紅外遙控系統(tǒng)設計.doc

畢業(yè)論文畢業(yè)論文 設計設計 題題 目目 紅外遙控系統(tǒng)設計紅外遙控系統(tǒng)設計 學生姓名 學 號 院 系 專 業(yè) 指導教師 二二 一一年六月二日一一年六月二日 目目 錄錄 1 引言 1 1 1 紅外遙控的重要性 1 1 2 紅外遙控的發(fā)展過程及國內外現狀 1 1 3 設計思路 2 2 紅外遙控系統(tǒng)簡介 3 2 1 系統(tǒng)組成框圖 3 2 2 多路控制的紅外遙控系統(tǒng) 4 2 3 系統(tǒng)的功能實現方法 4 2 3 1 搖控碼的編碼格式 5 2 3 2 遙控碼的發(fā)射 6 2 3 3 數碼幀的接收處理 6 3 紅外遙控系統(tǒng)的總體設計 6 3 1 所需要的器件及選擇 6 3 1 1 顯示器件的選擇 6 3 1 2 按鍵控制方式的選擇 7 3 2 發(fā)射控制系統(tǒng)設計 7 3 2 1 電路設計 7 3 2 2 軟件設計 9 3 3 接收控制設計 11 3 3 1 電路設計 12 3 3 2 軟件設計 13 4 結論 16 參考文獻 17 致 謝 19 附錄 1 發(fā)射程序 21 附錄 2 接收程序 26 附錄 3 紅外發(fā)射接收電路總電路圖 32 1 紅外遙控系統(tǒng)設計紅外遙控系統(tǒng)設計 周峰 南京信息工程大學電子信息工程系 南京 210044 摘要 摘要 本文設計了一個以先進的單片機技術為核心 利用紅外遙控系統(tǒng)來控制對象的無線紅外多路遙控 發(fā)射接收電路 整個系統(tǒng)由包括了鍵盤矩陣 編碼調制 LED 紅外發(fā)送器的發(fā)射部分和 LED 紅外光發(fā)射 解調 解碼電路組成的接收電路組成 本設計電路是以紅外線為傳遞信息媒體的短距離無線控制系統(tǒng) 可 對 8 個受控對象的工作狀態(tài)進行遙控 適用于工業(yè) 醫(yī)療 家用電器等設備的開啟或關閉控制 也可以對 一種設備八種工作狀態(tài)進行控制或 2 種設備的 4 種工作狀態(tài)進行控制 應用十分廣泛 關鍵詞 關鍵詞 遙控電路 紅外發(fā)射 紅外接收 單片機 1 引言 1 1 紅外遙控的重要性 紅外遙控是一種無線 非接觸控制技術 具有抗干擾能力強 信息傳輸可靠 功耗低 成本低 易實現等顯著優(yōu)點 被諸多電子設備特別是家用電器廣泛采用 并越來越多的應 用到計算機系統(tǒng)中 隨著大規(guī)模集成電路和計算機技術的發(fā)展 遙控技術才得到快速的發(fā) 展 在遙控方式上大體經歷了從有線到無線的超聲波 從振動子到紅外線 再到使用總線 的微機紅外遙控這樣幾個階段 無論采用何種方式 準確無誤傳輸信號 最終達到滿意的 控制效果是非常重要的 最初的無線遙控裝置采用的是電磁波傳輸信號 由于電磁波容易 產生干擾 也易受干擾 因此逐漸采用超聲波和紅外線媒介來傳輸信號 與紅外線相比 超聲傳感器頻帶窄 所能攜帶的信息量少 易受干擾而引起誤動作 較為理想的是光控方 式 逐漸采用紅外線的遙控方式取代了超聲波遙控方式 出現了紅外線多功能遙控器 成 為當今時代的主流 1 2 紅外遙控的發(fā)展過程及國內外現狀 60 年代初 一些發(fā)達國家開始研究民用產品的遙控技術 但由于受當時技術條件的限 制 遙控技術發(fā)展很緩慢 70 年代末 隨著大規(guī)模集成電路和計算機技術的發(fā)展 遙控技 2 術才得到快速的發(fā)展 在遙控方式上大體經歷了從有線到無線的超聲波 從振動子到紅外 線 再到使用總線的微機紅外遙控這樣幾個階段 無論采用何種方式 準確無誤傳輸信號 最終達到滿意的控制效果是非常重要的 最初的無線遙控裝置采用的是電磁波傳輸信號 由于電磁波容易產生干擾 也易受干擾 因此逐漸采用超聲波和紅外線媒介來傳輸信號 與紅外線相比 超聲傳感器頻帶窄 所能攜帶的信息量少 易受干擾而引起誤動作 較為 理想的是光控方式 逐漸采用紅外線的遙控方式取代了超聲波遙控方式 出現了紅外線多 功能遙控器 成為當今時代的主流 由于紅外線在頻譜上居于可見光之外 所以抗干擾性強 具有光波的直線傳播特性 不易產生相互間的干擾 是很好的信息傳輸媒體 信息可以直接對紅外光進行調制傳輸 例如 信息直接調制紅外光的強弱進行傳輸 也可以用紅外線產生一定頻率的載波 再用 信息對載波進調制 接收端再去掉載波 取到信息 從信息的可靠傳輸來說 后一種方法 更好 這就是我們今天看到的大多數紅外遙控器所采用的方法 由于紅外線的波長遠小于 無線電波的波長 因此在采用紅外遙控方式時 不會干擾其他電器的正常工作 也不會影 響臨近的無線電設備 同時 由于采用紅外線遙控器件時 工作電壓低 功耗小 外圍電 路簡單 因此它在日常工作生活中的應用越來越廣泛 外遙控技術在這十年來得到了迅猛發(fā)展 尤其在家電領域如彩電 DVD 空調等 也在 其它電子領域得到廣泛應用 隨著人們生活水平的提高 對產品的追求是使用更方便 更 具智能化 紅外遙控技術正是一個重點的發(fā)展方向 為了提高對紅外遙控產品的開發(fā)效率 以及生產廠家的檢測手段等 重點推出該套紅外遙控編碼分析儀 她猶如一臺示波器 并 且利用最先進的電腦技術 對紅外遙控信號進行全面的分析 顯示詳盡的數據 編碼 解 碼信息 使開發(fā)人員對編 解碼情況一目了然 以便設計人員提高工作效率 增加產品的 穩(wěn)定性 可靠性 紅外遙控信號分析儀采用 