基于單片機(jī)紅外遙控智能家居

1、學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)紅外遙控智能家居的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：李建強(qiáng)學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：20084074214指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：富爽所在學(xué)院：所在學(xué)院：信息技術(shù)學(xué)院專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)：業(yè)：通信工程中國(guó)大慶2012 年 5 月黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名李建強(qiáng)所在班級(jí)通 2008 級(jí)(2)導(dǎo)師姓名富爽導(dǎo)師職稱(chēng)講師 論文題目基于單片機(jī)紅外遙控智能家居的設(shè)計(jì)題目分類(lèi)1應(yīng)用與非應(yīng)用類(lèi)：工程科研教學(xué)建設(shè)理論分析模擬2軟件與軟硬結(jié)合類(lèi)：軟件硬件軟硬結(jié)合非軟硬件（1、2 類(lèi)中必須各選一項(xiàng)適合自己題目的類(lèi)型在內(nèi)打）主要研究?jī)?nèi)容及指標(biāo)： 本課題

2、是通過(guò)紅外解碼進(jìn)行短距離的通信，通過(guò)對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行編碼和解碼，在不改變?cè)械碾娖鹘Y(jié)構(gòu)和位置的情況下，運(yùn)用紅外遙控技術(shù)控制所有帶紅外接收頭的家電并通過(guò)單片機(jī)控制常用的家居（如洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)，熱水器開(kāi)關(guān)，窗簾開(kāi)閉） 。此次設(shè)計(jì)是對(duì)智能家居系統(tǒng)的模擬測(cè)試，主要實(shí)現(xiàn)通過(guò)紅外遙控技術(shù)控制繼電器的開(kāi)關(guān)，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，燈的亮滅等。主要參考文獻(xiàn)：1 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社.20012 蔡艷玲.基于 EBOX 和 AT89C52 智能家居紅外遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì).廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院.3 譚浩強(qiáng).C 程序設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社.20054 李華，李東.MCS51/98 系列單片機(jī)原理與應(yīng)用.

3、機(jī)械工業(yè)出版社.1997.5 曾興雯,劉乃安,孫獻(xiàn)璞.擴(kuò)展頻譜通信及其多址技術(shù)M.西安電子科技大出版社.2004階段規(guī)劃：1、2011 年 12 月 22 日至 2011 年 1 月 12 日 資料收集和整理2、2012 年 3 月 2 日至 3 月 25 日 熟悉紅外解碼的工作原理及程序的編寫(xiě)3、2012 年 3 月 26 日至 4 月 20 日 硬件的搭建、綜合調(diào)試4、2012 年 4 月 21 日至 5 月 12 日 系統(tǒng)改進(jìn)、論文初稿5、2012 年 5 月 13 日至 5 月 20 日 論文打印，準(zhǔn)備答辯開(kāi)題時(shí)間2011.12.15完成論文時(shí)間2012.5.20專(zhuān)家審定意見(jiàn)：系主任簽

4、字：年 月 日注：1任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)后交給學(xué)生，要求學(xué)生妥善保存。2此任務(wù)書(shū)夾于論文扉頁(yè)與論文一并裝訂，作為論文評(píng)分依據(jù)之。摘要I摘要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人類(lèi)的生活水平有著日新月異的變化， “以人為本、舒適、便利、智能化”已成為家居系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)理念。家居智能化控制系統(tǒng)力求創(chuàng)造安全、舒適的生活環(huán)境，成為目前設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的重中之重。本文通過(guò)紅外遙控技術(shù)和單片機(jī)的相互結(jié)合進(jìn)行家具智能化的設(shè)計(jì)，通過(guò)單片機(jī)對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解碼和信號(hào)處理1，在不改變?cè)械碾娖鹘Y(jié)構(gòu)和位置的情況下，運(yùn)用紅外遙控技術(shù)控制所有帶紅外接收頭的家電并通過(guò)單片機(jī)控制常用的家居（如洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)，熱水器開(kāi)關(guān)，窗簾開(kāi)閉） 。

5、本方案主要解決信號(hào)接收和控制，在信號(hào)的處理接收之后對(duì)不同信號(hào)的程序處理，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)常用家具進(jìn)行控制和應(yīng)用。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：紅外技術(shù) 單片機(jī) 智能家居ABSTRACTIIABSTRACTWith the rapid development of computer technology and communication technology, rapid changes in the level of human life, humanist, comfortable , convenient, and the intelligence has become a important de

6、sign concept of home system . The intelligent home control system tries to create safe and comfortable living environment, it has become a top priority of the design and development . This article through combining the infrared remote control technology and MCU to design intelligent furniture. There

7、 we decode the infrared signals through the microcontroller and signal processing,then we use infrared remote control technology control all the home appliance with infrared sensor and through the single-chip microcomputer control commonly used home(Such as washing machines reversing, water heater s

8、witch, open and close the curtains) in the case of not changing the electrical structure and location. The scheme is mainly to solve the signal receiving and control, in signal processing after receiving of different signal procedures, through software programming realize to control and application

