jiǎn)介 4 2.1 單片機(jī)概述 4 2.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 4 2.3 STC89C51單片機(jī)的功能及簡(jiǎn)介 5 2.4 本章小結(jié) 9 第3章 遙控直升飛機(jī)組件與安裝 10 3.1 直升機(jī)的基本理論 10 3.2 直升飛機(jī)各組件名稱與作用 14

8、 3.3 硬件組裝 17 3.4 本章小結(jié) 20 第4章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 21 4.1 遙控碼的發(fā)射 21 4.2 紅外接收 23 4.3 調(diào)速單元 26 4.4 系統(tǒng)調(diào)試 28 4.5 本章小結(jié) 30 結(jié) 論 31 致 謝 32 參考文獻(xiàn) 33 附錄1發(fā)射程序 34 附錄2 接收程序 37 附錄3 PWM信號(hào)（產(chǎn)生移位脈沖） 40 附錄4 紅外發(fā)射電路圖 42 附錄5 紅外接收電路圖 43 44 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第1章 概 述 1.1 課題研究的背景和意義 人類自古以來(lái)就幻想著飛行。在載人的航空器出現(xiàn)之前，人類就創(chuàng)造了

9、許多能飛行的航空模型，不斷地探索著飛行的奧秘。距今2000多年前的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，我們的祖先就制作出能飛的木鳥模型。另外，還制作出種類繁多的孔明燈、風(fēng)箏和竹蜻蜓等。美國(guó)的萊特兄弟是世界上第一架飛機(jī)的制造者，他們的飛機(jī)在1903年12月17日試飛成功。 在飛機(jī)發(fā)明之前，航空模型具有強(qiáng)烈的探索性質(zhì)，在飛機(jī)發(fā)明之后，航空模型仍然是研究航空科學(xué)的必要工具。每一種新飛機(jī)的試制，都要先在風(fēng)洞里用模型進(jìn)行試驗(yàn)，甚至連航天飛機(jī)這樣先進(jìn)的航空器，也要經(jīng)過(guò)模型試驗(yàn)階段，取得必要的數(shù)據(jù)，才能獲得成功。 航空模型是很有實(shí)用價(jià)值的器具。我國(guó)漢代就有用風(fēng)箏測(cè)量距離和傳遞信息的。隨著航空模型的發(fā)展，特別是無(wú)線電遙控模型飛

10、機(jī)的日臻完善，航空模型的用途越來(lái)越廣泛。 可以利用無(wú)線電遙控模型飛機(jī)作為部隊(duì)和民兵對(duì)空射擊訓(xùn)練的靶機(jī)。在訓(xùn)練的時(shí)候，通過(guò)無(wú)線電遙控設(shè)備控制航模靶機(jī)完成直線飛行、轉(zhuǎn)彎、上升、俯沖等飛行動(dòng)作，甚至在靶機(jī)上完成空投降落傘、發(fā)射模型火箭、投放炸彈、施放拖靶等特技動(dòng)作。在實(shí)彈射擊時(shí)候，可以在航模靶機(jī)尾部幾十米遠(yuǎn)處拖拽一個(gè)彩色靶袋，以靶袋作為目標(biāo)，避免擊毀靶機(jī)。在無(wú)線電遙控模型飛機(jī)上裝上攝影機(jī)，就可以對(duì)地面進(jìn)行航空攝影，拍攝一些人們不容易接近的野生動(dòng)植物，甚至可以拍攝一些危險(xiǎn)性很大 的驚險(xiǎn)鏡頭或戰(zhàn)斗場(chǎng)面等。 航空模型是普及航空知識(shí)的玩具。航?；顒?dòng)是很多航模愛(ài)好者和廣大青少年學(xué)生喜歡參加的課外活動(dòng)。這不

11、僅是學(xué)生的年齡層次決定的，更重要的是航?；顒?dòng)集科技性、知識(shí)性、趣味性、競(jìng)技性、實(shí)踐性等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)鍛煉青少年動(dòng)手動(dòng)腦能力，促進(jìn)全面素質(zhì)的提高，有著十分積極的作用。 1.2 國(guó)內(nèi)外航模的發(fā)展?fàn)顩r 經(jīng)過(guò)千年的努力，被美國(guó)國(guó)家航空和空間博物館稱為“最早的飛行器”的風(fēng)箏，被英國(guó)和法國(guó)的航空先驅(qū)者們，用來(lái)探討旋翼原理的竹蜻蜓，采用輕于空氣的原理實(shí)現(xiàn)升空的孔明燈，以及具備火箭升空噴氣反應(yīng)推力原理的流星，相繼在古老的中國(guó)出現(xiàn)，他們都是遠(yuǎn)古時(shí)代的航空模型，其中包涵的飛行原理為載人飛行器的研制開(kāi)辟了道路。 20世紀(jì)前期，隨著第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，交戰(zhàn)國(guó)紛紛將飛機(jī)用到了戰(zhàn)爭(zhēng)中，殘酷的戰(zhàn)火帶動(dòng)了航空業(yè)的迅速發(fā)展。

12、由于模型飛機(jī)對(duì)普及航空知識(shí)、培養(yǎng)航空人才起著不可替代的作用，美國(guó)、俄國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家相繼出現(xiàn)了航空熱，并逐漸形成有組織有領(lǐng)導(dǎo)的群眾性航空模型運(yùn)動(dòng)。 時(shí)至今日在國(guó)外，航模產(chǎn)品的質(zhì)量和性能都有較高的水平。航模產(chǎn)品的盛行帶動(dòng)了航?；顒?dòng)的普及。在國(guó)際上，航模的消費(fèi)也主要集中在航?；顒?dòng)普及的國(guó)家和地區(qū)。 在航模運(yùn)動(dòng)的普及和飛行水平的提高方面，國(guó)外的各飛行俱樂(lè)部起了關(guān)鍵的作用。國(guó)外的飛行俱樂(lè)部都是愛(ài)好者自發(fā)組成的民間組織，注冊(cè)于各國(guó)的航?？倕f(xié)會(huì)下，如美國(guó)的AMA（全美航模協(xié)會(huì)）、英國(guó)的BFMA（大英航模協(xié)會(huì)）、澳大利亞的MAAA（澳洲航模協(xié)會(huì)）。這些機(jī)構(gòu)與中國(guó)的國(guó)家體育總局航管中心相似。俱樂(lè)部以團(tuán)