MCS 51 系列單片機為外部采樣處理控制器 并 與微機通信完成整個處理過程 并由微機完成作圖 數據管理等等 由于各生產廠家生產了大量紅外遙控專用集成電路 需要時按圖搜索即可 因此 現 在紅外遙控在加用電器 室內近距離 小于 10 米 遙控中得到了廣泛的應用 隨著紅外光 電器的大量出現 紅外遙控已經廣泛應用在家用電器 安全保衛(wèi) 及人們的日常生活中的應用 就更加廣泛了 例如電視機的遙控 音響設備的遙控 錄象機的遙控 電風扇的遙控 安 全保衛(wèi)報警器 遙控空調器 自動水龍頭 自動門等均可采用紅外遙控技術來實現 1 3 設計思路 本設計將要設計一個以紅外線為傳遞信息媒體的短距離無線控制系統(tǒng) 并使其可對 8 個受控對象的工作狀態(tài)進行遙控 適用于工業(yè) 醫(yī)療 家用電器等設備的開啟或關閉控制 也 可以對一種設備八種工作狀態(tài)進行控制或 2 種設備的 4 種工作狀態(tài)進行控制 具體要求如 下 1 遙控距離 不小于 3m 即紅外遙控發(fā)射機與紅外接收機之間的距離不小于 3m 2 3 遙控路數 8 路 即可對 8 個受控設備進行開關控制 3 工作頻率 40kHz 即紅外發(fā)射 和接收的載頻為 40kHz 4 發(fā)射端可顯示控制路數 接收端可顯示受控狀態(tài) 2 紅外遙控系統(tǒng)簡介 紅外遙控是目前家用電器中用得較多的遙控方式 在講紅外線遙控之前 首先講一講 什么是紅外線 我們知道 人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列 依次為紅 橙 黃 綠 青 藍 紫 其中紅光的波長范圍為 0 62 0 76 m 紫光的波長范圍為 0 38 0 46 m 比紫光波長還短的光叫紫外線 比紅光波長還長的光叫紅外線 紅外線遙 控就是利用波長為 0 76 1 5 m 之間的近紅外線來傳送控制信號的 2 1 系統(tǒng)組成框圖 通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成 應用編 解碼專用集成電路芯片來進行 控制操作 如圖 1 所示 發(fā)射部分包括鍵盤矩陣 編碼調制 LED 紅外發(fā)送器 接收部分 包括光 電轉換放大器 解調 解碼電路 圖 1 紅外遙控系統(tǒng) 發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管 它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管 由于其 內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 它便發(fā)出的是紅外線而 不是可見光 目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為 940nm 左右 外形與普 通發(fā)光二極管相同 只是顏色不同 紅外發(fā)光二極管一般有黑色 深藍 透明三種顏色 判斷紅外發(fā)光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣 用萬用表電阻擋量一下紅外發(fā)光 二極管的正 反向電阻即可 紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率要用專門的儀器才能精確測定 而業(yè)余條件下只能用拉距法來粗略判定 遙控接收器 遙控發(fā)射器 鍵 盤編碼調制LED 光 電放大解 調 解 碼 4 接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管 在實際應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用時是反向運用 這樣才能獲得 較高的靈敏度 紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種 由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較小 100mW 左右 所以紅外接收二極管接 收到的信號比較微弱 因此就要增加高增益放大電路 成品紅外接收頭的封裝大致有兩種 一種采用鐵皮屏蔽 一種是塑料封裝 均有三只引腳 即電源正 VDD 電源負 GND 和數據輸出 VO 或 OUT 成品紅外接收頭的優(yōu)點是不需要復雜的調試和外殼屏蔽 使用 起來如同一只三極管 非常方便 但在使用時注意成品紅外接收頭的載波頻率 紅外遙控 常用的載波頻率為 38kHz 這是由發(fā)射端所使用的 455kHz 晶振來決定的 在發(fā)射端對晶振 進行整數分頻 分頻系數一般取 12 所以 455kHz 12 37 9 kHz 38kHz 也有一些遙控 系統(tǒng)采用 36kHz 40kHz 56kHz 等 一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定 此次遙控系統(tǒng) 的設計要求載波頻率為 40KHz 2 2 多路控制的紅外遙控系統(tǒng) 多路控制的紅外發(fā)射部分一般有許多按鍵 代表不同的控制功能 當發(fā)射端按下某一 按鍵時 相應地在接收端有不同的輸出狀態(tài) 接收端的輸出狀態(tài)大致可分為脈沖 電平 自鎖 互鎖 數據五種形式 脈沖 輸出是當按發(fā)射端按鍵時 接收端對應輸出端輸出 一個 有效脈沖 寬度一般在 100ms 左右 電平 輸出是指發(fā)射端按下鍵時 接收端 對應輸出端輸出 有效電平 發(fā)射端松開鍵時 接收端 有效電平 消失 此處的 有 效脈沖 和 有效電平 可能是高 也可能是低 取決于相應輸出腳的靜態(tài)狀況 如靜 態(tài)時為低 則 高 為有效 如靜態(tài)時為高 則 低 為有效 大多數情況下 高 為有 效 自鎖 輸出是指發(fā)射端每按一次某一個鍵 接收端對應輸出端改變一次狀態(tài) 即原 來為高電平變?yōu)榈碗娖?