基于ATC5紅外遙控風(fēng)扇系統(tǒng)

1、 論文題目： 基于AT89C51紅外遙控風(fēng)扇系統(tǒng) 所屬系部： 自動化工程學(xué)院指導(dǎo)教師： 職稱：講 學(xué)生姓名： 學(xué)號: 11專業(yè)： 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制2013年11月01日題目： 基于AT89C51的紅外遙控風(fēng)扇系統(tǒng) 任務(wù)與要求： 1要求能夠由遙控控制單片機的各個模塊。 2 負責(zé)硬件學(xué)生必須設(shè)計出硬件電路圖。時間：2013年 9月1日 至2013 年 11月 1日 共 8周所屬系部： 自動化工程學(xué)院學(xué)生姓名： 學(xué)專業(yè)： 生產(chǎn)過程自動化技術(shù)指導(dǎo)單位或教研室：指導(dǎo)教師：晁 林 職 稱： 講 師2013年 11月01 日畢業(yè)設(shè)計(論文)進度計劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導(dǎo)教師簽 字20

2、13.9.1領(lǐng)取畢業(yè)設(shè)計課題已完成2013.9.2-9.15收集查閱關(guān)于紅外傳感的資料，認識紅外傳感的功能和用途已完成2013.9.16-9.25收集查閱關(guān)于紅外傳感和單片機的資料，紅外傳感的作用和發(fā)展前景已完成2013.9.26-10.10收集查閱關(guān)于紅外傳感和單片機的工作原理，了解紅外傳感的構(gòu)成。已完成2013.10.11-10.21基于AT89C51的紅外遙控風(fēng)扇系統(tǒng)的電子稿撰寫已完成2013.10.22-11.1修改基于AT89C51的紅外遙控風(fēng)扇系統(tǒng)電子稿已完成教師對進度計劃實施情況總評 簽名 年 月 日 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文摘 要 作為傳統(tǒng)的家用電器，隨著空調(diào)的普及，

3、電風(fēng)扇的市場地位受到了巨大的沖擊，傳統(tǒng)的開/關(guān)、調(diào)速功能已經(jīng)不能滿足市場的需求。人們希望電風(fēng)扇在體積小、作方便等的基礎(chǔ)上能夠擁有更多的功能，而紅外遙控的廣泛應(yīng)用及單片機技術(shù)的成熟，則使得智能紅外遙控系統(tǒng)成為了電風(fēng)扇的發(fā)展趨勢。本設(shè)計采用51單片機作為遙控發(fā)射接收芯片，HS0038作為紅外一體化接收發(fā)射管，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一個簡易的智能紅外遙控電風(fēng)扇系統(tǒng)。系統(tǒng)包括接收和發(fā)射兩大部分，本文設(shè)計實現(xiàn)了幾項電風(fēng)扇的基本功能：開/關(guān)功能、多級調(diào)速功能、0.5-7.5小時不同時間段的定時功能，以及自然、正常兩種風(fēng)類的選擇功能。另外本系統(tǒng)有16個按鍵，可用于擴展控制其他電器。本設(shè)計方案基于市場的需求，結(jié)合紅

4、外遙控設(shè)計簡單、作方便、成本低廉等特點。 關(guān)鍵字： 紅外遙控； 信號調(diào)制； 編碼； 解碼； Abstract With the popularity of air conditioners, the market position of the electric fans which are the traditional household appliances will receive a huge impact, the traditional on / off and speed control function have been unfit for the needs of the

5、 market. It is hoped that the fans in small, easy to operate, and so on the basis can have more features. When the application of infrared remote control becomes wilder and technologies of SCM become mature, the remote control system is the trend The design use a special launching and receiving chip

6、 which depends on remote control. On the basis of this chip a system of intelligent infrared remote-control was designed for the fan. The system consists of the launching part and the receiving part. This system is designed to achieve some basic functions of fans: on / off function, three kinds of s

7、peed, the timing function which can be chosen at different times of 0.5-7.5 hours, and the function of two kinds of wind which are the natural wind and the normal wind. The design was based on the needs of the market. Considering that infrared remote control is simple, easy to operate, low-costKeywo

8、rds: Infrared Remote Control; Signal Modulation; Encoding; Decoding。目 錄1 引言11.1 課題設(shè)計目的及意義11.2 紅外遙控的設(shè)計思路11.2.1 紅外線簡介11.2.2 紅外遙控系統(tǒng)簡介21.2.3 紅外遙控的現(xiàn)狀22 課題的方案設(shè)計與論證32.1 紅外編碼方案32.1.1紅外編碼有很多種方式.32.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)42.2.1紅外發(fā)射端流程圖：42.2.2 紅外接收端流程圖：42.3 系統(tǒng)功能需求43 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計63.1 AT89C51系列單片機功能特點63.1.1 主要特性63.1.2 管腳說明63.1.

