红外遥控风扇毕业设计.docx
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红外遥控风扇毕业设计
苏州市职业大学
毕业设计（论文）说明书
设计（论文）题目红外遥控风扇
系电子信息工程系
专业班级09电子3
姓名张亚楠
学号097302342
指导教师周昌雄
2021年5月18日
摘 要
作为传统的家用电器，随着空调的普及，风扇的市场地位受到了庞大的冲击，传统的开关、调速功能已经不能知足市场的需求。
人们希望风扇在体积小、利用方便等的基础上，能够拥有更多的功能，而红外遥控的普遍应用及单片机技术的成熟，那么使得红外遥控系统成了风扇的进展趋势。
本设计方案基于市场的需求，结合红外遥控设计简单、方便、本钱低廉等特点，采纳专用的遥控发射接收芯片HS0038，在此基础上设计了一个简易的红外遥控风扇系统。
系统包括接收和发射两大部份，本文设计实现了风扇的大体功能：
开关功能、五级调速功能。
通过量次的测试与电路调整，系统的各项功能均能正常实现。
关键词：
红外遥控，信号调制，编码，解码
Abstract
Asatraditionalhouseholdappliance,alongwiththepopularityofairconditioning,electricfanmarketpositionbythehugeimpactandthetraditionalswitch,speedadjustmentcan'tmeetthedemandofthemarket.Peoplehopeelectricfaninthesmallvolume,convenient,etc,andonthebasisoftohavemorefeatures,andthewideapplicationofinfraredremotecontrolandsinglechipmicrocomputertechnologymaturity,itmakestheinfraredremotecontrolsystembecomethetrendofthedevelopmentofelectricfans.
Thisdesignschemebasedonthedemandofthemarket,combinedwithinfraredremotecontroldesignissimple,convenient,lowcostandothercharacteristics,theuseofaspecialradiotransmissionHS0038receiverchips,andbasedonthis,designsasimplesystemofinfraredremotecontrolelectricfan.Systemincludingreceivingandlaunchoftwoparts,thispaperdesignedthebasicfunctionsoftheelectricfan:
switchfunction,categoryfivespeedadjustments.Aftermanytestsandcircuitadjustment,thesystemcanrealizethefunctionsarenormal.
Keywords：
Infraredremotecontrol,Signalmodulation,Encoding,Decoding
目 录
第1章绪论
1.1选题背景及意义
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用很广，进展专门快。
单片机具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价钱低廉、靠得住性高、灵活性好、开发较为容易等特点。
目前单片机应用到各个领域，导弹的导航装置，飞机上各类仪表的操纵，运算机网络通信与数据传输，工业自动化进程的实时操纵和数据处置，普遍利用的各类智能IC卡等。
这些都离不开单片机，更不用说自动操纵领域的机械人、智能仪表、医疗器械了，因此，单片机的学习、开发与应用极为重要。
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。
依照波长的不同可分为可见光和不可见光，波长为的光波可为可见光，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。
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样为，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够专门好地匹配，能够取得较高的传输效率及较高的靠得住性。
红外线遥控是目前利用最普遍的一种通信和遥控手腕。
由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、本钱低等特点，因此，继彩电、录像机以后，在录音机、音响设备、空调机和玩具等其它小型电器装置上也纷纷采纳红外线遥控。
工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采纳红外线遥控不仅完全靠得住而且能有效地隔离电气干扰，且价钱廉价，市场上超级容易买到。
而且通过利用遥控器，操作时能够实现人与设备的分离，从而加倍方便利用。
红外遥控的发射电路是采纳红外发光二极管来发出通过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。
发射机一样由指令键（或操作杆）、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部份组成。
当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定的指令编码信号。
