基于单片机的红外遥控开关设计Word文档下载推荐.docx
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随着人们生活水平的不断提高，科技的不断进步。
人们对生活的享受也越来越看重了。
作为家庭最不可或缺的电灯，也正在随着科技的进步改变其带给人们的舒适度。
最基本的照明已经不能满足人们在现代生活的要求了。
因此一盏能遥控并且能随意改变其亮暗程度的灯是十分重要的。
本次毕业设计的就是基于单片机的红外开关控制，能有效的便捷的通过红外线来控制家庭普通照明灯的开关和控制照明灯的亮度了，这样一来人们就可以根据房间的亮度需求和氛围来控制灯光了。
本设计是对等的开关进行红外遥控控制，总的系统分为红外遥控发射端和接收端，中间涉及到进行红外的编码与解码，矩阵键盘，电源电路，可控硅调光电路，过零检测的设计，数码管显示的设计。
发射端和接收端都是采用89C51单片机作为核心芯片。
通过各种论证和仿真最后实现了对对8路小灯的开关进行控制，对其中一个小灯进行了调光控制，可以改变8种亮度，方便人们的需求。
遥控和接收端都设置了显示按键值得数码管，方便人们知道当前控制的是哪个灯。
这种红外开关在人们的日常生活中使用性是比较好的，也是比较可靠的，能满足人们对生活方便，快捷，使用性的追求。
【关键词】单片机红外遥控编解码灯
ABSTRACT
Withthecontinuousimprovementofpeople'
slivingstandards,technologicalprogress.Peopleenjoylifemoreandmoreattentiontoit.Asmostindispensablehouseholdlamps,alsowithadvancesintechnologytobringpeopletochangetheircomfort.Themostbasiclightingcannotmeetpeopleinmodernlifedemandsit.Thusonecanremotecontrolandcanarbitrarilychangetheirlightordarklightisveryimportant.Thisgraduationdesignisbasedonsingle-chipinfraredswitchcontrol,andconvenienttobeabletoeffectivelycontrolthebrightnessofordinaryhouseholdlightingswitchesandcontrolsthroughaninfraredilluminator,sothatpeoplecouldbebasedontheneedsandatmosphereoftheroombrightnesscontrollightsup.
Thisdesignistheequivalentinfraredremotecontrolswitch,thetotalsystemisdividedintoinfraredremotecontroltransmitterandreceiver,themiddleinfraredinvolvesencodinganddecoding,matrixkeyboard,powersupplycircuits,SCRdimmingcircuits,zero-crossingdetectionofdesign,digitaldisplaydesign.Transmitterandreceiverareused89C51microcontrollerasthecorechip.Finally,throughavarietyofdemonstrationandsimulationtoachievethe8pairsofsmalllightswitchcontrolsonesmalllamponadimmercontrol,youcanchangetheeightkindsofbrightness,easytopeople'
sneeds.Remotecontrolandreceiveraresettodisplaybuttonsworthofdigitalcontrol,easyforpeopletoknowthecurrentcontrolwhichlights.
Thisinfraredswitchinpeople'
sdailylivesisabetterusability,butalsomorereliable,easytomeetpeople'
slives,fast,usabilitypursuit.
【Keywords】MicroprocessorInfraredremotecontrolEncodinganddecoding
Light
前言……………………………………………………………………………………1
第一章单片机与红外线概述……………………………………………………………2
第一节单片机系统简介……………………………………………………………2
一、发展历史和发展趋势……………………………………………………………2
二、单片机结构……………………………………………………………………2
第二节红外线简介……………………………………………………………3
一、红外线简介……………………………………………………………………3
二、红外线发射原理………………………………………………………………3
第二章系统总体设计…………………………………………………………………6
第一节方案选择……………………………………………………………6
一、功能需求……………………………………………………………………6
二、方案论证……………………………………………………………………6
第二节总的遥控设计……………………………………………………………7
第三章系统硬件设计…………………………………………………………………9
第一节硬件介绍……………………………………………………………9
一、定时器计数器…………………………………………………………………9
二、键盘开关……………………………………………………………………12
三、数码管………………………………………………………………………13
四、CD4511译码器………………………………………………………………14
五、可控硅……………………………………………………………………15
第二节电路设计……………………………………………………………15
一、发射电路……………………………………………………………………15
二、接收电路……………………………………………………………………16
三、电源电路……………………………………………………………………17
四、过零检测电路………………………………………………………………18
五、亮度控制电路………………………………………………………………19
第四章系统软件设计…………………………………………………………………21
第一节发射和接收部分的工作原理………………………………………………21
一、发射部分工作原理…………………………………………………………21
