遙控照明系統(tǒng)設計

合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)設計論文 本科畢業(yè)論文（設計）本科畢業(yè)論文（設計） (2015(2015 屆屆) ) 遙控照明系統(tǒng)設計 院 系 電子信息工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 姓 名 章繼發(fā) 指導教師 陳曉婷 講師 學號：1108441078 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)設計論文 摘摘 要要 運用紅外遙控技術(shù)還有 AT89C51 單片機另外還有許多與之有關的程序等來 實現(xiàn)控制的智能遙控控制開關等構(gòu)成的遙控照明系統(tǒng)。像這一類都智能遙控照 明系統(tǒng)有許多特點。包括有很強的適應性即這類系統(tǒng)可以應用在很多場合。除 此之外還有比較強的靈敏度也就是這個系統(tǒng)在實現(xiàn)控制的時候反應速度快且準 確無誤最后像這類系統(tǒng)更具有良好的先進性。在人類日常工作學習以及生活之 中。像這類先進的遙控照明系統(tǒng)應用廣泛而又具有多樣性.與此同時讓人類的日 常生活也變得更加的豐富多彩以及給人們的生活也帶來極大的方便等。此次課 程設計包括許多組成部分，其中有硬件部分及其組成還有軟件部分的相關設計 還包括與解碼有關的一些簡易原理圖還有與之相關的程序圖。為了達到一定都 控制精確度，由三個與之相關的部分可以很好地解決這一問題。而這三個部分 構(gòu)成了脈沖發(fā)射部分。這三個部分分別是連接段，控制段，結(jié)束段。當然這個 遙控照明系統(tǒng)最重要的組成部分還是他的發(fā)射部分和他的結(jié)收部分另外要進行 校驗的話，應選擇在接收口。發(fā)射裝置的組成比較復雜包括矩陣鍵盤，編碼調(diào) 試紅外發(fā)射器。而接收的部分則有由紅外光和解調(diào)以及解碼電路 等構(gòu)成的。這類遙控照明系統(tǒng)有非常大的使用價值而且有較少都花費就可以大 量生產(chǎn)，日常生活的許多方面都可以用到這類系統(tǒng)比方說小區(qū)樓道里的照明燈， 地下室照明，車庫等照明。 關鍵詞： AT89C51 芯片 智能遙控開關 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)設計論文 Abstract The design of an infrared remote-control multi-line switch is introduced.This switch is based on principle of intellected remote-control and AT89C51 single chip microcomputer controlling .This system has strong applicability,flexibility and advancement.Peoples life is improved greatly by Its apply. Its system composition and design of hardware and software are presented. The basic structure and chart of control decode program are also expounded. In order to achieve exact remote-control, the transmitted signal is divided into 3 parts:the connecting section, the controlling section and the ending section, then the receiver will verify it.The whole system is composed by the launches partially and the receives partially two parts.Launches partially including the keyboard matrix,the coded modulation,the LED infrared transmitter;Receives partially including the LED infrared light launch,the demodulation,decodes the electric circuit. It was proved that this kind of remote- control is convenient, reliable and practical after using in remote-control system. KeyKey words:words: the chip of AT89C51; intellected remote-control switch 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)設計論文 目目 錄錄 1 緒緒 論論.1 1.1 設計背景 1 1.2 應用前景.1 2 設計方案設計方案.2 2.1 本設計方案和及其比較.2 2.2 機型及元器件選擇機型及元器件選擇3 2.2.1有關單片機的一些選擇.3 2.2.2 AT89C51單片機的相關硬件結(jié)構(gòu)4 2.3 軟、硬件功能劃分軟、硬件功能劃分.5 2.4 總體的方案的設計總體的方案的設計5 3 系統(tǒng)的設計系統(tǒng)的設計.7 3.1 