原來為低電平變?yōu)楦唠娖?此種輸出適合用作電源開關 靜音控 制等 有時亦稱這種輸出形式為 反相 互鎖 輸出是指多個輸出互相清除 在同一 時間內只有一個輸出有效 電視機的選臺就屬此種情況 其它如調光 調速 音響的輸入 選擇等 數據 輸出是指把一些發(fā)射鍵編上號碼 利用接收端的幾個輸出形成一個二進 制數 來代表不同的按鍵輸入 一般情況下 接收端除了幾位數據輸出外 還應有一位 數據有效 輸出端 以便后級適時地來取數據 這種輸出形式一般用于與單片機或微機 接口 除以上輸出形式外 還有 鎖存 和 暫存 兩種形式 所謂 鎖存 輸出是指對發(fā) 射端每次發(fā)的信號 接收端對應輸出予以 儲存 直至收到新的信號為止 暫存 輸 出與上述介紹的 電平 輸出類似 2 3 系統(tǒng)的功能實現方法 紅外遙控系統(tǒng)是由紅外遙控發(fā)射器 5 和紅外遙控接收器組成的 紅外遙控發(fā)射器主要是由功能指令矩陣鍵盤和遙控器 專用大規(guī)模集成電路以及放大驅動電路三個部分組成 紅外遙控接收電路主要由 受光器電路和解碼電路等組成 2 3 1 搖控碼的編碼格式 遙控器采用的是脈沖個數編碼 不同的脈沖個數代表了不同的碼 最小的為 2 個脈沖 最大為是 17 個脈沖 為了使脈沖接收數據可靠 第一位的碼寬為 3ms 其余的都為 1ms 遙控碼數據幀間隔要大于 10ms 如圖 2 所示 調光命令碼 電器 1 的遙控輸出碼 電器 0 的遙控輸出碼 電器 7 的遙控輸出碼 3 ms 10m s 幀 間隙 1 ms 圖 2 P3 5 端口輸出編碼波形圖 6 2 3 2 遙控碼的發(fā)射 采用的是 AT89C2051 芯片 用 P1 口組成鍵盤來獲取鍵值 用內部定時器 1 產 生一個 40KHz 的軟件定時中斷并把其當作紅外線的調制基波 當某個被控電器的電 源開關被按下時 單片機先讀出其鍵值 然后再根據鍵值來設定遙控碼中的脈沖 個數 再調制成 40kHz 的方波并由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去 P3 5 端口的輸出調制 波如圖 2 所示 2 3 3 數碼幀的接收處理 紅外線接收器輸出脈沖幀數據 第一位碼的低電平將啟動中斷程序 實時接收 數據幀 在數據幀時 將對第一位 起始位 碼的碼寬進行驗證 如果第一位低 電平碼的脈寬小于 2ms 就把它當作錯誤碼處理 當間隔位的高電平脈寬大于 3ms 時 結束接收 然后根據累加器 A 中的脈沖個數 然后執(zhí)行相應的輸出口的操作 圖 3 就是紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖 圖 3 紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖 停止位 第一位 10ms 10ms 3ms 1ms 1ms 7 3 紅外遙控系統(tǒng)的總體設計 3 1所需要的器件及選擇 3 1 1 顯示器件的選擇 在單片機應用系統(tǒng)中 使用的顯示器主要有 LED 發(fā)光二極管 和 LCD 夜晶顯示 器 這兩種顯示器成本低廉 配置靈活 與單片機接口方便 但是他們也是各有 特點的 LED 接口非常簡單 不需要專用的驅動程序 在設計程序時也非常的簡單 LCD 顯示的字比較豐富 也比較清楚 給人的感覺很好 但是他接口復雜 且要自 己造字庫 難度不小 對于萬用表來說 在配置一些指示燈的前提下 只顯示數 字就夠了 故沒必要采用 LCD 用 LED 就夠了 3 1 2 按鍵控制方式的選擇 由于本設計所控制的電器數目較少 所以不用外接擴充鍵盤 直接使用單片機 上的接口 直接使用 8 個點觸式開關即可 3 2 發(fā)射控制系統(tǒng)設計 此部分設計要求 用數碼管顯示所控制路數 即 按下 1 鍵 顯示數字 1 表示對設備 1 進行控制 按下 8 鍵 顯示數字 8 表示對設備 8 進行控制 在所有被控制對象處于停止狀態(tài)時 數碼管熄滅 3 2 1 電路設計 發(fā)射控制部分電路主要分為 按鍵及控制電路 顯示電路 編碼電路 脈碼調制振蕩 電路 紅外發(fā)射電路這 5 部分 電路圖見附錄 1 按鍵及控制電路 按鍵及控制電路由 AT89C51 與鍵盤組成 根據設計要求 此系統(tǒng)要求對八路信號進行 遙控 因此電路采用最簡單的獨立式按鍵輸入方式 八個按鍵表示八個控制設備 按鍵的 一端接 89C51 的 P1 P1 0 P1 7 口 另一端直接接地 這種方式的優(yōu)點是編程簡單 當 有按鍵按下時 P1 口由高電平變?yōu)榈碗娖?