二、接收部分工作原理…………………………………………………………21
第二节遥控发射及接收程序控制流程图…………………………………………21
一、发射部分流程图……………………………………………………………22
二、接收部分流程图……………………………………………………………26
结论…………………………………………………………………………………31
致谢…………………………………………………………………………………32
参考文献…………………………………………………………………………………33
附录…………………………………………………………………………………34
一、英文原文……………………………………………………………………………34
二、英文翻译……………………………………………………………………………40
三、工程设计图纸………………………………………………………………………46
四、源程序………………………………………………………………………………48
前言
随着科技的不断发展，单片机技术，红外线技术也在飞速发展。
单片机诞生于1971年，随之得到飞速发展，被运用在各种领域，工业、农业、国防、科研、机关、教育、商业以及家电等。
红外遥控也是20世纪70年代才开始逐渐发展起来的一种远程控制技术，原理：
是利用红外线来传递信号，对控制对象进行远距离控制。
经过几十年的发展，遥控器已经出现在了我们生活中的每一个角落。
我们会发现，在我们当今的生活中已经离不开遥控器了，家用电器都配有一个遥控器。
这样一来我们会发现，我们家中随处都是遥控器，如：
电视，电风扇，空调，冰箱等的遥控器。
但是带有遥控器的照明灯还没有流行起来，虽然市场上也有很多这样的照明灯。
也正是这样我触发我想对这以课题的研究，如果我们能把家用的所有遥控器都解码出来，用一个遥控器来控制较多电器，这样我们就不需控制家用电器的时候到处找相应的遥控器了，这个技术在目前市场上还没有流行起来，中间还存在许多技术难题，也许在将来会进入我们的家庭生活。
本次设计主要是用遥控器来控制家庭的多路开关，能用一个遥控器来控制家中较多的电器电源开关。
主要是针对家庭照明灯来设计的，由于我们家中电灯是比较多的，每一个灯都需要设计专门的电路开关来控制，这样以来，浪费了很多电路设计也不利于家庭整体设计的美观。
而且每一个灯的亮度都是固定死了的，我们主要是设计一个遥控器来控制我们家中的电灯，并且可以通过可控硅调控电灯的亮度。
根据市场需求，这种设计在当今生活中需求性是很高的，其实用价值也是很高的。
第一章单片机与红外线概述
第一节单片机的发展历史及趋势
一、单片机的发展过程
单片机诞生于20世纪70年代末,单片机的发展历史可划分为以下几个阶段:
第一阶段（1974年~1976年）:
为单片机初级阶段,即SCM单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段。
主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。
第二阶段（1976年~1978年）:
为低性能单片机阶段,即单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS—48为代表。
MCS—48的推出是在工控领域的控索,参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等,都取得了满意的效果。
“单片机”一次由此得来。
此时的单片机由一块芯片构成,但性能低、品种少。
第三阶段（1978年~1982年）:
单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS—48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS—51。
第四阶段（1982年~1990年）:
8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS—96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。
第五阶段（1990年~）:
微控制器的全面发展阶段。
随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位16位32位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。
二、单片机的发展趋势
90年代后期至今单片机的发展可以说是进入了一个新的阶段,单片机正朝着高性能和多品种方向发展,发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。
其发展趋势主要有以下几个方面:
①制作工艺CMOS化。
②更小的光刻工艺提高了集成度，使芯片更小、成本更低、工作电压更低、功耗更低。
③CPU的改进。
采用双CPU结构增加数据总线的宽度，提高数据处理的速度和能力。
④增大存储容量。
⑤提高并行口驱动能力，以减少外围驱动芯片。
⑥以串行方式为主的外围扩展。
⑦外围电路的内装化。
⑧和互联网连接已是一种明显的走向。
⑨可靠性及应用水平越来越高
第二节红外线简介
一、红外线的认识
红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为0.01um~1000um根据波长的不同可分为可见光和不可见光，波长为0.38um~0.76um的光波可为可见光，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。
光波为0.01um~0.38um的光波为紫外光（线），波长为0.76um~1000um的光波为红外光（线）。
红外光按波长范围分为近红外、中红外、远红外、极红外4类。
红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为0.76um~1.5um。
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0.8um~0.94um，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。
二、红外线的发射原理
红外编码有很多种方式，下面列举两种实现方案：
方案一：
脉宽调制的串行码。
家用电器如电视机、VCD,DVD等的遥控器都是用这种编码方式。
但是本次设计不采用这种编码方式，因为这种编码方式要用到专用的集成电路芯片来进行编解码，不是很方便。
但是原始想法还是采用这种编码方式的，在此也简单的介绍下这种编码方式。
这种编码采用的是0和1来编码，遥控器按键按下后，便有遥控码发出，按键不同，遥控编码也不同。
它是以脉宽0.565ms，间隔位0.56ms，周期为1.125ms来表示0；
以脉宽0.565ms，间隔1.685ms，周期2.25ms表示二进制1。
波形如图：
图2-1串行码编码
遥控器发射信号由一串的0和1二进制代码组成，由于芯片的不同，对0和1的编码也不同。
TC9012采用的是脉冲宽度调制。
在编写解码程序时，通过判断脉冲的宽度便可得到0和1.