系統(tǒng)硬件的設計系統(tǒng)硬件的設計.7 3.1.1硬件要求.7 3.1.2鍵盤接口.10 3.1.3 LED顯示器的介紹11 3.1.4發(fā)射部分.13 3.1.5接收部分.13 3.2 系統(tǒng)軟件設計.14 3.2.1發(fā)射部分的工作原理.14 3.2.2接收部分工作原理.14 3.3 遙控系統(tǒng)的編碼及解碼遙控系統(tǒng)的編碼及解碼15 3.3.1遙控發(fā)射編碼格式.15 3.3.2數(shù)據(jù)幀的接收處理.16 3.4 遙控發(fā)射及接收控制程序流程圖遙控發(fā)射及接收控制程序流程圖16 3.4.1遙控發(fā)射控制流程圖.16 3.4.2遙控接收控制流程圖.18 4 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試.21 結(jié)束語結(jié)束語23 附附 錄錄24 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 1 1 緒 論 1.11.1 設計的現(xiàn)實意義設計的現(xiàn)實意義 當今社會是一個迅速發(fā)展的社會，科技日新月異，第三次科技革命的成果 普惠大眾。人們的生活環(huán)境有很大的改善，生活水平也不斷的有所提高。與此 同時，人們的現(xiàn)代城市房屋的購買與居住的環(huán)境也隨之有很大的提高，人均居 住面積越來越大，而總的居住面積也有所擴增，對于整個家庭室內(nèi)的的照明控 制系統(tǒng)的設計以及電氣設備等還是和以前一樣，大多數(shù)還是由傳統(tǒng)過時的手段 的并且非常機械的開關進行控制。而這類開關有非常多的缺陷，比如人們經(jīng)常 需要接觸這些開關很容易讓這些開關磨損，另外由于居住的房屋面積可能比較 大，如果有什么事情需要在夜間去啟動這些開關的話，會給人們的日常生活帶 來極大的不便?；谝陨线@些原因，本論文相應的設計出了一種相對而言比較 低廉的成本，另外工作性能也有所保證，運用了單片機的一些原理的一種家庭 要開智能照明開關。此系統(tǒng)一單片機為載體，可以運用無限通信的方式來遠距 離的實現(xiàn)對整個家庭的所有照明電燈，還有電氣設備的控制。這樣就給人們的 生活帶來的便捷，同樣也更加安全，這樣也就完全不用親自用手去接觸這些帶 有高電壓的這些開關。 本設計的核心是單片機，通過本次設計加強對單片機的相關功能的理解， 更好的在以后的工作中去運用單片機。 1.21.2 相關應用相關應用 根據(jù)單片機的有關原理以及紅外遙控開關所控制的一些比較特殊的開關系 統(tǒng)等等來完成這一課題的研究。當然，這些控制系統(tǒng)在人們的日常生活和工作 以及國家的現(xiàn)代化建設有非常重要的作用。比如在一家現(xiàn)代化的工廠里，完全 可以采用這個系統(tǒng)來實現(xiàn)對各種車床，機器的控制。基于這種控制系統(tǒng)的很多 的優(yōu)越性，包括它的先進的功能，靈活的功能，以及適用性強的功能等。這種 控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中的全面應用也使得生產(chǎn)生活效率大大提高，繼續(xù)推進各方面 技術(shù)的發(fā)展。為國家的建設做出貢獻。也能夠很好的說明科技的進步讓人們的 生活豐富多彩。 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 2 2 2 設計方案設計方案 2.12.1 課題相關的方案及其有關的比較課題相關的方案及其有關的比較 根據(jù)單片機有關原理來實現(xiàn)相應的遙控照明控制系統(tǒng)的設計。運用不同的 器件和原理有以下兩種方案可供選擇。1 方案一：紅外遙控電路及其相關設計 根據(jù)相關知識，由單通道構(gòu)成紅外遙控電路?？梢詮膱D 2.1 看出?？梢栽O 計簡單的常規(guī)集成電路來實現(xiàn)。用這種方法設計的電路，相應的成本會比較少， 也無需使用專門的譯碼器，而通常這種譯碼器比較昂貴。 圖 2.1 與紅外發(fā)射有關的圖示 通常會有振蕩頻率是通過紅外發(fā)光的一個二極管來完成。而這個具有控制功能的 震蕩頻率是電路直接產(chǎn)生的。同樣，一個單通道的遙控器正是和這個電路一樣。 通過此過程完成頻率的發(fā)射。 紅外發(fā)光二極管發(fā)射一個震蕩頻率，而這個頻率被紅外接收頭接收到，設計相應的電 路對接收的頻率解碼，解碼完成后電路就會完成有關的控制 方案二：與遙控開關有關的電路的設計 我們需要完成紅外遙控器，這需要由單片機的功能來完成。而這個遙控器 可以控制多個電源開關。通過按鍵控制實現(xiàn)紅外發(fā)射。 遙控按鈕被按下時，此時單片機會產(chǎn)生相應的控制脈沖信號，而此信號通過紅外發(fā)光二極 管發(fā)射出去。由此完成信號的發(fā)送。 有關的受到控制的電器的對應序號會被顯示出來，在控制脈沖發(fā)射出去， 被紅外接收器所接收是，這時顯示設備顯就會顯示對應的序號。 兩種方案的對較：總的來說，對于方案一所描述的方法，沒有運用單片機 來實現(xiàn)控制。其功能也不夠強大，也就只能夠來完成對某些電路進行很簡單的 控制。對比之下，對于方案二來說，是完全運用單片機來實現(xiàn)控制的，雖然電 路非常簡單，但是卻有較強的實用性。因此，本次設計采用方案二的方法。 2.22.2 相關的元器件的和需要的機型選擇相關的元器件的和需要的機型選擇 本課題需要用到一種單片機，被稱為 AT89C51，可以通過這種單片機來實 現(xiàn)紅外信號的控制。在發(fā)射部分的電路中我所采用的元器件有 AT89C51 芯片、 產(chǎn)生 振蕩 頻率 紅外 發(fā)射 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 3 另外還有發(fā)光二極管以及三極管還有警惕振蕩器等所構(gòu)成。