9、the common furniture.Keywords: Infrared technology microcomputer intelligent household目錄III目錄摘要.IABSTRACT.II前言.IV1 緒論.11.1 設(shè)計(jì)背景、意義 .11.2 紅外通訊 .11.3 智能家居的發(fā)展趨勢(shì)與特點(diǎn) .12 系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì).32.1 設(shè)計(jì)理論分析 .32.2 方案的比較及確定 .52.3 總體方案的設(shè)計(jì) .62.4 本章小結(jié) .83 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).93.1 單片機(jī)總控制電路的介紹 .93.2 紅外發(fā)射與接收裝置 .153.3 液晶顯示電路 .163.4 步進(jìn)電機(jī)和繼電

10、器 .193.5 串口通信模塊 .233.6 本章小結(jié) .244 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn).254.1 紅外遙控發(fā)射編碼部分 .254.2 紅外遙控接收解碼部分 .254.3 顯示電路程序的編寫(xiě) .254.4 軟件系統(tǒng)總體功能框圖 .254.5 本章小結(jié) .265 系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析.275.1 單片機(jī)的編譯環(huán)境 .275.2 紅外遙控智能家居系統(tǒng)電路調(diào)試 .275.3 本章小結(jié) .27結(jié)論.28參考文獻(xiàn).29致謝.30附錄.31前言IV前言智能家居系統(tǒng)是指利用通信技術(shù)、控制技術(shù)、綜合布線(xiàn)技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起 ,通過(guò)統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相

11、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間；還由原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式 ,幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。出門(mén)在外，您可以通過(guò)電話(huà)、電腦來(lái)遠(yuǎn)程遙控您的家居各智能系統(tǒng)，例如在回家的路上或下班前提前打開(kāi)家中的空調(diào)和熱水器；到家開(kāi)門(mén)時(shí)，借助門(mén)磁或紅外傳感器，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)過(guò)道燈，同時(shí)打開(kāi)電子門(mén)鎖，安防撤防，開(kāi)啟家中的照明燈具和窗簾迎接您的歸來(lái)；回到家里，使用遙控器您可以方便地控制房間內(nèi)各種電器設(shè)備，可以通過(guò)智能化照明系統(tǒng)選

12、擇預(yù)設(shè)的燈光場(chǎng)景，讀書(shū)時(shí)營(yíng)造書(shū)房舒適的安靜；臥室里營(yíng)造浪漫的燈光氛圍 這一切，您都可以在家里從容操作，一個(gè)控制器可以遙控家里的一切，比如拉窗簾，調(diào)整窗簾、燈光、音響的狀態(tài)，給浴池放水并自動(dòng)加熱調(diào)節(jié)水溫；在公司上班時(shí)，家里的情況還可以顯示在辦公室的電腦或手機(jī)上，隨時(shí)查看；門(mén)口機(jī)具有拍照功能，家中無(wú)人時(shí)若有來(lái)訪(fǎng)者，系統(tǒng)會(huì)拍下照片供您回來(lái)查看，室內(nèi)安裝有網(wǎng)絡(luò)視頻攝像頭，可以在互聯(lián)網(wǎng)上查看室內(nèi)的情景并進(jìn)行控制。隨著人們生活水平的提高和電子技術(shù)的發(fā)展，家居智能化已經(jīng)開(kāi)始走進(jìn)了我們?nèi)粘５纳?。人們已?jīng)不滿(mǎn)足于按鍵式的手動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制燈具，從而開(kāi)發(fā)出了智能化水平更高的專(zhuān)業(yè)照明控制的遙控系統(tǒng)，其成本低，質(zhì)量高，

13、應(yīng)用靈活方便。而由于具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，紅外線(xiàn)遙控已經(jīng)是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景、意義隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化、智能化的浪潮正在席卷世界的每一個(gè)角落，數(shù)字化家園進(jìn)入豪宅，它正全方位地改變著全社會(huì)。人們對(duì)家的需求已不僅僅局限于生活的舒適和安全，把網(wǎng)絡(luò)通訊、信息處理與空氣環(huán)境和家庭電器控制融入到一起簡(jiǎn)單操作與享受，乃是人們現(xiàn)在的渴望與追求。智能化的家居控制系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家起步比較早，始于 20 世紀(jì) 80 年代，裝備有各種通信、家電、安保等設(shè)施，通過(guò)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)

14、視、控制和管理的功能2。但直到現(xiàn)在也沒(méi)有完備的智能家居系統(tǒng)，鑒于此，本設(shè)計(jì)主要模擬智能家居的控制系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)用紅外通信技術(shù)進(jìn)行對(duì)家具的控制，以提高對(duì)智能家居的認(rèn)識(shí)和對(duì)紅外線(xiàn)的應(yīng)用。1.2 紅外通訊紅外通訊，顧名思義，就是通過(guò)紅外線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)。在電腦技術(shù)發(fā)展早期，數(shù)據(jù)都是通過(guò)線(xiàn)纜傳輸?shù)?，線(xiàn)纜傳輸連線(xiàn)麻煩，需要特制接口，頗為不便。于是后來(lái)就有了紅外、藍(lán)牙、等無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。紅外通訊技術(shù)利用紅外線(xiàn)來(lái)傳遞數(shù)據(jù)，是無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的一種。紅外線(xiàn)的特征：紅外傳輸是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式，無(wú)線(xiàn)，不能離的太遠(yuǎn)，要對(duì)準(zhǔn)方向，且中間不能有障礙，由于紅外線(xiàn)的直射特性，紅外通訊技術(shù)不太適合傳輸障礙比較多的地方。因此，紅外通

