电风扇的智能红外遥控器系统设计毕业设计 精品Word下载.docx
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指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性；
技术线路的可行性；
设计方案的合理性
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
建议成绩：
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
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年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
二、论文（设计）水平
评阅教师：
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
[摘要]为了家用电风扇的使用更加方便快捷，以C8051F020为主控模块，SM0038为红外一体化接收发射管，设计了一个简易的单片机红外遥控电风扇系统。
该系统设计实现了以下电风扇的基本功能：
开关功能、调速功能，定时功能，风类选择功能。
系统添加了防触电保安器，大幅提高了使用安全性。
系统仿真表明，智能红外遥控风扇具有操作简单，实用性强，安全快捷等优点。
[关键词]红外遥控;
信号调制;
编码;
解码
ElectricalEngineeringandAutomationSpecialtyCHENG-Xiang
Abstract:
Formoreconvenientandquickofhouseholdelectricfan.withC8051F020asthemaincontrolmodule,SM0038astheintegrationofinfraredreceivingtubes,designedasimplemicro-controllerinfraredremotecontrolelectricfansystem.Underthissystemdesignhasrealizedthebasicfunctionoftheelectricfan:
switchfunction,thefunctionofspeedadjustment,timingfunction,wind,classselectionfunctionaddedtopreventelectricshockprotector,asubstantialincreaseintheuseofsecurity.Systemsimulationshowthattheintelligentinfraredremotecontrolfanhassimpleoperation,strongpracticability,safeandfast.
Keywords:
InfraredRemoteControl;
SignalModulation;
Encoding;
Decoding
1引言
1.1课题的研究背景及意义
科技的发展，科学技术的进步日新月异，导致社会节奏加快，因此人们对于方便，智能的要求不断提高，遥控器能迎合这一需求。
红外遥控是一种远距离，利用红外信号来操作的一种技术。
由发射端发出指令，接收端处理信号，最终实现远距离的控制。
红外遥控技术有很强的隐蔽性和穿透性，基本适合各类场合，目前大部分电器运用了红外遥控技术，电风扇也是其中之一。
红外遥控是一个小小的科技创新，但随之而来的事极大的便利。
此项技术的长足进步，也促使遥控风扇的设计更容易，造价更低廉。
作为一种常用的电器，电风扇具有体积轻巧、价格便宜、摆放方便等特点。
空调虽然现在在城市中已经相当普遍，而且有替代电风扇的趋势，但是由于家庭消费水平所限，在将来的一段时间里，电风扇在中小城市和农村仍有较大的市场份额。
市场的需求促使了电风扇的发展。
“智能化”的兴起，使得电风扇的功能也越来越多，越来越贴进人们生活。
在现有市场多功能红外遥控电风扇的基础上，提出了一种新型的智能电风扇，相对于旧式电风扇，智能电风扇设置了很多人性化的设计，如智能照明，安全保护，倾倒保护，智能照明等功能，使得电风扇更加人性化，相信其丰富的功能、人性化的设计将会大大提高电风扇的市场竞争力。
1.2国内、外发展现状
