智能空調(diào)遙控器設(shè)計的硬件部分

1、 . . . 目錄目錄I摘要3第1章緒論51.1 研究背景與意義51.2 智能空調(diào)遙控器的發(fā)展?fàn)顩r61.3 畢業(yè)設(shè)計主要工作7第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計82.1 系統(tǒng)總體需求82.1.1 系統(tǒng)需求82.1.2 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)82.2主要芯片選擇82.3 Atmega32簡介92.4 紅外遙控原理92.5 系統(tǒng)總體方案設(shè)計10第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計123.1 最小系統(tǒng)設(shè)計123.1.1系統(tǒng)電源模塊設(shè)計123.1.2 系統(tǒng)晶振模塊設(shè)計123.1.3 系統(tǒng)復(fù)位模塊設(shè)計133.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計133.2.1 紅外接收模塊設(shè)計133.2.2 紅外發(fā)送模塊設(shè)計143.2.3 存儲電路設(shè)計143.2.4 人機交互

2、模塊設(shè)計153.2.5 RS232、RS485通訊電路設(shè)計163.2.6 溫度測量電路設(shè)計17第4章 PCB設(shè)計194.1 PCB設(shè)計流程194.2 幾個需注意問題204.2.1 布局的重要性204.2.2 時鐘線的處理204.2.3 電源與地線處理214.2.4 一些細(xì)節(jié)問題214.3 布線經(jīng)驗總結(jié)21第5章結(jié)論23致24參考文獻2523 / 23摘 要紅外遙控是目前常用的一種通信和遙控方法，有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，廣泛應(yīng)用于各種家電產(chǎn)品、金融和商用設(shè)施以與工業(yè)設(shè)備中。智能空調(diào)遙控器是智能家居領(lǐng)域研究的熱點。本文開發(fā)了一款基于AVR單片機Atmega32微處理器的學(xué)習(xí)型紅外遠(yuǎn)

3、程智能遙控器。該遙控器采用測量脈沖寬度的方法，可學(xué)習(xí)并存儲其他遙控器的編碼信息，利用存儲的遙控編碼信號控制相應(yīng)的器件，達(dá)到用一個遙控器代替多個遙控器控制空調(diào)的目的。論文簡要闡述了紅外編碼解碼原理，重點設(shè)計了遙控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程，并在實現(xiàn)紅外遙控器智能學(xué)習(xí)、遙控功能、上位機控制等基本功能后，進一步在上位機軟件編寫網(wǎng)絡(luò)通信模塊，實現(xiàn)了對遠(yuǎn)程空調(diào)設(shè)備的遙控與監(jiān)視。測試結(jié)果表明，該智能空調(diào)遙控器具有操作方便、運行穩(wěn)定和接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的優(yōu)點。關(guān)鍵詞：Atmega32；紅外；智能遙控；空調(diào)遙控；遠(yuǎn)程監(jiān)控AbstractInfrared remote control is one of the mos

4、t popular communication and remote control method, has the advantages of small size, low power consumption, strong function, low cost, widely used in all kinds of household electrical appliances, financial and commercial facilities and industrial equipment. Intelligent remote controller of air condi

5、tioner is a research hotspot in the field of intelligent home furnishing. This paper develops a AVR based on the single-chip microprocessor Atmega32 learning infrared remote intelligent remote controller. The remote controller utilizes pulse width measurement method, learning and memory in other rem

6、ote control coding information, using the stored remote control coding signal to control the corresponding device, to use a remote control instead of a plurality of remote control air conditioning purposes. This paper briefly expounds the infrared coding principle, focus on the design of the remote

7、control system's hardware and software processes, and in the realization of infrared remote control, remote control, intelligent learning function of PC control and other basic functions, further in PC software programming network communication module, realizes the remote air-conditioning device

8、 remote control and monitoring. The test results show that, the intelligent air conditioner remote controller has the advantages of convenient operation, stable operation and receive data accurately.Key words: Atmega32; infrared; intelligent control; remote control; remote monitoring第1章 緒論1.1研究背景與意義

9、在炎熱的夏天，你可以在下班前在辦公室通過電腦打開家里的空調(diào)，回到家里便能享受清涼；在寒冷的冬季，則可以享受到融融的溫暖?；丶仪皢与婏堨遥坏郊揖涂梢猿陨舷銍妵姷拿罪?。全球信息化以與人民生活水平不斷提高，這種智能家居的生活方式成為個性化的用戶追求的目標(biāo)之一。智能家居是指利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將家庭部所有的設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)通過智能家庭網(wǎng)絡(luò)連接成一體，實現(xiàn)對所有家庭網(wǎng)絡(luò)上的家電和設(shè)備的遠(yuǎn)程使用和控制，以與滿足其他任何要求的信息交換，如數(shù)據(jù)通信等，通過統(tǒng)籌管理，實現(xiàn)一種SOHO(small office home office)網(wǎng)，為人們提供各種豐富、多樣化、個性化、方便、