9、3 AT89C51的基本操作83.3 紅外接收電路103.4 光電耦合控制電路113.5 顯示部分的設(shè)計133.6 鍵盤設(shè)計154 系統(tǒng)軟件的設(shè)計174.1 定時/計數(shù)器應(yīng)用174.1.1 定時/計數(shù)器功能簡介174.1.2 定時器相關(guān)的控制寄存器174.1.3 定時計數(shù)器的操作模式194.2 遙控碼的發(fā)射194.2.1 遙控碼的發(fā)射194.2.2 發(fā)射端程序流程圖204.3 紅外接收214.3.1 數(shù)碼幀的接收處理214.3.2 接收端程序流程圖224.4 調(diào)速單元234.4.1 調(diào)速原理244.4.2 調(diào)速方法244.5 按鍵抖動問題264.6 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試27結(jié) 論28參考文獻29

10、附錄30致 謝371 引言1.1 課題設(shè)計目的及意義隨著科技的發(fā)展，人們生活的節(jié)奏也越來越快，隨之人們對方便，快捷的要求也隨之不斷增高。遙控器的出現(xiàn)，在一定程度上滿足了人們這個要求。遙控器是由高產(chǎn)的發(fā)明家Robert Adler在五十年代發(fā)明的。而紅外遙控是20世紀(jì)70年代才開始發(fā)展起來的一種遠程控制技術(shù)，其原理是利用紅外線來傳遞控制信號，實現(xiàn)對控制對象的遠距離控制，具體來講，就是有發(fā)射器發(fā)出紅外線指令信號，有接收器接收下來并對信號進行處理，最后實現(xiàn)對控制對象的各種功能的遠程控制。 紅外遙控具有獨立性、物理特性與可見光相似性、無穿透障礙物的能力及較強的隱蔽性等特點。隨著紅外遙控技術(shù)的開發(fā)和迅速

11、發(fā)展，很多電器都應(yīng)用了紅外遙控，而電風(fēng)扇也不例外。從單純的在電風(fēng)扇面板上通過按鈕控制，到短距離(10M以內(nèi))的遙控，雖然改變不大，但其帶來的便利無疑是巨大的。而紅外遙控技術(shù)的成熟，也使得遙控電風(fēng)扇變得設(shè)計簡單，價格低廉。作為一種老牌的電器，電風(fēng)扇具有價格便宜、擺放方便、體積輕巧等特點。雖然現(xiàn)在空調(diào)在城市中已經(jīng)相當(dāng)普遍，并有替代電風(fēng)扇的趨勢，但由于大部分家庭消費水平的限制，電風(fēng)扇作為一個成熟的家電行業(yè)的一員，尤其在中小城市，以及鄉(xiāng)村將來一段時間內(nèi)仍然會占有市場的大部分份額。市場的需求促使了電風(fēng)扇的發(fā)展。隨著“智能化”的興起，電風(fēng)扇的功能也越來越多，越來越貼進人們生活。因此，對于電風(fēng)扇的開發(fā)和設(shè)計

12、依然有著較大的實用價值。在現(xiàn)有市場上多功能遙控電風(fēng)扇的基礎(chǔ)上，人們提出了一種新型的智能電風(fēng)扇，相對于過的電風(fēng)扇，智能電風(fēng)扇添加了很多人性化的設(shè)計，如安全保護，傾倒保護，智能照明等功能，使電風(fēng)扇更加人性化，相信其豐富的功能，人性化的設(shè)計將會大大提高電風(fēng)扇的市場競爭力。而本設(shè)計就是以電風(fēng)扇為對象，通過紅外遙控實現(xiàn)電風(fēng)扇的幾種常用功能如開關(guān)、調(diào)速、定時等的控制，相對于傳統(tǒng)的機械控制，體現(xiàn)出了更加方便快捷的優(yōu)點。1.2 紅外遙控的設(shè)計思路1.2.1 紅外線簡介 紅外線又稱紅外光波，在電磁波譜中，光波的波長范圍為0.01um1000um。根據(jù)波長的不同可分為可見光和不可見光，波長為0.38um0.76u