随着电子制造业的不断发展，社会对生产率的要求越来越高，各行业都需要精良高效、高可靠性的设备来满足要求。
风扇老式家电的一类，曾被认为是空调产品冲击下的淘汰品；
但电风拥有价格便宜、使用方便、体积小等特点。
由于许多的家庭消费水平并不是很高，电风扇在中地区以及农村将来一段时间里还是会占有市场的许多份额，但老式电风扇功能简单，不能满足智能化的要求。
为提高电风扇的市场竞争力，使之在技术含量上有所提高，且更加安全可靠，智能电风扇随之被提出。
相比之下，国外的只能电风扇起步较早，目前各类研究也比较成熟，电风扇在中国仍然具有很大的市场，所以我国对电风扇的优化研究是很积极的。
智能电风扇已经开始投入市场，目前这方面的技术已经成熟。
下一阶段的研究将是使其更加人性化，更好的满足不同群体的人的需求。
美的等家电企业相继推出了大厦扇和学生扇，这是针对不同的人群而专门研制的，具有智能化控制系统的电风扇。
国外在电风扇方面的研究相对我国不那么积极，但是在智能化电器方面的研究却比我国更加成功
1.3系统结构组成
本设计方案就是以电风扇为对象，通过红外遥控系统来实现电风扇的几种常用功能，如：
开关功能、调速功能、定时功能等的控制，相对于传统的机械控制，体现出了更加方便、更加快捷的优点。
系统由硬件和软件两部分组成，都采用了模块化的结构。
其硬件接口部分主要包括SM红外接收模块、LED显示模块、键盘处理模块、防触电保护模块。
软件部分则包含红外发生程序、红外接收程序和风扇控制程序。
图1系统组成框图
2系统硬件电路的设计
2.1系统工作原理
红外遥控是单向的红外通信方式，整个信号传输中，需要一个发射端和一个接收端。
发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。
红外接收端普遍采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头接收红外信号，它对信号进行放大后送解调电路将以调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号，再送给单片机，经单片机解码并控制相关对象。
2.2系统主控模块设计
系统采用的主控器是C8051F020单片机。
C8051F系列单片机就是一种典型的SOC型单片机，原是Cygnal公司的产品，该公司于2003年并入SiliconLaboratories公司。
C8051F系列具有与MCS-51单片机兼容的内核，运用流水线式运算技术，不再把时钟周期以及机器周期进行细致区分，可以在执行指令的同一时刻，预处理接下来的指令，增加了指令执行速率。
其中C8051F020是该系列单片机中功能较全，最具有代表性的一款C8051F020提供以下标准功能：
64kbytes字节Flash存储器，4352（4096+256）B的片内RAM，64个数字I/O引脚，5个通用的16位定时器，硬件实现的SPI,SMBUs/I²
C和两个UART串行通接口，可寻址64KB地址空间的外部数据存贮器接口。
模拟外设以及数字外设都能由固件使能或禁止，配置。
同时，Flash存储器也可以在线系统重新编程，可用于不易失类数据储存，并可以现场刷新8051固件，支持断点、观察点、单步运行和停机命令[1]。
在使用JTAG引脚都容许5V的输入信号电压。
C8051F020为100引脚TQFP封装，如图2所示。
片内原理框图如图3所示。
2.2.1C8051F020单片机的引脚结构及功能说明
图2C8051F020芯片示意图
2.2.2C8051F020单片机的最小系统设计
单片机最小系统设计如图3所示：
图3C8051F020最小系统原理框图
（1）C8051F系列MCU振荡器
每个C8051F系列MCU都包含内部振荡器以及外部振荡器驱动电路，每个驱动电路都可以作系统时钟，MCU在复位后从内部振荡器启动。
系统时钟能够在内部和外部振荡器间切换。
也可以在选择的时候，让其中一个振荡器保持在允许状态，这样可以避免切换时的延迟。
外部振荡器的可配置性是相当可观的，足以为用户带来多种选择[2]。
时基信号可以来自外CMOS时钟源或者晶体谐振器，陶瓷谐振器喝RC组合电路以及外部电容也可以。
振荡器的工作方式是受SFR控式，内外各一个，即OSCICN内部振荡器控制寄存器和OSCXCN外部振荡器控制寄存器。
（2）C8051F020交叉开关配置