15、訊技術(shù)多數(shù)情況下傳輸距離短、傳輸速率不高13。1.3 智能家居的發(fā)展趨勢(shì)與特點(diǎn)完整的智能家居既不是單一的燈光、窗簾控制，也不是可視對(duì)講與家庭安防的簡(jiǎn)單集成，而是將電器控制（包括燈光、窗簾的控制） 、安全防范（包括可視對(duì)講、家庭安防） 、家庭娛樂(lè)（包括背景音樂(lè)、家庭影院等視聽(tīng)信號(hào)控制） 、信息通訊等多種功能有機(jī)地整合在一起，使智能家居真正成為家庭的控制中心、安全中心、娛樂(lè)中心和信息中心，這一點(diǎn)已經(jīng)成為業(yè)界資深人士的共識(shí)。但是，目前尚沒(méi)有任何一種品牌的智能家居系統(tǒng)能夠獨(dú)立地完成上述全部功能，例如美系產(chǎn)品雖擁有強(qiáng)大的視聽(tīng)信號(hào)控制功能，但電器控制功能較弱；歐系產(chǎn)品的電器控制功能較強(qiáng)，但缺少視頻信號(hào)的傳

16、輸、控制功能；韓系產(chǎn)品雖具有比較完善的家庭安防功能，但視聽(tīng)信號(hào)控制功能和電器控制功能都比較弱。因此，在筆者實(shí)地考察過(guò)的幾個(gè)近年建設(shè)的智能家居項(xiàng)目中，智能家居系黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2統(tǒng)采用的都不是單一品牌的智能家居產(chǎn)品，而是根據(jù)功能需求將幾種品牌不同、功能互補(bǔ)的智能家居產(chǎn)品集成到一起，整合成一個(gè)功能更加完善強(qiáng)大的智能家居系統(tǒng)，如 ABB 與 AMX、快思聰，霍尼韋爾與施耐德等品牌的結(jié)合，這已經(jīng)成為當(dāng)前智能家居系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)之一；智能家居系統(tǒng)應(yīng)用的第二個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，就是圖形化綜合人機(jī)操作界面正在逐步從專(zhuān)用的觸摸屏向數(shù)字網(wǎng)絡(luò)電視、iPone、iPad 等通用設(shè)備的方向發(fā)展，專(zhuān)用觸摸屏

17、逐漸只用于做圖形化綜合控制開(kāi)關(guān)使用。但是，無(wú)論是將幾種品牌不同、功能互補(bǔ)的智能家居產(chǎn)品集成到一起，還是應(yīng)用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)電視、iPone、iPad 等通用設(shè)備做圖形化人機(jī)綜合操作界面，都需要施工方具有很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)能力和系統(tǒng)集成能力，因此如果沒(méi)有高水平的智能家居系統(tǒng)集成商，就不可能建成高質(zhì)量的智能家居項(xiàng)目。高質(zhì)量的智能家居項(xiàng)目必須要由高水平的智能家居集成商來(lái)實(shí)施，這是智能家居系統(tǒng)應(yīng)用的第三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)3。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）32 系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)對(duì)紅外遙控進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，必須先了解一些有關(guān)的原理和標(biāo)準(zhǔn)，如：紅外通信基本原理，紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，紅外線(xiàn)遙控原理等；還要對(duì)設(shè)計(jì)的有一個(gè)比較清楚的方案。本

18、設(shè)計(jì)基于 STC89C52 單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)紅外解碼及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過(guò)查找資料確定各個(gè)模塊的功能及實(shí)現(xiàn)方法，先在軟件上進(jìn)行調(diào)試，再根據(jù)硬件修改調(diào)試軟件，最后將各個(gè)模塊合理組合在一起，達(dá)到預(yù)計(jì)的功能與目標(biāo)4。2.1 設(shè)計(jì)理論分析2.1.1 紅外通訊原理紅外線(xiàn)遙控就是利用紅外線(xiàn)（又稱(chēng)紅外光）來(lái)傳遞控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的近距離控制。具體來(lái)講，就是由發(fā)射器發(fā)出紅外線(xiàn)指令信號(hào)，由接收器接收并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并識(shí)別，再通過(guò)相應(yīng)的控制芯片，最后根據(jù)接收到的不同信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的各種功能的遠(yuǎn)距離控制。紅外遙控是單工的紅外通信方式，本設(shè)計(jì)的紅外遙控采用以通信方式為基礎(chǔ)的紅外遙控，而且本設(shè)計(jì)也使用了紅外通信技術(shù)，故

19、著重分析紅外通信的基本原理5。紅外通信是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般由紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對(duì)一個(gè)紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號(hào)，而接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測(cè)器進(jìn)行接收，就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。紅外線(xiàn)是波長(zhǎng)在 750nm 至 1mm 之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見(jiàn)光，是一種人的眼睛看不到的光線(xiàn)。紅外通信一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線(xiàn)，波長(zhǎng)在 0.75um 至 25um 之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（IrDA）成立后，為了保證不同廠(chǎng)商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通信效果，紅外通信協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通信所采用的光波波長(zhǎng)的范圍限定在 850 至 900nm 之內(nèi)6。

