基于單片機的電器遙控器設計

1、計算機控制技術課 程 設 計成績評定表設計課題 ： 基于單片機的電器遙控器設計 學院名稱 ： 專業(yè)班級 ： 學生姓名 ： 學 號 ： 指導教師 ： 設計地點 ： 設計時間 ： 指導教師意見：成績: 簽名： 年 月 日計算機控制技術課 程 設 計課程設計名稱： 基于單片機的電器遙控器設計 專 業(yè) 班 級 ： 學 生 姓 名 ： 學 號 ： 指 導 教 師 ： 課程設計地點： 課程設計時間： 計算機控制技術課程設計任務書學生姓名專業(yè)班級學號題 目基于單片機的電器遙控器設計課題性質(zhì)課題來源自擬指導教師主要內(nèi)容（參數(shù)）設計并制作一電器遙控器。該裝置要求：能控制電器數(shù)目； 6，其中5個用于控制電器的電源

2、開關、一個用于對電燈進行亮度控制；遙控距離：不小于20米；遙控角度：不小于120度。該電器遙控器由發(fā)射器和接收器兩部分組成，其中接收器部分要有調(diào)光燈的亮度等級數(shù)碼顯示，電器電源采用繼電器控制，其線包驅(qū)動電流不小于5ma。任務要求（進度）第1天：熟悉課程設計任務及要求，針對課題查閱技術資料。第2天：確定設計方案。要求對設計方案進行分析、比較、論證，畫出方框圖，并簡述工作原理。第3 - 4天：按照確定的方案設計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設計要有詳細論述。第5天：撰寫課程設計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設計正確，字數(shù)不少于6

3、000字。主要參考資料【1】蔣煥文，電子測量中國計量出版社，北京，2007【2】楊恢先，單片機原理與應用國防科大出版社，2009【3】褸然苗，51系列單片機設計實例北京航空航天大學出版社，2008，【4】謝自美，電子線路設計、實驗、測試華中理工大出版社，2009審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 摘 要通過對設計要求地認真分析和研究，拿出了幾種可行方案，最終選定了一個最佳方案。該方案是采用先進的單片機技術實現(xiàn)紅外遙控的主要手段。我們所設計的遙控器能控制5個電器的電源開關，并且可對一路電燈進行亮度的調(diào)節(jié)。關鍵詞：遙控電路，紅外發(fā)射，紅外接收，單片機目 錄1.引言11.1課題背景11.2國

4、內(nèi)外紅外遙控器的現(xiàn)狀及發(fā)展情況11.3紅外通信技術21.4課題研究的目的和意義32.總體方案設計32.1方案一：簡易紅外遙控電路32.2方案二：利用紅外遙控開關電路42.3方案三：利用紅外遙控開關電路52.4方案比較73.系統(tǒng)硬件電路的設計73.1器件選擇73.2電路設計93.3系統(tǒng)功能實現(xiàn)方法144.系統(tǒng)的軟件設計164.1遙控發(fā)射部分164.2遙控接收部分18總結(jié)20參考文獻21附錄：系統(tǒng)硬件總原理圖221.引言1.1課題背景隨著電子技術的飛速發(fā)展，新型大規(guī)模遙控集成電路的不斷出現(xiàn)，使遙控技術有了日新月異的發(fā)展。遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發(fā)展到現(xiàn)在的單片微型計算

5、機，智能化程度大大提高。近年來，遙控技術在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)以及人們的日常生活中使用越來越廣泛。1.2國內(nèi)外紅外遙控器的現(xiàn)狀及發(fā)展情況上世紀60年代，一些發(fā)達國家開始研究民用產(chǎn)品的遙控技術，但是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，遙控技術才得到快速的發(fā)展。在遙控方式上大體經(jīng)歷了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，準確無誤的傳輸信號，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。與紅外線相比，超聲波傳感器頻帶窄，所能攜帶的信息少，易受干擾而

6、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(xiàn)了紅外線多功能遙控器，成為當今時代的主流。隨著單片機等技術的廣泛應用，促使紅外遙控技術也得到空前的發(fā)展，越來越多的功能強大，操作簡便的實用性紅外遙控接收器出現(xiàn)在市場上。 紅外線技術是通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)的。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(chǎn)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(diào)制傳輸，例如，信息直接調(diào)制紅外光的強弱進行傳輸，也可以用紅外線產(chǎn)生一定頻率的載波，再用信息對載波進行調(diào)制，接收端再去掉載波，取到

7、信息。從信息的可靠常數(shù)來說，后一種方法更好，這就是我們今天看到的大多紅外遙控器所采用的方法。1.3紅外通信技術常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。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(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，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。目前大量的使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940mm左右，外形與普通5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