說明有信號輸入 89C51 測試到此低電平時 將 其對應的 BCD 碼與鍵值送到相應的端口并行輸出 8 2 顯示電路 在顯示電路部分用到八段 LED 顯示器 八段 LED 顯示器由 8 個發(fā)光二極管組成 其中 7 個長形條的發(fā)光管排列成 日 字形 另一個賀點形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數點用 它能顯示各種數字及部分英 文字母 LED 顯示器有兩種不同的形式 一種是 8 個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的 稱 為共陽極 LED 顯示器 另一種是 8 個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的 稱之為共陰極 LED 顯示器 如下圖 4 所示 圖 4 數碼管電路圖 共陰和共陽結構的 LED 顯示器各筆劃段名和安排位置時相同的 當二極管導通時 相 應的筆劃段發(fā)亮 由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符 8 個筆劃段 hgfedcba 對應于一 個字節(jié) 8 位 的 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 于是用 8 位二進制就可以表示欲顯示字符的 字形代碼 例如 對于共陰 LED 顯示器 當公共陰極接地 為零電平 而陰極 hgfedcba 各段為 01110011 時 顯示器顯示 P 字符 即對于共陰 LED 顯示器 P 字符的字形碼 是 73H 如果是共陽 LED 顯示器 公共陽極接高電平 顯示 P 字符的字形代碼應為 10001100 8CH 設計要求用數字顯示所控制的路數 即將發(fā)送的鍵值轉換成與數碼管顯示相對應的字 符碼 選 89C51 的 P2 口作為字符碼輸出端口 因為 51 單片機 I O 口輸出低電平時輸出的 電流很小 數碼管不會太亮 所以用鎖存器 74HC373 來驅動數碼管發(fā)光 顯示接口電路見 附圖 1 數碼管顯示 1 8 數字時 P2 口應送出的字符值分別為 F9H A4H B0H 99H 92H 83H F8H 80H 并用 89C51 的 P3 4 P3 5 口分別控制 74HC373 允許輸入 G 與輸出控制 OE 3 編碼電路 RX8 共陰極接法 5V RX8 a b c d e f g dP 共陽極接法 9 編碼電路有集成電路 VD5026 組成 它將進行的 4 位 BCD 碼變換成串行的編碼信號 其 功能是將并行的 4 位 BCD 碼轉換成串行輸出信號 經調制以后發(fā)射 將 89C51 單片機 P3 口 的 P3 3 P3 0 直接接到 VD5026 的數據輸入 D3 D0 端 另外用 P3 5 接發(fā)射指令 4 脈沖調制振蕩電路 為了提高傳輸信號的抗干擾能力 還需要將編碼信號調制在較高頻率的載波上發(fā)射 本課題要求載波頻率為 40KHz 故可采用 CMOS 門電路構成的脈沖調制電路 當編碼信號 A 為高電平時 振蕩器工作 輸出為載頻信號 當編碼信號為低電平時 振蕩器不工作 輸 出為低電平 輸出的編碼調制信號波形如下圖 5 中的 B 所示 A B 圖 5 編碼調制波形圖 脈碼調制振蕩電路見下圖 6 所示 圖 6 脈碼調制振蕩電路圖 5 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射電路由放大電路和紅外發(fā)射管組成 G3 G4 為隔離級 其作用是減少發(fā)射時 的大電流對振蕩級的影響 三極管對發(fā)射信號進行電流放大 當 G4 輸出為高電平時 三極 管導通 紅外管工作 當 G4 輸出為低電平時 三極管截止 紅外管不工作 10 圖 7 紅外發(fā)射電路圖 3 2 2 軟件設計 在編程之前要先畫程序流程圖 畫程序流程圖是程序設計的一個重要組成部分 而且 決定成敗的關鍵部分 畫程序流程圖的過程就是進行程序的邏輯設計過程 這中間的任何 錯誤或忽視均將導致程序出錯或可靠性下降 因此 真正的程序設計過程是流程圖設計 而上機編程是將設計好的程序流程圖轉換成程序設計語言而已 正確的流程圖畫法是先粗后細 一步一個足印 只考慮邏輯結構和算法 不考慮或少 考慮具體指令 這樣畫流程圖就可以集中精力考慮程序的結構 從根本上保證程序的合理 性和可靠性 接下來就是進行指令代換 這時只要消除語法錯誤 一般就能順利編出源程 序 下圖 8 發(fā)射的主程序 首先初始化程序 然后調用鍵掃描處理子程序 圖 8 遙控發(fā)射主程序 掃鍵過程 首先判斷控制鍵是否按下 若有控制鍵按下則進行逐行掃描 照 P 口 值查找鍵號 后按照鍵號轉至相應的發(fā)射程序如下圖 9 所示 開始 初始化 調用鍵掃描 處理子程序 1 掃描按鍵 按下鍵 返回 逐行掃描 按 P 口值查鍵號 按鍵號轉至相應 的發(fā)射程序 11 圖 9 程序流程圖 按鍵流程圖 掃鍵過程 紅外信號發(fā)射過程如下圖 10 所示 首先裝入發(fā)射脈沖個數 發(fā)射時為 3ms 脈沖 停發(fā)時為 1ms 脈沖 此時若發(fā)射脈沖個數為 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 這樣便結束整個發(fā)射過程 在實踐中 采用紅外線遙控方式 時 由于受遙控距離 角度等影響 使用效果不是很好 如采用調頻或調幅發(fā)射接收 