一種多路紅外遙控系統(tǒng)的電路設(shè)計和實現(xiàn)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 一種多路紅外遙控系統(tǒng)的電路設(shè)計和實現(xiàn) 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是跨入2000年后，紅外技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。紅外遙控已滲透到國民經(jīng)濟的各行各業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，在工業(yè)自動化、生產(chǎn)控制過程、信息采集和處理、通信、紅外制導(dǎo)、激光武器、電子對抗、環(huán)境監(jiān)測、紅外育種安全防范、家用電器控制及日常生活各個方面都得到了廣泛的應(yīng)用。 針對國內(nèi)外的發(fā)展情況，可見紅外遙控系統(tǒng)是我國未來智能化發(fā)展方向。本課題要設(shè)計的紅外多路遙控系統(tǒng)，主要紅外發(fā)射和紅外接收這兩部分，本設(shè)計依托市面上常見的紅外發(fā)射和紅外接收元器件，使設(shè)計具有傳輸距離一般、硬件簡單、安裝方便、價格便宜的優(yōu)點。本

2、文所介紹的紅外多路遙控系統(tǒng)，是采用碼分制多通道紅外遙控系統(tǒng)裝置。早期的碼分制的脈沖指令編碼多采用分離元器件及小規(guī)模數(shù)字集成電路，編碼、譯碼電路弄得很復(fù)雜，可靠性也差。但隨著大規(guī)模數(shù)字集成技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，各種大規(guī)模專用集成編、譯碼集成器件的層出不窮，使外圍元器件很少，電路簡單，功能完善。 本文設(shè)計的多路遙控系統(tǒng)主要針對的是目前家庭眾多的家用電器設(shè)備需要集中控制管理。其主要特點是一改傳統(tǒng)鍵盤控制電路設(shè)計往往以總線方式外接8155、8255或8279芯片來擴展并行口，而采用MOTOROLA公司推出的串行可編程多路開關(guān)檢測接口芯片MC33993與價格低廉的單片機芯片AT89C2051實現(xiàn)鍵盤控制

3、；并且在遙控輸出控制方面，利用MC33993可以驅(qū)動MOSFET/LED之功能，再次采用MC33993與AT89C2051實現(xiàn)多路輸出控制，從而以CPU較少的I/O口資源滿足了較多路的輸出控制。因此，MC33993的使用大大節(jié)省了系統(tǒng)有限的I/O口資源，同時有利于實現(xiàn)系統(tǒng)更多的其它控制功能，而且也使系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計更加簡潔。 1 多路紅外系統(tǒng)組成及其原理 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0.38um0.76um的光波可為可見光，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色。光波為0.01um0.38um

4、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(yuǎn)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。多路紅外系統(tǒng)組成如圖1所示。 紅外遙控發(fā)射電路的功能是對輸入控制指令信號開展掃描、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。紅外遙控接收電路的功能是

5、接收紅外遙控信號并將之放大、檢波、整形，解調(diào)出編碼脈沖。遙控編碼脈沖是一組組串行二進制碼，對于一般的紅外遙控系統(tǒng)，此串行碼輸入到微控制器，由其完成遙控指令的解碼；微控制器根據(jù)解出的控制指令輸出相應(yīng)的控制信號，由輸出控制電路去執(zhí)行相應(yīng)的遙控功能。 2 紅外遙控發(fā)射電路的設(shè)計 整個多路紅外遙控發(fā)射電路包括遙控指令輸入電路部分和編碼發(fā)射電路部分。多路紅外發(fā)射電路如圖2所示。它主要由MC33993、AT89C2051、HX2262、LTE5208A等器件構(gòu)成。 2.1 遙控指令輸入電路設(shè)計 系統(tǒng)的遙控指令輸入電路是基于MOTOROLA公司新近推出的可編程多路開關(guān)檢測接口集成電路MC33993設(shè)計的，它

6、可檢測多達22路開關(guān)量輸入信號，并可將檢測到的多路開關(guān)的狀態(tài)（三態(tài)）信號通過該芯片的SPI（串行外圍接口）傳送給單片機。該器件具有22路模擬多路開關(guān)的功能，用以讀取多路模擬輸入信號，模擬輸入信號經(jīng)緩沖器緩沖后由模擬多路開關(guān)輸出以供單片機讀取。除此之外，MC33993還具有許多其它靈活的應(yīng)用，諸如可為傳感器提供電源、作為模擬傳感器的輸入、驅(qū)動MOSFET/LED和控制管理系統(tǒng)電源等。 在這里主要利用其基本的開關(guān)檢測功能。MC33993與單片機AT89C2051的接口電路設(shè)計（參見圖2）如下：22路遙控開關(guān)分別與MC33993的SP0SP7及SG0SG13共22個輸入端口連接，MC33993的SP

7、I通信口的SI、SO、CS、SCLK分別與AT89C2051的P3.0、P3.1、P3.4、P3.5相連接，MC33993的中斷輸出與AT89C2051的中斷輸入連接。MC33993的WAKE端控制電源管理芯片MC33998的5V電源輸出，平時MC33993等處于睡眠模式。遙控指令的檢測工作原理是這樣的：首先單片機通過與MC33993的SPI口的通信對MC33993開展初始化，將MC33993的22個檢測輸入口全部設(shè)置為高電平。當(dāng)有鍵盤按下時，MC33993可被喚醒，即可向單片機產(chǎn)生中斷請求，單片機通過MC33993的SPI口讀取鍵盤的狀態(tài)變化，并將按下的按鍵指令編成一個6比特數(shù)，由AT89C