10、舒適、安全和高效的服務(wù)。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空問；而且提供全方位的信息交換功能，優(yōu)化人們的生活方式?；贗nternet的用于遠(yuǎn)程監(jiān)控的智能遙控器是智能家居系統(tǒng)中的重要組成部分。 隨著計算機與Internet技術(shù)的迅速發(fā)展，大圍的信息高速傳輸和資源共享已經(jīng)實現(xiàn)，極大的方便了人們的生活。同時，嵌入式技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也面臨新的機遇和挑戰(zhàn)，人們對各種電器產(chǎn)品、控制設(shè)備等提出了新的需求，其中之一表現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)與Internet的結(jié)合。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)前工業(yè)自動化應(yīng)用領(lǐng)域研究的熱點之一，基于嵌入式Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是借助成熟的

11、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成監(jiān)視與控制任務(wù)，將監(jiān)控圍擴展到更廣空間，進一步推進了控制技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化、分散化和開放化發(fā)展。人們的生活水平在不斷提高，需求進一步增加。在滿足人們基本生活的同時，方便性和創(chuàng)新性的需要體現(xiàn)的越來越明顯，尤其對于家庭生活。因此，家居的智能化是目前遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域的新熱點，而家居的智能化不僅僅表現(xiàn)在設(shè)備與人的近距離交互，還要體現(xiàn)在遠(yuǎn)程操作上1。所以，如何利用遠(yuǎn)程計算機對家電、機房的空調(diào)、整棟大樓的可遙控設(shè)備進行控制和監(jiān)視，解決方案可能是仁者見仁智者見智，特別是對基于互聯(lián)網(wǎng)的能夠?qū)W習(xí)并能進行實時遠(yuǎn)程監(jiān)控的智能遙控器系統(tǒng)的研究1。 另一方面智能化家居系統(tǒng)進入了千家萬戶，這些家具電器中如空調(diào)、電

12、冰箱、電視機等等，都使用遙控器進行控制。紅外線遙控器是一種用戶可以在幾米甚至幾十米就能對各種電器進行控制的裝置，理所當(dāng)然的得到了廣泛應(yīng)用。但是由于不同品牌家用電器的紅外線遙控器采用了不同的頻率或編碼方式，導(dǎo)致這些遙控器不能相互通用，每個家用電器必須擁有一個不同的遙控器，這給人們的生活帶來了諸多不便。為了減少家庭中紅外線遙控器的數(shù)目，已經(jīng)有很多廠家設(shè)計和生產(chǎn)了一種稱為萬能遙控器的紅外線遙控裝置。萬能遙控器具有接收、存儲和發(fā)送紅外線編碼的功能，通過對不同普通遙控器發(fā)出的紅外線編碼進行學(xué)習(xí)和存儲，萬能遙控器可以對多個家用電器進行遙控，從而可以減少家庭中遙控器的數(shù)目2。1.2 智能空調(diào)遙控器的發(fā)展?fàn)顩r

13、目前，人們對各種電器產(chǎn)品、控制設(shè)備等提出了新的需求，其中之一表現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)與Internet的結(jié)合。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)前工業(yè)自動化應(yīng)用領(lǐng)域研究的熱點之一，基于嵌入式Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是借助成熟的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成監(jiān)視與控制任務(wù)，將監(jiān)控圍擴展到更廣空間，進一步推進了控制技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化、分散化和開放化發(fā)展。智能家居的概念最早出現(xiàn)在美國，一般指利用先進的計算機、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將家中的設(shè)備（如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電）通過家庭總線技術(shù)連接到一起。我國智能家居的興起最早可追溯到1995年3月。當(dāng)時，國家科委正式批準(zhǔn)啟動了國家首批重大科技產(chǎn)業(yè)工程項目-“2000年小康型

14、城鄉(xiāng)住宅科技產(chǎn)業(yè)工程”，其中便包含了數(shù)字家庭的容。近年來，智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。但是，可能因為智能家居的不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)目前難以統(tǒng)一，尤其在標(biāo)準(zhǔn)化接口和通訊協(xié)議（協(xié)議問題，即諸多家電和網(wǎng)絡(luò)能夠彼此相容）等方面，為智能家居的迅速普與帶來了很大的障礙。只有科學(xué)地、有預(yù)見性地處理好這些問題，才能更好、更快地啟動智能家居市場，真正實現(xiàn)使人類的生活更簡單，更安全，更舒適和更高效的目的。遙控器是智能家居的控制終端。所以，對智能遙控器的研究是智能家居領(lǐng)域的熱點，特別是與我們的生活息息相關(guān)的空調(diào)遙控器。遙控器的實現(xiàn)原理，是在遙控器的部芯片中存放了對應(yīng)電器可以解析的編碼,從而在使用中,可以和電器進行互相通信。智能遙