當然紅外接收部分 也很重要，由 ST188 的紅外接收器以及帶有 LED 數(shù)碼管的顯示器等相關元器件 組成。 、 2.2.12.2.1 單片機的選擇單片機的選擇 單片機的主要性能指標有：字長、主頻、指令執(zhí)行時間、電源功耗等。選 擇單片機不僅要考慮其主要的性能指標，更要考慮單片機的中斷能力、接口、 片內(nèi)存儲器大小、抗干擾能力等。本次設計所選的單片機為 AT89C51，其功能 足以完成本次課題的設計。它的具體的引腳及其功能由于篇幅有限在此不做介 紹。 2.2.22.2.2 AT89C51AT89C51 單片機的硬件結(jié)構(gòu)單片機的硬件結(jié)構(gòu) (1)微處理器 CPU：有一個 8 位的 CPU，跟一般的 CPU 是差不多的，也包含 了運算器以及控制器兩個部分，使得面向控制的出路功能更加強大，一方面能 夠處理字節(jié)數(shù)據(jù)，另一方面也可以進行變量的處理。 (2)數(shù)據(jù)存儲器 RAM：片內(nèi)的內(nèi)存是 128B，片外則可以外擴到 64KB。能夠 增加單片機的運行的速度，更重要的是這種結(jié)果的 RAM 能夠減小功耗。 (3)程序存儲器 ROM/EPROM：作用是可以用來存儲程序，而 8031 是沒有此 部件的，對于 8051 的是為 4KB 的 ROM；而 8751 是為 4KBEPROM。片外則最多能 夠擴到 64KB。 (4)4 個 8 位并行 I/O 口包括 P0 和 P1 以及 P2 還有 P3。 (5)有 1 個串行口：還有 1 個全雙工的串行口，包括四種工作的方式。能夠 進行串行通信以及擴展并行 I/O 口，還可以跟多個單片機相連，從而組成多機 的系統(tǒng)，這樣的話使單片機功能也就更加強大還可以有更廣的運用。 (6)還包括 2 個 16 位定時器/計數(shù)器。 (7)中斷系統(tǒng)組成有：五個中斷源，兩級的中斷優(yōu)先權(quán)。 (8)特殊功能寄存器 SFR：總計共有二十一個、可以用在 CPU 對片內(nèi)各功能 部件進行管理和控制以及監(jiān)視。 考慮到 AT89C51 單片機具有以上所提到的優(yōu)點，因此我就確定選擇了它作 為系統(tǒng)硬件所選單片機類型。 2.32.3 軟、硬件功能劃分軟、硬件功能劃分 本次設計的硬件部分包括紅外發(fā)射和紅外遙控接收兩個部分的電路。關于 電路的工作原理將在相應的章節(jié)介紹，在次就不做贅述。 系統(tǒng)的軟件部分的設計就要求在紅外遙控發(fā)射端對紅外信號進行編碼，在 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 4 接收端對所讀取的編碼進行解碼，這就要求編譯顯影的功能程序執(zhí)行各自操作， 最終實現(xiàn)對硬件電路的智能控制的目的。軟件部分的程序包括鍵盤掃描程序、 剪號處理程序、38KHz 載波及編碼脈沖發(fā)射程序、遙控接收及處理程序、延遲 子程序。 2.42.4 總體方案設計總體方案設計 對于整個系統(tǒng)來說。其構(gòu)成是由兩個部分，包括發(fā)射部分以及接收部分。 對于發(fā)射部分則是運用脈沖個數(shù)編碼?？梢詫蕚浒l(fā)射的部分的信號調(diào)制成 38khz 載波信號。再通過紅外發(fā)射管發(fā)射這種信號。對于接收部分則是由紅外 接收管構(gòu)成，發(fā)射部分會發(fā)射出一些信號，這些信號會被紅外接收管所接受， 然后對其解碼。而這些接收的信號經(jīng)由單片機的仔細分析從而由輸出端輸出與 之對應的輸出控制信號，與發(fā)射部分有關按下的按鍵號會被數(shù)碼管以及發(fā)光二 極管顯示出來的，系統(tǒng)組成如圖 2.6 所示。 圖 2.6 紅外遙控開關系統(tǒng)組成錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。Equation Chapter (Next) Section 1111 3 3 系統(tǒng)的設計系統(tǒng)的設計 3.13.1 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計 3.1.13.1.1 硬件要求硬件要求 對于系統(tǒng)的硬件的設計的要求，通常由兩大部分構(gòu)成。做簡單如下介紹。 (1)對于與單片機系統(tǒng)擴展部分有關的設計。設計這部分的時候，要設計存 儲器擴展以及 I/O 接口擴展，也要知道存儲器的擴展大體由 RPROM 的擴展以及 EEPROM 的擴展還有 RAM 的擴展。這些擴展也都是歸于單片機系統(tǒng)擴展的最主要 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 5 內(nèi)容。 (2)與實現(xiàn)功能有關的對應模塊的設計。其中主要包括與通信功能有關的模 塊還有與信號測量有關的功能模塊、以及與信號控制功能相應的模塊、另外也 包括與人機對話功能相關的模塊等，最好可以根據(jù)整個系統(tǒng)設計的目的作用以 及功能的相關要求進行與之配置相應的 A/D、D/A、鍵盤、顯示器、打印機等外 圍設備。 兩個部分構(gòu)成紅外發(fā)射電路，其中有一個是 HRM5700B 紅外先發(fā)射管，還有 一個是與之相關元件組成。在這種電路之中的紅外信號最終經(jīng)由 AT89C51 單片 機進行處理，另外對與這種電路的定時器/計數(shù)器的相應工作方式的選擇會產(chǎn)生 極大的干擾，也會造成偏差。