接收电路一样由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路（机构）等几部份组成。
接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。
指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各类指令的操作操纵（机构）。
目前传统风扇市场受到空调的严峻冲击，空调的遥控便利性是传统风扇无法企及的，可是一样风扇的价钱优势也是空调无法比拟的。
价钱低廉、结构简单的风扇加倍容易进入人们的家庭。
为了使风扇能够像空调一样远距离的操纵，令人们的生活加倍方便，咱们能够采纳基于单片机的红外遥控系统对风扇进行遥控，如此风扇也能像空调一样进行遥控。
1.2红外遥控的设计思路
本次设计在于研究红外线遥控工作原理及实现方式，和红外发射管和接收器的工作原理和利用方式。
采纳TC9012发射集成电路，AT89C51单片机，455kHz晶体振荡器，红外发射管，HS0038红外接收头，按键组成红外线遥控系统对风扇进行遥控，实现风扇的五级转速遥控。
本次设计分为硬件设计和软件设计两个部份，硬件部份又分为系统发射电路原理、系统接收电路原理，系统发射电路由TC9012发射集成电路实现，系统接收电路由AT89C51实现。
软件部份又分为解码程序和接收程序。
红外遥控系统发射电路采纳编/解码专业集成电路芯片来进行操纵操作，操纵部份包括键盘矩阵，编码调制，LED红外发送器。
接收电路包括解调，解码电路。
红外通信的大体原理实质确实是指利用红外线来作为载体传送信息，把单片机等产生的编码操纵信号，经由调制电路调制为32～40KHz的方波信号（提多发射效率、降低功耗）。
在经由驱动电路驱动红外发光二极管（IRLED）发出红外遥控信号，在接收端利用与发送端相配对的红外光电二极管，接收含有操纵信号的红外信号，在将该红外信号解调为电信号后，送入单片机进行解码，以取得相应的操纵信号，从而完成红外信息的传送。
本红外遥控发射系统采纳码分制遥控方式，码分制红外遥控确实是指令信号产生电路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数量及组合）代表不同的操纵指令。
当不同的指令键被按下时，指令信号电路产生不同脉冲编码的指令信号，也确实是进行编码，然后经TC9012芯片进行调制从而产生不同的编码信号，再由驱动电路驱动红外发射器发射红外信号。
红外接收电路是红外遥控系统中的指令信号及检出电路，通过一体化红外接收头HS0038（集成红外线的接收、放大、解调，不需要任何外接元件，就能够完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作）然后将接收到的信号发送给AT89C51,然后AT89C51通过内部程序对所接收信号进行判定，然后就驱动相应的外部设备进行相应的动作。
此设计的遥控开关是在通用遥控的基础上加以改良的，其实确实是将红外遥控器接收部份采纳单片机AT89C51来操纵，即当一体化红外接收器接收到红外遥控信号，经放大、解码、滤波后，将原编码信号传送到单片机AT89C51中，进行信号识别编码，然后进行相应的处置，以达到操纵电路的目的。
通过按下不同的按键，红外发射器发射不同频率的信号波，然后通过红外一体化接收头接收进行相应的放大解调从而进行相应的动作操作。
第2章硬件设计
红外通信简介
红外通信，确实是通过红外线传输数据。
在电脑技术进展初期，数据都是通过线缆传输的，线缆传输连线麻烦，需要特制接口，很是不便。
于是后来就有了红外、蓝牙、802.11等无线数据传输技术。
红外通信技术适合于低本钱、跨平台、点对点高速数据连接，尤其是嵌入式系统。
其要紧应用：
设备互联、信息网关。
设备互联后可完成不同设备内文件与信息的互换。
信息网关负责连接信息终端和互联网。
红外通信技术是活着界范围内被普遍利用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持其特点要紧有：
1.通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的彼此转换实现无线的数据收发。
2.主若是用来取代点对点的线缆连接。
3.新的通信标准兼容初期的通信标准。
4.小角度（30度锥角之内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强。
5.传输速度较高，4M速度的FIR技术已被普遍利用，16M速度的VFIR技术已经发布。
6.不透光材料的阻隔性，可分隔性，限定物理利用性，方便集群利用：
红外线技术是限定利用空间的。
在红外不传输的进程中，碰到不透光的材料，如墙面。
它就会反射，这一特点，确信了每套设备之间，能够在不同的物理空间里利用。
7.无频道资源占用性，平安特性高：
红外线利用光传输数据的这一特点确信了它不存在无线频道资源的占用性，且平安性专门高。
在限定的空间内利用进行窃听数据可不是一件容易的事。
8.优秀的互换性，通用性。
因为采纳了光传输，且限定物理利用空间。
红外线发射和接收设备在同一频率的条件下，能够彼此利用。
9.无有害辐射，绿色产品特性：
科学实验证明，红外线是一种对人体有利的光谱，因此红外线产品是一种真正的绿色产品。
另外，红外线通信还有抗干扰性强，系统安装简单，易于治理等优势。
红外数据通信技术的缺点：
1.受视距阻碍其传输距离短；
2.要求通信设备的位置固定；
3.其点对点的传输连接，无法灵活地组成网络等。
可是这些缺点并无给IrDA的应用带来致命的障碍，红外技术已在电话和笔记本电脑等设备上取得了普遍的应用。
红外通信，保密性强、信息容量大、结构简单，既能够在室内利用，也能够在野外利用，具有良好的方向性。
由于红外射束易受尘埃、雨水等物质的吸收，因此在野外利历时应注意气候环境的阻碍。