13、m的光波可為可見光，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色。光波為0.01um0.38um的光波為紫外光(線)，波長為0.76um1000um的光波為紅外光(線)。紅外光按波長范圍分為近紅外、中紅外、遠紅外、極紅外4類。紅外線遙控是利用近紅外光傳送遙控指令的，波長為0.76um1.5um。用近紅外作為遙控光源，是因為目前紅外發(fā)射器件(紅外發(fā)光管)與紅外接收器件(光敏二極管、三極管及光電池)的發(fā)光與受光峰值波長一般為0.8um0.94um，在近紅外光波段內(nèi)，二者的光譜正好重合，能夠很好地匹配，可以獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。1.2.2 紅外遙控系統(tǒng)簡介 紅外遙控系統(tǒng)主要由遙控發(fā)射器、一體

14、化接收頭、單片機、接口電路組成。遙控器用來產(chǎn)生遙控編碼脈沖，驅(qū)動紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號，遙控接收頭完成對遙控信號的放大、檢波、整形、解調(diào)出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是一組串行二進制碼，對于一般的紅外遙控系統(tǒng)，此串行碼輸入到微控制器，由其內(nèi)部CPU完成對遙控指令解碼，并執(zhí)行相應(yīng)的遙控功能。使用遙控器作為控制系統(tǒng)的輸入，需要解決如下幾個關(guān)鍵問題：如何接收紅外遙控信號；如何識別紅外遙控信號以及解碼軟件的設(shè)計、控制程序的設(shè)計。1.2.3 紅外遙控的現(xiàn)狀目前家電中用的最多的遙控方式是紅外遙控，紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境的、不干擾其他電器設(shè)備。價格低廉，編碼簡單，近距離的遙控使用紅外遙控非常有優(yōu)勢

15、。由于紅外一體化接收頭的出現(xiàn)，大大降低了紅外遙控的成本和技術(shù)難度，目前不僅在家電領(lǐng)域，在玩具、安防等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。紅外遙控系統(tǒng)主要由紅外遙控發(fā)射裝置、紅外接收設(shè)備、遙控微處理機等組成。因此，遙控系統(tǒng)是一涉及單片機的數(shù)字系統(tǒng)。目前國內(nèi)紅外遙控電子元器件的競爭很激烈，導(dǎo)致了價格的低廉，表面上有利于消費者，可是長期惡性競爭，互相壓價格，必將導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的下降，最終損害的只能是消費者。紅外遙控的前景依然看好，不過紅外遙控的現(xiàn)狀不容樂觀。紅外遙控是單工的紅外通信方式，整個通信中，需要一個發(fā)射端和一個接收端。發(fā)送端采用單片機將待發(fā)送的二進制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號

16、。紅外接收端普遍采用價格便宜，性能可靠的一體化紅外接收頭接收紅外信號，它同時對信號進行放大、檢波、整形，得到TTL電平的編碼信號，再送給單片機，經(jīng)單片機解碼并控制相關(guān)對象。2 課題的方案設(shè)計與論證2.1 紅外編碼方案2.1.1紅外編碼有很多種方式.下面列舉兩種實現(xiàn)方案：方案一：種遙控碼具有以下特征：脈寬調(diào)制的串行碼。這 以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”。 其相關(guān)的波形圖如圖2-1所示: 圖2-1 串行碼編碼電器0的遙控輸出碼電器1的遙控輸出碼方案二：碼分

17、制。采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的被控對象，最小為2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，如圖2-2所示。圖2-2 碼分制編碼波形圖本設(shè)計采用方案二，碼分制編碼編程簡單，在按鍵較少的情況下優(yōu)勢明顯。2.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)2.2.1紅外發(fā)射端流程圖：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(dāng)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

18、外信號。整體過程如圖2-1：圖2-1發(fā)射流程圖2.2.2 紅外接收端流程圖：紅外遙控系統(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。圖2-2接收流程圖2.3 系統(tǒng)功能需求本遙控系統(tǒng)要求用單片機作為控制芯片制作一個遙控器，另一個單片機控制系統(tǒng)能被遙控操作。本系統(tǒng)要求遙控器具有多級調(diào)速，開關(guān)，定時，以及自然風(fēng)，睡眠風(fēng)切換等功能。將單片機、控制、鍵盤組合在一起完成了人機對話。 用 AT89C51單

19、片機來作主芯片控制，采用紅外HS0038接收頭，用雙向可控硅MC97A6控制電機開關(guān)，具有紅外遙控功能。自然風(fēng)的處理流程 : 圖2.5 自然風(fēng)的循環(huán)圖睡眠風(fēng)的處理流程 :圖2.6 睡眠風(fēng)的循環(huán)圖正常風(fēng)的處理流程 : 圖2.7 正常風(fēng)循環(huán)3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 AT89C51系列單片機功能特點3.1.1 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RAM·32可編程I/O

