基于單片機(jī)的紅外遙控控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、WORDPAGE- 14 - / NUMPAGES16單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）基于單片機(jī)的紅外遙控控制系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：姓名：時(shí) 間：指導(dǎo)教師：2016年12月5日基于單片機(jī)的紅外遙控控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求（一）基本功能(1). 有效遙控距離大于10米。(2). 遙控控制的路數(shù)在5路以上。(3).采用數(shù)碼管顯示當(dāng)前工作的控制電路。（二）擴(kuò)展功能（1）.通過(guò)遙控器可以任意設(shè)置用戶(hù)密碼（1-16位長(zhǎng)度），只有合法用戶(hù)才能有修改電路控制的功能，同時(shí)系統(tǒng)掉電后能自動(dòng)記憶和存儲(chǔ)密碼在系統(tǒng)中。（2）.報(bào)警和加鎖功能： 密碼的輸入時(shí)間超過(guò)12秒或者連續(xù)3次輸入失敗，聲音報(bào)警同時(shí)鎖定系統(tǒng)，不讓再次輸入密

2、碼。此時(shí)只有使用管理員密碼方能對(duì)系統(tǒng)解鎖。2設(shè)計(jì)容 （1）畫(huà)出電路原理圖，正確使用邏輯關(guān)系；（2）確定元器件與元件參數(shù)；（3）進(jìn)行電路模擬仿真；（4）SCH文件生成與打印輸出；3編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告寫(xiě)出設(shè)計(jì)的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。4答辯在規(guī)定時(shí)間，完成敘述并回答問(wèn)題?；趩纹瑱C(jī)的紅外遙控控制系統(tǒng)電氣144 安彥喜摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以與人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的遙控系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入了人們的生活。傳統(tǒng)的遙控器采用專(zhuān)用的遙控編碼與解碼集成電路，這種方法雖然制作簡(jiǎn)單、容易，但由于功能鍵數(shù)與功能受到特定的限制，只實(shí)用于某一專(zhuān)用電器產(chǎn)品的應(yīng)用，應(yīng)用圍受到限制。而采用單片機(jī)

3、進(jìn)行遙控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有編程靈活多樣、操作碼個(gè)數(shù)可隨便設(shè)定等優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用了AT89C52單片機(jī)作為核心，綜合應(yīng)用了單片機(jī)中斷系統(tǒng)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等知識(shí)，應(yīng)用紅外光的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)紅外線遙控系統(tǒng)。本系統(tǒng)包含發(fā)射和接收兩大部分，利用編碼/解碼芯片來(lái)進(jìn)行控制操作。發(fā)射部分包括鍵盤(pán)、編碼調(diào)制、LED紅外線發(fā)射器；接收部分包括紅外線接收芯片、七段數(shù)碼管等。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，紅外遙控，中斷，計(jì)數(shù)，頻率1 引言目前市面上的遙控器鋪天蓋地，對(duì)于家電設(shè)備的控制，首選的就是紅外遙控器，然而技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得家庭數(shù)字化趨勢(shì)越來(lái)越強(qiáng)烈，一對(duì)一遙控器（即一個(gè)遙控器只能控制一種類(lèi)型的家電設(shè)備）已經(jīng)不能滿(mǎn)足

4、用戶(hù)要求。多功能紅外遙控器就是在普通紅外遙控器的基礎(chǔ)上，應(yīng)市場(chǎng)需求而產(chǎn)生的，它能控制不同種類(lèi)的設(shè)備，并且操作方便，深受顧客的歡迎，這也決定了多功能遙控器具有廣闊的應(yīng)用前景。2 總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)思路 目前市場(chǎng)上一般采用的遙控編碼與解碼集成電路。此方案具有制作簡(jiǎn)單、容易等特點(diǎn)，但由于功能鍵數(shù)與功能受到特定的限制，只適合用某一專(zhuān)用電器產(chǎn)品的應(yīng)用,應(yīng)用圍受到限制。而采用單片機(jī)進(jìn)行遙控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有編程靈活多樣、操作碼個(gè)數(shù)可隨意設(shè)定等優(yōu)點(diǎn)6。本單片機(jī)遙控應(yīng)用系統(tǒng)采用紅外線發(fā)射頻率的不同，來(lái)識(shí)別不同的遙控功能。當(dāng)我們按下某一個(gè)按鍵的時(shí)候，由單片機(jī)識(shí)別出該按鍵后，由CPU向接有紅外發(fā)射管的端口