重要的是需要在整個設計進行前了知道 AT89C51 單片機的硬件的設計與之有關的但又不可以沒有的相關步驟。同時更需要清楚 的知道單片機的 4 種工作的方式。 圖 3-1 89C51 定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖 對于寄存器 TH0 和 TL0 需要特別注意，因為它們有較為特殊的作用，對于 定時器/計數(shù)器 T0 也是由這兩個部分構(gòu)成的。對于定時器/計數(shù)器 T1 而言，它 的構(gòu)成就是 TH1,TL1 這兩個有特別功能的寄存器。 。對于具有特定作用的寄存器 TMOD，就可以使用它去選定相應的定時器/計數(shù)器 T0、T1 的一般工作方式以及 工作的模式等。同樣，具有特別用處的寄存器 TCON 可以把他作為控制 T0、T1 的啟動計數(shù)以及停止計數(shù)，當然這個寄存器也具有 T0、T1 的兩種形態(tài)。通過軟 件部分的設計可以完成 TMOD、TCON 這兩個寄存器的內(nèi)容再由單片機通過復位， 使得這兩個特殊的寄存器的任何的一個位數(shù)都是處于 0 的狀態(tài)。 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 6 現(xiàn)在先介紹一下定時器/計數(shù)器的幾種具有重要作用的相關的工作方法： (1)方法一：由一種 LX(X=0,1)的低 5 位以及一種 THX 的高 8 位而組成一種 特殊的 13 位計數(shù)器。對于這種工作方式的解釋是，如果 TLX 低 5 位會產(chǎn)生溢出 的話，則它就會自動的向 THX 進一位，但也要注意的是，假如 THX 計數(shù)出現(xiàn)溢 出的話，也會置位于 TCON 中溢出的標志位 TFX 上面。 由以上描述可得定時器/計數(shù)器的等效框圖如圖 3-2 所表示。 圖 3-2 定時器/計數(shù)器方式 0 邏輯圖示 如圖所示，定時器/計數(shù)器的啟動的方法是會受到 C/T 位控制的電子開關的 強烈的影響的。 1 當 C/T 為零時，電子開關就會處于偏于向上的地方。T1 為定時器工作模 式，當系統(tǒng)時鐘振蕩器 12 分頻以后，就會發(fā)出一種特定的信號，就把這種信號 用于計數(shù)信號，以上就是， 2 當.C/T 為一時，電子開關就會處于偏于向下的地方，T1 位計數(shù)器工作模 式，P3.5 引角上的脈沖是外部輸入脈沖，這些構(gòu)成計數(shù)器的脈沖。如果計數(shù)器 的屏幕顯示是一的話，則表明 P3.5 引腳上此時發(fā)生負跳變。 GATE 位的狀態(tài)非常重要，而對于定時器/計時器運行控制有所影響。這通 常會包含兩個不同的條件。其中有一個是 TRX 以及 INTX 引腳這兩件而構(gòu)成的， 對于另外一個而言就是 TRX 一個條件。 (2)方式二：假設定時器/計數(shù)器的工作于方式一的時候，其含義就可以表 示 M1 和 M0 這時的狀態(tài)是 01，在這個時候定時器/計數(shù)器的等效電路如圖 3-3 所表示。 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 7 圖 3.3 定時器/計數(shù)器方式 1 邏輯結(jié)構(gòu)圖 (3)方式 2：對于方式 0 和方式 1 的一些特點也要注意，就當它們的計數(shù)溢 出以后，計數(shù)器的表示都是 0.由于這些原因，當循環(huán)定時或者循環(huán)計數(shù)用時， 相應的就會存在反復裝入計數(shù)初值的一些問題。這不但會僅定時的精數(shù)有大的 影響，而且對于程序設計而言同意也會帶來許多麻煩。方式 2 就是針對此問題 而設置的。如果 M1 以及 M2 是 10 的時候，這時候定時器/計數(shù)器就會處于工作 方式 2 的狀態(tài)，這個時候定時器/計數(shù)器得等效框圖如圖 3-4 所表示。這種工作 方式有比較好優(yōu)勢可以省略去用戶的軟件之中得重裝初值的一些程序，進一步 簡化定時初值的計算方法等，也可以相當精確的確定定時的時間長短。 圖 3-4 定時器/計數(shù)器方式 2 邏輯結(jié)構(gòu)圖示 對于紅外遙控開關系統(tǒng)的硬件電路而言，其組成也包括紅外發(fā)射電路以及 接收電路這兩部分。 3.1.23.1.2 鍵盤接口鍵盤接口 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 8 關于鍵盤其功能比較多，包括在單片機應用系統(tǒng)當中可以能完成向單片機 輸入一些數(shù)據(jù)以及傳送一些命令等任務，通過它的這些功能呀，我們就可以人 為的對單片機進行干預。而鍵盤作用本質(zhì)其實上就是把一組案件開關集合在一 起。在通常情況下，鍵盤開關的原理是根據(jù)機械觸點的斷開以及閉合一些功能 而完成的。假如行線輸出電壓上會表示出高電平或者低平的話 ，表示這個時候 鍵是開還是閉合的。 規(guī)定高電平代表鍵斷開，而低電平代表鍵閉合話，在進一 步對行線電平高低狀態(tài)進行檢測，就可以輕而易舉的確認案鍵是不是被按下。 同時為了達到 CPU 對一次按鍵動作只確認一次案件的有效性，抖動期的干擾一 定要把它消除掉。 通常情況下鍵盤接口分可以由獨立式以及行列式鍵盤接口構(gòu)成。對于獨立 式鍵盤而言的話，比較適用于一些按鍵比較少或者操作的速度比較高的情況下。 而行列式，也稱矩陣式鍵盤，則多被用于按鍵數(shù)目比較多的情況下，對于它的 組成來說，就是由行線以及列線在一起，按鍵的位置比較特別，在行和列的交 叉點的上面。這次設計所運用的鍵盤接口就是以上所描述的這種。關于行和列 鍵盤的結(jié)構(gòu)如圖 3-5 所表示。 