基于單片機的紅外遙控設(shè)計

1、基于單片機的紅外線遙控電機設(shè)計 信息與控制工程系1、 摘要：本文是經(jīng)過實際制作和調(diào)試而來介紹基于單片機的紅外線遙控電機的設(shè)計。在設(shè)計和制作過程中，采樣的芯片有AT89C51、74LS00、紅外線接受頭等。同時還介紹設(shè)計、制作和調(diào)試過程中遇到的問題是如何解決的。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能：檢測功能，自動判別功能，無線控制功能。2、 工作原理 在實際的工程操作過程中，有一些地方是我們不希望其他的非工作人員到達的地方時，高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下,采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。我們就要需要對這些地方施行一定的措施，對一些特定的裝置施行無線遙控。實施無線遙控的優(yōu)點有很多的，例如

2、：可以實現(xiàn)無線操作，智能操作，操作人員活動范圍大，使用方便，操控精準，無操作盲點。既可以省錢，又可以節(jié)省勞動力，同時，還可以對特定的人群和特定的設(shè)備實施保護；但無線遙控同樣也有其缺點：遙控距離不可以太遠，信號的錯誤接收，遙控的接收和發(fā)射范圍受到一定的限制等，雖然這些缺點通過一定的軟件和硬件可以得到改善，但效果并不是很明顯。 單片機是一種智能化的芯片，在處理信號方面有其特大的優(yōu)點。本設(shè)計，采樣了兩片AT89C51單片機芯片，這種芯片在市場上隨處都可以買到的，價格也不是很貴，性能還算穩(wěn)定，其芯片有40個引腳，4個I/O口，2個中斷口，2個定時/計數(shù)器，芯片內(nèi)有4KB的存儲，基本上可以滿足一些小產(chǎn)品

3、的開放?；趩纹瑱C的紅外線控制，其系統(tǒng)框圖如下圖1-1： 遙控器發(fā)射端有8個可以自由設(shè)置的按鍵，一旦按鍵確定下來，其對應(yīng)的單片機的端口功能也就確定下來了，這也將是軟件設(shè)計的基礎(chǔ)。當操作者按下發(fā)射端上對應(yīng)的功能鍵鍵時，首先對應(yīng)按鍵的脈沖信號傳送給單片機的輸入/輸出口，觸發(fā)相應(yīng)的功能，按照對應(yīng)的程序發(fā)出相應(yīng)的脈沖個數(shù)，進而發(fā)射給遙控器接收端，接收端采樣中斷的處理的方法，對接收到的脈沖信號立即進行動作處理，之所以不采樣查詢的方式，是因為，可能會存在這樣的一個狀態(tài)，當脈沖信號來的時候，我就要執(zhí)行器立即動作，可是現(xiàn)在的程序并沒有執(zhí)行到這里，那導(dǎo)致的后果就是已經(jīng)傳送過來的脈沖信號“失效”。當遙控器接收端接

4、收到相應(yīng)的脈沖個數(shù)時候，此時發(fā)出相應(yīng)的控制信號，來對驅(qū)動電路進行控制。 在這個設(shè)計中，由于要對被控對象實施高精度的控制，所以對電動機的控制要求很高，按照控制的要求來說，我們本應(yīng)該使用伺服電動機或是步進電機，同時配上脈沖編碼器來實現(xiàn)的。但由于受到實驗條件和實驗器材的限制，我們對這個部分做了一個小小的處理，采樣了中斷和定時器中斷來處理兩個被檢測信號。 當遙控系統(tǒng)出故障的時候，我們可以采用手動裝置來實現(xiàn)和遙控一樣的操作。這樣就保證了系統(tǒng)的可靠工作。3、 方案論證：一、硬件：（1） 遙控器發(fā)射端：方案一：采樣純數(shù)字電路的來實現(xiàn)對紅外線線信號的發(fā)射，電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便。但一旦電路制作成功之后，調(diào)試到