13、體的形式向社會(huì)介紹和推廣航模活動(dòng)，通過(guò)媒體對(duì)各種活動(dòng)和賽事的報(bào)道提高了社會(huì)公眾和政府對(duì)航模這項(xiàng)休閑及運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知和尊重，為航模運(yùn)動(dòng)爭(zhēng)取一個(gè)較好的社會(huì)環(huán)境，為模友們創(chuàng)造一個(gè)良好的飛行氛圍。 1905年國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)誕生，航空模型被列為其管轄的項(xiàng)目之一，隨之成為一項(xiàng)世界性運(yùn)動(dòng)。航空模型一詞于1913年流傳到中國(guó)，首次出現(xiàn)在上?！稏|方雜志》刊登的《飛行雛形制造》的文章中。中國(guó)較大規(guī)模的航空模型運(yùn)動(dòng)起步于40年代，1947年舉行了首屆航空模型比賽。1978年10月中國(guó)加入國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)，并開(kāi)始參加世界錦標(biāo)賽，從此，我國(guó)的航空模型運(yùn)動(dòng)正式走向世界。隨著我國(guó)航空事業(yè)的不斷發(fā)展，航空知識(shí)教育日趨受到國(guó)家的重

14、視，1992年82萬(wàn)青少年參加的首屆“飛向北京”全國(guó)青少年航空模型競(jìng)賽，給航空模型運(yùn)動(dòng)的普及和發(fā)展增添了新的活力。 我國(guó)航模產(chǎn)業(yè)的集中度不高，沒(méi)有形成部分企業(yè)大規(guī)模的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但是行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)在加劇，這為航模企業(yè)提供了發(fā)展空間的同時(shí)也增加了緊迫感。 　　航模產(chǎn)業(yè)屬于從朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)向成熟產(chǎn)業(yè)過(guò)渡的階段，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)在加劇，我國(guó)航模產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)量及其增長(zhǎng)趨勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 　?。?）行業(yè)的集中度不高。航模制造企業(yè)主要分布于珠江三角洲的深圳、珠海和上海、天津等地。全國(guó)50家企業(yè)，規(guī)模相對(duì)不大，勢(shì)均力敵的對(duì)手比較多，競(jìng)爭(zhēng)參與者范圍廣泛。 　　（2）市場(chǎng)趨于成熟，雖然每年都在增長(zhǎng)，但是速度緩慢。市場(chǎng)增

15、長(zhǎng)主要是一些新興工業(yè)化國(guó)家和逐漸走向富裕的國(guó)家和地區(qū)，如韓國(guó)、新加坡、中國(guó)。中國(guó)市場(chǎng)每年在以20%的速度增長(zhǎng)。 （3）供需平衡分析 航空模型作為運(yùn)動(dòng)休閑類產(chǎn)品，歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家是主要的消費(fèi)市場(chǎng)。航模生產(chǎn)主要集中在中國(guó)珠江三角洲和長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，尤以深圳為主。隨著行業(yè)生產(chǎn)廠商技術(shù)能力的不斷提高和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，航模生產(chǎn)廠商只有不斷的提高技術(shù)能力，完善產(chǎn)品性能，提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得一席之地，取得很好的經(jīng)營(yíng)收益。 1.3 論文主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)是以遙控直升飛機(jī)為研究對(duì)象，主要是研究單片機(jī)對(duì)直升機(jī)的平衡、上升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等遙控功能。此次設(shè)計(jì)中的單片機(jī)控制器采

16、用的是STC89C51，針對(duì)單片機(jī)的基本理論和直升飛機(jī)的飛行原理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，同時(shí)對(duì)遙控直升機(jī)的模型結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了剖析，并對(duì)其進(jìn)行正確的安裝，由于紅外技術(shù)發(fā)展成熟，利用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編輯發(fā)射部分、接收部分的程序，所以本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為基礎(chǔ)，通過(guò)紅外遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)對(duì)直升機(jī)的簡(jiǎn)單控制。 在第二章中，主要對(duì)單片機(jī)及其應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行概述，重點(diǎn)闡述了單片機(jī)STC89C51各個(gè)引腳的功能，對(duì)微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、串行口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器和基本操作等做了較為詳細(xì)的介紹。 在第三章中，首先對(duì)遙控直升飛機(jī)的飛行原理和貝爾-希拉操縱方法進(jìn)行了初步分析，然后闡述了遙控直升飛機(jī)的主要部件，重點(diǎn)對(duì)直升機(jī)組件及安裝的注

17、意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，最后完成裝機(jī)工作。 在第四章中，介紹了基于單片機(jī)的遙控直升機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了紅外遙控碼的發(fā)射、紅外遙控接收部分、調(diào)速單元的調(diào)速原理及計(jì)算方法，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)軟、硬件的調(diào)試中所出現(xiàn)的故障及排除方法。 第2章 單片機(jī)簡(jiǎn)介 2.1 單片機(jī)概述 二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算

18、機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。它的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在這個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。 單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，目前正以前所未見(jiàn)的速度取代著傳統(tǒng)電子線路構(gòu)成的經(jīng)典系統(tǒng)，代替著傳統(tǒng)數(shù)字電路與模擬電路固有的領(lǐng)地。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī)能大大地提高這些產(chǎn)品的智能性，易用性及節(jié)能性等主要性能指標(biāo)，給我們的生活帶來(lái)舒適和方便的同時(shí)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也

19、極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講，一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。 2.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： （1）在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化

20、、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。 （2）在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 （3）在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣讓機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，其無(wú)所不在。 （4）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)

21、用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。 （5）單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、國(guó)防航空等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 2.3 STC89C51單片機(jī)的功能及簡(jiǎn)介 STC89C51主要是由微處理器(CPU)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、程序存儲(chǔ)器(ROM/EPROM)、4個(gè)8位并行I/O口、1個(gè)串行

22、口、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)組成。如圖2-1為STC89C51基本引腳結(jié)構(gòu)圖。 主要性能參數(shù)： 與MCS-51兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 P1.0 Vcc P1.1 p0.0 P1.2 p0.1 P1.3

23、 p0.2 P1.4 p0.3 P1.5 p0.4 P1.6 p0.5 P1.7 p0.6 RST/Vpb p 0.7 P3.0 EA/Vpp P3.1 ALE/PROG P3.2 PSEN P3.3 P2.7 P3.4 P2.6 P3.5 P2.5 P3.6 P2.4 P3.7

24、 P2.3 XTAL2 P2.2 XTAL1 P2.1 Vss p2.0 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 1 2 3 4 5 6 7 8 64 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 圖2-1 STC89C51基本引腳結(jié)構(gòu)圖 引腳功能說(shuō)明： Vcc：接電源。 Vss：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8