8、用專門的儀器才能精確測定，而業(yè)余條件下只能用拉鋸法來粗略判判定。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。 由于各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了大量紅外遙控專用集成電路，需要時按圖索驥即可。因此，現(xiàn)在紅外遙控在加用電器、室內(nèi)近距離（小于10米）遙控中得到了廣泛的應用。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，相應地接收端有不同地輸出狀態(tài)。接收端地輸出狀態(tài)大致可分為脈沖、電平、自饋、互鎖、數(shù)據(jù)五種形式?！懊}沖”輸出是當按發(fā)射端按鍵時，接收端對應輸出端

9、輸出一個“有效脈沖”，寬度一般在100ms左右?！半娖健陛敵鍪侵赴l(fā)射端按下鍵時，接收端對應輸出端輸出“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(shù)情況下“高”為有效?！白枣i”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?，原來低電平變?yōu)楦唠娖健４朔N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”?！盎ユi”輸出是指多個輸出互相清除，在同一時間內(nèi)只有一個輸出有效。電視機的選臺就屬此種情況，其他如調(diào)光、調(diào)速、音響的輸入選擇等

10、?！皵?shù)據(jù)”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(shù)，來代表不同的按鍵輸入。一般情況下，接收端除了幾位數(shù)據(jù)輸出外，還應有一位“數(shù)據(jù)有效”輸出端，以便以后適時地來取數(shù)據(jù)。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。1.4課題研究的目的和意義本課題的目的是通過對設計要求地認真分析和研究，拿出了幾種可行方案，最終選定了一個最佳方案。該方案是采用先進的單片機技術實現(xiàn)遙控的主要手段。我們所設計的遙控器能

11、控制5個電器的電源開關，并且可對一路電燈進行亮度的調(diào)節(jié)。由于紅外遙控不影響周邊環(huán)境的、不干擾其他電器設備。由于其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進行多路遙控。而現(xiàn)代紅外線應用非常廣泛，紅外線遙控的研究能是人們的生活更加方便快捷。2.總體方案設計2.1方案一：簡易紅外遙控電路在不需要多路控制的應用場合，可以使用由常規(guī)集成電路組成的單通道紅外遙控電路。這種遙控電路不需要使用較貴的專用編譯碼器，因此成本較低。紅外發(fā)射部分 圖1.1考慮到本方案電路是簡單的單通道遙控器，可直接產(chǎn)生一

12、個控制功能的震蕩頻率，再通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。紅外接收部分 圖1.2當紅外接收頭接收到控制頻率時，由一個電路對其進行解調(diào)并產(chǎn)生相應的控制功能。2.2方案二：利用紅外遙控開關電路紅外線發(fā)射/接收控制電路均采用單片機來實現(xiàn)，輸出控制方式可選擇，實用性強。方案結(jié)構(gòu)圖：紅外發(fā)射部分： 圖1.3當按下遙控按鈕時，單片機產(chǎn)生相應的控制脈沖，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。紅外接收部分： 圖1.4當紅外接收器接收到控制脈沖后，由控制方式選擇開關選擇是“互鎖”還是單路控制，再由單片機處理后，對相應的受控電器產(chǎn)生控制。2.3方案三：利用紅外遙控開關電路用單片機制作一個紅外電器遙控器，可以分別控制5個電器的電源開

13、關，和一個電燈開關，并且可以對電燈進行亮度的調(diào)光控制。紅外發(fā)射部分結(jié)構(gòu)圖如下： 圖1.5當按下遙控按鈕時，單片機產(chǎn)生相應的控制脈沖，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。紅外接收部分結(jié)構(gòu)如下： 圖1.6當紅外接收器接收到控制脈沖后，經(jīng)單片機處理由顯示設備顯示出當前受控電器的序號，并判斷是否對電燈進行調(diào)光，如需調(diào)光則經(jīng)調(diào)光電路處理后實現(xiàn)調(diào)光功能。2.4方案比較綜上所述通過比較三套方案，方案一未采用單片機控制，功能過于單一，僅能對一路電器進行簡單的遙控；方案二和方案三的紅外線發(fā)射/接收控制電路采用單片機來實現(xiàn)，電路簡單，實用性強。方案二雖可雖可控制多個電器，但控制功能過于單調(diào)，僅能實現(xiàn)電器開關的控制，實用價值