5、滿意的性能后，電路就固定了，不能夠?qū)υ瓉淼碾娐愤M行升級，要是想升級的話，就必須通過改變硬件電路的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)特定的功能，同時，對實現(xiàn)功能的增加也是極不方便的。方案二：采樣單片機電路來實現(xiàn)遙控器的發(fā)射功能，電路結(jié)果簡單，電路的功能可以是自由改變的，可以自由的增加一些功能，對整個系統(tǒng)的升級是很方便的，只有通過對軟件的改寫就可以實現(xiàn)特定的功能，相對于通過純數(shù)字電路來實現(xiàn)的功能來說具有更大的優(yōu)勢。鑒于實際工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，在設(shè)計中，采樣方案二是符合我們的功能要求，所以就選擇了單片機電路來實現(xiàn)遙控器發(fā)射端的任務(wù)。詳細電路見圖2-1。 圖2-1 遙控器發(fā)射端電路圖具體的動作過程：當操作者要實現(xiàn)一個工業(yè)動作的時

6、候，只需要按下手中的遙控器按鍵，就可以實現(xiàn)。例如：按鍵1的作用是加緊一個重物，只要操作者 按下遙控器上按鍵1，一個低電平就傳送到單片機的輸入/輸出口，單片機接收 到這個信號的時候，將程序轉(zhuǎn)移到對應(yīng)的程序入口，發(fā)射相應(yīng)的一個脈沖序列，這個脈沖序列，是唯一的，不會和其他脈沖數(shù)相同。在37KHZ脈沖載波下，將這 個唯一的脈沖序列傳送出來，發(fā)射個遙控器接收端。(2)遙控器接收端方案一：采樣專用的紅外線接收器，可以輸出很精確的，很規(guī)范的理想脈沖序列，但同樣的也存在的問題，系統(tǒng)的升級和換代的不到很好的解決。只有改變硬件的電路，或者是增加硬件電路來實現(xiàn)特定的功能。使得問題復(fù)雜化，提高了系統(tǒng)的開銷費用。方案二

7、：采樣單片機電路來實現(xiàn)紅外線遙控器的接收，也可以得到精確的脈沖序列，不會因為不是專用的芯片而使得脈沖序列有所丟失。同時也可以在單片機的P1口增加手動操作按鍵，這些按鍵的作用和遙控器上按鍵的作用上一樣的，就是為了在遙控系統(tǒng)出問題的時候，我們操作者可以通過手動的按鍵來實現(xiàn)特定的功能，提高系統(tǒng)連續(xù)工作的可靠性。鑒于實際的工業(yè)應(yīng)用，我們采樣方案二來實現(xiàn)對紅外線的接收。詳細的電路圖見圖2-2： 圖2-2 遙控器接收端電路圖具體的動作過程：當紅外線接收端接收到一個發(fā)射端發(fā)射的脈沖信號時，通過中斷和計數(shù)器來對脈沖序列信號進行處理，中斷響應(yīng)立即執(zhí)行相應(yīng)的操作功能，計算器對傳來的脈沖個數(shù)進行計數(shù)，識別功能鍵號。

8、而當遙控器系統(tǒng)出現(xiàn)問題的時候，只需要通過操作手動按鍵就可以來實現(xiàn)和遙控器一樣的功能。（2） 控制與驅(qū)動電路方案一：采樣直接控制的方法。由于單片機輸出的信號，從電壓來看，的確是5V。但是，從電流來看，小的很。也就是說單片機直接來對H橋式電路實施控制，是行不通的，在實際的調(diào)試中，我們已經(jīng)得到了驗證了。方案二：采樣一個74LS00來實現(xiàn)信號的放大，具體的就是的通過單片機的端口電壓信號來控制74LS00的輸出信號，這個信號電壓仍然是5V，但是它的輸出電流大大的增加，在對H橋式電路實施控制的時候，明顯的可以看出。鑒于單片機輸出的電流信號太弱，所以采樣了一個74LS00來對電流信號進行放大。詳細的電路見圖