5、發(fā)射一定頻率的脈沖，該脈沖與38KHZ左右的載波脈沖進(jìn)行調(diào)制，然后將已調(diào)制的脈沖進(jìn)行緩沖放大，激勵(lì)紅外發(fā)光二極管將電能轉(zhuǎn)化為光能，使得紅外發(fā)光二極管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)接收控制系統(tǒng)接收到該紅外光后，由單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器得到該紅外光的頻率，然后將該頻率送往CPU，由CPU對(duì)該信號(hào)進(jìn)行反編碼，識(shí)別出控制信號(hào)，從而對(duì)控制電路實(shí)施控制功能，完成整個(gè)遙控功能。單片機(jī)紅外遙控發(fā)射器主要有單片機(jī)、獨(dú)立鍵盤(pán)、低功耗空閑方式控制電路、紅外管發(fā)射電路以與單片機(jī)的一些電源、復(fù)位、震蕩子電路組成。單片機(jī)不工作時(shí)一直處于低功耗狀態(tài)，采用了空閑節(jié)電工作方式。當(dāng)遙控器的某一按鍵被按下以后，外部中斷1產(chǎn)生中斷，喚醒單片

6、機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，查詢(xún)鍵盤(pán)按下的是哪一個(gè)按鍵，當(dāng)確認(rèn)按鍵后，控制軟件部產(chǎn)生區(qū)別38KHZ固定頻率的不同的高低電平比如100HZ、300HZ、400HZ等不同赫茲的波，將按鍵產(chǎn)生的波在P2.1輸出。將單片機(jī)部產(chǎn)生的固定的38KHZ從P2.0輸出與P2.1口輸出的不同的波利用74LS00進(jìn)行疊加經(jīng)過(guò)放大傳送到紅外發(fā)射管將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)。進(jìn)而完成紅外發(fā)射功能即：紅外遙控的空值系統(tǒng)。2.2 總體設(shè)計(jì)框圖紅外遙控控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵、單片機(jī)1、紅外發(fā)射、紅外接收、單片機(jī)2、顯示部分組成。單片機(jī) 1單片機(jī) 2顯示部分紅外接收器紅外發(fā)射頭最小系統(tǒng)按鍵圖1 紅外遙控控制

7、系統(tǒng)的原理框圖3 設(shè)計(jì)原理分析3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)工作的最基本裝置，它是單片機(jī)工作的基礎(chǔ)。最小系統(tǒng)位單片機(jī)工作提供頻率和復(fù)位最基本功能。XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器，該反向放大器可以配置為片振蕩器。石英震蕩和瓷震蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 由于輸入至部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 其原理圖如圖2所示：圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.2按鍵控制系統(tǒng)首先，初始化定時(shí)器，定時(shí)頻率為38KHz的時(shí)間段。當(dāng)按下某一按鍵時(shí)，送數(shù)據(jù) p2.1 輸出與p2.0的固定

8、頻率38KHZ進(jìn)行疊加，就開(kāi)始工作。由于HS0038紅外接收裝置只識(shí)別38KHZ的波，所以利用按鍵產(chǎn)生不同的波進(jìn)行疊加傳送紅外發(fā)射頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)傳送到HS0038進(jìn)行接收。光信號(hào)經(jīng)過(guò)HS0038將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，在經(jīng)過(guò)單片機(jī)的識(shí)別區(qū)分從而進(jìn)行產(chǎn)生不同的指示命令。當(dāng)某個(gè)操作按鍵按下時(shí)，單片機(jī)先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個(gè)數(shù)，再調(diào)制成 38kHz 方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。P2.0端口的輸出與p2.1端口的輸出進(jìn)行疊加進(jìn)行調(diào)制波如圖3所示,程序流程圖如圖4所示：圖3 調(diào)制波圖4 程序流程圖3.3紅外發(fā)射系統(tǒng)遙控發(fā)射通過(guò)鍵盤(pán)，每按下一個(gè)鍵，即產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種

9、代碼指令信號(hào)調(diào)制在38KH z 的載波上，激勵(lì)紅外光二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過(guò)空間的傳送到受控機(jī)的遙控接收器。 P0口作為按鍵部分， P2.1口和P2.0口作為發(fā)射部分，然后用三極管的放大驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射電路。如下圖圖5所示：圖5 電路紅外發(fā)射系統(tǒng) 3.4紅外接收部分接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實(shí)際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時(shí)是反向運(yùn)用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外發(fā)光二極管一般有圓形和方形兩種。如下圖6所示:圖6 HS0038圖 由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較小（100mW左右），所以紅外接收二極管接收到的信號(hào)比較微弱，