25、位漏級(jí)開(kāi)路雙向三態(tài)I/O口，每個(gè)管腳可吸收8個(gè)TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳寫“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0口外部電位必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I

26、/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為

27、輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流，也是由于上拉的緣故。 表2-1 P3口功能表 端口引腳 第二功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 INT0（外中斷0） P3.3 INT1（外中斷1） P3.4 T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0） P3.5 T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1） P3.6 WR（外部存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)） P3.7 RD（外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST/Vpd：RST（RESET）是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期

28、（24個(gè)市中振蕩周期）的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。在單片機(jī)正常工作時(shí)，此引腳應(yīng)為小于0.5V低電平。Vpd為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入端。當(dāng)主電源Vcc發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將電源自動(dòng)接入RST端，為內(nèi)部RAM提供內(nèi)部電源，以保證片內(nèi)RAM的信息不丟失，從而使單片機(jī)在復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。　　　　 XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳。該引腳內(nèi)部是一個(gè)反向放大器的輸入端。這個(gè)反向放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳接地。 XTAL2：接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反向放大器的輸出端。如采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，

29、即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 微處理器：51單片機(jī)中有1個(gè)8位的CPU，與通用的CPU基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能不僅可以處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：片內(nèi)為128B，片外最多可擴(kuò)張到64KB。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。片內(nèi)的128B的RAM，以高速RAM的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)的運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的RAM還可以降低功耗。 程序存儲(chǔ)器：用來(lái)存儲(chǔ)程序，8031無(wú)此部件；8051為4KBROM；8751則為4KBEPROM。如果片

30、內(nèi)只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外只讀存儲(chǔ)器，片外最多可擴(kuò)展至64KB。 中斷系統(tǒng)：具有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有4種工作方式。在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時(shí)，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù)，因而需要在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器部件。 串行口：1個(gè)全雙工的串行口，具有4種工作方式。可用來(lái)進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行I/O口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。 STC89C51的基本操作 如圖2-2所示，在C2和C3之間接一只石英振蕩晶體構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，電路中的電容C2和C3典型值通常選擇為

31、33pF。電容的大小會(huì)影響振蕩頻率器的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率的范圍通常是1.2MHZ到12MHZ之間。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠的近些，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器的穩(wěn)定性、可靠的工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性好的電容。 STC89C51復(fù)位引腳RST/Vpd通過(guò)片內(nèi)一個(gè)施密特觸發(fā)器（抑制噪聲作用）與片內(nèi)復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出在每一個(gè)機(jī)器周期由復(fù)位電路采樣一次。當(dāng)振蕩電路工作，并且在RST引腳上加一個(gè)至少保持2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就能使STC89C51完成一

32、次復(fù)位。 復(fù)位不影響RAM的內(nèi)容。復(fù)位后，PC指向0000H單元，使單片機(jī)從起始地址0000H單元開(kāi)始重新執(zhí)行程序。所以，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 MCS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每一個(gè)機(jī)器周期的S5P2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需的信號(hào)。單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種復(fù)位方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電源接通時(shí)只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位又分為按鍵

33、電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位兩種方式。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)電阻和電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的；當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHZ時(shí)，C1取22uF，Rs取0.2K歐姆，Rk1歐姆。脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路參數(shù)的選擇應(yīng)能保證復(fù)位高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。關(guān)于復(fù)位還有一個(gè)就是“看門狗”技術(shù)，它就是使用一個(gè)計(jì)數(shù)器不斷的進(jìn)行計(jì)數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行。若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過(guò)已知的循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，這是計(jì)數(shù)器溢出，然后強(qiáng)迫系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，在復(fù)位如后0000H處安排一段出錯(cuò)處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)入正軌。在單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，有可能發(fā)生電源掉電的意外情況，一些重要的數(shù)據(jù)可能丟失。這

34、時(shí)要求系統(tǒng)應(yīng)首先檢測(cè)到電源的變化，然后通過(guò)切換電路把備用電池接入系統(tǒng)，以保護(hù)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。目前看門狗電路已經(jīng)集成到一些處理器監(jiān)控芯片中，集成化程度較高，功能齊全，具有廣闊的應(yīng)用前景。在單片機(jī)系統(tǒng)中使用微處理器監(jiān)控芯片，可以大大提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。 P1.0 Vcc P1.1 p0.0 P1.2 p0.1 P1.3 p0.2 P1.4 p0.3 P1.5 p0.4 P1.6

35、p0.5 P1.7 p0.6 RST/Vpb p 0.7 P3.0 EA/Vpp P3.1 ALE/PROG P3.2 PSEN P3.3 P2.7 P3.4 P2.6 P3.5 P2.5 P3.6 P2.4 P3.7 P2.3 XTAL2 P2.2 XTAL1 P2.1 Vss p2.0

36、40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 1 2 3 4 5 6 7 8 64 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Vcc S3 + C SW-PB Rs 0.2K R1 10K GND C2 33PF Y1 C3 33PF GND GND 圖 2-2 STC89C51基本

37、操作電路 2.4 本章小結(jié) 本章通過(guò)對(duì)單片機(jī)的簡(jiǎn)介，使我們對(duì)其有了更深的認(rèn)識(shí)，本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)STC89C51為核心的控制系統(tǒng)，本節(jié)著重對(duì)微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、串行口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器和基本操作等做了較為詳細(xì)的介紹，為后續(xù)編輯程序、電路連接等工作奠定了理論基礎(chǔ)。 第3章 遙控直升飛機(jī)組件與安裝 3.1 直升機(jī)的基本理論 旋翼頭是直升機(jī)中最神奇，也是最關(guān)鍵的部件。直升機(jī)的絕大多數(shù)性質(zhì)，比如穩(wěn)定性、靈活性，包括所謂操縱感覺(jué)，都是由旋翼頭決定的。遙控直升機(jī)的旋翼頭采用貝爾-希拉操縱方式，也就是一對(duì)主旋翼，產(chǎn)生升力，同時(shí)靠一對(duì)小翼控制升力的方向，從而達(dá)到控制直升機(jī)的目的。 3.1.1 陀螺