14、不大；方案三不僅可用控制鍵實現(xiàn)對電器的控制，而且可對一路電燈進行亮度控制，方便實用。且本設計用到的元器件較少，電路相對簡單實用。所以本設計采用方案三作為設計藍本3.系統(tǒng)硬件電路的設計3.1器件選擇單片機的選擇 本設計所用的單片機可以用c31, at89c51,羚羊單片機等多種單片機來實現(xiàn)。但是c31沒有內(nèi)部存儲器，本設計需要編寫程序，那么就要用外部擴展，比較麻煩。本設計所編寫的程序比較簡單，功能也比較少，如用羚羊單片機過于麻煩，大材小用，本設計所用到的輸入輸出端口也不是很多，所以我們決定用at89c51單片機來完成本設計，及方便也很實用。at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器

15、（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51 ? 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 主要特性：與mcs-51 兼容4k字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部ram32可編程i/

16、o線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 顯示器件選擇在單片機應用系統(tǒng)中,使用的顯示器主要有l(wèi)ed(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(qū)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(shù)字就夠了，故沒必要采用lcd，用led就夠了。調(diào)光器件選擇因為本設計所用到的調(diào)光功能僅僅是調(diào)節(jié)電燈的亮暗，所以無需使用復雜

17、的調(diào)光控制系統(tǒng)，可直接使用一個光電藕合器，來實現(xiàn)此功能。光電耦合器具有體積小、使用壽命長、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強。無觸點且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點，因而在各種電子設備上得到廣泛的應用。光電耦合器可用于隔離電路、負載接口及各種家用電器等電路中。光電耦合器的種類較多,但在家電電路中,常見的只有4種結(jié)構(gòu):1.第一類,為發(fā)光二極管與光電晶體管封裝的光電耦合器,結(jié)構(gòu)為雙列直插4引腳塑封,內(nèi)部電路見表一,主要用于開關電源電路中。 2.第二類,為發(fā)光二極管與光電晶體管封裝的光電耦合器,主要區(qū)別引腳結(jié)構(gòu)不同,結(jié)構(gòu)為雙列直插6引腳塑封,內(nèi)部電路見表一,也用于開關電源電路中。 3.第三類,為發(fā)光二極

18、管與光電晶體管(附基極端子)封裝的光電耦合器,結(jié)構(gòu)為雙列直插6引腳塑封,內(nèi)部電路見表一,主要用于av轉(zhuǎn)換音頻電路中。 4.第四類,為發(fā)光二極管與光電二極管加晶體管(附基極端子)封裝的光電耦合器,結(jié)構(gòu)為雙列直插6引腳塑封,內(nèi)部電路見表一,主要用于av轉(zhuǎn)換視頻電路中。本設計采用的就是第二類的一個型號為ps2019。按鍵控制方式選擇由于本設計所控制的電器數(shù)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電路設計用單片機制作一個紅外電器遙控器，可以分別控制5個電器的電源開關。并且可以對其中一路電燈進行亮度的調(diào)節(jié)控制。發(fā)射電路部分本遙控發(fā)射器采用碼分制遙控方式，碼

19、分制紅外遙控就是指令信號產(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。當不同的指令鍵被按下時，指令信號電路產(chǎn)生不同脈沖編碼的指令信號，也就是進行編碼，然后經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制，變?yōu)榫幋a脈沖編碼脈沖調(diào)制信號，再由驅(qū)動電路驅(qū)動紅外發(fā)射器發(fā)射紅外信號。整體過程如下： 圖2.1本發(fā)射電路采用一個12m的晶體振蕩器，產(chǎn)生相對應受控開關的脈沖頻率，通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。發(fā)射電路圖如下：圖2.2其中第9腳（rst）所接的是一個最簡單的rc上電復位電路。p3.5接一個三級管發(fā)光二級管利用紅外光為介質(zhì)，將控制信以紅外光脈沖的形式發(fā)射出去，由接收電路再進行放大，解調(diào)，信號還原。晶體三極管主要用于

20、放大電路中起放大作用，本設計采用的是一個npn型的三級管9013，為了得到更大的放大倍數(shù)，采用了類似共射級接法。因為從p3.5口出來的為高電壓，而三級管9013不能承受此電壓，所以采用了一個阻值較大的電阻來起分壓作用，從而緩沖了加到三級管上的電壓。9013的工作特性如下：極限值：(ta=25)電特性：(ta=25)紅外發(fā)射管的工作電壓一般為1.5至1.7v，不能直接用5v的電壓加在上面，所以又接了一個39的電阻，起分流作用，以保證紅外發(fā)射管正常工作。本設計采用的紅外發(fā)射管為j16te2-8a6r01m-sc其具體參數(shù)如下：型號：公司：eg&g judson相應度re min（a/w）:600m