15、控器的實現(xiàn)原理就是對芯片部的存儲器進行了擴展，先收集市場上可能存在的所有遙控器的編碼，然后將這些編碼存儲在萬能遙控器部的芯片里，對這些編碼根據(jù)電器的型號進行編號（也就是代碼表），在實際使用時，根據(jù)電器的型號從代碼表里找到編號，按照使用要求輸入編號，就可以使用了。 智能遙控器基于嵌入式系統(tǒng)，具有強大的可擴展性和可編程性，可以通過增加簡單的外圍設(shè)備和軟件編程靈活的支持其他功能智能遙控器包括三個子系統(tǒng)：接收子系統(tǒng)、發(fā)送子系統(tǒng)和核心子系統(tǒng)接收子系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換、信號放大、高速采樣以與數(shù)據(jù)分析等模塊，發(fā)送子系統(tǒng)包括遙控發(fā)送、發(fā)送保持和電光轉(zhuǎn)換模塊，核心子系統(tǒng)包括中央處理、鍵盤控制、LCD顯示以與存儲等模

16、塊3。1.3 畢業(yè)設(shè)計主要工作如前所述，本畢業(yè)設(shè)計的基本容包括智能遙控器的硬件設(shè)計、焊接與調(diào)試；智能空調(diào)遙控器的硬件程序的編寫；PCB設(shè)計與制板；上位機軟件與下位機之間的通信協(xié)議設(shè)計、上位機軟件編寫等。項目難點在于實現(xiàn)對各種不同型號空調(diào)遙控器的學(xué)習(xí)，并進一步的進行控制，具體控制項有開機（ON）、關(guān)機OFF）、除濕（DEHUM）、自動（AUTO）、制冷（COOL）、制熱（HEAT）、升溫（T+）、降溫（T-）。上位機軟件部分的遠(yuǎn)程通信模塊,需要建立主機服務(wù)器，需要了解TCP/IP通信協(xié)議4。第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計12.1 系統(tǒng)總體需求2.1.1系統(tǒng)需求本次畢業(yè)設(shè)計的項目來源是中聯(lián)通電子的學(xué)習(xí)型

17、空調(diào)紅外遙控器研制，在實現(xiàn)紅外遙控器智能學(xué)習(xí)、遙控功能、上位機控制等基本功能后，將進一步在上位機軟件編寫網(wǎng)絡(luò)通信模塊，實現(xiàn)對遠(yuǎn)程空調(diào)設(shè)備的遙控與監(jiān)視。2.1.2系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)參數(shù)、輸入輸出接口形式： 1、供電電源：12vDC；25mA-60mA； 2、載波頻率：38KHz 3、遙控距離：在10 米以； 4、學(xué)習(xí)方式：自動識別； 5、存儲命令數(shù)：38，若定制可達(dá)到64； 6、溫度測量圍：-10 60；7、串行輸出：RS485/RS232 接口，波特率為1200bps-38400bps，地址可設(shè)為0 255； 8、工作環(huán)境：-20 60 ，0 95% RH； 9、最大尺寸：151*86*30m

18、m； 10、重量：90g。2.2主要芯片選擇系統(tǒng)主要是由主芯片、紅外發(fā)送與接受模塊、按鍵存儲電路、通訊端口、上位機軟件等構(gòu)成，下面是系統(tǒng)主要芯片選擇。1) 主控芯片。系統(tǒng)CPU芯片為AVR單片機Atmega32，這款單片機應(yīng)用廣泛，而且價格低廉，其部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）有258Byte，可作為CPU正常工作的部緩存和學(xué)習(xí)過程中紅外命令的脈沖寬度和編碼的暫存器。硬件電路基礎(chǔ)是Atmega32最小系統(tǒng)，所有其他電路都是在這個基礎(chǔ)上擴展出來。 其具體的參數(shù)分析見2.3小節(jié)。2) 紅外接收和發(fā)送芯片選擇。紅外接收模塊，本系統(tǒng)選用NB1838，其光電檢測和前置放大器集成同一封裝，中心頻率為37.9kHz

19、。NB1838的環(huán)氧樹脂封裝結(jié)構(gòu)為其提供了一個特殊的紅外濾光器，對自然光和電場干擾有很強的防護性。紅外接收模塊能夠?qū)邮盏降募t外信號進行放大、檢波、整形，并調(diào)制出紅外編碼，得到TTL波形，反相后輸入單片機，由單片機進行進一步的處理，比如對比，存儲到EEPROM中。紅外發(fā)送模塊，考慮到紅外發(fā)送距離要足夠遠(yuǎn)，其驅(qū)動電路由兩個三極管進行二級放大，使二極管功率盡量大，以達(dá)到更遠(yuǎn)的距離（保證10米以完全沒有問題）。紅外發(fā)送時38kHz方波由單片機部軟件模擬產(chǎn)生，節(jié)約成本，同時不失可靠性。3) 存儲芯片選擇。AVR單片機自帶31kbFLASH存儲空間，存儲器選擇為AT24C32,存儲空間為32k。4） R