20、紅外通信的基本原理是發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)（載波信號(hào)） ，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。常用的有通過(guò)脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制（PWM）和通過(guò)脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（PPM）兩種方法。脈時(shí)調(diào)制（PPM）是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(IrDA)和國(guó)際電子電工委員會(huì)(IEEE)都推薦的調(diào)制方式，本設(shè)計(jì)采用脈時(shí)調(diào)制方法，即用兩個(gè)脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)表示二進(jìn)制信息，數(shù)據(jù)比特的傳送仿照不帶奇偶校驗(yàn)的RS232 通信，首先產(chǎn)生一個(gè)同步頭，然后接著 8 位數(shù)據(jù)比特7。如圖 1 所示。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4圖 1 PPM 調(diào)制波形圖載波信號(hào)的頻率 =38kH

21、z，載波周期 T=26.32us，本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)軟件產(chǎn)生載波，取 T=26us，脈沖寬度 t1=10T=260us，二進(jìn)制數(shù) 0 的脈沖串周期t2=500us，二進(jìn)制數(shù) 1 的脈沖串周期 t3=1000us。普通的紅外遙控采用面向指令的幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀由同步碼，地址碼和指令碼組成，指令碼長(zhǎng)度多為 816 個(gè)比特，傳送多字節(jié)遙控協(xié)議時(shí)效率偏低，而增加指令碼的長(zhǎng)度不利于接收器同步，為此本設(shè)計(jì)選用一種面向字節(jié)的幀結(jié)構(gòu)，采用類(lèi)似于異步串行通信的幀結(jié)構(gòu)，每幀由一個(gè)起始位（二進(jìn)制數(shù) 0） 、8 個(gè)數(shù)據(jù)位和 2 個(gè)停止位（二進(jìn)制數(shù) 1）構(gòu)成，如圖 2 所示。每幀傳送 1 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，幀與幀間隔大于 2ms

22、，幀結(jié)構(gòu)不含地址信息，尋址問(wèn)題由高層協(xié)議解決8。圖 2 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖由于紅外光存在反射,在全雙工的方式下發(fā)送的信號(hào)也可能會(huì)被本身接收，因此，紅外通信應(yīng)采用異步半雙工方式，即通信的某一方發(fā)送和接收交替進(jìn)行。2.1.2 紅外通信標(biāo)準(zhǔn)1993 年，由 HP、COMPAQ、INTEL 等二十多家公司發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（Infrared Data Association,簡(jiǎn)稱(chēng) IRDA） ，1993 年 6 月 28 日，來(lái)自 50 多家企業(yè)的 120 多位代表出席了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的首次會(huì)議，并就建立統(tǒng)一的紅外通訊標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題達(dá)成了一致。IRDA1.0 簡(jiǎn)稱(chēng)為 SIR（Serial InfRared）

23、 ，它是基于 HP-SIR 開(kāi)發(fā)出來(lái)的一黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5種異步的、半雙工的紅外通訊方式。SIR 以系統(tǒng)的異步通訊收發(fā)器（UART）為依托，通過(guò)對(duì)串行數(shù)據(jù)脈沖的波形壓縮和對(duì)所接收的光信號(hào)電脈沖的波形擴(kuò)展這一編碼解碼過(guò)程（3/16 EnDec）實(shí)現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸。由于受到 UART 通訊速率的限制，SIR 的最高通訊速率只有 115.2kbps，也就是大家熟知的電腦串行端口的最高速率。IRDA 標(biāo)準(zhǔn)包括三個(gè)基本的規(guī)范和協(xié)議：物理層規(guī)范（Physical Layer Link Specification）鏈接建立協(xié)議（ink Access Protocol:IRLAP）鏈接管理協(xié)議

24、（Link Management Protocol:IRLMP） 。圖 3 IRBUS 紅外線(xiàn)通信協(xié)議層物理層規(guī)范制定了紅外通信硬件設(shè)計(jì)上的目標(biāo)和要求，IRLAP 和 IRLMP 為兩個(gè)軟件層，負(fù)責(zé)對(duì)鏈接進(jìn)行設(shè)置、管理和維護(hù)。在 IRLAP 和 IRLMP 基礎(chǔ)上，針對(duì)一些特定的紅外通信應(yīng)用領(lǐng)域，IRDA 還陸續(xù)發(fā)布了一些更高級(jí)別的紅外協(xié)議，如 TINYTP、IROBEX、IRCOMM、IRLAN 和 IRBUS 等（見(jiàn)圖 3） 。2.2 方案的比較及確定本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于遙控解碼，遙控解碼的方式有硬件解碼與軟件解碼。方案一：硬件解碼。硬件解碼：在接受遙控一邊連接一個(gè)專(zhuān)用解碼芯片，只要按鍵盤(pán)上的