圖 3-5 行列式鍵盤結(jié)構(gòu)圖示 有關行列式鍵盤的工作原理比較復雜，可以簡單的介紹一點，按鍵設置比 較特殊，行以及列線會被分別的連在按鍵開關的兩端。行線會經(jīng)過上拉電阻被 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 9 接到正 5V 上面。如果沒有按鍵按下的時候，行線就會處于高電平的狀態(tài)，如果 有按鍵被按下的時候，則行線的電平狀態(tài)就會由這一行線相連的列線的電平的 高低所決定。假如列線的電平是低的話，就表示行線電平是低的;假如列線的電 平是為高的話，就表示行線的電平也是高的。以上這個條件可以幫助識別行列 式鍵盤是不是按下了鍵。對于行列式鍵盤中行線以及列線來說，大多數(shù)都是許 多多鍵在一起共用的，每一個按鍵也都會均影響這一個鍵所處的行以及列的電 平。這樣每一個按鍵都會彼此的產(chǎn)生影響，為了避免這些，可以把行以及列的 信號進行有效配合，而且做進一步的優(yōu)化，這樣就可以明確閉合鍵的位置所在。 3.1.33.1.3 LEDLED 顯示器顯示器 同常所用的 LED 顯示器有的也有 8 段 7 段的，8 段要比比 7 段的多了一個 小數(shù)點“dp”段。每一個段與之對應的一個發(fā)光二極管。顯示器構(gòu)成是共陽極 以及共陰極這兩種方式。如圖 3-6 所示。共陰極的 LED 顯示器發(fā)光二極管的陰 極被連接起來，一般情況下共陰極是接地的。如果某個發(fā)光二極管的陽極是高 電平的時候，就會使發(fā)光二極管被點亮，與之對應的段就會被實現(xiàn)的。同樣的 道理，如果共陽極的 LED 顯示器發(fā)光二極管的陽極被連接起來的話，通常情況 下這個公共陽極就會接正的電壓，如果某一個發(fā)光二極管的陰極被接低在電平 的時候，這個時候發(fā)光二極管就會被點亮，與之對應的段同樣會被顯示。如果 我們將不相同的段二極管點亮時，就會使 LED 顯示器上顯示出不同的符號以及 數(shù)字，這樣做的話是要為 LED 顯示器提供相關代碼的，理由是這些代碼的作用 可讓 LED 相應的段被點亮，以此來顯示出不同的字型，就因為這個原因這個代 碼就被稱為段碼或者稱為字型代碼也可以。將 7 段的發(fā)光二極管上加上一個小 數(shù)點以后，一共有 8 段。所以提供給 LED 顯示器的段碼剛剛好就是 1B。每一段 的字節(jié)中各位對應的關系如下圖 3-6 所表示。 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 10 圖 3-6 8 段 LED 結(jié)構(gòu)及外形圖 圖 3-7 發(fā)射部分的電路圖 3.1.43.1.4 發(fā)射部分發(fā)射部分 發(fā)射部分電路的原理圖就如 3-7 所表示那樣。在圖中是以 AT89C51 單片機 為主要原件，換一句話說就是這個控制最重要的部分，P0 鍵是這個系統(tǒng)掃描的 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 11 端口，包括十六個操作鍵，因此就分別對于控制單片機發(fā)出十六種不一樣脈沖， 進行 16 個不同操作。第 9 腳是單片機的一個特殊腳(具有復位的功能)，RC 上 有一個電復位的電路可以被利用，而第 14 個引腳是被用于紅外遙控發(fā)射編碼的 輸出腳，作用是輸出 38KHz 的載波編碼信號。而脈沖通過 T1 被放大以后，就會 通過紅外發(fā)射管(HRM5700B)輸出。第 18 以及 19 腳接的 12M 的晶振。需要特別 注意的問題是單片機的 P0.0P0.7 口一定要外接一個上拉的電阻，不然的話發(fā) 射的部分也就沒有辦法運行。 3.1.53.1.5 接收部分接收部分 接受部分的電路原理圖如圖 3-8 所示。控制的核心依然是 AT89C51(2)單片 機，整個數(shù)碼管的一個 2 進制的輸出需要依靠 P1.0-P1.7 口來完成。以此用著 數(shù)碼管的一個 2 進制數(shù)據(jù)的輸出，再經(jīng)過數(shù)碼管顯示發(fā)射出終端的按鍵號，與 此同時 P0 口以及 P2 口相對應的二極管就會顯出亮被點亮燈；P3.0 以及 P3.3 口先接收后進行調(diào)解紅外遙控信號，同樣需要注意說明的有： 圖 3-8 接收部分電路的原理圖 (1)出于對開機和關機時的時候燈是否應全滅的考慮，P0 以及 P2 口在系統(tǒng) 上經(jīng)過電初始化以后，就會一直保持在高的電平上，直到接收到了發(fā)射部分所 控制的信號時候，它的狀態(tài)也就隨之而改變； (2)有一體化接收器 HRM5700B（它的解調(diào)頻率為 38KHz）會得到紅外接收頭 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 12 的運用，如果 38KHz 的紅外脈沖信號會被 HRM5700B 所接收到的話，這個時候就 會把時低電平輸出，與之相反高電平就會被輸出。它的功能可以把光探測器以 及前置放大器比較完整的封裝起來，可以通過這個方式來完成脈沖編碼信號的 調(diào)制，以及完成紅外光信號的接收。 當處在系統(tǒng)的工作的時候，HRM5700B 對會把接收到的脈沖編碼信號進行處 理，也就解調(diào)，接下來的信號會輸入到單片機的 P3.0 以及 P3.3 口。 3.23.2 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計 對于本設計的軟件而言，它包括兩部分，發(fā)射部分，接收部分。 3.2.13.2.1 發(fā)射部分的工作原理發(fā)射部分的工作原理 當整個系統(tǒng)處于電初始化的時候，就會將鍵掃描的方法來對子程序進行加 工處理。