10、因此就要增加高增益放大電路。前些年常用pc1373H、CX20106A等紅外接收專(zhuān)用放大集成電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。均有三只引腳，即電源正（VDD）、電源負(fù)（GND）和數(shù)據(jù)輸出（VO或OUT）。紅外接收頭的引腳排列因型號(hào)不同而不盡一樣，可參考廠家的使用說(shuō)明。成品紅外接收頭的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來(lái)如同一只三極管，非常方便。但在使用時(shí)注意成品紅外接收頭的載波頻率。紅外遙控常用的載波頻率為38kHz這是由發(fā)射端所使用的455kHz晶振來(lái)決定的。在發(fā)射端要對(duì)晶振進(jìn)行整數(shù)分頻

11、，分頻系數(shù)一般取12，所以455kHz1237.9kHz38kHz。也有一些遙控系統(tǒng)采用36 kHz、40 kHz、56 kHz等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來(lái)決定。紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體 ，即通信信道。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)，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（Pulse-width modulation）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PTM(Pulse-time modulation)兩種方法 。簡(jiǎn)而言之，紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)

12、制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸；紅外通信接口就是針對(duì)紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。通常發(fā)送端采用脈時(shí)調(diào)制（PTM）方式，將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出 。對(duì)于發(fā)送端來(lái)說(shuō)，當(dāng)無(wú)紅外脈沖發(fā)射時(shí)，發(fā)送的是二進(jìn)制數(shù)據(jù)1；而有紅外脈沖發(fā)射時(shí)發(fā)送的是二進(jìn)制數(shù)0。而對(duì)于接收端來(lái)說(shuō)，沒(méi)有接收到紅外光，則認(rèn)為是1；接收到則認(rèn)為是0。相比之下，96年發(fā)布的FIR不再依托UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitte

13、r，通用異步收發(fā)器），其最高通訊速率有了質(zhì)的飛躍，可達(dá)到4Mbps的水平 。FIR采用了全新的4PTM調(diào)制解調(diào)，即通過(guò)分析脈沖的相位來(lái)辨別所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，每2個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位有4種狀態(tài)，把每個(gè)位分為4個(gè)相，脈沖出現(xiàn)不同的相位上表示兩位數(shù)據(jù)的不同狀態(tài)。3.5紅外顯示部分?jǐn)?shù)碼管顯示主要是顯示所發(fā)射的所發(fā)送的信號(hào)的哪個(gè)按鍵，它就實(shí)現(xiàn)以下的作用。當(dāng)按下某一按鍵比方說(shuō) 2 鍵，第二個(gè)led燈亮同時(shí)數(shù)碼管會(huì)顯示2。下面介紹數(shù)碼管的主要性能。數(shù)碼管由 7 個(gè)發(fā)光二極管組成，又叫 7 段 LED 顯示器，顯示器中還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。通過(guò)7個(gè)發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母

14、以與其它符號(hào)。LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：1. 共陽(yáng)極接法把發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起夠成共陽(yáng)極，使用陽(yáng)極接+5V電壓，這樣陰極端輸入低電平的發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平的則不亮。2. 共陰極接法把發(fā)光二極管的陰極連在一起夠成共陰極，使用陰極接地，這樣陽(yáng)極端輸入高電平的發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平的則不亮。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的電路中，采用了共陽(yáng)極接法。所以本實(shí)驗(yàn)的顯示部分如圖圖7所示：圖7 紅外控制系統(tǒng)接收顯示4 調(diào)試與仿真本電路總共設(shè)計(jì)了8個(gè)輸入按鍵。當(dāng)輸入一個(gè)按鍵 5 時(shí)，通過(guò)紅外發(fā)射和接收電路，對(duì)應(yīng)的LED燈5的設(shè)備工作即 5 號(hào)發(fā)光二極管發(fā)光 ，而數(shù)碼管顯示工作的設(shè)

15、備的個(gè)數(shù)，就顯示5 。當(dāng)再次按下復(fù)位鍵時(shí)，5號(hào)發(fā)光二極管滅，數(shù)碼管不顯示。同理，其他燈和數(shù)碼顯示。電路要求遙控控制距離為10m ，在利用 38KHz 的接收頭時(shí)，雖然能接收到信號(hào)，但是接收的距離很有限。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，基本滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)需求。仿真因仿真軟件沒(méi)有相應(yīng)的發(fā)射接收裝置，仿真采用連線的方法完成操作。但實(shí)物中滿(mǎn)足了要求。5總結(jié)與體會(huì)非常感指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，老師總是在百忙之中抽出時(shí)間來(lái)對(duì)我悉心指導(dǎo)，為我提出了各方面的指導(dǎo)意見(jiàn)，為我提供各方面的重要資料，第一次做完的時(shí)候發(fā)現(xiàn)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)功能，找到老師后，她仔細(xì)地給我進(jìn)行了分析并給出了意見(jiàn)使我實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。同時(shí)非常感同學(xué)們對(duì)我的大力幫助，整個(gè)過(guò)程中一直不