9、2-3、圖2-4：具體的工作過程：例如兩臺電動機同時動作的時候，可以假設(shè)單片機端口的控制信號，分別為P0.0=0、P0.11、P0.31、P0.41，規(guī)定P0.0=0、P0.11、 P0.31、P0.41的時候，電動機1為反轉(zhuǎn);當P2.0=1、P2.11、P2.30、P2.51時,電動機2為正轉(zhuǎn)。此時，P0.0、P0.1、P0.3、 P0.4、 P2.0、P2.1、P2.3、 P2.5口通過74LS00芯片對電流信號進行放大，通過74LS00的輸出口給H橋?qū)嵤┛刂?。使得相?yīng)的三極管基極得電，此時三極管相當于開關(guān)，形成一條電流得通路，電動機得電，按照特定得規(guī)律旋轉(zhuǎn)。此時，如果被控制的對象受到一定

10、外界因素的影響或是不滿足功能要求的時候，這個時候就會從檢測裝置傳來一個中斷信號，對系統(tǒng)實施強制性的動作；如果單片機的旋轉(zhuǎn)滿足了一定的功能要求，脈沖編碼器也會傳來一個信號的，此時我們利用計數(shù)器對這一路實施強制性的中斷。 圖2-3 控制電路（3） 執(zhí)行器 方案一：采樣普通的直流電動機。普通電動機容易在市場上買到，可以很方便的進行使用和編程。但是對控制的精度不夠。方案二：采樣步進電機。步進電機用電脈沖信號進行控制，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程或設(shè)備的數(shù)字控制。它可以把脈沖數(shù)轉(zhuǎn)化為角位移，其編程不是很困難。在設(shè)計的設(shè)計的過程中，我們采樣的都是步進電機和脈沖編碼器結(jié)合起來進行設(shè)計的。將步進電動機所轉(zhuǎn)的角度通過鋸齒來

11、形成一系列的脈沖數(shù)，這些脈沖數(shù)是通過脈沖編碼器來記錄的，當滿足設(shè)定值時，單片機就動作。 圖2-4 電動機驅(qū)動（H橋式電路）（4） 檢測裝置此部分主要包括重量檢測和高度檢測，重量檢測采樣霍爾元件；高度檢測通過脈沖編碼器來實現(xiàn)。由于實際的檢測元件價格很高，在一般的地方買不到，所以這部分采用的是一個開關(guān)來模擬的。(5)系統(tǒng)總電路圖2-5：二、軟件（1）遙控器發(fā)射端程序流程圖：（2）遙控器接收端程序流程圖：（3）檢測裝置程序流程圖：由于采用了開關(guān)量來實現(xiàn),所以就不很簡單了.程序流程就省略.（4）源程序：'遙控器發(fā)射程序 '* ' 初始化程序 '* CLEAR: MOV

12、P0,#00H MOV P2,#00H CLR P3.5 RET'*' 鍵盤消抖動程序'* KEYWORK: MOV A,#0FFH MOV P0,A MOV A,P0 CPL A ANL A,#00H JZ NEXT LCALL DD NEXT: MOV A,#0FFH MOV P2,A MOV A,P2 CPL A ANL A,#00H JZ KEYWORK LCALL DD0 DD: LCALL DL10MS MOV A,#0FFH MOV P0,A MOV A,P0 CPL A ANL A,#00H DD0: MOV A,#0FFH MOV P2,A MOV A

13、,P2 CPL A ANL A,#00H RET'*' 延時10ms程序'*DL10MS: MOV R4,#90DL10MS1: MOV R3,#54DELAY: DJNZ R3,DELAY DJNZ R4,DL10MS1 NOP NOP NOP NOP NOP NOP RET '* ' 主程序 '* ORG 0000H AJMP START ORG 0030H START:LCALL CLEAR LCALL KEYWORK JB ACC.0,ONE JB ACC.1,FOUR JB ACC.2,FIVE JB ACC.3,EIGHT JB AC

14、C.4,TWO JB ACC.5,THREE JB ACC.6,SIX JB ACC.7,SEVEN SJMP START'*' 發(fā)脈沖程序'* ONE: MOV A,#02H '待機 LJMP REMOTE RET TWO: MOV A,#03H '7.62cm LJMP REMOTE RET THREE: MOV A,#04H '8.4cm LJMP REMOTE RET FOUR: MOV A,#05H '9.14cm LJMP REMOTE RET FIVE: MOV A,#06H '10.14cm LJMP REMOTE