在沒有把按鍵開關按下的時候，整個系統(tǒng)就相當于在一個等待的過程； 在把按鍵的開關向下按的時候，整個系統(tǒng)就會利用按鍵檢查的子程序，來完成 對按鍵號的確認，與此同時在傳入有相的發(fā)射子程序。對于這些發(fā)射的子程序， 需要把這些等待發(fā)射的信號進行處理，將其調(diào)制為 38 千赫茲的載波信號，再通 過 89c51 單片機的引腳進行輸出，最后再通過三極管 9013 進一步放大，就可以 驅(qū)動起紅外發(fā)射管，以此可以發(fā)射出調(diào)制脈沖的信號。用脈沖個數(shù)編碼對發(fā)射 信號進行處理，當然，不同的一些編碼可以由許多不同的脈沖個數(shù)來表示。其 范圍比較廣，從 6 個脈沖到 21 個脈沖不等，而遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔通常是 8 毫秒。 為達到控制準確的目的，一般可知發(fā)射脈沖可以分為三個部分，分別連接段和 控制段以及結(jié)束段。對于連接段而言，其發(fā)射信號的前三個脈沖的寬度有明確 的規(guī)定，而對于脈沖的間隔也有規(guī)定是 1ms。結(jié)束段充當作用是，成為發(fā)射信 號的最后的兩個脈沖，對于脈沖寬度而言也分別有要求為 2ms 和 4ms，脈沖間 隔與前者對應是 1ms。在這個圖形的中間是它的控制段，脈沖寬度以及賣出那 個間隔都是 1ms。從 3-9 中可以看出，其波形為八個編碼所發(fā)射出的輸出信號 的有關波形。對于最前面的其三個脈沖是連接段。最中的三個脈沖是控制段， 還有最后的兩個脈沖是結(jié)束段。 圖 3-9 發(fā)射八個編碼時的輸出信號的波形圖 3.2.23.2.2 接收部分工作原理接收部分工作原理 當整個系統(tǒng)處于電初始化的時候，需要檢測一下單片機的 P3.3 口。確定其 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 13 是否是高電平還是低電平。如果是高電平話，整個系統(tǒng)就會在等待的一種狀態(tài)。 如果是低電平話，則中斷服務程序就會被開啟，以此可以完成對數(shù)據(jù)幀的接收。 需要注意的問題也有許多，其中就有數(shù)據(jù)幀要運用中斷的方式來接收，單片機 的工作的方式也要在一定的條件下（在外中斷 1 方式下） 。當數(shù)據(jù)幀被接收的時 候，系統(tǒng)會把接收到的數(shù)據(jù)進行處理，具體是驗證前三碼寬，如果有其中的任 何一位的碼寬不符合設計的需要的話，一律會被當作錯誤碼對待，如果這個系 統(tǒng)接收到的是一個脈寬大于 5ms 的高電平的時候，就會立即結(jié)束此脈沖的接收。 接下來這個系統(tǒng)就會將所接收脈沖進行處理，目的是驗證的最后兩位的脈寬。 確定其值的大小應分別為 2ms 還有 4ms，如果不是也會被看著是錯誤碼來對待， 控制系統(tǒng)也要統(tǒng)計累加器 A 中的脈沖到底有幾個，再根據(jù)這個個數(shù)來確定單片 機 P0 或者 P2 口的特定輸出的控制信號，與此同時，P1 口相應會輸出一個的 2 進制數(shù)據(jù)。以上整個過程是一次比較完整的接收過程。HRM5700B 接收八個編碼 時的輸出信號波形如圖 3-10。 圖 3-10 ST188 接收八個編碼時的輸出信號波形 3.33.3 遙控系統(tǒng)的編碼及解碼遙控系統(tǒng)的編碼及解碼 3.3.13.3.1 與遙控有關發(fā)射編碼的格式與遙控有關發(fā)射編碼的格式 需要運用到脈寬調(diào)制的串行碼，用一組合來表示二進制的零，這種組合有 脈寬為 0.565ms 和間隔 0.56ms 以及周期為 1.125ms 而構(gòu)成。與其對應的是一個 組合來表示一，包括脈寬是 0.565ms 和間隔 1.685ms 以及周期是 2.25ms 這些要 素的組成， 它的波形如圖 3-11 所表示。 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 14 圖 3-11 遙控碼的零和一 以上所描述的零和一可以由它們構(gòu)成一個 32 位二進制碼，再通過一個 38kHz 的載頻進行第二次的調(diào)制，這樣可以讓發(fā)射頻率得到提高，以此可以把 電源功耗降到很低。最后，紅外發(fā)射二極管會產(chǎn)生一種紅外線，這個紅外線可 以對著空間任意發(fā)射，如圖 3-12 所表示。 圖 3-12 遙控信號的編碼波形 當遙控器的按鍵被按下以后，這時會有三十二位二進制碼被發(fā)出，且是按 周期性的發(fā)出。它的周期大概是 108ms。對于二進制碼來說，它能夠的持續(xù)時 間是變化的，會根據(jù)它所包含的二進制零以及一的個數(shù)不一樣而變化，其時間 大概是從 45ms 到 63ms 之中，圖 3-13 為發(fā)射的波形圖。 圖 3-13 遙控連發(fā)信號的波形圖 3.3.23.3.2 數(shù)據(jù)幀的接收處理數(shù)據(jù)幀的接收處理 隨著脈沖幀數(shù)據(jù)被紅外線接收器輸出以后，它的中斷程序會被啟動，這一 任務是由第一位碼的低電平完成的。數(shù)據(jù)幀也會在此時被接收。當數(shù)據(jù)被接收 的時候，起始位碼的碼寬會得到驗證的。如果被檢驗的起始位碼的碼寬在 2ms 以內(nèi)的話，會被認為是錯誤碼，而對其進行處理；不然的話會被當作是起始碼， 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 15 自然累加器 A 自動加 1.如果間隔位的高電平比 3ms 還要大的時候，就會停止接 收數(shù)據(jù)，最后通過統(tǒng)計累加器 A 中的脈沖個數(shù)的多少，以此來進行與之對應的 輸出操作。