20、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 3.1.2 管腳說明·VCC：供電電壓。·GND：接地。·P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳寫“1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部電位必須被拉高。·P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I

21、/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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 ·P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，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，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)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當(dāng)對外

22、部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。·P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個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。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。·P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：·P3.0 RXD(串行輸入口)·P3.1 TXD(串行輸出口)·P3.2 INTO(外部中斷0)·P3.3 INT1(外部中斷1)

23、·P3.4 T0(記時器0外部輸入)·P3.5 T1(記時器1外部輸入)·P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)·P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)·P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 ·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。·ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時

24、目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。·PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期PESN兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。·EA/EPP：當(dāng)EA保持低電平時，訪問外部ROM；注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電

25、源(VPP)。 ·XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。·XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。圖3-1 AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3.1.3 AT89C51的基本操作 如圖3-2所示，在X1和X2之間接一只石英振蕩晶體構(gòu)成了單片機的時鐘電路，它還有另一種接法，是把外部振蕩器的信號直接連接到XTAL1端，XTAL2端懸空不用。AT89C51復(fù)位引腳RST/VP通過片內(nèi)一個施密特觸發(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)器的輸出在每一個機器周期由復(fù)位電路采樣一次。當(dāng)振蕩電路工作，并且在RST引腳上加一個至少保持2個機器周

26、期的高電平時，就能使AT89C51完成一次復(fù)位。復(fù)位不影響RAM的內(nèi)容。復(fù)位后，PC指向0000H單元，使單片機從起始地址0000H單元開始重新執(zhí)行程序。所以，當(dāng)單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可按復(fù)位鍵重新啟動。MCS-51單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種復(fù)位方式。上電復(fù)位利用電容器充電來實現(xiàn)。按鈕復(fù)位又分為按鈕電平復(fù)位和按鈕脈沖復(fù)位。前者將復(fù)位端通過電阻與Vcc相接；后者利用RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來達到復(fù)位目的。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)時間大于2個機器周期。 圖3-2 AT89C51最小系統(tǒng)電路圖3.2 紅外發(fā)射電路本遙控發(fā)射器采用碼分制遙控方式，碼分制紅外遙控就是指

27、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。 在確定選擇AT89C51作為本設(shè)計發(fā)射電路核心芯片和點觸式開關(guān)作為控制鍵后，加上一個簡單紅外發(fā)射電路和12M晶體震蕩器便可實現(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，它發(fā)出的便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5發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。遙控發(fā)射通過鍵盤，每按下一個鍵，即產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號調(diào)制在40KHz的載波上，激勵紅外光二極管

28、產(chǎn)生不同的脈沖，通過空間的傳送到受控機的遙控接收器。P1口作為按鍵部分，P0.7口作為發(fā)射部分。電路圖如圖3-3所示圖 3-3 紅外發(fā)射電路3.3 紅外接收電路在接收過程中，脈沖通過光學(xué)濾波器和紅外二極管轉(zhuǎn)換為40KHZ的電信號，此信號經(jīng)過放大，檢波，整形，解調(diào)，送到解碼與接口電路，從而完成相應(yīng)的遙控功能，接收電路如圖3-4所示。通常，紅外遙控器將遙控信號(二進制脈沖碼)調(diào)制在40KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號發(fā)射出去。將上述的遙控編碼脈沖對頻率為40KHz(周期為26s)的載波信號進行脈幅調(diào)制(PAM )，再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。根據(jù)遙

29、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MCS51 系列單片機AT89C51、一體化紅外接收頭、還原調(diào)制與紅外發(fā)光管驅(qū)動電路組成。接收部分主要元件是紅外接收管，它是一種光敏二極管（實際上是三極管，基極為感光部分）。在實際應(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)用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。圖3-4 紅外接收電路3.4 光電耦合控制電路 在控制部分采用了隔離驅(qū)動電路，用光電器件作為隔離元件，利用光耦來隔離強電，以防止強電影響單片機的工作。光電隔離的目的是割斷兩個電路的電氣聯(lián)系，使之

30、相互獨立，從而也就割斷了噪聲從一個電路進入另一個電路的通路。光電隔離是通過光電耦合器實現(xiàn)的。光耦又稱光電隔離器或光電耦合器，它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器與受光器封裝在管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接收后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實現(xiàn)了“光電光”的轉(zhuǎn)換。 光電耦合器是把一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管封裝在一個外殼里的器件。外殼有金屬的或塑料的兩種。發(fā)光二極管和光敏三極管之間用透明絕緣體填充，并使發(fā)光管與光敏管對準(zhǔn)，以提高其靈敏度，光電耦合器的電路符號如圖3-5所示。對于數(shù)字量，當(dāng)輸入為低電平“0”時，光敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1