25、鍵值，它就能直接把這個(gè)鍵值解碼出來(lái)并存儲(chǔ)，當(dāng)你調(diào)用這個(gè)鍵值的時(shí)候只要從里面去讀取就行了，所以它的解碼率高，讀取顯示簡(jiǎn)單，這是它的優(yōu)點(diǎn)?？墒窃撔酒瑑r(jià)格昂貴，而且只能解碼對(duì)應(yīng)的遙控器，兼容性差，成本昂貴，不適合用作市場(chǎng)量產(chǎn)。方案二：軟件解碼。軟件解碼：根據(jù)遙控器選擇的芯片不同，其遙控碼格式也不同?，F(xiàn)在市場(chǎng)上主要有日本的 NEC 標(biāo)準(zhǔn)和飛利浦標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)軟件方式解碼時(shí)解碼的正確率就是一個(gè)很重要的指標(biāo)了。因此我選用了 C52 單片機(jī)芯片，負(fù)責(zé)紅外解碼和顯示Future deviceApplicationHID deviceApplicationHome ApplianceApplication2nd s

26、tepFuture1st stepHID-IrBus LLCFuture device LLCHA LLCIrBus PHYIrBus MAC黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6與控制?；谏鲜霰容^，我們選擇了方案二，采用 C 語(yǔ)言的軟件解碼方式。2.3 總體方案的設(shè)計(jì)2.3.1 總體設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 圖 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.3.2 主要模塊設(shè)計(jì)紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩大部分組成。本系統(tǒng)的紅外發(fā)射部分是由遙控器提供發(fā)射信號(hào)。紅外接收裝置通常由一紅外接收頭、單片機(jī)、密碼存儲(chǔ)器組成的接收電路。如圖 5 所示。STC89C52紅外接收頭顯 示復(fù)

27、 位晶 振繼電器串口通信步進(jìn)電機(jī)遙控器ULN2003紅外接收紅外發(fā)射串口通信步進(jìn)電機(jī)繼電器單片機(jī)黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7圖 5 紅外遙控智能家居的組成框圖為了節(jié)約成本，便于控制，該系統(tǒng)中使用的單片機(jī)為 STC89C52。接收模塊中的紅外接收部分是一種專(zhuān)用芯片 0038B。0038B 的管腳分布如圖 6 所示，2 腳、3 腳分別為地電源和地，1 腳是解調(diào)信號(hào)輸出，其電平與 TTL 兼容。0038B 系列特性如下：頻率范圍：32.75kHz、36.7kHz、38kHz、40kHz電源電壓范圍：4.7V5.3V工作電流：3mA最大遙控距離：8m工作溫度：-10+60圖 6 0038B 引

28、腳圖0038B 是黑色環(huán)氧聚光透鏡，濾除了可見(jiàn)光的干擾。內(nèi)含紅外線(xiàn) PIN 接收管、選頻放大器和解調(diào)器。當(dāng)紅外線(xiàn)發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)空間傳送到 0038B 時(shí)，它內(nèi)部的 PIN 紅外線(xiàn)接收管將紅外線(xiàn)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)選頻放大、解調(diào)后由 1 腳輸出與 TTL電平兼容的電信號(hào)，該信號(hào)可以直接送入微處理器進(jìn)行處理。0038B 的輸出波形如圖 7 所示。當(dāng)接收到頻帶內(nèi)的紅外信號(hào)時(shí)，0038B 接收器會(huì)輸出低電平，否則輸出數(shù)據(jù)為高電平，從而“將時(shí)斷時(shí)續(xù)”的紅外信號(hào)解調(diào)成原來(lái)的連續(xù)方波信號(hào)。-低電平高電平5V0V已調(diào)制紅外信號(hào) 0038B 輸出信號(hào)圖 7 0038B 的輸出波形0038B 的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性

29、好，抗干擾能力很強(qiáng)，外圍電路簡(jiǎn)潔，成本低廉，適用于各種紅外遙控和紅外數(shù)據(jù)傳輸，是替代其它紅外接收放大器的理想元件。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8唯一的缺點(diǎn)是電源供電需 5V 左右，用兩節(jié)電池供電。該芯片內(nèi)部集成了前置放大、限幅放大、帶通濾波、檢波、積分，及施密特比較器等單元電路，輸出端輸出標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 電平信號(hào)。同時(shí)，0038B 環(huán)氧樹(shù)脂封裝提供一個(gè)特殊的紅外濾光器，可防止自然光的干擾，具有極好的抗自然光干擾的性能，可防止無(wú)用脈沖輸出。該系統(tǒng)的工作過(guò)程是：首先由發(fā)射模塊中的單片機(jī)在外部命令的控制下按一定的時(shí)間間隔連續(xù)產(chǎn)生 20 次同一數(shù)碼。然后該信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制電路被調(diào)制到載波信號(hào)上，調(diào)制

30、信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后驅(qū)動(dòng)紅外線(xiàn)發(fā)射二極管發(fā)射紅外線(xiàn)信號(hào)9。接收端的紅外接收裝置 0038B 對(duì)發(fā)射過(guò)來(lái)的紅外調(diào)制信號(hào)進(jìn)行前置放大、限幅濾波、檢波等一系列過(guò)程后逐一解調(diào)出原數(shù)碼指令信號(hào)，再將解調(diào)出的信號(hào)與發(fā)射模塊中的原數(shù)碼指令信號(hào)相比較。如果是 15 次以上比較果是相同的，則認(rèn)為接收成功，并用該數(shù)碼信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器工作、最后由繼電器控制智能家居的閉合和開(kāi)啟。2.4 本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，從方案的選定，系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)到系統(tǒng)總體功能的實(shí)現(xiàn)做了簡(jiǎn)要的介紹。并將紅外通信的原理做了較詳細(xì)的介紹。從而為系統(tǒng)硬件制作提供了理論上的保障。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）93 硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)該智