20、S232、RS485通訊端口芯片選擇。 RS232芯片選擇為max232，RS485芯片選擇為max485。利用跳線短接方法進行具體通信方式選擇。波特率為1200bps38400bps，地址可設(shè)0255。5） 溫度測量芯片選擇。 溫度測量芯片選擇數(shù)字溫度傳感器芯片DS18B20，其在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，支持多點組網(wǎng)功能，應(yīng)用圍廣。2.3 Atmega32簡介Atmega32是具有32KB系統(tǒng)可變成Flash的8位AVR微控制器，其主要特點如下：（1）高性能、低功耗的8位AVR&reg微處理器；（2）先進的RISC 結(jié)構(gòu)；（3）工作于

21、16 MHz 時性能高達(dá)16 MIPS；（4）1024 字節(jié)的EEPROM；（5）2K字節(jié)片SRAM；（6）JTAG 接口( 與IEEE 1149.1 標(biāo)準(zhǔn)兼容)；（7）通過JTAG 接口實現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程；2.4 紅外遙控原理本智能紅外遙控器具有發(fā)送和接收兩種功能，發(fā)送端采用單片機將待發(fā)送的紅外信號編碼調(diào)制為一系列脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收端采用價格便宜，性能可靠的一體化紅外接收頭如NB1838或HS0038（接收的紅外信號頻率為38KHZ，周期約為26us）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，在發(fā)

22、送給單片機進行解碼。本文所設(shè)計的紅外遙控器工作過程大致如圖2.1所示，紅外遙控器首先把外部空調(diào)遙控紅外信號進行解碼，并存儲好相應(yīng)的數(shù)據(jù)，接下來就可以利用這些數(shù)據(jù)進行調(diào)制，利用紅外發(fā)射管進行發(fā)射，進而實現(xiàn)對相應(yīng)遙控器的學(xué)習(xí)和對目標(biāo)的控制。圖2.1 紅外遙控學(xué)習(xí)和發(fā)送過程圖現(xiàn)有的紅外遙控器學(xué)習(xí)方法 一般包括兩種方式，第一種就是對已知碼型的紅外遙控器直接進行解碼，并把相應(yīng)的信息合成到一個字節(jié)中，比如典型的解碼方式就是按照引導(dǎo)碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼方式進行的，其中用戶碼有16位，數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼個8位，如果已知引導(dǎo)碼高低電平長度那么一組遙控碼只要兩個字節(jié)就可以了，但是此種方法的最大缺點就是必須已

23、知碼型，對于碼型未知的就無從正確學(xué)習(xí)；第二種方法就是不管紅外碼型如何，直接采用測量高低電平的方式對紅外進行學(xué)習(xí)，并把相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲就可以，此種方法就是占用存和存儲空間都比較大。本文采用的就是第二種方法5。2.5 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 在確定了系統(tǒng)需求、芯片類型后就可以制定系統(tǒng)方案了，用以指導(dǎo)具體設(shè)計，本系統(tǒng)的總體框圖如下圖所示，從中間我們可以看出系統(tǒng)的構(gòu)成。圖2.2 學(xué)習(xí)型智能遙控器系統(tǒng)組成圖 如圖2.2所示，系統(tǒng)CPU芯片為AVR Atmega32，這款單片機應(yīng)用相當(dāng)廣泛，且價格低廉，其部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）有258Byte，可作為CPU正常工作的部緩存和學(xué)習(xí)過程中紅外命令的脈沖寬度和編碼的暫存

24、器。硬件電路基礎(chǔ)是Atmega32最小系統(tǒng)，所有其他電路都是在這個基礎(chǔ)上擴展出來。 系統(tǒng)功能模塊有紅外發(fā)送與接收模塊、按鍵存儲電路、通訊端口，上位機軟件。當(dāng)遙控器處于學(xué)習(xí)狀態(tài)時，紅外接收模塊接收紅外信號，經(jīng)過部處理進行存儲，以便后續(xù)控制發(fā)送用，存儲電路主要是用來存儲紅外編碼信號，由學(xué)習(xí)后產(chǎn)生，按鍵電路主要用來實現(xiàn)遙控器在沒有和主機相連時進行手動控制，也是相當(dāng)重要的。 通訊端口要設(shè)計兩種類型的，RS485與RS232，實現(xiàn)遙控器與上位機之間的通信。上位機軟件主要是用來識別遙控器（項目要求最多識別256個），并發(fā)送相應(yīng)的控制碼，為了能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程計算機對遙控進行控制，上位機軟件還要編寫網(wǎng)絡(luò)通信程序，

25、最終構(gòu)成如圖2.3（由底層RS485網(wǎng)絡(luò)、頂層Internet網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)）所示的系統(tǒng)。圖2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)示意圖第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計最小系統(tǒng)是系統(tǒng)最基本的模塊，系統(tǒng)其它功能都是在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以最小系統(tǒng)的設(shè)計是非常重要的。通常的最小系統(tǒng)包括：電源模塊、晶振電路、復(fù)位電路6。23.1.1系統(tǒng)電源模塊設(shè)計LM78XX/LM79XX三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路部還有過流、過熱與調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的LM78或LM79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如LM7806