圖 3-14 為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼的波形圖。 圖 3.14 一幀遙控碼波形圖 3.43.4 遙控發(fā)射和接收控制程序的流程圖遙控發(fā)射和接收控制程序的流程圖 3.4.13.4.1 與遙控發(fā)射有關的控制的流程圖與遙控發(fā)射有關的控制的流程圖 圖 3-15 遙控發(fā)射程序的控制流程圖示 以上左邊的圖是把遙控發(fā)射作為主程序的，在一開始進行初始化的程序， 接著子程序會被調(diào)用。以上右邊圖是整個掃鍵的全過程，第一步是要搞清楚控 制鍵有沒有被按下，如果真有控制鍵被按下的話，就會通過一行一行的掃描， 再根據(jù) P 口值，來尋找相應的鍵號，將其轉(zhuǎn)到對于應的發(fā)射程序之中。 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 16 Y Y N 圖 3-16 遙控發(fā)射控制流程圖 研究紅外信號是如何發(fā)射的，需要在一開始的時候就把發(fā)射脈沖個數(shù)裝入 其中，注意發(fā)射的時候是 3ms 脈沖，停止發(fā)射的時候是 1ms 脈沖，在這個時候 如果發(fā)射脈沖個數(shù)是 1 個的話，就會返回到主程序當中去，如果不是 1 個的話， 就會發(fā)射一個 1ms 的脈沖，接著就會停止發(fā)射一個 1ms 的脈沖，以上的描述便 是結(jié)束了一個完整的發(fā)射過程。 在日常生活和實踐中，用紅外線遙控的方式進行控制時，會受到比較多因 素的影響，包括距離的大小以及角度的問題等，實際看來其效果會大打折扣， 若運用調(diào)頻或者調(diào)幅的方式發(fā)射接收碼話，就會大大提高遙控的距離，當然也 不會被角度所影響到。 發(fā)射開始 裝入發(fā)射脈沖個數(shù) （R1） 發(fā) 3ms 脈 沖 停發(fā) 1ms （R1）-1=0 發(fā) 1ms 脈沖 停發(fā) 1ms 返 回 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 4 4 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 對于一個整體的基于單片機設計的應用系統(tǒng)有好幾個部分組成。首先是總 體的設計，當然還有硬件的設計以及軟件的設計。在經(jīng)過制板以及元器件安裝 以后。再設計一個寫好的程序，安裝在這個系統(tǒng)存儲器當中。這個系統(tǒng)就可以 開始運行了。但是，整個設計中不可避免會有些問題，要想第一次就完成有點 困難。所以要運用調(diào)試的方法，以此來找到錯誤的原因，然后進行修改。調(diào)試 的過程需要用到一些儀器，包括穩(wěn)壓電源和示波器以及萬用表，另外還有信號 發(fā)生器。 調(diào)試步驟： (1)在調(diào)試以前，整個系統(tǒng)不加電源檢查 先根據(jù)電路圖，來觀察實際線路的連線的準確。需要檢查線路有沒有把線 接錯了，有沒有少接一根線。另外，還要注意焊接以及接插是不是可以正常工 作，這需要萬用表來檢查。也還要注意二極管和集成電路的極性有沒有安裝對。 最后，還要檢查一下電源的正負極有沒有接對，與信號源的接線有沒有接對。 可以用萬用表來測量電阻看電源對地有沒有短路。 采取以上措施的檢驗，可以知道還有許多問題有待解決，其中包括電源正 負極的問題，接觸不良的問題等。由于進一步的糾正，大部分的問題得到解決， 電路可以正常運行。 (2)靜態(tài)檢測與調(diào)試 首先要把信號源斷開，然后在電路中接入測量好的電源。同時需要測量電 源電壓，這是萬用表的電壓檔派上用場。通過觀察整個電路的運行情況，看看 有沒有特別的情況。包括有沒有看到煙和聞到怪味以及有些元器件的溫度是否 過高。如果有這些特殊的情況發(fā)生，就應該馬上把電源斷開，進行進一步的檢 查。 在靜態(tài)檢測與調(diào)試中，并無以上所描述的特殊現(xiàn)象。然后還需要注意其他 的一些地方，包括在各關鍵點直流電壓。另外，也需要觀察包括靜態(tài)工作點和 放大電路輸入以及輸出端直流電壓等有沒有處在正常工作狀態(tài)下。通過檢查發(fā) 現(xiàn)還是有些電路不符合情況的。采取一些方法包括改變有關元器件的參數(shù)，把 有些元器件換掉。這樣才會然電路的運行在最佳狀態(tài)。 當然，我們需要對于放大電路進行進一步的觀察。這要用到示波器，看看 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 有沒有自激的情況發(fā)生，通過檢查，并無此種情況。 動態(tài)監(jiān)測與調(diào)試： 通過靜態(tài)調(diào)試所得到的一些結(jié)果可以有助于動態(tài)調(diào)試。是在靜態(tài)調(diào)試的基 礎上進行的，動態(tài)調(diào)試有一定的方法，具體的做法是把信號源加在電路的輸入 端。接著根據(jù)并信號的注射情況，來逐步觀察各有關點波的形狀以及參數(shù)的大 小，相關性能的指標是不是都符合設計需要。若是有這個需要，還應該對電路 的參數(shù)進行進一步調(diào)整。一旦問題出現(xiàn)，要通過一系列的方法發(fā)現(xiàn)根源。進行 糾正，解決問題。 遙控器電路的設計主要是通過碼分制遙控的方式進行的。通過檢查發(fā)射電 路輸出端和接收電路輸入端的信號波形（用示波器檢查） ，可以注意到，不同的 開關按鈕被按下時，對發(fā)射電路輸出端及接收電路輸入端的信號波形進行了檢 查，發(fā)現(xiàn)當按下不同的開關按鈕時示波器所顯示的波形是不一樣的。這一點充 分表明這個電路工作狀態(tài)是處在正常情況下的。 