31、能家居采用 STC89C5 為核心，由遙控發(fā)射部分及主機(jī)接收部分組成。遙控發(fā)射部分主要由萬(wàn)能遙控器組成。主機(jī)接收部分主要由 STC89C52 單片機(jī)、紅外接收頭、步進(jìn)電機(jī)、繼電器、LCD 屏顯示及復(fù)位電路等組成。3.1 單片機(jī)總控制電路的介紹 圖 8 紅外遙控智能家居硬件結(jié)構(gòu)圖3.1.1 單片機(jī)系統(tǒng)介紹本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)系統(tǒng)是以 STC89C52 為核心。電路原理圖如下：14023933843753663573483393210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21U189C52P10P11P12P13P14P15P16P17P

32、20P21P22P23P24P25P26P27P00P01P02P03P04P05P06P07P30P31P32P33P34P35P36P37X1X2EARST1234567891011121314151617181920P61234567891011121314151617181920P5GNDVCC串串串串串S212Y1GND30pFC330pFC2X1X2VCC10KR316uFC1GNDRST串串串串串串串串EA圖 9 單片機(jī)系統(tǒng)電路原理圖紅外發(fā)射模塊串口模塊紅外接收模塊89C52單片機(jī)系統(tǒng)繼電器模塊顯示模塊步進(jìn)電機(jī)模塊黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）103.1.1.1 STC89C

33、52 單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，也就是把組成微型計(jì)算機(jī)的各種功能部件，包括 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、基本輸入/輸出接口電路10。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等部件都制作在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)從而實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 10 所示。圖 10 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器11。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下

34、標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810 復(fù)位電路，三個(gè) 16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振 蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35Mhz，6T/12T 可選。和 atmel 的相比，STC89C52RC 單片機(jī)具有

35、8K 字節(jié)程序存儲(chǔ)空間；512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；內(nèi)帶 4K 字節(jié) EEPROM 存儲(chǔ)空間; 可直接使用串口下載12。STC89C52 的引腳圖如圖 11 所示： 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11圖 11 STC89C52 芯片引腳圖1.主電源及時(shí)鐘引腳 此類(lèi)引腳包括電源引腳 Vcc、Vss、時(shí)鐘引腳 XTAL1、XTAL2。（1）Vcc（40 腳）：接+5V 電源，為單片機(jī)芯片提供電能。（2）Vss（20 腳）接地。（3）XTAL1（19 腳）在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)的振蕩器，可提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。（4）XTAL2（18 腳）在單片機(jī)內(nèi)部，接至

36、上述振蕩器的反向輸出端。2.控制引腳此類(lèi)引腳包括 RESET（即 RSR/VPD） 、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP，可以提供控制信號(hào)，有些具有復(fù)用功能。（1）RSR/ VPD（9 腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效，當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（REST） 。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平保持為不高于 0.5V 的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接上備用電源（VPD） ，以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng) Vcc 下降到低于規(guī)定值，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（50.5V）時(shí)，VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。（2）ALE/PROG（

37、30 腳）：ALE 為地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， （地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存 16 位地址的低 8 位。即黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12使不訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE 端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè) ALE 脈沖。ALE 端可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。（3）PSEN（29 腳）：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。此輸出為單片內(nèi)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或取常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期均 PSEN 兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)

38、據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。PSEN 同樣可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。（4）EA/VPP（31 腳）：EA 功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在 PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò) 0FFFH時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。3.輸入/輸出引腳此類(lèi)引腳包括 P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口。（1）P0(P0.0P0.7)是一個(gè) 8 位三態(tài)雙向 I/0 口，在不訪(fǎng)積壓外部存儲(chǔ)器，做通用 I/0 口使用，用于傳送 CPU 的輸入/輸出數(shù)據(jù)，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，此口為地址總路線(xiàn)低 8 位及數(shù)據(jù)總路線(xiàn)分時(shí)復(fù)用口，可帶

39、 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。（2）P1（P1.0P2.7）是一個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口（作為輸入時(shí)，口鎖存器置 1） ，帶有內(nèi)部上拉電阻，可帶 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。（3）P2（P2.0P2.7）是一個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，與地址總路線(xiàn)高 8 位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。（4）P3（P3.0P3.7）是一個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，每個(gè)口可獨(dú)立控制，內(nèi)部帶上拉電阻。作為第一功能使用時(shí)就當(dāng)作普通 I/O 口，與 P1 相似。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表 1 所示。值得強(qiáng)調(diào)的是，P3 口的每一個(gè)引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入/輸出或第二功能。表 1 P3 口

40、各引腳第二功能定義標(biāo)號(hào)引腳第二功能說(shuō)明P3.010RXD串行輸入口P3.111TXD串行輸出口P3.212INT0外部中斷 0P3.313INT1外部中斷 1P3.414T0記時(shí)器 0 外部輸入P3.515T1記時(shí)器 1 外部輸入P3.616WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通P3.717RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通3.1.1.2 時(shí)鐘電路STC89C52 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和TXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖 12(a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時(shí)