UPD6121G产生的遥控编码是连续32位二进制码，其中前16为码为用户识别码，其特点是：
能区别不同电器设备，防止不同遥控码的相互干扰。
这种芯片的用户识别码为固定的十六进制01H；
后16位为8位操作码和其反码。
当遥控器按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。
按键的编码当我们按下遥控器的按键后，遥控器发出如图2的一串二进制代码。
根据各部分的功能。
它们可分为5部分：
引导码、用户识别码、用户识别码反码、数据码、数据反码。
遥控器发射代码时．都是低位在前，高位在后。
由图3可以得到．引导码高电平为4.5ms，低电平为4.5ms，当接收到此码时，表示一帧数据的开始。
单片机便可以准备接收下面的数据了。
用户识别码是由8位二进制组成，共256种．图中地址码重发了一次，主要是为了加强遥控器的可靠性．如果两次地址码不相同，则说明本帧数据出错，应丢弃。
不同的设备可用户识别码也是不同的．由于地址码的不同，不同设备间是不会产生相互干扰的。
同一个遥控器中，所有按键发出的地址码是相同的。
数据码为8位，可编码256种状态，代表用户所按下的键。
数据反码是数据码的求反，通过比较数据码与数据反码，便可判断接收的数据是否正确。
若数据码与数据反码不是相反的关系．则本次遥控接收有错，数据应丢弃。
由于其编码和解码方式很复杂，故不选用这种方案。
方案二：
码分制。
采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的被控对象，最小为2个脉冲。
为了使接收可靠，第一位码宽为3ms，其余为1ms，遥控码数据帧间隔大于10ms，如图2-2所示。
图2-2码分制编码波形图
本设计采用方案二，码分制编码编程非常简单，在按键较少的情况下优势明显，实用性比较强。
在简单的红外遥控器设计中，用的按键并不是很多，所以没必要用串行码来编码，虽然串行编码的稳定性和保密性比较高，但是这些要求我们并不是很需要。
我们只是做家用电灯开关的控制，如果能做到最简单，成本越低这样越实用。
不需要像专业领域那样，比如一个品牌的遥控器就必须有他们自己的编码方式。
综合各方面考虑，最终决定用码分编码来设计遥控器。
第二章单片机系统总的设计
第一节方案选择
一、功能需求
我们来设计红外遥控开关，首先得有一个遥控信号输出端，也得有一个专门的接收端，来根据遥控信号做专业的处理。
所以就必须得用到单片机，我用一个单片机片控制发射端，另外一个单片机控制接收端。
遥控器最基本的组成就得有很多按键，来作为我们人为信号的输入，像单片机输入信号，从简单的角度出发，易操作，易实行，我选用4×
4矩阵键盘，这样便可以控制16路电器的开关，但是我实际只用到8个按键开关，另外8个开关按键本次设计中没用到，用法其实都一样，这里暂且不用，可以作为需要时的扩展处理。
要对电灯开关控制，仅仅只有遥控器也是不行的，必须在灯的控制端设计专门的遥控设计处理设备，这里是用单片机作为主要控制芯片，外接单片机电源电路，灯光亮度调节电路，这样我们就能有效的来控制我们的家用电灯了。
二、方案论证
目前市场上一般都是采用的专用的遥控编码及解码集成电路。
此方案具有制作简单易行的特点。
本次设计单片机遥控应用系统采用红外线脉冲个数编码，具有编码灵活，操作码个数可随意设定的优点实现对8个小灯的开关控制，其中一路为一个交流电灯，可以进行亮度遥控。
其设计原理框图如图2.1。
图2.1红外开关系统组成
遥控发射端的数据输入是我们人来控制遥控器上面的按键，通过按键的电平变化来指示单片机，我们此时是按的哪个键。
单片机接收到我们按键信号，再根据我们向单片机置入的程序，根据程序来进行相应的脉冲编码，通过红外发射管向空间发射脉冲信号。
接收端，首先红外接收器不停的对空间的红外信号进行检查，一旦检测到与我们人为要求相符合的脉冲信号时，此时通知单片机，进行信号检测，如果是我们需要的信号，此时便进行信号接收。
然后单片机对接收到的信号进行处理，然后根据我们向单片机置入的程序进行相应的子程序操作。
最后便进行灯光亮灭和灯光亮度控制。