31、”時，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“0”。圖3-5光電耦合器原理圖輸入信號使用權(quán)發(fā)光二極管發(fā)光，其光線又使光敏三極管產(chǎn)生電信號輸出，從而既完成了信號的傳遞又實現(xiàn)了電氣上的隔離。光電耦合的響應(yīng)時間一般不超過幾個微秒。光電耦合器的輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，且輸出端對輸入端也無反饋，因而具有隔離和抗干擾兩方面的獨特性能。通常使用光電耦合器是為實現(xiàn)以下兩個主要功能：電平轉(zhuǎn)換：TTL電路與電源電路之間不需另加匹配電路就可以傳輸信號，從而實現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換。隔離：這時由于信號電路與接收電路之間被隔離，因此即使兩個電路的接地電位不同，也不會形成干擾。光電耦合器中光敏三極管的基極有引出和不引出兩種形式。

32、基極引出通常是經(jīng)一個電阻接地。通過接地電阻可以控制耦合的響應(yīng)速度和靈敏度?？偟膩碚f，電阻越小，響應(yīng)速度越高。其控制電路如圖3-6所示。圖3-6 光電耦合控制電路3.5 顯示部分的設(shè)計由LED組成的7段發(fā)光管顯示器是不太復(fù)雜的單片機應(yīng)用系統(tǒng)常用外部設(shè)備之一。 7段發(fā)光管顯示器由7段發(fā)光線段組成，并按“日”字形排列，每一段都是一個發(fā)光二極管，如圖3-10所示。圖中將7個LED的陰極連在一起，稱之為共陰極接法。反之為共陽極接法。如果將公共陰極接地，而在ag各段的陽極加上不同的電壓，就會使各段的發(fā)光情況不同，形成不同的發(fā)光字符。加在7段陽極上的電壓可以用數(shù)字量表示，如果某一段的陽極為數(shù)字量1，則這個段

33、就發(fā)光；如為0，則不發(fā)光。數(shù)字量與段的對應(yīng)關(guān)系如表3.1所示。數(shù)碼管原理圖如3-9所示。圖3-9 數(shù)碼管原理圖在本設(shè)計中使用了四個7段LED顯示器，而多位顯示器連用有兩種方法。其一，每一位都用各自的8位輸出口控制，在顯示某字符時，相應(yīng)的段恒定發(fā)光或不發(fā)光。這種顯示方法屬于靜態(tài)顯示。顯然，靜態(tài)顯示需占用較多的I/O口線。其二，是動態(tài)顯示。即將多個7段LED的段選端復(fù)接在一起，只用一個8位輸出口控制段選，段選碼同時加到各個7段LED顯示器上，通過控制各個顯示器公共陽極輪流接高電平的辦法，逐一輪流地啟動各個LED。在這種方法中，只要恰當(dāng)?shù)剡x擇點亮?xí)r間和間隔時間，就會給人以這樣一種假相：似乎各位LED

34、是“同時”顯示的。動態(tài)顯示法是目前各種單片機采用的流行方法。其優(yōu)點是硬件簡單，“動態(tài)”由軟件實現(xiàn)。因而我選用動態(tài)顯示的方法。其顯示格式如表3.2，其驅(qū)動電路如圖3.10所示。表3.1 七段LED字形碼顯示字符共陽極字符碼共陰極字符碼03FHC0H106HF9H25BHA4H34FHB0H466H99H56DH92H67DH82H707HF8H87FH80H96FH90H表3.2 數(shù)碼管顯示格式數(shù)碼管1數(shù)碼管2風(fēng)速D2模式E1定時A0圖 3-10驅(qū)動電路3.6 鍵盤設(shè)計 單片機系統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。 編碼鍵盤本身除了按鍵之外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。只要按下編碼鍵盤的某一個

35、鍵，它就能產(chǎn)生這個鍵的代碼，并稱為鍵碼，與此同時還產(chǎn)生一個脈沖信號，以通知CPU接收鍵碼，編碼鍵盤的優(yōu)點是使用比較方便，亦不需要編寫太復(fù)雜的程序。其缺點是使用的硬件較復(fù)雜。非編碼鍵盤的按鍵是排列成行、列矩陣形式的。按鍵的作用只是簡單地實現(xiàn)接點的接通或斷開，因此必須有一套相應(yīng)的程序與之配合，才能產(chǎn)生相應(yīng)的鍵碼，非編碼鍵盤幾乎不需要附加什么硬件電路。因此為了簡潔電路，我使用非編碼鍵盤。但使用非編碼鍵盤需要通過軟件來解決按鍵的識別、防抖動以及如何產(chǎn)生鍵碼的問題?；阪I數(shù)少的原因我采用獨立式鍵盤接口與單片機相連接，因為它占用的I/O口不多。圖中每個按鍵占用一個口，彼此獨立，互不影響。上拉電阻保證按鍵沒