38、效應(yīng) 所謂陀螺效應(yīng)，就是旋轉(zhuǎn)著的物體具有像陀螺一樣的效應(yīng)。陀螺有兩個(gè)特點(diǎn)：進(jìn)動(dòng)性和定軸性。當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺遇到外力時(shí)，它的軸的方向是不會(huì)隨著外力的方向發(fā)生改變的，而是軸圍繞著一個(gè)定點(diǎn)進(jìn)動(dòng)。陀螺在地上旋轉(zhuǎn)時(shí)軸會(huì)不斷地扭動(dòng)，這就是進(jìn)動(dòng)(不考慮章動(dòng))。圖3-1是陀螺效應(yīng)的示意圖： dL R F X Y M L L 圖3-1 陀螺效應(yīng)示意圖 在上圖中，圓盤是陀螺。L是圓盤的角動(dòng)量，其大小是RMv或者Iω。由于在力學(xué)中，有M=dL/dt，所以M和dL方向相同。這直接導(dǎo)致了高速轉(zhuǎn)動(dòng)的陀螺在受到F后，整個(gè)陀螺以X軸為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)而不是以Y軸為轉(zhuǎn)軸。這就是神奇的陀螺效應(yīng)。這種效應(yīng)一直伴隨

39、著直升機(jī)的飛行。例如：要使直升機(jī)仰俯，就必須要使直升機(jī)左右的升力不平衡而不是使其前后不平衡。基于這種原理我們下面就來(lái)解釋遙控直升機(jī)的所謂貝爾-希拉操縱方式。 3.1.2 貝爾-希拉操縱方式的初步分析 在遙控直升機(jī)中，主旋翼就是一個(gè)大陀螺，它本身具有陀螺效應(yīng)。當(dāng)我們改變主旋翼傾角時(shí)，直升機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就會(huì)發(fā)生改變。但同時(shí)，如果用舵機(jī)直接改變主旋翼的傾角來(lái)控制飛機(jī)，問(wèn)題是很多的。首先，主旋翼傾角的改變需要較大的力矩。如果用十字盤直接控制的話，強(qiáng)大的、交變的力矩將會(huì)直接作用到舵機(jī)上。這樣舵機(jī)將會(huì)受到很大負(fù)荷，操縱精度會(huì)嚴(yán)重下降。第二，當(dāng)直升機(jī)受到輕微擾動(dòng)后，由于陀螺的進(jìn)動(dòng)性，直升機(jī)將不會(huì)恢復(fù)原來(lái)

40、狀態(tài)，而是繞著垂線方向進(jìn)動(dòng)。由于重力不通過(guò)旋翼頭中心，所以造成力矩的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致主旋翼發(fā)生進(jìn)動(dòng)。這個(gè)問(wèn)題是嚴(yán)重的，會(huì)直接導(dǎo)致遙控直升機(jī)懸停及飛行時(shí)無(wú)法穩(wěn)定?；谝陨蠁?wèn)題，貝爾-希拉操縱方式產(chǎn)生了。 操縱過(guò)程是這樣的： （1）初始狀態(tài)： 主旋翼平面 希臘小翼平面 十字盤 圖3-2 初始平衡狀態(tài) 希拉小翼由于空氣和離心力作用，和主旋翼平面平行。此時(shí)兩片主旋翼升力相等，飛行狀態(tài)不發(fā)生變化。 （2）操縱時(shí)： 主旋翼平面 希臘小翼平面 十字盤 圖3-3 0度、180度狀態(tài) 主旋翼平面 希臘小翼平面 十字盤 80 100 圖3-4 90度、270度狀態(tài)

41、上圖為同一個(gè)視角，主旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)到不同角度時(shí)的狀態(tài)。在圖3-3中，操縱者將十字盤傾斜。希拉小翼就與空氣呈10傾角。由于空氣的作用，希拉小翼在圖3-3位置受力。由于陀螺效應(yīng)，希拉小翼不會(huì)在圖3-3位置立即上抬，而是在轉(zhuǎn)過(guò)90后在上圖3-4位置上抬。 于是希拉小翼旋轉(zhuǎn)平面與主旋翼平面呈10夾角并穩(wěn)定于此。 在圖3-4中，我們清晰地看見(jiàn)，由于希拉小翼通過(guò)連桿控制著主旋翼的傾角，所以希拉小翼旋轉(zhuǎn)平面的改變導(dǎo)致了主旋翼與空氣產(chǎn)生夾角。從而使主旋翼在圖3-4位置受力。由于陀螺效應(yīng)，主旋翼不會(huì)在圖3-4位置立即上抬，而是在轉(zhuǎn)過(guò)90后在圖3-3位置上抬。從而使得主旋翼平面趨于平行于希拉小翼。 至此，遙控直升

42、機(jī)主旋翼平面的傾轉(zhuǎn)過(guò)程已經(jīng)分析完畢。我們看到，遙控直升機(jī)的傾轉(zhuǎn)總是希拉小翼旋轉(zhuǎn)平面先傾轉(zhuǎn)，主旋翼平面跟上趨于平行的過(guò)程。有意思的是，在這一過(guò)程中主旋翼操縱的負(fù)荷被希拉小翼完全承擔(dān)。舵機(jī)只需承擔(dān)操縱希拉小翼的負(fù)荷。這就有效地化解了一般操縱方式舵機(jī)負(fù)荷過(guò)重的問(wèn)題。 下面再來(lái)初步分析希拉小翼對(duì)遙控直升飛機(jī)穩(wěn)定性帶來(lái)的好處。為此，我們來(lái)看貝爾-希拉操縱系統(tǒng)的干擾-穩(wěn)定過(guò)程： （1）初始狀態(tài) 主旋翼平面 希臘小翼平面 十字盤 圖3-5 初始平衡狀態(tài) 希拉小翼由于空氣和離心力作用，和主旋翼平面平行。此時(shí)兩片主旋翼升力相等，飛行狀態(tài)不發(fā)生變化 （2）外界氣流對(duì)飛機(jī)進(jìn)行干擾。 當(dāng)遇到氣流

43、時(shí)，由于主旋翼的旋轉(zhuǎn)，會(huì)導(dǎo)致左、右主旋翼相對(duì)于空氣的速度不同，從而產(chǎn)生力矩，使飛機(jī)偏離平衡位置。如圖3-6所示： 主旋翼平面 水平方向 十字盤 機(jī)身方向 風(fēng)向 β 100 垂直方向 圖3-6 氣流干擾下的主旋翼失衡狀態(tài) 在上圖中，飛機(jī)機(jī)身及主旋翼平面由于干擾而失去平衡位置。但由于希拉小翼采用對(duì)稱翼型，不會(huì)受到外界干擾。由于陀螺效應(yīng)的定軸性，希拉小翼平面保持不變。所以此時(shí)主旋翼平面由于與希拉小翼平面有夾角而產(chǎn)生恢復(fù)力矩，抵抗外界干擾。這就是貝爾-希拉控制方式的自穩(wěn)定過(guò)程。也正是這個(gè)過(guò)程，使得遙控直升飛機(jī)避免了被干擾后就陷于進(jìn)動(dòng)的問(wèn)題。同時(shí)，當(dāng)直升飛機(jī)高速前進(jìn)時(shí)，由于左、右