26、表示輸出電壓為正6V，LM7909表示輸出電壓為負(fù)9V。因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。本系統(tǒng)所需要的電壓為5V，所以選用LM7805，其輸入電壓圍為5V12V。如圖3.1所示，電源采用兩路輸入，一路是直接輸入5V電源，另外一路就是輸入12V電源，由LM7805降壓為5V再經(jīng)過電源開關(guān)輸入到系統(tǒng)。在實際調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)用12V電源時LM7805發(fā)熱比較大，這不利于產(chǎn)品的壽命，且不是很安全，所以設(shè)計了一路5V輸入作為輔助電源，當(dāng)工作環(huán)境有5V穩(wěn)壓源時用5V就好。另外，電路模塊還有按鍵開關(guān)與電源指示燈。圖3.1 紅外遙控器電源模塊3.1.2 系統(tǒng)晶振模塊設(shè)計ATMEGA32

27、具有片RC振蕩器，能夠產(chǎn)生時鐘可分頻時鐘信號，但不是很精確，考慮到紅外學(xué)習(xí)是采用測高低電平時間長度的方式，必須要用一個非常準(zhǔn)的定時器計時，所以系統(tǒng)晶振采用8MHz的外部晶振，其單條指令執(zhí)行速度最大可以為0.125us。另外晶振電路在布線時要盡量靠近單片機，線盡量加粗，其電路圖如圖3.2所示。圖3.2 系統(tǒng)晶振電路圖3.1.3 系統(tǒng)復(fù)位模塊設(shè)計ATMEGA32采用的是低電平復(fù)位方式，所以采用如圖3.3的設(shè)計方式，當(dāng)按鍵按下時會產(chǎn)生一個低電平脈沖，這樣單片機就可以進行復(fù)位。圖3.3 系統(tǒng)復(fù)位電路圖3.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計系統(tǒng)功能模塊以最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)實現(xiàn)各種所需要的功能，本學(xué)習(xí)型遙控器的核心功能就是紅

28、外學(xué)習(xí)與發(fā)送，其他的包括系統(tǒng)存儲模塊、通信模塊（Max232、MAX485），人機交互模塊（按鍵模塊和液晶模塊）、其他的還有室溫采集模塊和蜂鳴器模塊。接下來本文將對這些模塊一一進行分析與設(shè)計7。3.2.1 紅外接收模塊設(shè)計如圖3.4所示，系統(tǒng)紅外接收器采用一體化紅外接收頭NB1838，NB1838工作頻率為38KHz，能對接收到的遙控器信號進行放大、檢波、整形、解調(diào)，得到TTL電平的編碼信號，在通過單片機的引腳PD3輸入到單片機。經(jīng)單片機解碼并執(zhí)行相關(guān)處理程序，把信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)進行保存。NB1838對外只有3個引腳：VS、GND和一個脈沖信號輸出引腳，實用方便，性能可靠。圖3.4 紅外接收模塊

29、3.2.2 紅外發(fā)送模塊設(shè)計紅外發(fā)射電路采用9013三極管進行放大，和紅外發(fā)射管相連的電阻取值為1，這樣，通過紅外發(fā)射管的電流將會比較大，以最大可能的提高紅外信號發(fā)射距離，信號由PD4調(diào)制出，PD4是單片機部PWM波輸出引腳，紅外信號解調(diào)時，當(dāng)信號是高點平時就控制該引腳輸出相應(yīng)時長的PWM波，否則不輸出，這樣就能實現(xiàn)紅外發(fā)射。其電路圖如圖3.5所示。圖3.5 紅外發(fā)射電路3.2.3 存儲電路設(shè)計AT24C64是一個32K位串行CMOS EEPROM， 部含有8192字節(jié)存儲空間，采用CATALYST公司的先進CMOS技術(shù)以使器件的功耗減少。AT24C64有一個32字節(jié)的頁寫緩沖器，用來作為地址

30、和數(shù)據(jù)緩存器。該器件通過IIC總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。如圖3.6所示，其引腳有：SCL 串行時鐘。AT24C02串行時鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘，這是一個輸入管腳。SDA 串行數(shù)據(jù)/地址。AT24C02 雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，SDA 是一個開漏輸出管腳，可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進行線或（wire-OR）。A0、A1、A2 器件地址輸入端。這些輸入腳用于多個器件級聯(lián)時設(shè)置器件地址，當(dāng)這些腳懸空時默認(rèn)值為0。當(dāng)使用AT24C02 時最大可級聯(lián)8個器件。如果只有一個AT24C02被總線尋址，這三個地址輸入腳（A0、A1、A2