36、被按下時，I/O口輸入高電平。獨立式鍵盤可工作在查詢方式下，通過I/O口讀入鍵狀態(tài)，當(dāng)有鍵被按下時I/O口變?yōu)榈碗娖?，而未被按下的鍵對應(yīng)為高電平，這樣通過讀電平狀態(tài)可判斷是否有鍵按下和哪個鍵被按下。圖3-11發(fā)射端鍵盤 發(fā)射端采用矩陣按鍵，其中0，1，2按鍵用于風(fēng)扇的定時，模式，調(diào)速切換。其他按鍵用于擴展控制其他家用電器，如電腦等，也可以用于設(shè)置密碼鎖等功能，其具體事情由用戶自己設(shè)定。4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計該系統(tǒng)的控制軟件主要可以分為測溫和紅外兩個大的部分，其中具體有單片機初始化程序、定時服務(wù)程序、紅外發(fā)射編碼和紅外接收解碼程序等模塊。4.1 定時/計數(shù)器應(yīng)用4.1.1 定時/計數(shù)器功能簡介AT8

37、9C51單片機內(nèi)部設(shè)有兩個16位可編程的定時/計數(shù)器，簡稱定時器0和定時器1，分別用T0和T1表示。其功能同一般定時計數(shù)器，主要作用是：第一，作為一段特定時間長短的定時；第二，可以計算由T1或T0引腳輸入的脈沖數(shù)，前者在應(yīng)用上可以產(chǎn)生正確的時間延遲及定時去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，而后者則是計數(shù)器或者計頻器的設(shè)計。在本設(shè)計中這兩種作用都用到了。這兩個定時器本身有四種工作模式可供使用，如表4-1所示。表4-1 四種工作模式M1 MO工作方式功能說明0 0模式013位計數(shù)器 0 1模式116位計數(shù)器1 0模式28位自動重裝計數(shù)器1 1模式3定時器0：分成兩個8位計數(shù)器定時器1：停止計數(shù)4.1.2 定時器相

38、關(guān)的控制寄存器TMOD為模式控制寄存器，主要用來設(shè)置定時/計數(shù)器的操作模式；TCON為控制寄存器，主要用來控制定時器的啟動與停止。兩個16位的定時/計數(shù)器T0和T1均可以分成2個獨立的8位計數(shù)器即TH0、TL0、TH1、TL1，它們用于存定時或計數(shù)的初值。模式控制寄存器-TMOD TMOD是一個專用寄存器，用于控制T1和T0的操作模式及工作方式，其各位定義如下：表4-2 TMOD寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0· GATE：門控位。當(dāng)GATE0，定時器只由軟件控制位TR0或TR1來控制啟停。位為1，定時器啟動開始工作；為0時，定時器停止工

39、作。當(dāng)GATE1時，定時器的啟動要由外部中斷引腳和位共同控制。只有當(dāng)外部中斷引腳或為高時，置1才能啟動定時器工作。· C/：功能選擇位。當(dāng)C/O時設(shè)置為定時器工作方式；計數(shù)脈沖由內(nèi)部提供，計數(shù)周期等于機器周期。當(dāng)C/1時設(shè)置為計數(shù)器工作方式，計數(shù)脈沖為外部引腳T0或T1的引入的外部脈沖信號。 · M1、M0：操作模式控制位，2位可形成4種編碼，對應(yīng)于4種操作模式。TMOD模式控制寄存器不能進行位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置定時器的工作方式及操作模式，低4位用于定義定時器0，高4位用于定義定時器1。系統(tǒng)復(fù)位時TMOD所有位均為0。模式控制字的設(shè)置舉例： 若設(shè)置定時器1為定時器

40、工作方式，由軟件啟動，選擇操作模式2；定時器0為計數(shù)方式，由軟件啟動，選擇操作模式1。則TMOD各位設(shè)置為：0 0 l 0 0 1 O l 25H用MOV TMOD，25H指令寫入TMOD中?？刂萍拇嫫?TCON TCON的作用是用于控制定時器的啟動、停止及定時器的溢出標(biāo)志和外部中斷觸發(fā)方式等。各位定義如下：表4-3 TCON寄存器8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0· TF1和TF0；分別為定時器1和定時器0溢出標(biāo)志。當(dāng)定時器計滿產(chǎn)生溢出時，由硬件自動置“1”，并可申請中斷。進人中斷服務(wù)程序后，由硬件自動清0。這兩位也可作

