基于单片机的红外遥控系统设计.docx

基于单片机的红外遥控系统设计.docx

《基于单片机的红外遥控系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的红外遥控系统设计.docx（44页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的红外遥控系统设计

福州大学至诚学院

本科生毕业设计（论文）

题目：

基于单片机的红外遥控系统设计

姓名：

胡君瑜

学号：

210991813

系别：

信息工程系

专业：

微电子学

年级：

2009级

指导教师：

汤云东

2013年4月15日

独创性声明

本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。

文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。

特此声明。

论文作者签名：

日期：

关于论文使用授权的说明

本人完全了解福州大学至诚学院有关保留、使用学位论文的规定，即：

学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。

保密的论文在解密后应遵守此规定。

论文作者签名：

指导教师签名：

日期：

基于单片机的红外遥控系统设计

摘要

随着科技的不断进步，各种电子器件、家用电器、工业机械等不断出现，人们生活水平在不断提高。

与此同时，生活的节奏也随之加强。

为了减缓生活节奏，遥控器也就应需而生。

遥控器的产生及发展，给人们带来了极大的便利。

现在的红外遥控已经遍布各行各业，对其进一步研究也日益迫切。

基于单片机的红外遥控系统的研究有利于更好的发挥红外光的不可视、有特定频率、不易干扰、易制作等优良特性；也有利于单片机的简单、效率、方便等特点；也充分发挥了红外遥控的体积小、功耗大、性价比高等优势；本设计主要介绍基于单片机的红外遥控，其包括红外发射模块和接收模块。

一般发射模块我们都直接采用现成的红外遥控器。

遥控器上有21个按键，每个按键一个编码，对应的红外线频率各不相同。

接收部分中包括红外接收一体化HS0038接收器、红外解码部分、串口通讯、LCD1602液晶屏显示模块以及继电器模块等。

其中，HS0038是用来接收遥控器发射出来的红外线，并把接收的红外线送到51单片机进行处理，由单片机语句对所收到的信号进行相应的显示和提示，并在按下特定按键时继电器跳动，进而对家用220V电灯的亮灭进行控制。

总的来说，该设计硬件电路简单，软件功能完善，性价比高，能给生活带来方便。

关键词：

HS0038，显示模块，继电器

BaseonSingle-chipInfraredRemoteControlDesign

Abstract

Withtheconstantprogressoftechnology,variousofelectronicdevice,householdappliances,industrialmachineryandsoonappearconstantly,lifestandardofpeople’shavebeenimproved.Meanwhile,therhythmoflifealsostrengthened.Inordertoslowdowntherhythmoflife,remotecontrolhasbeenappearedbecauseofrequirement.Theappearanceanddevelopmentoftheremotecontrolhavebroughtabouthugeconvenienceforpeople.Nowtheinfraredremotecontrolhavespreadallovertheallwalksoflife,forthefurtherresearchofthemareincreasinglyurgent.

Theresearchofinfraredremotecontrolsystemarebasedonsinglechipmachinestobetterplayinvisible,aparticularfrequency,noteasytointerference,easytomake andsoonthegoodfeaturesofinfraredlight.Alsoitisgoodforthesimple,efficient,convenienceandsoonfeaturesofsinglechipmachines,Andithasenoughtoexertedthesmallsize,largepowerconsumptionandhighpriceratioandsoonadvantagesofinfraredremotecontrol.Thisdesignmainlyintroducestheinfraredremotecontrolwhichbasedonsinglechipmachines,anditincludesinfraredtransmittermoduleandreceivesmodule.Regardingthetransmittermodulewegeneraldirectlyuseready-madeinfraredremotecontrol.Thereare21buttonsontheremotecontrol.Eachbuttonwithonecordandtheinfraredfrequencyaredifferent.ReceivingpartsincludeintegrationofinfraredreceivingHS0038receiver,infrareddecodingpart,serialportcommunication,LCD1602LCDdisplaymoduleandrelaymoduleandsoon.TheHS0038isusedforreceivingtheinfraredlightwhichlaunchedbyremotecontrolandsendtheinfraredlightto51-singlechipmachinestoprocessing.statementsofthereceivedsignalbysingle-chipmicrocomputertodisplayandprompt,andpressthespecificbuttonintherelay,andcontroloverhousehold220Velectriclightout.

Ingeneral,thisdesignofhardwarecircuitissample,functionofsoftwareisperfect,priceratio ishigh.canbringconveniencetolife.