31、 ）可懸空或連接到Vss，如果只有一個AT24C02被總線尋址這三個地址輸入腳（A0、A1、A2 ）必須連接到Vss。WP 寫保護。如果WP管腳連接到Vcc，所有的容都被寫保護只能讀。當(dāng)WP管腳連接到Vss 或懸空允許器件進行正常的讀/寫操作。在本系統(tǒng)中對其部的8K存儲空間，分成4組，每個紅外碼200字節(jié)。ATMEGA32的TWI接口PC0（SCL）、PC1（SDA）連接，并分別用10K上拉電阻上拉。圖3.6 EEPROM數(shù)據(jù)存儲模塊電路圖3.2.4 人機交互模塊設(shè)計人家交互模塊包括按鍵模塊和液晶顯示模塊，這樣用戶就能通過這兩個模塊和遙控器進行交互，一方面控制空調(diào)遙控器，另外一方面知道空調(diào)遙控

32、器的當(dāng)前的狀態(tài)，這一部分的設(shè)計是非常有必要的。本學(xué)習(xí)型空調(diào)遙控器所需要的按鍵有ON、OFF、AUTO、DEHUM、COOL、HEAT、T+、T-共8個按鍵，其中前面4個按鍵為獨立按鍵，后面的4個按鍵為組合按鍵，COOL、HEAT分別對應(yīng)制冷和制熱兩種狀態(tài)，T+、T-分別在兩種模式下進行增溫和減溫，溫度的調(diào)節(jié)圍為1630?？紤]到案件的數(shù)量和系統(tǒng)整體的需要，本系統(tǒng)增加了一個按鍵，這樣就為一個3*3矩陣鍵盤，占用單片機的引腳為PB0到PB5。最后一個按鍵作為模式切換之用，這個按鍵在軟件設(shè)計部分將會詳細(xì)探討8。圖3.7 按鍵模塊電路圖1602液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符，即

33、2行每行16個字符。其引腳大體分為3個部分，首先是電源和地部分，包括引腳13和15、16，其接法如圖3.8所示，第二部分是液晶控制引腳，控制是對液晶進行讀還是寫，包括4（RS）、5（R/W）、6（E），第三部分是數(shù)據(jù)引腳（714），本系統(tǒng)中利用排阻上拉，增加數(shù)據(jù)引腳的驅(qū)動能力。1602液晶的控制方法可參考其官方說明書，這里指出，要顯示一個想要的字符，直接寫入該字符的ASCII值即可。圖3.8 1602液晶驅(qū)動電路圖3.2.5 RS232、RS485通訊電路設(shè)計MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。采用MAX232芯片進行電平轉(zhuǎn)

34、換，實現(xiàn)單片機與上位機的通信。如圖3.9所示，MAX232電路有以下幾個部分組成，第一部分是電荷泵電路，由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要；第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道，其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道，8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道，TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB

35、9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出；第三部分是供電，15腳GND、16腳VCC（+5v）。MAX232芯片特點如下：（1）符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；（2）只需要單一 +5V電源供電；（3）片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓；（4）功耗低，典型供電電流5mA；（5）部集成2個RS-232C驅(qū)動器；（6）部集成兩個RS-232C接收器；圖3.9 MAX232通信電路圖MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS-485芯片，MAX485的驅(qū)動器頻率不受限制, 可以實現(xiàn)最高2

36、.5Mbps的傳輸速率。這些收發(fā)器在驅(qū)動器禁用的空載或滿載狀態(tài)下，吸取的電源電流在120A至500A之間。所有器件都工作在5V單電源下。驅(qū)動器具有短路電流限制，并可以通過熱關(guān)斷電路將驅(qū)動器輸出置為高阻狀態(tài)。接收器輸入具有失效保護特性，當(dāng)輸入開路時，可以確保邏輯高電平輸出。具有較高的抗干擾性能。MAX485是市面上最為常見的RS422芯片，亦是用量最大的RS422芯片，其性價比非常高。其電路圖如圖3.10所示，RO與DI分別與單片機的RXD、TXD相連，RE、DE連在一起，并由單片機進行控制MAX485是接受數(shù)據(jù)還是發(fā)送數(shù)據(jù)。智能遙控器可以由MAX485構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)，進而實現(xiàn)對多個空調(diào)的控制9。

37、圖3.10 MAX485電路圖3.2.6 溫度測量電路設(shè)計此模塊主要是用來檢測室溫，方便對空調(diào)進行更好的控制，已達(dá)到更好的統(tǒng)一管理和節(jié)能的目的。溫度傳感器采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，其測溫圍 55+125，固有測溫分辨率0.5，作為室溫檢測模塊從精度上已經(jīng)足夠了，另外就是此溫度傳感器是數(shù)字的，方便電路設(shè)計。其電路圖如圖3.11所示。圖3.11 DS18B20電路圖第4章 PCB設(shè)計34.1 PCB設(shè)計流程PCB板設(shè)計流程如圖4.1所示。圖4.1 PCB板設(shè)計流程根據(jù)本系統(tǒng)的功能需求，對