調(diào)試注意事項： 通過親自對電路進行調(diào)試檢查，可以發(fā)現(xiàn)一些需要注意的問題，在此適當 做出歸納，值得以后保持警惕。 (1)對于一些的儀器的接地的一端需要注意，要把電路的接地端和儀器的接 地端正確的連接起來。 (2) 而在處理有些比較弱的信號時，需要用的一些屏蔽線進行相關的連接。 另外，這些屏蔽線需要接到比較特殊的地方，就是公共地線，當然，輸入的頻 率有時候會很高，要想辦法去消除連接線分布電容的干擾。當需要采用示波器 進行檢查的時候，最好將示波器的探頭連接起來，從而消除一些不良的干擾。 (3) 對于有些測量電壓所用儀器而言，其相關的輸入阻抗有特殊的要求， 一定要保證其對于被測處的等效阻抗來說是足夠大的。 (4) 對于測量儀器的帶寬也有要求，被測電路的帶寬應該遠遠小于測量儀 器的帶寬。 。 (5)還有測量點以及測量檔的選取需要仔細考慮。 (6) 對于整個實驗過程需要注意，記錄相關的實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象還有波形相 位的變化。 (7) 最后，在整個系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)問題時也要仔細的探究根源。 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 （1）PCB 原理圖及打印的圖紙： (2)整體的實物圖照片： 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 5 5 結(jié)束語結(jié)束語 此次 畢業(yè)設計所運用的是紅外發(fā)射以及接收的方式，這樣的話可以確保傳 出的信號有較強的可靠性。保證了信號傳輸?shù)目煽啃?，另外操作比較容易，花 費的材料比較少。發(fā)射端發(fā)出控制信號，被接收部分所接受，并且可以進行對 其他部分的控制。由連接段和控制段以及結(jié)束段構(gòu)成發(fā)射脈沖，另外接收端有 校驗的功能。正如現(xiàn)實生活的運用以及實驗，以此可以實現(xiàn)比較準確的控制。 又通過接收發(fā)射端得控制信號，在接收部分實現(xiàn)了相應的控制，為達到控制準 確的目的，將發(fā)射脈沖分為連接段、控制段和結(jié)束段，并在接收端進行校驗。 通過開發(fā)實驗和現(xiàn)場應用證明，此次課題設計的方案具有較好的性能，而且具 有較好的工作的性能，對于生活中的各種與電源有關的遙控控制都可以采用此 方法。不過，這種方法也有局限性，會受到比如距離還有方向的影響。這個控 制系統(tǒng)在 10 米內(nèi)效果良好，另外按遙控時要注意角度的問題，若傳輸過程中有 阻擋物的話，比如墻壁，門等。當然，要想使控制更加精確的話，可以考慮用 調(diào)幅以及調(diào)頻的方式來發(fā)射和接收編碼。這樣可以從任意角度，較遠的距離發(fā) 射信號。 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 參考文獻參考文獻 1 ：韓太林單片機原理和應用M 北京：2004，電子信息工業(yè)出版社 2：張毅剛單片機原理及其應用M 北京：2003，高等教育出版社， 3：盧飛躍紅外遙控多路的設計以及搶答器的設計 2004，番禺職業(yè)技術(shù) 學院學報, 4：黃尊熹單片機原理的接口及其應用M 2001，西北工業(yè)大學出版社,. 5：樓然苗,李光飛,8951 單片機的設計以及實例M 北京：2007，北航空出版社, 6：李必紅,王忠魁基于單片機控制機床數(shù)控改造J 山西工學院學報。 7：高建榮.基于單片機控制紅外線遙控的編碼實現(xiàn)M.2004 計算機工程與設計. 8：劉曉明，王軍.兩種紅外解碼技術(shù)的探討M.2002,測控技術(shù). 9：肖圣兵，和徐清源有關紅外遙控信號的解碼以及方法J 2002，蘇州大學 學報【自然科學】. 10：付家才.與單片機有關的控制工程實踐方法J.北京：2003，北京化學工業(yè) 出版社， 11：周立功.增強型 AT89C51 單片機速成與實戰(zhàn)M.北京：2003，北京理工大學出 版社. 12：嚴天峰.單片機仿真調(diào)試以及應用系統(tǒng)開發(fā) J.北京：北京理工出版社， 2005. 13：馮建華.與單片機應用系統(tǒng)設計有關的產(chǎn)品開發(fā)J.北京：2005，西北工業(yè)大 學出版社 。 14：裴彥純.以單片機系統(tǒng)的為基礎的紅外遙控器應J.北京：2006，北京理工出 版社。 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 附附 錄錄 /* */ / send.c / 遙控發(fā)射器 /* */ /使用 AT89C51 單片機，12Mhz 晶振 / /#pragma src(E:remote.asm) #include “reg52.h“ #include “intrins.h“ /_nop_():延時函數(shù)用 / #define uchar unsigned char #define uint unsigned int / sbit remoteout=P35; / 遙控輸出口 / / uint i,j,m,n,k,s; Uchar keyvol,temp; / 鍵值存放 / / /*1 毫秒延時程序*/ void delay(uint z) uint t1,y; for(t1=z;t10;t1-) For(y=110;y0;y-); / / 合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文設計 /*初始化函數(shù)*/ clearmen()