由于红外线遥控不具有向无线电遥控那样穿过障碍物去操纵被控对象的能力，因此，在设计家用电器的红外线遥控器时，没必要要像无线电遥控器那样，每套（包括发射器和接收器）要有不同的遥控频率或编码（不然，就会隔墙操纵而干扰邻居的家用电器），因此同类产品的红外线遥控器，能够有相同的遥控频率或编码，而可不能显现遥控信号“串门”的情形。
这关于大量量生产和在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方便。
由于红外线为不可见光，因此对环境的阻碍很小。
红外光的波久远小于无线电波的波长，因此红外线遥控可不能阻碍其他家用电器，也可不能阻碍临近的无线电设备。
家用的家电红外遥控器发出的一样是通过38kHz载波调制的红外信号。
红外遥控是一种无线、非接触操纵技术，具有抗干扰能力强，信息传输靠得住，功耗低，本钱低，易实现等显著优势，被诸多电子设备专门是家用电器普遍采纳，并愈来愈多的应用到运算机系统中。
元器件介绍
2.2.1AT89C51芯片
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处置器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器能够反复擦除1000次。
该器件采纳ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微操纵器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式操纵系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
（1）要紧特性
·与MCS-51兼容；
·4K字节可编程FLASH存储器；
·寿命：
1000写/擦循环；
·数据保留时刻：
10年；
·全静态工作：
0Hz-24MHz；
·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位按时器/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提供以下标准功能：
4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位按时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但许诺RAM，按时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保留RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
（2）管脚说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被概念为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它能够被概念为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，现在P0外部必需接上拉电阻。
AT89C51管脚如图2-1所示。
图2-1AT89C51管脚说明
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，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外手下拉为低电平常，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口作为低八位地址接收。
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，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，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放器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和操纵信号。
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，由于外手下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）；
P3.1TXD（串行输出口）；
P3.2/INT0（外部中断0）；
P3.3/INT1（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/WR（外部数据存储器写选通）；
P3.7/RD（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操纵信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要维持RST脚两个机械周期的高电平常刻。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存许诺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。
在平常，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按时目的。
但是要注意的是：
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。
现在，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
若是微处置器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每一个机械周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不显现。