15、 RET SIX: MOV A,#07H '10.67cm LJMP REMOTE RET SEVEN: MOV A,#08H ' 復(fù)位 LJMP REMOTE RET EIGHT: MOV A,#09H '電源 LJMP REMOTE RET'*' 編碼發(fā)射程序'* REMOTE: MOV R1,A LJMP OUT3OUT:MOV R0,#55HOUT1:SETB ET1 SETB TR1 NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R0,OUT1 MOV R0,#32HOUT2:CLR TR1 CLR ET1 NOP NOP NOP

16、NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R0,OUT2 DJNZ R1,OUT LCALL DL500MS RETOUT3:MOV R0,#0FFH LJMP OUT1'*' 500ms延時程序'* DL500MS： MOV R4，#32HDL5000MS1：LCALL DL10MS DJNZ R4，DL5000MS1 RET 接收程序'*'主程序和中斷程序入口'*ORG 0000H LJMP STARTORG 0003H LJMP INTEX0ORG 000BH RETIORG 0013H RETIORG 00

17、1BH RETIORG 0023H RETIORG 002BH RETI '*' 初始化程序'* CLEAR: CLR A DEC A MOV P0,A MOV P1,A MOV P2,A MOV P3,A CLEAR1: MOV IE,#00H SETB EX0 SETB EA RET '* ' 主程序 '* START: LCALL CLEAR '* '中斷接收程序 '* INTEX0: CLR EX0 JNB P3.1,READ1 READOUTT0: SETB EX0 RETI READ1: CLR A MOV D

18、PH,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 DELAY DJNZ R1,READ13 MOV R2,A DEC A DEC A JZ FUN0 DEC A JZ FUN1 DEC A JZ FUN2 DEC A JZ FUN3 DEC A JZ FUN4 DEC A JZ FUN

19、5 DEC A JZ FUN6 DEC A JZ FUN7 DEC A JZ FUN8 NOP NOP LJMP READOUTT0 FUNO:MOV R0,#02H MOV A,R2 CLR C SUBB A,R0 JNC NEXT0 RET FUN1:MOV R0,#03H MOV A,R2 CLR C SUBB A,R0 JC NEXT1 RET FUN2:MOV R0,#04H MOV R0,#03H MOV A,R2 CLR C SUBB A,R0 JC NEXT2 RET FUN3: MOV R0,#05H MOV A,R2 CLR C SUBB A,R0 JC NEXT3 RET

20、 FUN4: MOV R0,#06H MOV A,R2 CLR C SUBB A,R0 JC NEXT4 RET FUN5:MOV R0,#07H MOV A,R2 CLR C SUBB A,R0 JC NEXT5 RET FUN6:MOV R0,#08H MOV A,R2 CLR C SUBB A,R0 JC NEXT6 RET FUN7:MOV R0,#09H MOV A,R2 CLR C SUBB A,R0 JC NEXT7 RET FUN8:MOV R0,#10H MOV A,R2 CLR C SUBB A,R0 JC NEXT8 RET NEXTO:CJNE A,#00H,$ CJN

21、E A,#01H,X1 CJNE A,#02H,X2 CJNE A,#03H,X3 CJNE A,#04H,X4 CJNE A,#05H,X5 CJNE A,#06H,X6 CJNE A,#07H,X7 CJNE A,#08H,X8 RET NEXT1:CJNE A,#00H,$ CJNE A,#01H,X9 CJNE A,#02H,X10 CJNE A,#03H,X11 CJNE A,#04H,X12 CJNE A,#05H,X13 CJNE A,#06H,X14 CJNE A,#07H,X15 CJNE A,#08H,X16 RET NEXT2:CJNE A,#00H,$ CJNE A,#