38、系統(tǒng)進行了設(shè)計，已經(jīng)完成了系統(tǒng)的原理圖設(shè)計，根據(jù)原理圖，首先繪制使用元件的封裝（封裝繪制一定按所使用元件的實際尺寸來，并保證繪制的正確性），考慮到先制作樣機進行調(diào)試，所以并未使用貼片封裝，最后也導(dǎo)致整個板子比較大；完成封裝繪制后，由原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表，考慮到系統(tǒng)的功能需求與復(fù)雜程度，將板子設(shè)計成長方形，并設(shè)計為雙層板；然后進行自動布線，再根據(jù)功能分布對元件布局進行手動調(diào)整，經(jīng)過自動手動布線的調(diào)整后，對電路進行檢查；檢查無錯后，進行元件標(biāo)注，覆銅以與焊盤設(shè)置等，添加相應(yīng)信息；最后生成BOM報表，導(dǎo)出文件。設(shè)計原理圖，這是設(shè)計PCB的第一步，好的PCB設(shè)計來自于好的原理圖，這一點都不夸，所以在設(shè)計原

39、理圖時就要考慮到繪制PCB時的情況。繪制原件封裝，原理圖畫完后要根據(jù)具體情況對每一個元器件的封裝進行修改，如果系統(tǒng)自帶的封裝不符合要求，那么要對其進行修改，如果是用戶自己繪制的元器件，還要根據(jù)實際情況進行封裝繪制，以滿足元件安裝需要。PCB圖紙基本設(shè)置，這主要包括：PCB板的主要形狀與尺寸、板層數(shù)目、通孔類型、網(wǎng)格大小等。既可以用系統(tǒng)提供的設(shè)計模板進行設(shè)置，也可以手動進行設(shè)置。生成網(wǎng)表并加載，網(wǎng)表是電路原理圖和印刷電路板設(shè)計的接口，只有將網(wǎng)表引人PCB系統(tǒng)后，才能進行電路板的布線操作。在生成網(wǎng)表時必須保證沒有任何錯誤，如果有的話就必須返回原理圖進行相關(guān)修改直到正確為止。加載網(wǎng)表后，系統(tǒng)將產(chǎn)生一

40、個部的網(wǎng)表，并產(chǎn)生飛線。此時元件擺放一般都不是很合理，所以必須進行元件布局。元件布局是很重要的，對于單面板，不合理的元件布局將導(dǎo)致布線布不通，對于雙面板將產(chǎn)生大量的過孔，導(dǎo)致布線復(fù)雜化，同時也影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。布線規(guī)則設(shè)置，在正式布線前必須對線寬、安全距離、過孔大小等進行設(shè)置，這是PCB設(shè)計者必須經(jīng)歷的。布線，這里的布線包括兩個部分，手動布線與自動布線，一般的，對于元件少且要求不是很高的情況自動布線就基本能滿足要求，一般設(shè)計者會在自動布線后進行手工調(diào)整，修改電腦布線不合理之處，以提高整個板子的質(zhì)量。對于高速板，一般不推薦這種方式，所謂高速板是指板上頻率超過50MHz以上的PCB板，對于高速板一般

41、是先進行人工布線，把時鐘線、高速線、重要的電源線和地線等先行布好，然后再進行自動布線，布完之后，再人工調(diào)整，確保成功。在這里個人認(rèn)為對于高速板還是全部由人工進行布線，這樣既美觀可靠性又高。生成報表文件，印刷電路板布線完成之后，可以生成相應(yīng)的各類報表文件，比如元件清單、電路板信息報表等。這些報表可以幫助用戶更好的了解所設(shè)計的印刷板和管理所使用的元件。文件打印輸出，生成了各類文件后，可以將各類文件打印輸出保存。包括PCB文件和其報表文件均可打印，以便存檔再用13。4.2 幾個需注意問題4.2.1布局的重要性布局對于整個系統(tǒng)具有重要的意義，這要求在實際的布線過程中。對于各塊的具體處理有輕重緩急之分。

42、一般的布局規(guī)則，都要求區(qū)分模塊是模擬電路，還是數(shù)字電路，是高頻電路還是低頻電路，是主要的干擾源還是敏感的關(guān)鍵信號等等。因此，在布局之前必須仔細(xì)分析各個模塊信號的性質(zhì)包括模塊屬性、功能、供電電源、具體信號的頻率、電流的流向、電流強度等，以確模塊在PCB板上布局。通常，在機械結(jié)構(gòu)確定的情況下，復(fù)雜的系統(tǒng)還會有N種不同的布局方式，這需要站在系統(tǒng)的角度上依照一些規(guī)則的折中來找出最優(yōu)化的布局布線13。4.2.2時鐘線的處理在數(shù)字模塊中，都會有時鐘，例如SDRAM的CLOCK，而時鐘電路是影響EMC的主要因索。集成電路的大部分噪聲都與時鐘頻率與其多次諧波有關(guān)。如果CLOCK信號是正弦波形式，處理不當(dāng)，對系