44、主旋翼相對(duì)空氣的速度不同，會(huì)導(dǎo)致力矩的產(chǎn)生，使飛機(jī)抬頭的現(xiàn)象也被這種貝爾-希拉控制方式有效抑制，從而有效地提高了遙控直升飛機(jī)的可操縱性。值得注意的是，貝爾-希拉自穩(wěn)定過(guò)程不能抑制過(guò)強(qiáng)的干擾。原因是希拉小翼旋轉(zhuǎn)平面保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的同時(shí)，由于機(jī)身的傾斜，小翼與空氣平面會(huì)產(chǎn)生夾角，從而破壞小翼原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如圖3-7所示： 希拉小翼旋轉(zhuǎn)平面 十字盤 機(jī)身方向 風(fēng)向 β 垂直方向 圖3-7 希拉小翼平面與空氣平面之間的β角 由于β角的存在，希拉小翼旋轉(zhuǎn)平面會(huì)向主旋翼旋轉(zhuǎn)平面方向旋轉(zhuǎn)，最后趨于平行。所以貝爾-希拉的自穩(wěn)定過(guò)程是有限的。還需要其他手段（比如使希拉小翼不太靈敏）來(lái)增加

45、穩(wěn)定性。 3.2 直升飛機(jī)各組件名稱與作用 模型飛機(jī)一般與載人的飛機(jī)一樣，主要由機(jī)翼、尾翼、機(jī)身、起落架和發(fā)動(dòng)機(jī)等幾部分組成。 （1）機(jī)翼：是模型飛機(jī)在飛行時(shí)產(chǎn)生升力的裝置，并能保持模型飛機(jī)飛行時(shí)的橫側(cè)安定。 （2）尾翼：包括水平尾翼和垂直尾翼兩部分。水平尾翼可保持模型飛機(jī)飛行時(shí)的俯仰安定，垂直尾翼保持模型飛機(jī)飛行時(shí)的方向安定。水平尾翼上的升降舵能控制模型飛機(jī)的升降， 垂直尾翼上的方向舵可控制模型飛機(jī)的飛行方向。 （3）機(jī)身：將模型的各部分聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體的主干部分叫機(jī)身。同時(shí)機(jī)身內(nèi)可以裝載必要的控制機(jī)件，設(shè)備和燃料等。 （4）起落架：供模型飛機(jī)起飛、著陸和停放的裝置。前部一個(gè)起落

46、架 ，后面兩面三個(gè)起落架叫前三點(diǎn)式；前部?jī)擅嫒齻€(gè)起落架，后面一個(gè)起落架叫后三點(diǎn)式。 （5）發(fā)動(dòng)機(jī)固定座：安裝發(fā)動(dòng)機(jī)的固定基座，可分成與機(jī)架一體及分離型兩種。 （6）尾管：支承尾部傳動(dòng)的部分。 （7）起落架：用于起降的裝置。 （8）尾部支撐桿：用于防止尾管發(fā)生共振現(xiàn)象；是用來(lái)增加機(jī)架和尾管強(qiáng)度的部件。 （9）尾傳動(dòng)軸：（尾傳動(dòng)皮帶）將尾驅(qū)動(dòng)裝置所產(chǎn)生的動(dòng)力傳達(dá)到尾齒輪組的旋轉(zhuǎn)軸，一般用皮帶和鋼絲（或碳桿）。 （10）平衡桿：同軸雙槳遙控直升機(jī)在飛行過(guò)程中，是依靠上下兩層槳的共同作用而保持姿態(tài)平衡的，但當(dāng)直升機(jī)做需要前進(jìn)、后退等動(dòng)作時(shí)，下層槳會(huì)在舵機(jī)的作用下改變姿態(tài)，這時(shí)上下兩層槳的平

47、衡被打破，這時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的平衡桿，就如同一個(gè)陀螺一樣，具有干涉這種變化，力圖恢復(fù)平衡的趨向，通過(guò)球頭拉桿自動(dòng)控制上層槳的姿態(tài)，以使上下兩層槳恢復(fù)平衡。此外，飛行過(guò)程中氣流變化復(fù)雜，即便是穩(wěn)定懸停時(shí)，也會(huì)不斷受到環(huán)境干擾氣流的影響，這些都會(huì)導(dǎo)致上下兩層槳的工作失衡，這時(shí)候，高速旋轉(zhuǎn)的平衡桿的陀螺效應(yīng)就會(huì)干涉這種失衡，以維持原有姿態(tài)。如圖3-8所示。 圖3-8 平衡桿 （11）電機(jī)：航模的發(fā)動(dòng)機(jī)分油動(dòng)和電動(dòng)，是給模型的起飛提供動(dòng)力的設(shè)備，大多數(shù)剛?cè)肽５呐笥汛蟛糠质菑碾妱?dòng)入門，既然是電動(dòng)版，這里只談?wù)勲姍C(jī)。 目前航模用的電機(jī)目前有兩種類型：有刷和無(wú)刷?，F(xiàn)在都流行用無(wú)刷，一是因?yàn)閯?dòng)力足，二是因

48、為壽命長(zhǎng)，三是因?yàn)樾矢撸氖且驗(yàn)橐膊⒉毁F。無(wú)刷是目前的主流，所以這里重點(diǎn)先談?wù)劅o(wú)刷電機(jī)。無(wú)刷電機(jī)有三根線。沒(méi)有像有刷那樣的一對(duì)電刷，故稱無(wú)刷。有刷電機(jī)有一對(duì)電刷，使用到一定次數(shù)，電刷就被磨損殆盡，于是得更換電刷。無(wú)刷電機(jī)沒(méi)有電刷，這是它壽命遠(yuǎn)大于有刷電機(jī)的主要原因。無(wú)刷效率比有刷高，注意不是指無(wú)刷一定比有刷提供的動(dòng)力強(qiáng)勁。效率高指耗費(fèi)同樣的電力無(wú)刷比有刷能提供更大的動(dòng)力。 無(wú)刷電機(jī)有什么2208，2408，2822，1806，這個(gè)參數(shù)不同的廠商是不一樣的。對(duì)于無(wú)刷而言，最為重要的參數(shù)就是KV值。KV是一個(gè)轉(zhuǎn)速單位，就是每1V電壓獲得的每一分鐘的空載轉(zhuǎn)速。電機(jī)的轉(zhuǎn)速（空載）=KV值*電壓，一