22、01H,X17 CJNE A,#02H,X18 CJNE A,#03H,X19 CJNE A,#04H,X20 CJNE A,#05H,X21 CJNE A,#06H,X22 CJNE A,#07H,X23 CJNE A,#08H,X24 RET NEXT3:CJNE A,#00H,$ CJNE A,#01H,X25 CJNE A,#02H,X26 CJNE A,#03H,X27 CJNE A,#04H,X28 CJNE A,#05H,X29 CJNE A,#06H,X30 CJNE A,#07H,X32 CJNE A,#08H,X33 RET NEXT4:CJNE A,#00H,$ CJNE

23、 A,#01H,X34 CJNE A,#02H,X35 CJNE A,#03H,X36 CJNE A,#04H,X37 CJNE A,#05H,X38 CJNE A,#06H,X39 CJNE A,#07H,X40 CJNE A,#08H,X41 RET NEXT5:CJNE A,#00H,$ CJNE A,#01H,X42 CJNE A,#02H,X43 CJNE A,#03H,X44 CJNE A,#04H,X45 CJNE A,#05H,X46 CJNE A,#06H,X47 CJNE A,#07H,X48 CJNE A,#08H,X49 RET NEXT6:CJNE A,#00H,$

24、CJNE A,#01H,X50 CJNE A,#02H,X51 CJNE A,#03H,X52 CJNE A,#04H,X53 CJNE A,#05H,X54 CJNE A,#06H,X55 CJNE A,#07H,X56 CJNE A,#08H,X57 RET NEXT7:CJNE A,#00H,$ CJNE A,#01H,X58 CJNE A,#02H,X59 CJNE A,#03H,X60 CJNE A,#04H,X61 CJNE A,#05H,X62 CJNE A,#06H,X63 CJNE A,#07H,X63 CJNE A,#08H,X64 RET NEXT8:CJNE A,#00

25、H,$ CJNE A,#01H,X65 CJNE A,#02H,X66 CJNE A,#03H,X67 CJNE A,#04H,X68 CJNE A,#05H,X69 CJNE A,#06H,X70 CJNE A,#07H,X71 CJNE A,#08H,X72 RET;*;延遲程序(513us);*DELAY: MOV RO,#0FFHDELAY1: DJNZ RO,DELAY1 RET;*;延遲10ms;*DL10MS:MOV R1,#14HDL10MS1:LCALL DELAY DJNZ R1,DL10MS1 RETEND4、 調(diào)試：(1) 調(diào)試設(shè)備PC機仿真儀器系列開發(fā)系統(tǒng)V-252

26、20MHZ 雙蹤示波器YB1732A3A 直流穩(wěn)壓電源信號發(fā)生器萬用表(2)調(diào)試步驟：a.硬件調(diào)試 給單片機底座上電，不加芯片，用萬用表來檢測各個電源引腳，若是電源引腳上的電壓不對或者說是沒有電壓,則要通過實際的線路來檢查,看是不是線路沒有焊接好，或是虛焊等.同樣的方法，可以利用萬用表來測量各個待測點b.軟件調(diào)試采用在線調(diào)試的方法.將待測試的程序?qū)懭氲脑诰€調(diào)試的單片機芯片內(nèi),首先,調(diào)試發(fā)射端的芯片.具體的方法就是將紅外線發(fā)射管上的引腳的正極接到示波器的引線上,觀察波形情況.若是沒有波形,則說明程序或者是電路的焊接有問題,先查找硬件電路的問題,再進行軟件的查找,直到將信號調(diào)試出來,并達到自己的要求和目的為止!采用在線調(diào)試有利于軟件的調(diào)試和查錯.其次,調(diào)試接收端的芯片.具體的方法就是,先將紅外線接收部分放到一邊,就是純粹的通過手動部分來實現(xiàn)相應(yīng)的功能,當手動部分測試結(jié)束的時候,可以將通過特殊的手段給接收端一個特殊的脈沖信號,看執(zhí)行器是否按照預(yù)期的目的進行動作.最后,將兩部分的電路聯(lián)合起來進行調(diào)試,再調(diào)試的過程中,要確保自己的硬件是沒有問題,