碼 可提高遙控距離 并且沒有角度影響 程序見附錄 Y N 發(fā)射開始 裝入發(fā)射脈沖數 R1 發(fā) 3ms 脈沖 停發(fā) 1ms R1 1 0 返回開始 停發(fā) 1ms 12 圖 10 程序流程圖 發(fā)射流程圖 紅外信號發(fā)射過程 3 3 接收控制設計 接收控制部分的設計要求 用 8 個 LED 的亮 滅表示相應設備的開關狀態(tài) 某個 LED 亮 該被控對象處于開啟狀態(tài) 某個 LED 滅 該被控對象處于停止狀態(tài) 3 3 1 電路設計 接收控制部分主要有 紅外接收 解調電路 解碼電路 控制電路三部分 1 紅外接收 解調電路 紅外接收電路通常由一片專用集成電路和少量外圍器件組成 我們采用了應用最為廣 泛的芯片 CX20106 圖 11 是由 CX20106 組成的紅外接收 解調電路 紅外接收管將光信號轉換為電信號 從 CX20106 的 1 腳輸入 經前置放大器 限幅放 大器放大后送至帶通濾波器 帶通濾波器的中心頻率與紅外發(fā)射載波頻率相同 檢波器 積分器組成解調電路 對接收信號進行解調 施密特觸發(fā)器對解調輸出信號進行整形 從 7 腳輸出 該輸出為集電極開路電路 因此要接上拉電阻 所有紅外遙控器的輸出都是用編碼后串行數據對 38 40kHz 的方波進行脈沖幅度調制 而產生的 如果直接對已調波進行測量 由于單片機的指令周期是微秒 s 級 而已調 波的脈寬只有 20 多 s 會產生很大的誤差 因此先要對已調波進行解調 對解調后的波 形進行測量 圖 11 紅外接收解調電路 2 解碼電路 解碼電路的功能是將解調后的串行數據 13 進行解調 使其成為 BCD 控制代碼 并使控制代碼進行輸出 VD5027 是與 VD5026 配對使 用的通用接收解碼器 收到的串行數據從 VD5027 的 14 腳輸入 經數據提取電路判斷后與序列發(fā)生器產生的 本地地址碼億比特一比特地進行校驗 如果第一次接收到的地址碼和本地地址碼相符 則 將緊接著收到的 4 位數據馬儲存在內部 4bit 移位寄存器中 不移到輸出鎖存器 當第二 次收到的地址碼仍與本地地址碼相符 則將新收到的數據碼于上一次儲存的數據碼加以比 較 若兩次相同則控制邏輯電路使有效傳輸輸出端 VT 為高電平 4 比特移位積存器中的數 據碼轉移到輸出鎖鎖存器 并且在輸出鎖存器保留 直到新的數據代替它 保留在鎖存器 的數據經緩沖器后輸出 同時有效傳輸輸出端 VT 保持高電平 若兩次不相同或 4 個數據周 期內沒收到信號 則 VT 為低電平 電路連接見附錄 3 控制電路 控制電路有 89C51 與八個發(fā)光二極管組成 二極管的亮 滅表示設備的工作狀態(tài) 亮 說明受控設備開啟 滅說明受控設備停止 二極管連接在 89C51 的 P2 口 在編程時 89C51 將收到的四位 BCD 碼轉換二極管的控制信號來使二極管發(fā)光或熄滅 證明設備的受 控情況 P2 7 P2 0 分別控制 1 8 路信號 每次只有一路信號輸出 所以二極管每次只有 一只發(fā)光 3 3 2 軟件設計 同樣的在接收部分主要有譯碼即解碼程序設計和控制程序設計 通常 紅外遙控器將遙控信號 二進制脈沖碼 調制在 40KHz 的載波上 經緩沖 放大后送至紅外發(fā)光二極管 產生紅外信號發(fā)射出去 將上述的遙控編碼脈沖對 頻率為 40KHz 周期為 26 3ms 的載波信號進行脈幅調制 PAM 再經緩沖放大后送 到紅外發(fā)光管 將遙控信號發(fā)射出去 根據遙控信號編碼和發(fā)射過程 遙控信號的識別 即解碼過程是去除 40KHz 載波信號后識別出二進制脈沖碼中的 0 和 1 由 MCS 51 系列單片機 AT89S52 一 體化紅外接收頭 存儲器 還原調制與紅外發(fā)光管驅動電路組成 一體化紅外接收頭采用 SIEMENS SFH 506 38 它負責紅外遙控信號的解調 將調制在 40kHz 上的紅外脈沖信號解調后再輸入到 AT89C51 的 INT0 P3 2 引腳 由單片機進行高電平與低電平寬度的測量 遙控信號的還原是通過 P3 1 輸入二進 制脈沖碼的高電平與低電平及維持時間 當接收頭接收信號時 單片機產生中斷 并在 P3 1 口記下脈沖的個數 并通過數碼管顯示用電設備的個數 遙控接收部分的主程序及初始化及延時過程如下圖 12 所示 首先初始化 然后 按照顯示亮度數據設定調光脈沖延時值 看 P3 0 口的脈沖是否為 0 若不為 0 則調 14 入延時程序 此時 P2 7 口輸出調光脈沖然后返回 若為 0 則直接返回 圖 12 接收部分的主程序及初始化及延時過程 中斷過程如下圖 13 所示 首先判斷低電平脈寬度是否大于 2ms 若脈寬不到 Y N 開始 初始化 按顯示亮度數據設定調光 脈沖延遲值 P3 0 0 調延時程序 P2 7 口輸出調光脈沖 15 2ms 則中斷返回 若低電平大于 2ms 則接收并對低電平脈沖計數 接下來看判 斷高電平脈寬度是否大于 3ms 若脈寬不到 3ms 則返回上一接收計數過程 若 電平脈寬大于 3ms 則按照脈沖個數至對應功能程序 此時中斷返回 程序見附錄 圖 13 中斷過程 Y Y 中斷開始 低電平脈寬 2ms 接收并對低電平脈沖計數 高電平脈寬 3ms 按脈沖個數至對應的功能程序 中斷返回 N N N N Y Y Y 是否接收到 檢驗低電平是否為 3ms A 1 0 接收到 1ms 脈沖 停 