41、為程序查詢的標(biāo)志位，在查詢方式下應(yīng)由軟件來清0。· TR1和TR0：為定時器1和定時器0的啟動控制位。當(dāng)由軟件使TRi清0而停止定時器的工作。定時器啟動時該位應(yīng)置“1”。定時器的啟動與門控位和外部中斷引腳有關(guān)。當(dāng)GATE設(shè)置為0，定時器的啟動由TRi1控制；而當(dāng)GATE設(shè)置為1時，定時器啟動除了TRi1外，還要求外部中斷引腳1時定時器方可啟動工作。· IE1和IE0：為外部中斷1 和外部0 的中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)外部中斷源有請求時其對應(yīng)的中斷標(biāo)志位置“1”。其復(fù)位由觸發(fā)方式來設(shè)置。· IT1和IT0：為外部中斷1和外部中斷0的觸發(fā)方式選擇位。ITi設(shè)置為“0”時為電

42、平觸發(fā)方式；設(shè)置為“1”時為邊沿觸發(fā)方式。TCON中低4位是與外部中斷有關(guān)的位，高4位為定時器控制位。它是一個可以進行位尋址的寄存器。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時所有位均為0。若要啟動定時器可以使用位 操作指令SETB TRi來啟動。4.1.3 定時計數(shù)器的操作模式模式1在模式1 工作下，計數(shù)器最多可計數(shù)個數(shù)為 M65536，計時時間最長為 1.085us*6553672ms (4-1)而計數(shù)初值的加載方法為：TL0(65536-C).MOD.256 (4-2)TH0(65536-C)/256 (4-3)其中C為所要計數(shù)的值，計數(shù)時間長度為： 1.085us*C (4-4)模式2模式2有自動重新加載初值的功能

43、，使定時器做更精確的計時。在模式2 工作下，計數(shù)器最多可計數(shù)個數(shù)為M256，計時時間最長為： 1.085us*2560.28ms (4-5)而計數(shù)初值的加載方法為： TH0256-C (4-6)其中C為所要計數(shù)的值，計數(shù)時間長度為： 1.085us*C (4-7)本設(shè)計采用模式2.其具體程序如下：TMOD=0x22; /8位自動重裝模式TH1=0xf3; /40KHZ初值TL1=0xf3;4.2 遙控碼的發(fā)射4.2.1 遙控碼的發(fā)射當(dāng)某個操作按鍵按下時，單片機先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)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)射出去。通常，紅外遙控是將遙控信號（二進制脈沖碼）調(diào)

44、制在40KHz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頻率為40KHz（周期為26us）的載波信號進行脈幅調(diào)制（PAM），再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。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,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。4.2.2 發(fā)射端

45、程序流程圖發(fā)射控制程序由主程序和鍵掃描程序、編碼發(fā)送程序組成，在主程序中，采用鍵掃描子程序完成各個按鍵的功能，遙控發(fā)射主程序的流程圖如圖4-1所示：圖 4-1遙控發(fā)射主程序流程圖圖4-2 遙控發(fā)射器遙控碼發(fā)射程序流程圖4.3 紅外接收 遙控接收部分的主程序及初始化及延時過程如下:首先初始化,然后判斷是否是低電平,若是低電平則啟動中斷，若不是則等待，顯示輸出。4.3.1 數(shù)碼幀的接收處理當(dāng)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。若第一位低電平碼的脈寬小于2ms，將作為錯誤碼處理。當(dāng)間隔位的高電平脈寬大于3

46、ms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(yīng)輸出口的操作。圖4-3就是紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。1ms第一位1ms10ms3ms10ms圖4-3 紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖4.3.2 接收端程序流程圖圖4-4 遙控接收器主程序流程圖中斷過程: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(yīng)功能程序.此時中斷返回. 圖4-5 中斷程序流程4.4 調(diào)速單元本設(shè)計目的在于利用51單

47、片機來實現(xiàn)對風(fēng)扇的紅外遙控，來達到對風(fēng)扇的風(fēng)速控制，以實現(xiàn)自然風(fēng)、睡眠風(fēng)和正常風(fēng)的風(fēng)速控制。4.4.1 調(diào)速原理脈寬調(diào)制技術(shù)是利用數(shù)字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對電機的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量，PWM控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)為：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。4.4.2 調(diào)速方法圖4-6為PWM降壓斬波器的原理電路及輸出電壓波形。在圖a中，假定晶體管V1先導(dǎo)通T1，秒(忽略V1的管壓降，這期間電源電壓Ud全部加到電樞上)，然后關(guān)斷T2秒(這期間電樞端電壓為