KeyWords:

HS0038,DisplayModule,Relays

第1章绪论

1.1研究背景

众所周知，遥控器是一种用于控制机械的装置[1]，是利用红外遥控器产生的红外线作为空间传递遥控信息的媒介，从而实现对被控设备的各种遥控操作，它是一种电能一光能一电能的光控方式[2]。

随着家用电器、试听产品的普及，红外遥控器已经被广泛应用在各种类型的家电产品中（如遥控开关、智能开关等）[3]。

现代的遥控器，主要是有专用的集成芯片和用来产生不同信号的按钮所组成。

红外遥控是一种把红外线作为载体的控制方式，由于其波长远小于无线电的波长，因此在采用红外遥控方式时不会干扰其他电器的正常使用，也不会影响临近的无线电设备[4]。

另外，红外遥控器件具有体积小、功耗低、性价比高的优点，是理想的人机输入设备。

红外遥控系统主要由发射和接收两大部分组成。

目前红外遥控器已经在各类电器上得到了广泛应用。

市场上一般设备系统均采用专用的遥控编码及解码集成电路，具有制作简单等特点，但由于这些芯片价格较贵，功能键数及功能受到特定的限制，且相互之间采用的遥控编码格式互不兼容．所以各机型的遥控器通常只能针对各自的遥控对象而无法通用，只适用于某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。

随着微控技术的日益完善和发展，单片机的应用不断走向深入。

它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。

它在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等领域得到广泛的应用，极大地提高了这些领域的技术水平和自动化控制[5]。

随着电子制造业的不断发展，社会对生活水平的要求越来越高，各方面都要求简单、效率、方便。

洗衣机、电灯、电磁炉等家庭中的电器设备，缺少远距离上电与断电设备，不能满足智能化要求。

如果我们可以利用单片机的红外控制功能，对家庭控制电路进行了重新的设计，使人们在无障碍情况下7~8m范围内对家庭中各种电器设备的控制，实现家用电器省时、省力，创造更加便捷的生活环境。

且基于单片机的红外遥控系统具有简单、方便、实用，具有广泛的市场前景[6]，很值得我们进行深入研究。

1.2研究意义

在可是范围内遥控设备最廉价的方式是通过红外线。

目前几乎所有的视频和音频设备都可以通过这种方式遥控。

基于技术的广泛应用和相应的应用器件都还十分廉价，红外遥控成为我们日常设备控制的理想方式。

红外线遥控器分无调制（单通道）和有调制（多通道）两大类。

无调制红外线遥控器主要应用在单通道遥控，像电器设备的开与关、红外线计数器、遥控防盗[7]、防盗报警器以及儿童玩具等场合[8]。

对基于单片机的红外遥控系统的研究有利于更好的发挥红外光的不可视、有特定频率、不易干扰、易制作等优良特性及红外遥控的体积小、功耗大性价比高等优势；也有利于单片机的简单、效率、方便等特点。

总的来说，该设计硬件电路简单，软件功能完善，性价比高，具有一定的使用和参考价值，有利于单片机和红外遥控的综合应用以及方便人们对机器的操作，给人们的日常生活带来方便，提高人们的生活质量。

1.3研究内容

基于单片机的红外线[9]遥控系统主要有发射部分和接收部分。

发射部分直接采用现成的红外遥控器，由遥控器上的红外发光二极管[10]来实现。

本文主要介绍对其接收部分的研究。

首先，要对红外遥控器进行解码，确定遥控器的键值。

解码的时候要先熟悉红外光的特性和原理以及其应用。

当然这其中包括红外接收部分，所以，对红外接收头HS0038[11]也要进行一定的研究。

因为是基于单片机的，所以，我们也要熟悉单片机的工作原理。

红外遥控解码原理及其在单片机中的应用[12]已经被研究出来了。

但是对于显示模块的研究也不可忽视，虽然是遥控，也应该有相应的显示可以观察，这样更显人性化一些。

当接收和显示都准备就绪时，我们迫不及待的想要看研究效果，于是，我们尝试通过继控制电器来模拟家电的中220V灯泡的亮灭，这时候，我们还要对继电器进行一定的研究。

综上所述，本次的主要研究内容有：

红外线、单片机原理、红外接收、红外解码、液晶显示以及继电器等。

1.4论文组织

本论文中通过对各器件的功能和原理的介绍，围绕单片机和红外线的原理来实现两者的连接并实现红外遥控。

本文也会对所设计的电路进行一步步阐述，对程序部分，进行解析和简要概括。

并介绍一些主要的参考文献。

第2章技术背景介绍

继1971年微处理器的成功不久，就出现了单片机。

但最早的单片机是一位的，单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已经深入到各个领域。

单片机应用在检测、控制领域中，具有以下特点：

小巧灵活、成本低、易于产品化。

它能方便的组装成各种智能仪表仪器。

可靠性好，适应温度范围宽。

单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，分为民用、工业品、军品，其中工业品和军品具有较强的适应恶劣环境的能力。