本系统设计了对小灯的亮度进行调节，使小灯能在0—7这8个亮度间随任务调节而改变。
这里我初期有两个选择：
一是用PWM调光原理来进行调光控制；
二是用物理的可控硅进行调光控制。
1.PWM调光控制调光
脉宽调制（PWM）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
简单的说就是占空比越大，平均电压越大，灯也就越亮，占空比越小，平均电压越小，灯也就越暗。
这种调光技术的优点在于应用简单、效率高、精度高，且调光效果好，确定是由于一般LED驱动器都基于开关电源原理，如果PWM调光的频率在200-20KHz之间时，LED驱动器周围的电感和输出电容容易产生人耳听得见的噪声。
2.可控硅调光
可控硅调光是目前白炽灯调光应用中最普遍的一种调光方式。
其原理是将输入电压的波形通过导通角切波之后，产生一个切向的输出波形。
即是通过改变可控硅导通角来改变灯光亮度的。
本次设计采用的便是可控硅调光技术。
可控硅调光是一种物理的调光，PWM调光是通过脉冲调光，其原理不一样。
因为我们选择家用白炽灯进行调光对象，选可控硅调光更佳。
PWM调光技术一般是针对直流LED灯。
而白炽灯灯是交流灯，选用可控硅控制比较好，具体优点有如下两点：
①调节精度高、效率高可控硅调光器电路简单，可以对白炽灯进行调光，而且可以把电路的体积做很小，其电路中加入过滤器后可以使得通过电路的电流更加稳定，调节的灯光柔和稳定，无频闪现象。
在光的强度调节过程中，光线的强弱会平稳调节，调节准确、效率高。
②开机亮度记忆如今的调光器除了具有调节精度高、体积小等优点外，还具备开机亮度记忆功能。
这个功能可以记住上一次开灯时灯光的亮度，将照明亮度稳定在一个舒适的程度，不必每次打开电灯时都重新调节。
③可以避免脉宽调光过程中产生的大量噪声和高次谐波。
第二节总的遥控设计
首先本次设计题目基于单片机的红外控制，核心控制芯片便是AT89C51单片机，然后便是用到红外线，设计到红外线的编码解码。
发射端遥控设计如图2.2，矩阵键盘是必须的硬件用于输入数据，+5V电源电压是由普通电池来提高，发射端的结构很简单。
图2.2为发射遥控设计图
接收端的遥控设计如图2.3。
+5V电源是由220V交流电变压转换而来的，因为单片机是需要+5V电源电压来驱动的，而此时接收端是与电灯结合在一起的，我们就没必要和发射端那样，用电池来驱动，直接可以用家用交流电变压而得到，这样更方便安装和控制，所以我设计了一个专门的+5V电源电压电路。
50Hz交流过零检测电路也是由220V交流电提供的，用来控制可控硅。
红外接收电路用来接收发射端发射的脉冲信号，经单片机处理后，控制8个小灯的电源开关和一个交流灯的亮度，同时对按键值进行显示。
具体硬件电路和软件程序设计在后面章节进行详细叙述。
图2.3为接收遥控设计图。
第三章系统硬件设计
第一节硬件介绍
一、定时器计数器
它的组成是由两个16位的定时器TO和T1，以及他们的工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON等组成。
定时器/计数器T0和T1都是由两个8位特殊功能寄存器THO、TLO、TH1、TL1构成的。
工作方式寄存器TMOD是用于设置定时器的工作模式和工作方式；
控制寄存器TCON是用于启动和停止定时器的计数，控制定时器的状态。
当单片机复位时，两个寄存器的所有位都被清0。
AT89C51单片机的定时器/计数器的结构如图3.1
图3.189C51定时器/计数器结构图
（1）工作方式寄存器TMOD
定时器/计数器工作方式寄存器TMOD的各位定义如如表3.1。
标3.1定时器/计数器工作方式寄存器TMOD
位序号
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
位符号
GATE
C/T
M1
M0
如表，TMOD的高4位用于设置定时器1，低4位用于设置定时器0，对应的4位符号含义如下：
GATE：
门控制。
GATE=0，定时器/计数器启动与停止仅受TCON寄存器中TRX（X=0，1）来控制；
GATE=1，定时器/计数器启动与
升级会员 