41、元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩13。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在 1.212MHz 之間選擇，電容值在 530pF之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時(shí)鐘電路如圖 12（b）所示，RXD 接地，TXD 接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻14，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘 P1 和P2，供單片機(jī)使用。CGND12Y2XTAL1XTAL2 XTAL1XTAL2+5VGND12OCT1A關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)（a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （b）外部方式時(shí)鐘電路圖 12 時(shí)鐘電路

42、3.1.1.3 復(fù)位及復(fù)位電路1.復(fù)位操作復(fù)位操作復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。除 PC 之外，復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表 2所示。表 2 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不

43、定IE0X000000BPCON0XXX0000B黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14TMOD00H2.復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頻率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò) 4us 才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖 13 所示：圖 13 產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位操作有上

44、電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖14（a）所示。這佯，只要電源 Vcc 的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 14（b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 14（c）所示：S2VCC1KR322uFC1GNDRSTVCC1KR322uFC1GNDRSTS2VCC1KR316uFC1GNDRST200R1KR416uFC2RST/V

45、PD片內(nèi) RAM施密特觸發(fā)器復(fù)位電路VCCVSS黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15（a）上電復(fù)位 （b）按鍵電平復(fù)位 （c）按鍵脈沖復(fù)位圖 14 復(fù)位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6MHz 晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖 14（b）按鍵電平復(fù)位方式。STC89C52 具體介紹如下：主電源引腳（2 根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V 電源GND(Pin20)：接地線(xiàn)外接晶振引腳（2 根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4 根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位

46、引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。可編程輸入/輸出引腳（32 根）STC89C52 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、P1、P2、P3 口，每個(gè)口有 8 位（8 根引腳） ，共 32 根。P0 口（Pin39Pin32）：8 位雙向 I/O 口線(xiàn)，名稱(chēng)為 P0.0P0.7P1 口（Pin1Pin8）：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線(xiàn)，名稱(chēng)為

47、P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28）：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線(xiàn)，名稱(chēng)為 P2.0P2.7 P3 口（Pin10Pin17）：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線(xiàn)，名稱(chēng)為 P3.0P3.7STC89C52 主要功能如表 3 所示。表 3 STC89C52 主要功能主要功能特性兼容 MCS51 指令系統(tǒng)8K 可反復(fù)擦寫(xiě) Flash ROM32 個(gè)雙向 I/O 口256x8bit 內(nèi)部 RAM3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率 0-24MHz2 個(gè)串行中斷可編程 UART 串行通道2 個(gè)外部中斷源共 6 個(gè)中斷源2 個(gè)讀寫(xiě)中斷口線(xiàn)3 級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功

48、能黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）163.2 紅外發(fā)射與接收裝置紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩大部分組成。本系統(tǒng)的紅外發(fā)射部分是由遙控器提供發(fā)射信號(hào)。紅外接收裝置通常由一紅外接收頭組成的接收電路。紅外接收電路如下圖所示：123P3P32GNDVCC圖 15 紅外接收電路3.2.1 紅外接收信號(hào)的解碼 接收信號(hào)的解碼是根據(jù)紅外線(xiàn)接收器輸出脈沖幀的格式來(lái)進(jìn)行解碼的，即用累加器 A 分別對(duì)符合條件的負(fù)跳變脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)紅外線(xiàn)接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時(shí)，第一位碼的低電平將啟動(dòng)中斷程序，實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)幀。在接收數(shù)據(jù)幀時(shí)，根據(jù)發(fā)射幀的格式將對(duì)第一位（起始）碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。若第一位低電平碼的

49、脈沖寬小于 2ms，將作為錯(cuò)誤碼處理。當(dāng)間隔位的高電平脈沖大于 3ms時(shí)，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器 A 中的脈沖個(gè)數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的操作。圖 16 為紅外線(xiàn)接收器輸出的一幀遙控碼波形圖15。圖 16 紅外接收遙控碼波形圖黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）173.3 液晶顯示電路顯示模塊電路如下圖所示：1KR1RPotP00P01P02P03P04P05P06P07VCCGNDVCCGNDP25P26P271234567891011121314151617181920P1P24圖 17 液晶顯示電路圖帶中文字庫(kù)的 12864 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線(xiàn)或 3 線(xiàn)串行多種接口方式，內(nèi)部含有

50、國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示 84 行 1616 點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。1.基本特性（1）低電源電壓（VDD:3.0-5.5V）（2）顯示分辨率:12864 點(diǎn) （3）內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供

51、 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選) （4）內(nèi)置 128 個(gè) 168 點(diǎn)陣字符 （5）2MHZ 時(shí)鐘頻率 （6）顯示方式：STN、半透、正顯 （7）驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）視角方向：6 點(diǎn)（9）背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/51/10 （10）通訊方式：串行、并口可選 （11）內(nèi)置 DC-DC 轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓 （12）無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)（13）工作溫度: 0 - +55 ,存儲(chǔ)溫度: -20 - +602.接口說(shuō)明黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18表 4 12864 接口說(shuō)明管腳號(hào)管腳名稱(chēng)電平管腳功能描述

52、1VSS0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0-對(duì)比度（亮度）調(diào)整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示 DB7DB0 為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”,表示 DB7DB0 為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到 DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0 的數(shù)據(jù)被寫(xiě)到 IR 或 DR6E(SCLK)H/L使能信號(hào)7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)15PSBH/LH：8 位或 4 位