由于单片机本身就是一个计算机系统，因此，只要在单片的外围适当加一些必要的扩展电路及通道接口，就可以构成各种应用系统，如工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、监测监视系统、智能仪表、功能模块等。

单片机的应用领域十分广泛，自20世纪80年代以来，单片机的应用已经深入到工业、农业、国防、科研、机关、教育、商业以及家电、生活、娱乐、玩具等各个领域中。

1980年，发送和接收红外线的半导体装置开发出来时，红外遥控器就慢慢取代了超声波控制遥控器。

此后，红外遥控器就诞生了。

红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为0.76μm~1.5μm。

用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件（红外发光管）与红外接收器件（光敏二极管、三极管及光电池）的发光与受光峰值波长一般为0.8μm~0.94μm，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。

红外遥控器的优点也是显而易见的，那就是方向性好、保密性强、干扰小、制造成本低等，被广泛的使用至今。

目前红外遥控器已经在各类电器上得到了广泛应用。

市场上一般设备系统均采用专用的遥控编码及解码集成电路，具有制作简单等特点，但由于这些芯片价格较贵，功能键数及功能受到特定的限制，且相互之间采用的遥控编码格式互不兼容。

所以各机型的遥控器通常只能针对各自的遥控对象而无法通用，只适用于某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。

因此，即于单片机的红外遥控便大量兴起，得到了广泛的应用。

第3章基于单片机的红外遥控系统设计

3.1功能设计

HS0038是基于红外遥控接收的小型一体化接收头，集成红外线的接收、放大、解调，不需要任何外接元件，就能完成从红外接收到输出与TTL[13]电平信号兼容的所有工作。

首先要进行单片机解码[14]，通过HS0038红外接收器接收遥控器发射的红外光，传送到单片机[15]芯片，结合定时器[16]判段外部中断间隔的时间获得数据，从而进行相应的解码和显示操作，通过软件设定键值来控制继电器的跳动进而模拟家电控制220V家用灯的亮灭。

3.2设计概要

基于单片机的红外遥控系统的概要设计如图3-1所示：

图3-1系统概要设计图

如图3-1所示，我们只要简单的按遥控器上相应的键值，通过遥控器上的红外灯便会发射对应的红外光，由红外接收头接收并传到单片机，当单片机收到相应的信号便会产生相应的回应，蜂鸣器回响，液晶屏上显示相应的键值等；当按到相应的键值继电器便会跳动，从而控制220V家用电灯的红外遥控控制。

通过单片机我们可以很简单地设定每个键值的特定操作功能，为了防止错误操作或不小心按到不用的键值，蜂鸣器便会发生提醒，而显示器上也会显示当前键值，让我们很快就能检查出错误所在，并且很快改正。

由此可见，单片机的应用给我们带来了很大的便利的智能化的服务。

3.3各个模块原理及功能介绍

3.3.1红外遥控器

在可是范围内最廉价的遥控设备是通过红外线实现的。

由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥[17]即可。

使得目前所能看到的音视频几乎都是用红外遥控，其技术应用广泛、器件廉价，是我们日常设备控制的理想方式。

红外光其实是一种特殊颜色的普通光，其波长大于950nm，在人眼看不到的可见光谱之下。

这在使用时给了我们更大的方便，而且红外LED（发光二极管）制作简便、成本低。

因为只要会发热的物体都会发出红外光，所以我们需要保证遥控器发射的信息能够准确无误的发射到接收器上。

于是我们要对红外线进行调制，通常我们会采用脉冲频率在30KHz到60KHz这个频段。

当我们把红外发光二极管放入发射机时便成了我们所谓的遥控器，依据协议当按键按下时，二极管就会被唤醒发射相应的红外命令。

这是对红外遥控器原理的简单介绍，本文的重点是接受部分。

3.3.2HS0038红外接收头

红外遥控由发送和接收两部分组成。

发送端将一系列脉冲串信号通过发送管发射红外信号。

红外接收完成对信号的接收、放大、检波、整形，并更解调出遥控编码脉冲。

为了减少干扰，我们采用性能可靠且价格实惠的一体化红外接收头（HS0038，接收红外信号频率38KHz，周期约26μs）接收红外信号，它对信号进行一系列处理后发送给单片机，经单片机解码并执行相应命令，从而实现对相关对象的控制。