43、統(tǒng)會“貢獻”一個該頻率或是該頻率的倍頻的干擾源，如果是CLOCK信號是方波形式，則對系統(tǒng)“貢獻”一個雜散頻率的干擾源。同時，CLOCK還是一個容易受干擾的信號，如果CLOCK受到干擾，對數(shù)字系統(tǒng)的影響可想而知15。因此，時鐘電路模塊是屬于關(guān)鍵模塊，在布局布線過程中優(yōu)先各種規(guī)則考慮其布局布線。4.2.3電源與地線處理在任何電子系統(tǒng)中，干擾源對系統(tǒng)的干擾不外乎通過兩種途徑：一是通過導(dǎo)體的傳遞，二是通過電磁輻射經(jīng)過空間的耦合。在頻率較低的系統(tǒng)中主要是一種路徑，在高頻系統(tǒng)中也有相當(dāng)部分的干擾原因是通過導(dǎo)體的傳遞，其中較明顯的就是IC產(chǎn)生的噪聲通過電源和地干擾整個系統(tǒng)。因此，電源的完整性或者說是電源質(zhì)量

44、對整個系統(tǒng)的抗干擾能力具有至關(guān)重要的意義。電源完整性實際上是信號完整性的一部分，然而考慮到電源對于所有系統(tǒng)的重要性，在此單獨列出。要聲明的是，在實際系統(tǒng)中，要做到這一點并不容易，系統(tǒng)中總會有各種不同頻率的噪聲。在電路設(shè)計和PCB布局布線中只是極力的減小各種頻率的噪聲，從而提高系統(tǒng)的抗噪聲的整體性能。同時，在復(fù)雜系統(tǒng)中，減少系統(tǒng)的噪聲不是更改一兩電容的值就能夠做到，而是需要注意電源濾波效果的累積14。 4.2.4一些細(xì)節(jié)問題走線方向要合理：如輸入/輸出，交流/直流，強/弱信號，高頻/低頻，高壓/低壓等，它們的走向應(yīng)該是呈線形的(或分離)，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是按直線，但

45、一般不易實現(xiàn)，最不利的走向是環(huán)形，所幸的是可以設(shè)隔離帶來改善。對于是直流，小信號，低電壓PCB設(shè)計的要求可以低些。所以“合理”是相對的，具體問題具體對待。合理布置電源濾波/退偶電容：這些濾波電容要盡量靠近對應(yīng)元件，否則就沒有意義了，可知的是，合理的放置這些電容可以減少接地點問題。線條問題：一般的時鐘線要盡量粗些，電源和地線要比信號線寬，最好是不低于1mm，一句話，能做寬線條就不做窄線條。在走線時要注意拐角盡量不要是銳角。同時大面積覆銅，改善接地問題。線條之間的距離盡量不要太小，以防產(chǎn)生工藝方面的問題。4.3 布線經(jīng)驗總結(jié)在這里把個人布線經(jīng)驗進行總結(jié)，畢竟PCB設(shè)計在一定程度上靠經(jīng)驗。在PCB設(shè)

46、計一開始，也就是畫原理圖時就要考慮到后續(xù)各部分工作將要存在的問題。在原理圖設(shè)計完成后，一般不要先急著布線，先花上一兩天進行檢查，因為到了后期，如果發(fā)現(xiàn)原理圖設(shè)計有誤，更改的代價就太大了。這次去我就犯過這類問題，在設(shè)計PCB過程中走了不少冤枉路。開始PCB設(shè)計，不要忙著布線，先好好布局。根踞經(jīng)驗，PCB設(shè)計時間一般按照三三制分配，布局占1/3時間，布線占1/3，檢查1/3。布局相當(dāng)關(guān)鍵。有經(jīng)驗的工程師在布局同時，已經(jīng)有了關(guān)鍵布線的規(guī)劃。布局一般本著先大后小，先關(guān)鍵后次要的原則，先放置有定位要求的器件，布局時，除了考慮布線質(zhì)量，對測試，加工等問題也要考慮，權(quán)衡各方面因素。手工布線現(xiàn)在還是大部分工程師的選擇，因為很多人對自動布線的結(jié)果不滿意。其實現(xiàn)在一些高級EDA工具，自動布線已經(jīng)相當(dāng)智能化。自動布線，意味著全部交給工具去做，還有很多需要人干預(yù)的地方。個人經(jīng)驗認(rèn)為，網(wǎng)絡(luò)分類(class)，布線優(yōu)先級設(shè)置，布線規(guī)則是影響布通率和布線效果的主要因素。有人也稱PCB設(shè)計是從抽象概念到實際產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。PCB設(shè)計實際是一項混技術(shù)。要求設(shè)計者對電路原理、電磁場、布線算法、生產(chǎn)加工、測試等各方知識都要有所了解，我覺得一名優(yōu)秀的PCB工程師應(yīng)當(dāng)注意學(xué)習(xí)這些知識。在PCB布線方面，個人還有很大的學(xué)習(xí)空間，尤其是對高速系統(tǒng)的布線。在本次設(shè)計中參考了一