48、零)。如此反復(fù)，則電樞端電壓波形如圖b中所示。電動機電樞端電壓Ua為其平均值。圖4-6 PWM降壓斬波器原理電路及輸出電壓波形原理圖 b)輸出電壓波形 (4-8)式4-9中 (4-9) 為一個周期T中，晶體管V1導(dǎo)通時間的比率，稱為負載率或占空比。使用下面三種方法中的任何一種，都可以改變的值，從而達到調(diào)壓的目的： (1)定寬調(diào)頻法：T1保持一定，使T2在0范圍內(nèi)變化； (2)調(diào)寬調(diào)頻法：T2保持一定，使T1在0范圍內(nèi)變化(3)定頻調(diào)寬法：T1+T2=T保持一定，使T，在0T范圍內(nèi)變化。不管哪種方法，的變化范圍均為0l，因而電樞電壓平均值Ua的調(diào)節(jié)范圍為0Ud，均為正值，即電動機只能在某一方向調(diào)

49、速，稱為不可逆調(diào)速。本設(shè)計采用定頻調(diào)寬法，AT89S52產(chǎn)生可控硅的移相脈沖，移相較的改變實現(xiàn)導(dǎo)通角的改變。T=50mS,將P0.4導(dǎo)通時間五等分，使T1在15之間變化，從而達到5級調(diào)速的目的，如圖4-7和4-8所示。圖4-7 調(diào)速示意圖圖 4-8 調(diào)速接線圖4.5 按鍵抖動問題鍵盤一般是由一組機械按鍵按照一定的規(guī)律組合而成，通過按鍵的通、斷作用輸入開關(guān)電壓信號。按鍵由斷開到閉會及由閉合到斷開時，由于機械觸點的彈性作用，按鍵的動作不是立刻完成的，在閉合及打開的瞬間有機械抖動的發(fā)生，抖動時間一般為510ms，表現(xiàn)在輸入電壓信號上為輸入信號是抖動的不穩(wěn)定的電平信號，其信號波形見圖4-9所示16。鍵

50、閉合穩(wěn)態(tài)時間由我的按鍵時間決定，一般為零點幾秒到幾秒之間。為了消除鍵抖動的影響，保證在按鍵閉合穩(wěn)定狀態(tài)下讀取鍵值，需要對鍵進行消抖處理。常用的消抖措施有硬件消抖和軟件消抖兩種。硬件消抖是采用硬件電路的方法對鍵盤的按下抖動及釋放抖動進行消抖，經(jīng)過消抖電路使按鍵的電平信號只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。常用的消抖電路有觸發(fā)器消抖電路、濾波消抖電路兩種。硬件消抖電路見圖4-10圖 4-9 按鍵抖動波形 圖 4-10 硬件消抖路 硬件消抖電路解決了鍵抖動問題，但當(dāng)所需按鍵比較多時，硬件消抖電路將變得復(fù)雜，成本也比較高。而這時就可以采用軟件消抖的方法。軟件消抖的基本原理是當(dāng)?shù)谝淮螜z測到有鍵按下時，根據(jù)鍵抖動時間的統(tǒng)計

51、規(guī)律先采用軟件延時的方法延時一段時間(一般可取10ms20ms)，然后再確認鍵是否仍保持閉合狀態(tài)，如仍保持閉合狀態(tài)則鍵真正被按下，此時可讀取鍵值，否則可視為干擾，對其不予理睬。采用軟件消抖方法可省去硬件消抖電路，可鍵盤的工作速度將被降低。在此設(shè)計中使用了軟件消抖，采用軟件延時的方法延時一段時間再確認鍵是否仍保持閉合狀態(tài)。4.6 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試在完成系統(tǒng)硬件的檢查后主要是對軟件進行調(diào)試，對遙控器的調(diào)試主要是用示波器觀察能否在遙控接收器中輸出圖4-3所示的波形，調(diào)整發(fā)射電阻的大小可以改變紅外線發(fā)射的作用距離。其性能指標(biāo)：調(diào)試后系統(tǒng)性能指標(biāo)測試如下：最大遙控距離： 10m發(fā)射接收角：水平最大90度  硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。軟件的調(diào)試程序見附錄。結(jié) 論這次畢業(yè)設(shè)計歷時2個月，從一開始的確定課題，到后來的資料查找、理論學(xué)習(xí)，再有就是近來的調(diào)試和測試過程