21、相應度re （m）：1.3暗電流id（a）光普范圍（）min：800n光普范圍（）max：1.8說明：相應時間tresp（s）：反應電壓vr（v）：總電容ct(f):2.0n材料：ge下圖為該系統(tǒng)遙控發(fā)射器電路原理圖，其中第1腳至第7腳接7個點觸式的開關，第1腳至第5腳用來遙控電器電源開關，第6腳為可調(diào)光電燈的開關，第7腳，第8腳為調(diào)節(jié)電燈亮度的控制開關，當按第7腳開關時，電燈增亮，當按下第8腳時電燈減暗，第9腳為單片機的復位腳，采用簡單的rc上復位電路，15腳作為紅外線遙控碼的輸出口，用于輸出40khz載波編碼，18,19腳接12mhz晶振圖2.3接收電路部分 圖2.4由上述可見，紅外遙控系

22、統(tǒng)中的指令信號及檢出電路，在碼分制系統(tǒng)中由編碼電路和解碼電路構(gòu)成，而且要有調(diào)制和解調(diào)的過程，因為碼分制系統(tǒng)編碼脈沖的頻率極低，為超低頻，如果不用調(diào)制與解調(diào)電路，外界突然的光線變化可能會對接收電路造成干擾，產(chǎn)生誤動作，系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性就難以保證。以下是為該系統(tǒng)的遙控接收器電原理圖。第1至8接數(shù)碼管，用來顯示被控電燈開關的亮度，顯出數(shù)字0至8，顯0時最暗，顯8時最亮。第35至39口接作為5個電器的電源控制輸出。其中第34口為可調(diào)節(jié)亮度的電燈。第28腳為光電耦合調(diào)光燈的調(diào)光脈沖輸出，第10腳為50hz交流市電相位基準輸入，第12腳為中斷輸入口，第11腳用于接收紅外遙控碼輸入信號。圖2.53.

23、3系統(tǒng)功能實現(xiàn)方法遙控碼的編碼格式 該遙控器采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的碼，最小為2個脈沖，最大為9個脈沖，為了使接收可靠，第一位碼寬為3ms，其余為1ms，遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔大于10ms，如下圖所示：第10腳輸出編碼波形圖2.6遙控碼的發(fā)射當某個被控電器的電源開關被按下時,單片機先讀出鍵值,然后根據(jù)鍵值設定遙控碼的脈沖個數(shù),再調(diào)制成40khz方波由紅外線發(fā)光管發(fā)身出去。發(fā)射電路的第15腳的輸出調(diào)制波如下圖所示:圖2.7數(shù)據(jù)幀的接收處理當紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時,第一位碼的低電平將啟動中斷程序,實時接收數(shù)據(jù)幀.在數(shù)據(jù)幀接收時,將對第一位(起始位)碼的碼寬進行驗證.若第一位低電平

24、碼的脈寬小于2ms,將作為錯誤碼處理.當間隔位的高電平脈寬大于3ms時,結(jié)束接收,然后根據(jù)累加器a中的脈沖個數(shù),執(zhí)行相應輸出口的操作.下圖為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖.圖2.84.系統(tǒng)的軟件設計4.1遙控發(fā)射部分圖2.9上圖是遙控發(fā)射的主程序，首先初始化程序,然后調(diào)用鍵掃描處理子程序.圖2.10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,按照p口值查找鍵號.最后按照鍵號轉(zhuǎn)至相應的發(fā)射程序如下所示. 圖2.11紅外信號發(fā)射過程:首先裝入發(fā)射脈沖個數(shù)(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(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

25、,這樣便結(jié)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(diào)頻或調(diào)幅發(fā)射接收碼,可提高遙控距離,并且沒有角度影響4.2遙控接收部分 圖2.12遙控接收部分的主程序及初始化及延時過程如上:首先初始化,然后按照顯示亮度數(shù)據(jù)設定調(diào)光脈沖延時值,看p3.0口的脈沖是否為0,若不為0則調(diào)入延時程序,此時p2.7口輸出調(diào)光脈沖然后返回;若為0則直接返回. 圖2.13中斷過程:首先判斷低電平脈寬度是否大于2ms,若脈寬不到2ms,則中斷返回;若低電平大于2ms,則接收并地低電平脈沖計數(shù),接下來看判斷高電平脈寬度沖是否大于3ms,若脈寬不到3ms,則返回上一接收計數(shù)過程;若高電平脈寬大于3ms,則按照脈沖個數(shù)至對應功能程序.此時中斷返回.總結(jié)經(jīng)過努力，我們在王老師的耐心幫助和自己的努力下終于完成了此次設計，并按設計要求實現(xiàn)了遙控器的各項功能。本實驗對紅外