1ms 返回 錯誤 16 圖 14 程序流程圖 接收流程圖 4 結論 本篇設計詳細介紹了基于單片機的紅外遙控開關的工作原理 基本結構 分析了紅外 遙控技術的原理 清晰的總結出紅外發(fā)射電路和接收電路的工作原理和技術要求 并針對 其特點 采用脈沖個數編碼方法 通過設定碼寬和遙控碼數據幀間隔 成功解決了數據幀 接收時的可靠問題 遙控裝置大多對某一設備進行單獨控制 而在本設計中的紅外遙控電 路設計了多個控制按鍵 可以對不同的設備 也可以對同一設備的多個功能進行不同的控 制 基本符合技術要求 本紅外多路遙控發(fā)射 接收系統(tǒng)是以紅外線為傳送信息媒體的短距離無線控制系統(tǒng) 可對八個受控對象的工作狀態(tài)進行遙控 此系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩部分組成 發(fā)射部分完成 遙控指令的發(fā)射 接收部分完成遙控指令的實施 設計時可將其分開設計 發(fā)射控制部分 電路主要分為 1 鍵盤及其代碼產生電路 產生表示控制信號的 BCD 代碼 2 編碼電 路 對控制信號代碼和地址代碼進行編碼 并轉換成串行發(fā)送數據 3 顯示器 標明受控對 象及其受控狀態(tài)類別 4 調制振蕩電路 產生頻率為 40kHz 的振蕩信號 并由發(fā)送的數 據對其進行脈沖調制 形成發(fā)射信號 5 紅外發(fā)射電路 將編碼信號調制到高頻信號上并 將高頻信號進行功率放大 使天線上獲得滿足要求的發(fā)射功率 并轉換成紅外光信號 6 紅外接收電路 將接收到的紅外光信號轉換成電信號 并放大 解調出串行數據 7 解碼 電路 將接收到的串行數據轉換成控制信號 8 譯碼電路 將控制代碼譯成控制信號 9 控 制電路 對受控設備進行開關控制 在電路圖設計過程中 應盡量使電路簡單化 以方便硬件的順利進行 本次設計用偉 福仿真器編程 調試與仿真 編程結束先用偉福軟件模擬器進行調試 調試成功之后再連 接硬件 進行軟硬件聯(lián)合調試 但是本電路也有不完善的地方 它只能單通道實現對多個設備的控制 即它不能同時控 17 制兩個或者兩個以上的設備 由于時間和本人水平的制約 本設計可能還存在著某些不足 之處 希望各位專家 學者和同學們給予指正 參考文獻參考文獻 1 全國大學生電子設計競賽組委會 第五屆全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編 第 1 版 北京理工大學出版社 2005 年 P10 17 2 康華光 陳大欽 電子技術基礎模擬部分 第 4 版 高等教育出版社 1999 年 第 四版 P82 155 3 康華光 鄒壽彬 電子技術基礎數字部分 第 4 版 高等教育出版社 2000 年 第四 版 P83 155 4 李錦春 蔡仁明 常用晶體二極管 大功率三極管手冊 人民郵電出版社 1981 年 第一版 P23 55 5 黃智偉 王彥 陳文光 全國大學生電子設計競賽訓練教程 第 1 版 電子工業(yè)出 版社 2005 年 P304 P314 6 吳金戌 沈慶陽 郭庭吉 8051 單片機實踐與應用 第 1 版 清華大學出版社 2002 年 P147 167 7 青木英彥 模擬電路的設計與制作 第 1 版 科學出版社 2005 年 119 131 8 李廣弟 朱月秀 王秀山 單片機基礎 第 2 版 北京航空航天大學出版社 2001 年 P13 71 9 梅麗風 王艷秋 張軍等 單片機原理及接口技術 第 1 版 清華大學出版社 2004 年 P296 323 10 何立民 單片機應用文集 第一版 北京航空航天大學出版社 1991 P1 310 11 何立民 單片機應用系統(tǒng)設計 系統(tǒng)配置與接口技術 第 2 版 北京航空航天大 學出版社 1995 P31 175 12 趙亮 侯國銳 單片機 C 語言編程與實例 第一版 人民郵電出版社 2003 9 18 P1 152 13 劉勝利 新型顯示器電路分析 第一版 電子工業(yè)出版社 1999 P122 344 14 胡偉 單片機 C 程序設計及應用實例人民郵電出版社 2003 7 P1 247 15 實用電子元器件手冊 上?？茖W技術出版社 1998 2 P1 21 16 李廣弟等 單片機基礎 北京航空航天大學出版社 2002 6 P1 223 17 Michael A Miller Data and Network Communications 第一版 科學出版社 2002 年 18 J Bhasker 著 徐振林譯 Verilog HDL 硬件描述語言 第一版 電子工業(yè)出版 社 2004 年 致致 謝謝 畢業(yè)設計是我大學學習生活的最后一項學習任務 是對我大學四年學習的綜合考核 而也為了使我的綜合素質技能可以有一個很大的提高 這次畢業(yè)設計 我選擇了行鴻彥教授 19 所帶的這個比較具有實用性的有意思的課題 紅外遙控電路設計 在為期兩個多月的畢 業(yè)設計過程中 我不僅較為系統(tǒng)的復習了以前學的知識 而且又學習了許多新知識 使我 的知識結構更加系統(tǒng)化 也更加完善 同時 也提高了我獨立分析問題 解決問題的能力 本次畢業(yè)設計能夠順利地完成 首先要感謝我的指導老師行鴻彥教授 行教授嚴謹的 治學態(tài)度 深厚的學術造詣以及忘我的工作精神給我留下了深刻的印象 行老師的嚴格要 求和孜孜不倦的教導是我完成這次畢業(yè)設計的重要保證 他給予了我很大的幫助和支持 在課題研究期間 行老師提供了很多指導性的意見 對存在的問題給予細心的分析并提出 許多寶貴的意見 使我受益匪淺 在此謹向導師表示衷心的感謝 同時我要感謝給予我?guī)?