C8051F020单片机内部的数字和模拟资源可以通过P0~P3，32个I/O引脚使用。
每个端口引脚可以被定义为通用I/O（GPIO）,又可以分配给一个数字外设或功能（例如：
UART0或/INT1），如图所示。
其中P1口的引脚可以用作ADC1的模拟输入。
设计者完全控制数字功能的引脚分配，只受
（3）端口I/O初始化步骤
1）用端口输入方式寄存器（PnMDIN）选择所有的端口引脚输入方式（模拟或数字）。
2）用端口输出方式寄存器（PnMDOUT）选择所有的端口引脚输出方式）
3）将引脚分配给要使用的外设
4）使能交叉开关（XBARE=1）
（4）程序流程图
图4最小系统框图
2.3发射端电路模块设计
发射端电路：
单片机系统及显示电路、红外发射电路、按键电路和稳压电路等组成。
图5手持式遥控器方框图
1.C8051F020的功能：
（1）高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（可达25MIPS）
（2）64KB可重编程闪速存储器
（3）真正12位、100ksps的8通道ADC，带PGA
（4）4352B的片内RAM
（5）可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口
（6）硬件SPI.SMBus/I²
C和两个UART串行接口
（7）5个通用16位定时器
（8）两个12位DAC
（9）低耗空载和掉电方式。
2.C8051F020端口输入/输出
图6端口I/O功能框图
MCU中有大量的数字资源需要通过数字I/O端口P0，P1，P2和P3才能使用。
端口0、1、2中的每个引脚既可以定义为对应的端口I/O，又可以分配给一个内部非模拟资源，如图7所示[3]。
设计者对功能分配有完全的控制，只受所选器件可用引脚多少的限制。
这种灵活性分配得益于优先权交叉开关译码器的强大功能，无论交叉开关怎么配置，端口I/O引脚状态都能够被送到对应锁存器。
引脚名称
引脚号
引脚类型
说明
VDD
18,20
数字电压源
DGND
17,21
数字地
AV+
9,29
模拟电压源
AGND
8,30
模拟地
TCK
14
数字输入
带内部上拉的JTAG测试时钟
TMS
13
带内部上拉的JTAG测试模式选择
TDI
15
带内部上拉的JTAG测试数据输入
TDO
16
数字输出
带内部上拉的JTAG测试数据输出
XTAL1
10
模拟输入
晶体输入
XTAL2
11
模拟输出
晶体输出
/RST
12
数字I/O
芯片复位
VREF
3
模拟I/O
电压基准
CP0+
2
比较器0的同相输入端
CP0-
1
比较器0的反相输入端
CP1+
比较器1的同相输入端
CP1-
比较器1的反相输入端
DAC0
32
数模转换输出口0
DAC1
31
数模转换输出口1
AIN0-AIN7
4——7
模拟MIX通道输入0-7
P0.0-P0.7
19、22——27
端口0位0-7
P1.0-P1.7
端口1位0-7
P2.0-P2.7
端口2位0-7
P3.0-P3.7
端口3位0-7
表1引脚定义
2.3.1红外发射电路设计
本遥控发射器采用码分制遥控方式。
码分制红外遥控就是指令信号产生电信号以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。
在确定选择C8051F020作为本设计发射电路核心芯片和点触式开关作为控制键后，加上一个简单红外发射电路和12M晶体震荡器便可实现红外发射。
红外发光二极管为发射部分的主要元件。
由于红外发光二极管的内部材料与普通二极管不同，所以它是一个特殊的发光二极管，在它的两端加上一定的电压时，其发出来的是红外线不再是可见光。
现在市面上常用的红外发光二极管的波长为940nm，其与普通Φ5的发光二极管外形相同，但是颜色不同[4]。
遥控发射通过键盘，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在40KHz的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲，通过空间传送到受控机的遥控接收器。
P1口作为按键部分，P0.7口作为发射部分。
电路图如图7所示：
本系统采用PH303红外发射二极管，波长为940，正向电压在1.5V以下。
图7红外发射电路
2.3.2键盘电路设计
单片机系统的键盘主要有两种：
一种是有编码键盘，另一种是非编码键盘。