53、并口方式，L：串口方式（見(jiàn)注釋 1）16NC-空腳17RESETH/L復(fù)位端，低電平有效（見(jiàn)注釋 2）18VOUT-LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V） （見(jiàn)注釋 3）20KVSS背光源負(fù)端（見(jiàn)注釋 3）3.控制器接口信號(hào)說(shuō)明：表 5 RS，R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式：RSR/W功能說(shuō)明LLMPU 寫(xiě)指令到指令暫存器（IR）LH讀出忙標(biāo)志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)HLMPU 寫(xiě)入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）HHMPU 從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）194.字符顯示:帶中文字庫(kù)的 128X64-0402B 每屏可顯示 4

54、行 8 列共 32 個(gè) 1616 點(diǎn)陣的漢字，每個(gè)顯示 RAM 可顯示 1 個(gè)中文字符或 2 個(gè) 168 點(diǎn)陣全高 ASCII 碼字符，即每屏最多可實(shí)現(xiàn) 32 個(gè)中文字符或 64 個(gè) ASCII 碼字符的顯示。帶中文字庫(kù)的128X64-0402B 內(nèi)部提供 1282 字節(jié)的字符顯示 RAM 緩沖區(qū)（DDRAM） 。字符顯示是通過(guò)將字符顯示編碼寫(xiě)入該字符顯示 RAM 實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)寫(xiě)入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示 CGROM（中文字庫(kù)） 、HCGROM（ASCII 碼字庫(kù)）及CGRAM（自定義字形）的內(nèi)容。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：00000006H（其代碼分別是 0000、0002

55、、0004、0006 共 4 個(gè)）顯示自定義字型，02H7FH 顯示半寬 ASCII 碼字符，A1A0HF7FFH 顯示 8192 種 GB2312 中文字庫(kù)字形。字符顯示 RAM 在液晶模塊中的地址 80H9FH。字符顯示的 RAM 的地址與 32 個(gè)字符顯示區(qū)域有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。表 6 字符顯示的地址與區(qū)域的對(duì)應(yīng)關(guān)系80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH3.4 步進(jìn)電機(jī)和繼電器對(duì)窗簾開(kāi)關(guān)的控制是采用步進(jìn)電機(jī) 28B

56、YJ48 型四相八拍電機(jī)，由于單片機(jī)接口電流不夠大需要通過(guò) ULN2003 放大再連接到相應(yīng)的電機(jī)接口；而對(duì)于熱水器、照明指示燈則加入繼電器來(lái)完成。電路原理圖如下：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20in11in22in33in44in55in66in77gnd8com9out710out611out512out413out314out215out116U3ULN200312345P5VCC關(guān)關(guān)關(guān)關(guān) 關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)VCC關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)P10P11P13P14P15P16K1K2D2關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)D3關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)1KR41KR5GNDVCCVCCGND圖 18 步進(jìn)電機(jī)和繼電器控制電路原理圖3.4.1

57、步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步距角” ，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的16。步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 7.5 度 或 15 度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為

58、三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 1.5 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家 80 年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 1.8 度而五相步進(jìn)角一般為 0.72 度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。步進(jìn)電機(jī)各相輪流接入整步電流后所產(chǎn)生的步距角叫做該步進(jìn)電機(jī)的基本步距角。F 相步進(jìn)電機(jī)有 F 個(gè)繞組，這 F 個(gè)繞組要均勻地鑲嵌在定子上，因此定子的磁極數(shù)必定是 F 的整數(shù)倍，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)應(yīng)該是 F 的整數(shù)倍;也就是說(shuō)：3 相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是 3 的整數(shù)倍，4 相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是 4 的整數(shù)倍，5 相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的

59、步數(shù)是 5 的整數(shù)倍；如果步進(jìn)電機(jī)的基本步距角為 A ，轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是 M ，步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是 F 則有黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21下述關(guān)系：A=360/M 由于上述機(jī)械對(duì)稱(chēng)原理，M 必然是相數(shù) F 的整數(shù)倍,即：M=N*F 其中 N 是正整數(shù)。跟據(jù)以上分析可以看出，基本步距角是不能取任意值的。28BYJ-48 步進(jìn)電機(jī)：圖 19 28BYJ-48 步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖步進(jìn)電機(jī) 28BYJ48 型四相八拍電機(jī)，電壓為 DC5VDC12V。當(dāng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定的角

60、度（一個(gè)步距角） 。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距。四相步進(jìn)電機(jī)可以在不同的通電方式下運(yùn)行，常見(jiàn)的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A.，雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-.） ，八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.）減速步進(jìn)電機(jī) 28BYJ-48 的原理如下圖：圖 20 減速步進(jìn)電機(jī) 28BYJ-48 的原理圖中間部分是轉(zhuǎn)子，由一個(gè)永磁體組成，邊上的是定子繞組。當(dāng)定子的一個(gè)繞組通電時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)方向的電磁場(chǎng)，如果這個(gè)磁場(chǎng)的方向和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向不在同一條直線(xiàn)上，那么定子和轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)將產(chǎn)生一個(gè)扭力將定子扭轉(zhuǎn)。依次改變繞組的磁場(chǎng)，就