8、2051的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5輸出給編碼芯片HX2262.MC33993的應(yīng)用使系統(tǒng)省去了CPU對鍵盤的不斷掃描，因此提高了CPU 的利用率。 2.2 編碼發(fā)射電路設(shè)計 紅外遙控編碼電路采用HX2262芯片，它的A0A5為地址輸入，可編程三種狀態(tài)：1、0、浮空。在這里A0A5全部設(shè)為低電平。D0D5為數(shù)據(jù)輸入，可為1或0兩種狀態(tài)，輸入的指令編碼由AT89C2051的P1口提供。HX2262與單片機的接口參見圖2.TE為發(fā)射使能端，低電平有效，它由單片機的P3.7控制。OSC1與OSC2外接振蕩電阻，決定電路時鐘頻率，振蕩頻率 f =100016/Rosc（

9、kHz），Rosc為振蕩器電阻，其值選為470k。DOUT為數(shù)據(jù)串行輸出。每傳送一組編碼，編碼串都自動連發(fā)四次，編碼器用不同的占空比及組合表示不同的狀態(tài)。輸出數(shù)據(jù)調(diào)制在38kHz的載波上，非門芯片CD4011構(gòu)成38kHz的振蕩器。整個編碼脈沖調(diào)制在38kHz的載波上后由紅外發(fā)射管LTE5208A發(fā)射出去。 3 紅外接收及遙控輸出電路設(shè)計 3.1紅外接收及其解碼電路的設(shè)計 紅外接收電路如圖3所示，它由集成紅外接收管、解碼芯片HX2272、AT89C2051組成。其中HX2272是與HX2262配對使用的解碼芯片，A0A5是地址輸入，要求與發(fā)射端的HX2262設(shè)定的狀態(tài)一致，因此全都設(shè)置為低電平

10、。D0D5為數(shù)據(jù)輸出，脈沖編碼信號自Din輸入，振蕩器電阻選為1M?贅。當(dāng)接收到有效信號時，VT端由低電平變?yōu)楦唠娖?。HX2272與AT89C2051的接口參見圖3,HX2272的6位數(shù)據(jù)口D0D5分別與AT89C2051的P1口連接。當(dāng)NJL41V328的感光窗接收到紅外發(fā)射器發(fā)來的紅外線調(diào)制信號時，經(jīng)內(nèi)部電路處理輸出給HX2272解碼芯片；在HX2272對接收的數(shù)據(jù)解碼成功后， VT端由低電平變?yōu)楦唠娖剑龢O管導(dǎo)通，給單片機INT0中斷口一個低電平，AT89C2051立即響應(yīng)中斷，通過P1口讀取HX2272的輸出數(shù)據(jù)；然后單片機根據(jù)讀取的來自發(fā)射端的控制指令編碼，通過其P3口與MC3399

11、3的SPI口的串行通信輸出相應(yīng)的控制信號給MC33993,利用MC33993的22個可編程開關(guān)檢測口驅(qū)動MOSFET/LED的功能去控制三端雙向可控硅的光絕緣驅(qū)動電路MC3021.AT89C2051與MC33993的接口如圖3所示。 3.2 遙控輸出電路設(shè)計 由于本多路遙控系統(tǒng)主要是針對目前家庭眾多的家電設(shè)備的集中管理，所以該系統(tǒng)的控制對象大都是220V交流負(fù)載。首先AT89C2051對MC33993開展初始化，將MC33993的所有的開關(guān)檢測端口均設(shè)置為浮空狀態(tài)，在遙控接收電路成功解調(diào)出遙控指令后，由AT89C2051通過與MC33993的SPI口的串行通信輸出對應(yīng)的控制信號給MC33993

12、,使MC33993相應(yīng)的端口為可控硅光絕緣驅(qū)動器MC3021的輸入發(fā)光二極管提供驅(qū)動電流，然后MC3021驅(qū)動三端雙向可控硅BT136導(dǎo)通，交流負(fù)載接通電源開始工作。當(dāng)再次按下同一遙控按鍵時，AT89C2051輸出控制信號取反，使MC33993相應(yīng)的端口斷開，不再為可控硅光絕緣驅(qū)動器MC3021的輸入發(fā)光二極管提供驅(qū)動電流，BT136喪失了MC3021的驅(qū)動，BT136截止，交流負(fù)載電源斷開使其停止工作。輸出控制電路參見圖3.由于篇幅限制，圖中只畫出了路和第22路輸出控制。 通常，需要大量開關(guān)接口和輸出控制電路的系統(tǒng)往往由許多分立器件組成，眾多的分立器件不僅在電路板上占據(jù)較大空間，而且必須仔細(xì)檢查焊接的完整性。而將功能靈活的MC33993應(yīng)用于多路遙控的鍵盤控制與輸出控制中，減少了電路板的焊接和尺寸，同時又可提供非常靈活的接口，并且還具有睡眠工作模式，大大降低了系統(tǒng)的功耗。這樣，用較少的CPU資源和簡潔的電路設(shè)計，既解決了多控制按鍵的輸