红外接收部分由51单片一体化红外接收头HS0038和LPC液晶显示器组成。

51单片机检测HS0038接收到的数据解码，通过液晶显示器显示接收到的键值。

图3-2为HS0038实物及管脚图，图3-3为红外接收电路。

图3-2HS0038实物及管脚图

图3-3红外接收电路

红外接收头的工作原理为：

内置接收管将红外发射管发射出来的光信号转换为微弱的电信号，此信号经由IC内部放大器进行放大，然后通过自动增益控制、带通滤波、解调变、波形整形后还原为遥控器发射出的原始编码，经由接收头的信号输出脚输入到电器上的编码识别电路。

3.3.351系列单片机功能特点[18]

（1）主要特性

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

·寿命：

1000写/擦循环

·数据保留时间：

10年

·全静态工作：

0Hz-24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

　AT89C51的引脚功能，图3-4所示。

图3-4AT89S51的引脚功能图

（2）管脚说明

—VCC：

即第40管脚，供电电压。

—GND：

即20管脚接地。

—P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。

—P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

—P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

—P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL），也是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2

（外部中断0）

P3.3

（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

—RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

—

：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

—

：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期

两次有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的

信号将不出现。

—

：

当

保持低电平时，访问外部ROM；注意加密方式1时，

将内部锁定为RESET；当

端保持高电平时，访问内部ROM。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

—XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

—XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

内部结构框图如图3-5所示。

图3-5AT89C51的内部结构框图

（3）AT89C51的基本操作

如图3-6所示，在X1和X2之间接一只石英振荡晶体构成了单片机的时钟电路，它还有另一种接法，是把外部振荡器的信号直接连接到XTAL1端，XTAL2端悬空不用。

AT89C51复位引脚RST/VP通过片内一个施密特触发器（抑制噪声作用）与片内复位电路相连，施密特触发器的输出在每一个机器周期由复位电路采样一次。

当振荡电路工作，并且在RST引脚上加一个至少保持2个机器周期的高电平时，就能使AT89C51完成一次复位。

复位不影响RAM的内容。

复位后，PC指向0000H单元，使单片机从起始地址0000H单元开始重新执行程序。

所以，当单片机运行出错或进入死循环时，可按复位键重新启动。

MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种复位方式。

上电复位利用电容器充电来实现。

按钮复位又分为按钮电平复位和按钮脉冲复位。

前者将复位端通过电阻与Vcc相接；后者利用RC微分电路产生正脉冲来达到复位目的。

复位电路参数的选择应能保证复位高电平持续时间大于2个机器周期。

单片机之所以有这么大的科技含量，主要归功于超大规模集成电路[19]现代化技术的发展。

图3-6AT89C51基本操作电路

3.3.4红外解码

常用遥控器使用的是专用集成发射芯片来实现遥控码的发射，也就是将某个按键所对应的控制指令和系统码（由0和1组成的序列），调制在38KHz的载波上，然后经放大、驱动红外发射管将信号发射出去。

如图3-7，是自制的红外解码器原理图：

图3-7自制的红外解码器原理图

电路原理介绍：

主控制单元是单片机AT89C2051,中断口INT0跟红外接受管U1相连，接收红外信号的脉冲，8个发光二极管作为显示解码输出（也可以用来扩展接其他控制电路），U3是跟电脑串行口RS232相连时的电平转换心片，9、10脚分别与单片机的1、2脚相连，（1脚为串行接收，2脚为串行发送），MAX232CPE的7、8脚分别接电脑串行口的2（接收）脚、3（发送脚）。

晶振采用11.0592MHz，这样才能使得通讯的波特率达到9600b/s，电脑一般默认值是9600b/s、8位数据位、1位停止位、无校验位。

电路就这么简单了，具体的编程过程再第四章进行详细的说明。

3.3.5LCD1602液晶显示器

1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：

阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个