49、般而言KV值越大扭力就越小，KV值低扭力大。所以KV值決定你配什么樣的槳，因?yàn)榇髽枰呐ちΥ?，小槳需要的扭力小? 另外，重量也是選電機(jī)時(shí)要重點(diǎn)考慮的。功率一樣當(dāng)然越輕越好！ 圖3-9 遙控直升飛機(jī)的電機(jī) （12）舵機(jī)：任何遙控模型都離不開(kāi)舵機(jī)。它是應(yīng)用最多最重要的最終執(zhí)行操控者指令的執(zhí)行者。它一般是一個(gè)小(黑)盒子，盒子兩邊有安裝孔，有個(gè)輸出轉(zhuǎn)軸，可以安裝一個(gè)圓形(十字或一字形)力臂，還有一條和電子調(diào)速器一樣的3芯信號(hào)連接線，連接于接收機(jī)上相應(yīng)的通道接口。當(dāng)發(fā)射機(jī)的遙控桿被推動(dòng)時(shí)，舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸連動(dòng)力臂一起轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，角度大小取決于遙控桿被推動(dòng)的幅度。將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械力，驅(qū)動(dòng)飛

50、機(jī)的各個(gè)舵面。在小型電動(dòng)飛機(jī)（1KG左右），一般使用的微型舵機(jī)，重量大概在8g~12g，更輕的在5g左右。舵機(jī)有一個(gè)扭力參數(shù)，就是能拉動(dòng)多大的重量，當(dāng)然是越大越好。不過(guò)同等情況下扭力越大，舵機(jī)也越重。 圖3-10 舵機(jī) （13）電池： 一般普遍使用的動(dòng)力電池類型有鎳鎘，鎳氫電池，近期鋰聚合物也已經(jīng)普及起來(lái)了。鋰聚合物電池具有大電流放電的能力，高功率型可以達(dá)到30c上的放電能力！沒(méi)有記憶效應(yīng)，普遍使用在車輛、艦船、航空模型中。能量密度高，重量輕，單體標(biāo)稱電壓3.7V，充電截止電壓4.2V，放電截止電壓3V，是目前好的動(dòng)力電池，但是鋰聚合物電池過(guò)充或過(guò)放則會(huì)電池立即損壞，甚至燃燒爆炸。

51、鎳氫池也具有較大電流放電的能力，高功率型可以達(dá)到 15c上的放電能力！而且沒(méi)有明顯的記憶效應(yīng)，可隨時(shí)進(jìn)行充電，重量較鎳鎘電池輕，曾被普遍的使用在飛機(jī)模型中或者車船模型中，現(xiàn)在逐漸被淘汰。這類電池的充電比較方便，可以使用普通的電源適配器即可，充電時(shí)間的大致計(jì)算方法為(電池容量/適配器電流=小時(shí)數(shù))，電池的溫度可以表示充電量，電池沖飽時(shí)一般溫度會(huì)達(dá)到 40攝氏度左右。當(dāng)然使用自動(dòng)充電器效果更好。 同等情況下，電池容量越大，重量越重，為了機(jī)身的重量控制。所以買電池不要貪容量大，要適中。 （14）充電器：雖然模型飛機(jī)飛行時(shí)用不著它，但無(wú)論是鎳氫，還是鋰電，用完了都得充電。充電就必須用到充電器，鋰電

52、最好用平衡充電器。 （15）螺旋槳：槳有兩個(gè)重要的參數(shù)，槳直徑（槳徑）和槳螺距（螺距），單位均為英寸。例如8060槳，就是說(shuō)這個(gè)槳直徑是8英寸。即8*2.54＝20.32厘米。螺距則為6英寸。螺距則代表槳旋轉(zhuǎn)一周前進(jìn)的距離。 槳直徑和螺距越大，槳能提供的拉（推）力越大。注意槳直徑是指槳轉(zhuǎn)動(dòng)所形成的圓的直徑，而不是槳葉的總長(zhǎng)度。對(duì)于雙葉槳（兩片槳葉，這是最常用的槳）恰好是兩片槳葉長(zhǎng)度之和；而對(duì)于單葉槳，直徑是槳葉的長(zhǎng)度*2；而三葉槳，直徑就不是槳葉之和了。槳截?cái)嗪髽睆綍?huì)變小，但槳距是不會(huì)變化的。 選槳要注意與電機(jī)的KV值合適。另外，選槳時(shí)有慢速槳和直驅(qū)槳之分，其實(shí)慢速槳不是指慢，主要是說(shuō)

53、慢速槳一般是用在減速組上的，當(dāng)然也可以直驅(qū)。再就是常常說(shuō)前拉和后推，前拉的槳和后推的槳沒(méi)有區(qū)別，后推時(shí)將槳反裝就行。當(dāng)然也有專門的后推槳，這類槳直接將電機(jī)軸插進(jìn)槳孔中，不用槳保器或螺絲帽固定。由于是后推，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有一個(gè)前進(jìn)的力，槳不會(huì)射出去。 3.3 硬件組裝 遙控模型決非玩具，它在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中存在危險(xiǎn)，若安裝不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致零件、電子設(shè)備損壞、操控失控等，由此導(dǎo)致墜毀事故甚至引發(fā)人身傷害，因而正確的組裝直升飛機(jī)尤為重要。 3.3.1 裝機(jī)主要步驟 遙控直升飛機(jī)有著嚴(yán)格的安裝步驟，必須按照安裝流程進(jìn)行組裝，才能確保飛機(jī)正常工作，為后續(xù)的電路連接做好硬件基礎(chǔ)。 （1）主旋翼頭部 → 機(jī)身部

54、→ 尾旋翼部 → 其他部 → 調(diào)試 → 完成。 （2） 主旋翼頭部組裝建議順序：主槳夾 → 大T座 → 蹺蹺板 → SF臂 → 副翼框 → 穩(wěn)定搖臂 → 十字盤 → 主軸 （3）機(jī)身部組裝建議順序：上機(jī)身 → 下機(jī)身 → 上下組合。 （4）尾旋翼部組裝建議順序：尾保箱 → 導(dǎo)線 → 尾管 3.3.2 裝機(jī)的注意事項(xiàng) 有了一整套的直升機(jī)套件后，如果認(rèn)真地按照流程組裝，經(jīng)過(guò)調(diào)整，就能順利飛行。如果出現(xiàn)可動(dòng)部分不能輕易活動(dòng)；所裝的零件不對(duì)；中心對(duì)不準(zhǔn)；尾槳反轉(zhuǎn)等情況，是由于各個(gè)零件的配合不好，造成零件磨損加速，往往成為飛機(jī)振動(dòng)和出故障的原因。因此，對(duì)直升機(jī)進(jìn)行安裝時(shí)必須注意下列幾點(diǎn)