助和支持的同組同學們 感謝電子與信息工程系的老師為我們做畢業(yè)設計提供的各方面的 幫助 同時 我要感謝我的母校 南京信息工程大學 特別是在我即將踏上工作崗位時 給了我這樣一個鍛煉 學習的機會 使我加深了對以前知識的理解 拓寬了知識面 也提 高了我對所學知識的綜合的應用能力 在整個設計制作過程當中 我感覺收獲非常大 我獲得的不僅是理論上的收獲 還有實 踐中的豐收 同時還有的就是同學們之間的合作精神 在此 祝愿我院日后蓬勃發(fā)展 成 為一所獨具風格的綜合性大學 祝愿母校的將來更美好 最后 我要再一次感謝所有在此期間幫助過我的人 我衷心的祝福你們 20 Infrared remote control system design Zhou Feng Department of Electronic Information 40KHZ 紅外線遙控信號產生 RETI 中斷返回 由此就產生了 40KHZ 的載波信號 當發(fā)送數據 0 時 定時器不工作 發(fā)送程序如下 REMOTE MOV R1 A 裝入發(fā)射脈沖個數 LJMP OUT3 轉第一個碼發(fā)射處理 OUT MOV R0 55H 1MS 寬低電平發(fā)射控制數據 OUT1 SETB ET1 開 T1 中斷 SETB TR1 開啟定時器 T1 NOP 延時 NOP NOP NOP NOP DJNZ R0 OUT1 時間不到轉 OUT1 再循環(huán) MOV R0 32H 1MS 高電平間隙控制數據 OUT2 CLR TR1 關定時器 T1 CLR ET1 關 T1 中斷 CLR P3 5 關脈沖輸出 NOP 空操作延時 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP 22 NOP NOP DJNZ R0 OUT2 時間不到轉 OUT2 再循環(huán) DJNZ R1 OUT 脈沖未發(fā)完 轉 OUT 再循環(huán)發(fā)射 LCALL DL500MS RET OUT3 MOV R0 0FFH 裝發(fā)謝 3MS 寬控制數據 LJMP OUT1 轉 OUT1 ORG 0000H 程序執(zhí)行開始地址 AJMP START 跳至 START 執(zhí)行 ORG 001BH 定時器 T1 中斷入口地址 LJMP INTT1 跳至 INTT1 中斷服務程序 ORG 0030H START MOV SP 70H 設堆棧基址為 70H CLR P3 5 關遙控輸出 MOV IE 00H 關所有中斷 MOV IP 01H 設優(yōu)先級 MOV TMOD 22H 8 位自動重裝初值模式 MOV TH1 0F3H 定時為 13 微秒初值 MOV TL1 0F3H SETB EA 開總中斷允許 鍵盤 MOV P1 0FFH JIAN LCALL DELAY2 MOV A P1 CJNE A 0FFH JIAN1 LJMP JIAN JIAN1 MOV A P1 CJNE A 0FEH JIAN2 LJMP MN4 JIAN2 MOV A P1 CJNE A 0FDH JIAN3 LJMP MN0 JIAN3 MOV A P1 23 CJNE A 0FBH JIAN4 LJMP MN6 JIAN4 MOV A P1 CJNE A 0F7H JIAN5 LJMP MN2 JIAN5 MOV A P1 CJNE A 0EFH JIAN6 LJMP MN5 JIAN6 MOV A P1 CJNE A 0DFH JIAN7 LJMP MN1 JIAN7 MOV A P1 CJNE A 0BFH JIAN8 LJMP MN3 JIAN8 MOV A P1 CJNE A 07FH NN LJMP MN7 NN LJMP JIAN mn0 MOV A 02H 發(fā) 2 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn1 MOV A 03H 發(fā) 3 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn2 MOV A 04H 發(fā) 4 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn3 MOV A 05H 發(fā) 5 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn4 MOV A 06H 發(fā) 6 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn 24 mn5 MOV A 07H 發(fā) 7 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn6 MOV A 08H 發(fā) 8 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn7 MOV A 09H 發(fā) 9 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn8 