16、遺余力給我提供各種建議，在我遇到一些專(zhuān)業(yè)上的難題的時(shí)候總是能夠幫我想到解決辦法。在這次實(shí)習(xí)過(guò)程中，我認(rèn)識(shí)單片機(jī)的控制的重要性同時(shí)對(duì)紅外遙控控制原理也有了深刻的理解和學(xué)習(xí)。我明白了設(shè)計(jì)電路的一般過(guò)程，同時(shí)強(qiáng)化了我們所學(xué)的電子技術(shù)方面的知識(shí)，通過(guò)查閱相關(guān)的資料，才完成設(shè)計(jì)任務(wù)的過(guò)程。 通過(guò)這次實(shí)習(xí)，我學(xué)到了許多我未接觸過(guò)的知識(shí)。我對(duì)課本上的知識(shí)我更加充分的理解。我在單片機(jī)設(shè)計(jì)方面有了更深的認(rèn)識(shí)。在實(shí)習(xí)過(guò)程中遇到了很多麻煩，但正是這些挫折使我知道的更多，使我學(xué)習(xí)的更加透徹，我相信只有這樣，我們才能很好的發(fā)揮我們的能力。在以后的學(xué)習(xí)中，我應(yīng)當(dāng)好好學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力，培養(yǎng)自己自我學(xué)習(xí)的能力

17、，為將來(lái)如果從事電子設(shè)計(jì)方面的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 梅麗鳳，王艷秋，軍等.單片機(jī)原理與接口技術(shù).：清華大學(xué)， 交通大學(xué),2004. 22 湘閩，唐宏，繼.學(xué)習(xí)型紅外遙控器.紅外.2004,113 洪明.漫談紅外遙控.電子世界.2000年01期總第244期4 戴峻峰,付麗輝. 多功能紅外線遙控器的設(shè)計(jì). 傳感器世界.2002,85 嚴(yán)后選,健國(guó)等. 無(wú)線紅外智能遙控器的設(shè)計(jì). 測(cè)控技術(shù).2003.226 光飛，樓然苗，胡佳文等. 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo).：航空航天出版 社.20047 長(zhǎng)贊.紅外線與超聲波遙控.：人民郵電.1995.8 恢先，王子菡，穗，霞. 一種基于單片機(jī)的紅外遙控軟

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19、1BHLJMP ZHONG1ORG 0030HMAIN:MOV TMOD,#21HSETB EASETB ET1MOV TH1,#0E6HMOV TL1,#0E6HSETB TR1Z1: P0.0,LOOPLCALL D0LOOP: P0.1,LOOP1LCALL D1LOOP1: P0.2,LOOP2LCALL D2LOOP2: P0.3,LOOP3LCALL D3LOOP3: P0.4,LOOP4LCALL D4LOOP4: P0.5,LOOP5LCALL D5LOOP5: P0.6,LOOP6LCALL D6LOOP6: P0.7,Z1LCALL D7SJMP MAIND0: P0.0,

20、V3MOV TH0,#0ECHMOV TL0,#0A8HSETB ET0SETB EASETB TR0JNB TF0,$CPL P2.1SJMP D0V3:RETD1: P0.1,V4MOV TH0,#0F6HMOV TL0,#53HSETB ET0SETB EASETB TR0JNB TF0,$CPL P2.1SJMP D1V4:RETD2: P0.2,V5MOV TH0,#0F8HMOV TL0,#43HSETB ET0SETB EASETB TR0JNB TF0,$CPL P2.1SJMP D2V5:RETD3: P0.3,V6MOV TH0,#0FAHMOV TL0,#0CHSETB ET0SETB EASETB TR0JNB TF0,$CPL P2.1SJMP D3V6:RETD4: P0.4,V7MOV TH0,#0FBHMOV TL0,#02AHSETB ET0SETB EASETB TR0JNB TF0,$CPL P2.1SJMP D4V7:RETD5: P0.5,V8MOV TH0,#0FCHMOV TL0,#53HSETB ET0SETB EASETB TR0JNB TF0,$CPL P2.1SJMP D5V8:RETD6: P0.6,V9MOV TH0,#0FDHMOV TL0,#