55、： （1）要清點(diǎn)一下零件的數(shù)量，看看是否齊全。 （2）準(zhǔn)備好必要的工具。 （3）固定球頭的螺釘一定要擰緊，球頭不能轉(zhuǎn)動(dòng)。 （4）機(jī)身的組裝在一般情況下，這個(gè)安裝孔要銼闊一下。首先確認(rèn)側(cè)板的內(nèi)/外，然后將主軸軸承座先組裝好，將主軸軸承固定座先套入一邊側(cè)板后，再將另一片側(cè)板套上，并將兩邊的固定螺絲點(diǎn)上螺絲膠后鎖入，機(jī)身底板裝上后并用螺絲固定，最后將機(jī)身鋁柱裝上后,把固定螺絲點(diǎn)上螺絲膠后鎖上，將機(jī)頭照固定柱裝上。 （5）安裝發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，檢查一下，發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線是否與主軸平行。首先將馬達(dá)先固定在馬達(dá)固定座上，并將固定螺絲點(diǎn)上螺絲膠后再將馬達(dá)固定座固定在機(jī)身，最后裝上電池固定座，裝上陀螺儀固定座，

56、并用螺絲固定。 （6）電路板的安裝，伺服器需加裝墊片，組裝好后建議用蛇管將伺服器訊號(hào)線包覆，以便整線時(shí)不意刮傷訊號(hào)線 （7）在傳動(dòng)位置涂上潤(rùn)滑油。 （8）固定舵機(jī)時(shí)，只安裝橡膠減震墊，這樣減震效果最佳。 （9）用膠帶把連桿套管和尾管固定在一起，因?yàn)檫B桿輕微的晃動(dòng)都可能引起尾槳槳距的微小變化。 （10）電池組和設(shè)備一定要用強(qiáng)力的雙面膠固定，再綁扎牢固；電線也要捆好。 （11）安裝機(jī)翼時(shí)，機(jī)翼中點(diǎn)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)機(jī)身中線，兩邊夾角相等。 （12）尾翼：遙控器右方微調(diào)放在中央時(shí)，舵面是否應(yīng)和尾翼在一個(gè)平面。拉動(dòng)遙控器方向操縱桿，左右舵擺動(dòng)應(yīng)相等垂直尾翼應(yīng)垂直水平尾翼，水平尾翼平行地面（垂直尾翼）

57、。V形尾翼與地面兩邊的夾角應(yīng)相等（V形尾翼）。 （13）尾桿應(yīng)和機(jī)身中線在一條直線上。首先尾電機(jī)固定座先套入尾管，然后接著將尾連桿固定環(huán)也套入尾管。 （a） （b） 圖3-11 完成裝機(jī)圖（a），（b） 3.4 本章小結(jié) 本章首先通過(guò)對(duì)遙控直升飛機(jī)的飛行原理的初步分析，讓我們對(duì)遙控直升飛機(jī)的控制原理有了一個(gè)大概的了解，對(duì)直升機(jī)旋翼頭有了一定的認(rèn)識(shí)。由于大動(dòng)作操作的運(yùn)動(dòng)方程比較復(fù)雜，需要用模擬軟件對(duì)方程進(jìn)行曲線模擬才能得出具體結(jié)論。所以將貝爾-希拉控制過(guò)程分為兩類：微擾動(dòng)過(guò)程和一般過(guò)程，目的是從易到難，逐個(gè)分析，從而簡(jiǎn)化難度。從3.1.2中，我們已經(jīng)知道直升飛機(jī)的操縱主要過(guò)程

58、是：小翼與空氣產(chǎn)生夾角→小翼旋轉(zhuǎn)平面傾斜→主旋翼與空氣產(chǎn)生夾角→主旋翼旋轉(zhuǎn)平面傾斜。在理想狀態(tài)下，且未計(jì)入機(jī)身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響的情況下，利用圖形，比較直觀的對(duì)貝爾-希拉操縱方式進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。 重點(diǎn)介紹了遙控直升飛機(jī)的主要部件，然后對(duì)直升機(jī)組件安裝的步驟及注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，這是完成裝機(jī)工作的前提，最后按照規(guī)范流程進(jìn)行操作，完成遙控直升機(jī)的組件安裝。 第4章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 紅外遙控是單工的紅外通信方式，整個(gè)通信中，需要一個(gè)發(fā)射端和一個(gè)接收端。發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。紅外接收端普遍采用價(jià)格便宜，性能可靠的一體化

59、紅外接收管接收紅外信號(hào)，它同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、放大、檢波、整形，得到相應(yīng)的信號(hào)，再送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)控制相關(guān)的被控對(duì)象。 該系統(tǒng)的軟件主要可以分為紅外發(fā)射、紅外接收和電機(jī)控制三部分，其中具體有單片機(jī)初始化程序、紅外發(fā)射編碼和紅外接收解碼程序和產(chǎn)生PWM信號(hào)等模塊。 4.1 遙控碼的發(fā)射 當(dāng)某個(gè)操作按鍵按下時(shí)，單片機(jī)先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個(gè)數(shù)，再調(diào)制成38kHz方波由紅外發(fā)光管發(fā)射出去。 通常，紅外遙控是將遙控信號(hào)（二進(jìn)制脈沖碼）調(diào)制在38KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號(hào)發(fā)射出去的。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對(duì)

60、頻率為38KHz（周期為26us）的載波信號(hào)進(jìn)行脈幅調(diào)制（PWM），再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號(hào)發(fā)射出去。 紅外信號(hào)發(fā)射過(guò)程:首先裝入發(fā)射脈沖個(gè)數(shù)(發(fā)射時(shí)為3ms脈沖，停發(fā)時(shí)為1ms脈沖)，此時(shí)若發(fā)射脈沖個(gè)數(shù)為1則返回主程序，若不為1則發(fā)1ms脈沖，然后停發(fā)1ms脈沖，這樣便結(jié)束整個(gè)發(fā)射過(guò)程。 在實(shí)踐中，采用紅外線遙控方式時(shí)，由于受遙控距離，角度等影響，使用效果不是很好，如采用調(diào)頻或調(diào)幅發(fā)射接收碼，可提高遙控距離，并且沒(méi)有角度影響。 開(kāi) 始 裝入脈沖發(fā)射 個(gè)數(shù) 發(fā)射3ms脈沖 停1ms 返 回 Y 發(fā)射1ms脈沖 停1ms N 發(fā)完？ 圖