编码键盘：
包括按键和产生键码的硬件电路。
当使用时，按下键盘上的按键，硬件电路就会产生这个键的代码（简称键码），在此时还会产生一个脉冲信号，脉冲信号传递给CPU以接收键码。
编码键盘的优点是编写程序简单而且使用方便；
缺点所使用的硬件复杂。
非编码键盘：
排列成行或列矩阵形式是其按键的特点。
按键只能简单地实现接点的接通或断开，所以要有与之相应的程序相配合，从而实现相应的键码，而且非编码键盘的一个优点是不需要附加硬件电路[5]。
为了简洁电路，使用非编码键盘。
如图8所示：
图8矩阵键盘原理图
2.3.3显示电路设计
显示器是一类比较多见的设备，其种类繁多，但在单片机实例中常用发光二极管显示器（LED）以及液晶显示器（LCD）两种，由于这两种显示其结构简单，价格便宜，接口容易实现，因而得到广泛应用。
下面介绍LED的结构、工作原理以及它的接口电路。
LED显示器又称为数码管，它主要由8段发光二极管组成，如图9所示。
图9中，a~g为数字或字符显示段，h段为小数点显示，通过a~g为7个发光段的不同组合，可以显示0到9和A到F共16个字母和数字。
例如，当a、b、g、e、d、段亮时，则显示字幕“F”。
LED可以分为共阴极和共阳极两种结构，如图10.1和10.2所示。
其中图10.1为共阴极结构。
即把8个发光二极管阴极连在一起。
这时如果需要点亮a~g中的任何一盏灯，只需要在相应端输入高电平即可；
输入低电平则截止[6]。
图10.2为共阳极结构。
其显示端输入低电平有效，高电平截止。
表2列出了共阳极与共阴极LED显示其显示数字、字母与显示代码之间的对应关系。
LED的显示方式可以分为两种，一是静态显示，二是动态显示，本设计选用动态显示。
其特点是似乎各位LED是“同时”显示的。
动态显示法是目前各种单片机采用的流行方法。
其优点是硬件简单，“动态”由软件实现。
本设计选用动态显示的方法，其显示格式如表1。
表2数码管显示格式
数码管1
数码管2
风速
D
相应数字
模式
E
定时
A
数码管的操作电路如图9所示：
图9数码管基本操作电路
2.4接收端电路模块设计
接收端电路：
单片机系统及显示电路、红外发射电路、按键电路、电源电路和控制单元等组成。
其设计原理图如下：
图10红外接收端方框图
2.4.1红外接收电路设计
在接收过程中，脉冲通过光学滤波器和红外二极管转换为40KHZ的电信号，此信号经过放大，检波，整形，解调，送到解码与接口电路，从而完成相应的遥控功能。
接收电路图见图11。
图11红外接收电路
通常，红外遥控器将遥控信号（二进制脉冲码）调制在40KHz的载波上，经过缓冲过程，放大过程之后被送至红外发光二极管，产生红外信号[7]。
把前面的遥控编码脉冲对照40KHz载波信号进行脉幅调制，再一次经过缓冲过程，放大过程之后发射出去。
红外接收管是接收部分的主要元件，红外接收管是一种光敏二极管。
在实际应用时，为了使它能正常工作，需要给红外接收二极管加上反向的偏压，即在电路中反向应用，这样就可以拥有较高的灵敏度，本设计采用SM0038红外接收头,见图12。
图12SM0038
一体化红外接收器的内部包括：
红外光敏二极管、接收电路、放大电路、解码器、滤波器等，只要架上+5V电源，输出引脚直接输出不带副载波的负极性RC-5信号[8]。
具有电路简单，灵敏性高，抗干扰性好等优点。
“1”和“0”码相应的码形如图13所示
图13RC-5信号中的“1”码和“0”码
2.4.2键盘电路设计
接收端采用矩阵按键，其中0，1，2按键用于风扇的定时，模式，调速切换。
本设计中，P1.0用于定时切换，P1.1用于模式切换，P1.2用于调速切换。
按键原理图如图14所示：
图14独立按键原理图
2.4.3显示电路设计
接收端数码管的选用同发射端的显示部分，采用双位SN20401数码管。
2.4.4电源电路设计
直流稳压电源的主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。
图中C7用于频率补偿，防止自激振荡和抑制高频干扰；
C8采用电解电容，以减少电源引入的低频干扰对输出电压的影响；
D3是保护二极管，当输入端短路时，给C6一个放电的通路，防止C6击穿。
框图如图15所示：
图15稳压电源原理图
2.5电机控制电路
2.5.
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