MOV A 0AH 發(fā) 10 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn9 MOV A 0BH 發(fā) 11 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn10 MOV A 0CH 發(fā) 12 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn11 MOV A 0DH 發(fā) 13 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn12 MOV A 0EH 發(fā) 14 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn13 MOV A 0FH 發(fā) 15 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn14 MOV A 10H 發(fā) 16 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn mn15 MOV A 11H 發(fā) 17 個脈沖 LCALL REMOTE 轉發(fā)送程序 ajmp nn 編 碼 發(fā) 射 程 序 25 REMOTE MOV R1 A 裝入發(fā)射脈沖個數 LJMP OUT3 轉第一個碼發(fā)射處理 OUT MOV R0 55H 1MS 寬低電平發(fā)射控制數據 OUT1 SETB ET1 開 T1 中斷 SETB TR1 開啟定時器 T1 NOP 延時 NOP NOP NOP NOP DJNZ R0 OUT1 時間不到轉 OUT1 再循環(huán) MOV R0 32H 1MS 高電平間隙控制數據 OUT2 CLR TR1 關定時器 T1 CLR ET1 關 T1 中斷 CLR P3 5 關脈沖輸出 NOP 空操作延時 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R0 OUT2 時間不到轉 OUT2 再循環(huán) DJNZ R1 OUT 脈沖未發(fā)完 轉 OUT 再循環(huán)發(fā)射 LCALL DL500MS RET OUT3 MOV R0 0FFH 裝發(fā)謝 3MS 寬控制數據 LJMP OUT1 轉 OUT1 延時 513 us 26 513 微秒延時程序 DELAY MOV R2 0FFH DELAY1 DJNZ R2 DELAY1 RET DELAY2 MOV R2 0FFH DELAY3 MOV R3 0FFH DJNZ R3 DJNZ R2 DELAY3 RET 延時 10ms 10 毫秒延時程序 DL10MS MOV R3 14H DL10MS1 LCALL DELAY DJNZ R3 DL10MS1 RET 500 毫秒延時程序 DL500MS MOV R4 32H DL500MS1 LCALL DL10MS DJNZ R4 DL500MS1 RET T1 中斷服務程序 INTT1 CPL P3 5 40kHZ 紅外線遙控信號產生 RETI 中斷返回 END 程序結束 附錄 2 接收程序 單片機上電復位后 首先對其內部定時器初始化 用定時器及軟件計數的方法 當有 27 信號輸入時 單片機產生中斷 并在 P3 1 口進行計脈沖個數 測量 P3 1 高 低電平的寬 度 P3 1 引腳平時為高電平 當接收到紅外遙控信號時 由于一體化紅外接收頭的反向作 用 INT0 引腳下跳至低電平 計算脈沖個數后通過 7447 譯碼電路 數碼管顯示相應的數值 下面是第一個 3ms 脈沖的解碼程序 READ1 CLR A MOV DPH A MOV DPL A HARD1 JB P3 1 HARD11 INC DPTR NOP NOP AJMP HARD1 HARD11 MOV A DPH JZ READOUTT0 CLR A READ11 INC A READ12 JNB P3 1 READ12 MOV R1 06H READ13 JNB P3 1 READ11 LCALL DELAYREAD DJNZ R1 READ13 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP INTEX0 ORG 0030H START MOV SP 70H MOV IE 00H 關所有中斷 SETB EX0 開外中斷 SETB EA 總中斷允許 MOV P1 00H MAIN LCALL DELAY 持續(xù) 512 微秒 MOV 31H 00H MOV 30H P1 28 MOV R7 08H XUN CLR C MOV A 30H RLC A MOV 30H A MOV A 31H ADDC A 00H MOV 31H A DJNZ R7 XUN MOV A 31H SWAP A MOV P2 A LJMPMAIN 轉 MAIN 循環(huán) NOP PC 值出錯處理 LJMPSTART 出錯時重新初始化 遙控接收程序 采用中斷接收 INTEX0 MOV 32H A MOV 20H C CLR EX0 關外中斷 JNB P3 1 READ1 P3 5 口為低電平轉