61、4-1 遙控發(fā)射器遙控碼發(fā)射程序流程圖 本遙控發(fā)射器采用碼分制遙控方式，碼分制紅外遙控就是指令信號(hào)產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼（不同的脈沖數(shù)目及組合）代表不同的控制指令。單片機(jī)遙控發(fā)射器主要由單片機(jī)、操作桿、紅外發(fā)射電路三部分組成。單片機(jī)部分主要完成遙控發(fā)射器發(fā)射過(guò)程的控制。單片機(jī)選用STC89C51，其中P0.7用于輸出方波信號(hào)控制紅外發(fā)射電路的工作，遙控器信息碼由STC89C51單片機(jī)的定時(shí)器1中斷產(chǎn)生38KHZ紅外方波信號(hào)，由P0.7口輸出，經(jīng)過(guò)三極管進(jìn)行放大，由紅外發(fā)射管發(fā)送，改變滑動(dòng)變阻的阻值大小可以改變紅外發(fā)射的距離。 在確定選擇STC89C51作為本設(shè)計(jì)發(fā)射電路核心芯片和點(diǎn)觸式開(kāi)

62、關(guān)作為控制鍵后，加上一個(gè)簡(jiǎn)單紅外發(fā)射電路和12M晶體震蕩器便可實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射。 發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實(shí)際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時(shí)，它發(fā)出的便是紅外線而不是可見(jiàn)光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為940nm左右，外形與普通的發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。 遙控發(fā)射通過(guò)操作桿產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號(hào)調(diào)制在38KHz的載波上，激勵(lì)紅外光二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過(guò)空間的傳送到受控機(jī)的遙控接收器。P1口作為按鍵部分，P0.7口作為紅外發(fā)射部分。電路圖如圖4-2所示。 GND R1

63、2 2K P0.7 GND 紅外發(fā)射管 Vcc 圖4-2 紅外發(fā)射電路 4.2 紅外接收 紅外遙控接收部分的主程序和初始化程序如下：首先進(jìn)行初始化,然后檢查是否有接收標(biāo)志位，若有則調(diào)用相應(yīng)的操作程序，然后清零中斷標(biāo)志位。 （1）數(shù)據(jù)幀的接收處理 當(dāng)紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時(shí)，第一位碼的低電平(3ms)將啟動(dòng)中斷程序，實(shí)施接收數(shù)據(jù)幀的操作。在數(shù)據(jù)幀接收時(shí)，將對(duì)第一位（起始位）碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。若第一位低電平碼的脈寬小于3ms，將作為錯(cuò)誤碼處理。當(dāng)間隔位的高電平脈寬大于2ms時(shí)，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器A中的脈沖個(gè)數(shù)，調(diào)用相應(yīng)的操作程序，執(zhí)行相應(yīng)輸出口的操作。 （2）接

64、收端程序流程圖 開(kāi) 始 初始化 Y 調(diào)用應(yīng)用程序 清零中斷接收標(biāo)志位 N 有接收標(biāo)志位？ 圖4-3 遙控接收器主程序流程圖 中斷過(guò)程：首先判斷低電平脈沖寬度是否大于2ms，若脈寬不到3ms，則中斷返回；若低電平脈寬大于2ms，則進(jìn)行接收并對(duì)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),然后判斷高電平脈沖寬度是否大于2ms，若高電平脈寬不到2ms，則返回上一接收計(jì)數(shù)過(guò)程再次進(jìn)行計(jì)數(shù)；若高電平脈寬大于2ms，則按照統(tǒng)計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)調(diào)用相應(yīng)的操作程序。此時(shí)中斷返回。 中斷開(kāi)始 Y 接收并對(duì)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù) Y 按照脈沖個(gè)數(shù)調(diào)用相應(yīng)的功能程序 中斷結(jié)束 N N 高電平脈沖>2ms? 低電平脈沖

65、>2ms? 圖4-4 遙控接收器中斷程序流程圖 紅外接收電路：在接收過(guò)程中，信號(hào)經(jīng)過(guò)HS0038紅外一體化紅外接收管，此信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)、放大、檢波、整形在送到單片機(jī)中，從而完成相應(yīng)的遙控功能。接收電路圖見(jiàn)圖4-5。 紅外遙控器將遙控信號(hào)(二進(jìn)制脈沖碼)調(diào)制在38KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號(hào)發(fā)射出去。將上述的遙控編碼脈沖對(duì)頻率為38KHz(周期為26μs)的載波信號(hào)進(jìn)行脈幅調(diào)制(PAM )，再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號(hào)發(fā)射出去。 根據(jù)遙控信號(hào)編碼和發(fā)射過(guò)程，遙控信號(hào)的識(shí)別——即解碼過(guò)程是去除38KHz載波信號(hào)后識(shí)別出二進(jìn)制脈沖碼中的0和1。由

66、MCS—51 系列單片機(jī)STC89C51、一體化紅外接收頭、還原調(diào)制與紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)電路組成。 一體化紅外接收管HS0038的解調(diào)可以理解為：接收到紅外脈沖串時(shí)，輸出低電平，否則輸出高電平，顯然輸出的信號(hào)極性與發(fā)送信號(hào)的相反。所以解碼時(shí)要將接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)反向才能和發(fā)送信號(hào)編碼一致。當(dāng)接收端接收到表示傳輸開(kāi)始的同步幀后，接收單片機(jī)進(jìn)入解碼過(guò)程，解碼采用軟件抽樣判決。紅外遙控器接收部分由主程序、信號(hào)解碼子程序和執(zhí)行控制子程序，主程序負(fù)責(zé)初始化，檢查有無(wú)紅外信號(hào)?？刂瞥绦騽t隨各設(shè)備的不同而不同。HS0038可以直接對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的信號(hào)直接給微處理器進(jìn)行解碼和存儲(chǔ)。 接收部分主要元件是紅外接收管，它是一種光敏二極管（實(shí)際上是三極管，基極為感光部分）。在實(shí)際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時(shí)是反向運(yùn)用，這樣才能獲得較高的靈敏度。 3 2 1 P3.2 C7 0.01uF C8 2.2uF Vcc GND 圖4-5 紅外接收電路 4.