/EA/VPP：
当/EA维持低电平常，那么在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是不是有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端维持高电平常，其间内部程序存储器。
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。
振荡器特性：
XTAL1和XTAL2别离为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器能够配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡都可采纳。
如采纳外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必需保证脉冲的高低电平要求的宽度。
2.2.2TC9012红外发射芯片
TC9012是一块用于东芝系列红外遥控系统中的专用发射集成电路，采纳CMOS工艺制造。
它可外接32个按键，提供8种用户编码，另外还具有3种双重按键功能。
TC9012的管脚设置和外围应用线路都进行了高度优化，以配合PCB的布图和低本钱的要求。
（1）要紧特性
·低压CMOS工艺制造；
·低功耗超小静态电流；
·低工作电压（VDD）；
·32+3条指令码；
·8种用户编码可选择；
·TSOP-20、SOP20、COB可选的封装形式。
（2）管脚说明
TC9012管脚如图2-2所示。
图2-2TC9012管脚说明
管脚功能说明如表2-1所示。
表2-1TC9012管脚功能
管脚号
名称
类型
描述
1~4
KI0-KI4
IN
4位输入脚，用于键盘扫描输入（平时为低电平，内置下拉电阻）
5
REM
OUT
带载波的遥控信号输出
6
VDD
电源正端（）3V（典型）
7
NC
空脚
8
OSCO
OUT
晶振输出
9
OSCI
IN
晶振输入
10
VSS
电源负端（接地）
19~12
KO0-KO7
OUT
8位输出脚，用于键盘扫描输出
11
LMP
OUT
指示灯输出
20
SEL
IN
用于用户编码选择跳线（平时为高电平，内置下拉电阻）
（3）编码方式
TC9012的一帧数据中含有32位码，包括两次8位用户码，8位数据码和8位数据码的反码及最后位的同步位。
引导码由4.5ms的载波和4.5ms的载波关断波形所组成，以作为用户码、数据码和他们的反码的先导。
同步位（SY）是标志最后一名编码是“0”或“1”的标识位，它只有的有载波信号组成。
发射码的格式如图2-3所示。
图2-3TC9012发射码格式
TC9012共有8位用户码，其中S0,S1,S2由SEL与KO0～KO7的连接来确信；S3固定为“1”；S4,S5,S6,S7固定为“0”。
用户编码一共有8种，是利用“SEL”脚与“KO0～KO7”中的任一脚相连接来进行选择的，如图2-4所示，KO2和SEL相连，那么客户码的S0，S1，S2=010。
图2-4用户码选择
TC9012的用户码设置见表2-2
表2-2TC9012用户码设置表
与SEL相接
用户码（S2S1S0）
KO0
000
KO1
001
KO2
010
KO3
011
KO4
100
KO5
101
KO6
110
KO7
111
TC9012遥控器设置4个按键输入端KI0-KI3和8个按键输出端KO0-KO7，由此设置了一个4x8的键盘，共32键。
键盘矩阵如图2-5所示。
图2-5TC9012的键数据图
那个地址共设置了32个键，所有系统的键值均按同一方式编码。
键数据的编码方式如下：
{0,0,0,KO[2:
0]，KI[1:
0]}。
例如：
当按下键K13时，其输出键值为K7~K0=00001100，当按下键K24时，其输出键值为
K7~K0=00010111，当按下键K22时，其输出键值为K7~K0=00010101，当按下键K31时，其输出键值为K7~K0=00011110。
键一直按着，将一帧码发完后发固定的重复码；当键松开时，等该帧码发完后进入低功耗模式。
用户码和键数据码的发送均是低位在前，高位在后。
TC9012的双重按键方式一共有六种：
K21键与K22~K24的组合，K25键与K26~K28的组合。
TC9012双重按键组合如图2-6所示。
图2-6双重按键组合
除这六种的地方的双键或多键按下都将被视为无效按键，无发射码输出。
另外，双重按键的操作是分按键前后顺序的，必需先按住K21或K25键，再按其它相应组合键K22～K24。
例如：
当按下K21时，系统先发出K21的键值K7~K0=00010100，然后按下K22时，系统那么发出双重按键码K7~K0=00110101。
（4）工作模式
电路有两种工作模式：
正常工作模式；低功耗模式，除非有键按下，振荡器平常是停振的，如此能够降低功耗。
电路有去抖动功能，按键的时刻不够长（小于32ms），无码发出，振荡器停振。
TC9012振荡频率利用455KHz的晶振。
2.2.3HS0038红外接收头
HS0038一体化的红外接收头将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，而且输出能够让单片机识别的TTL信号，如此大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便利用。
在本设计中，采纳HS0038一体化红外接收头。
HS0038是黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。
在用小功率发射管发射信号情形下，其接收距离可达35m，能与TTL、COMS电路兼容。
HS0038为直立侧面
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