红外遥控电路设计讲解Word文档格式.docx

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本课题以延伸红外无线遥控技术为目的，提出了一种红外遥控器集中控制的方案，核心是设计出一个红外多路遥控发射/接收系统。

本设计以红外线作为传递信息的载体，可对4个受控对象的工作状态进行短距离无线控制，适用于遥控工业、医疗、家用电器等设备的开闭状态。

并含有设备计数模块，可对处于工作状态的设备进行计数，并显示出来。

课题的重点在于通过软件实现二进制数据的编码与解码工作，然后通过红外收发头进行数据传输。

关键词：

单片机红外遥控多路LED光耦隔离键盘控制

ABSTRACT

Ashighintegration,smallsize,highreliabilityandlowpriceofthesinglechip.Ithasbeenwidelyappliedonelectricalintegration,industrialcontrol,instrumentationandhouseholdappliances.SCM（SingleChipMicyoco）controlofhouseholdappliancesdevelopstowardssimplifiedform,functionaldiversification,andintelligentcurrently.Infraredremotecontroltechnologyhascharacteristicsofeasytouse,lowpowerconsumption,anti-interferenceabilityandcheap,soitsprospectsarebright.

Thetopicstoextendtheinfraredwirelessremotecontroltechnologyforthepurpose,acentralizedcontrolinfraredremotecontrolprogram,thecoreistodesignawirelessinfraredremotecontrolmultipletransmit/receivesystem.Thedesignofaninfraredtransmissionofinformationasacarrierofcontrolledobjectcanwork8stateshort-rangewirelesscontrolforindustrial,medical,homeappliancesandotherequipmentonoroffremotely.Itcontainscountingmoduleequipment,andcancounttheequipmentinworkingcondition,anddisplays.ThefocusofthetaskisachievingworkofBinarydataencodinganddecodingbysoftware,andthenwehaddatatransmittedwithinfraredtransceiver.

Keywords：

SingleChipMicyoco；

InfraredRemoteControl；

Multipath；

LEDOptocouplerisolation；

Keyboardcontrol

1引言

近年来随着计算机在社会各领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时也带动传统的控制、检测等工作日益更新。

传统的遥控器大多采用无线电遥控技术，随着科技的进步，红外线遥控技术的进一步成熟，红外遥控也逐步成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。

为了方便实用，传统的家庭电器逐渐采用红外线遥控。

工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等有害环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。

红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。

由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；

电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；

编解码容易，可进行多路遥控。

红外遥控虽然被广泛应用，但各产商的遥控器不能相互兼容。

当今市场上的红外线遥控装置一般采用专用的遥控编码及解码集成电路，但编程灵活性较低，且产品多相互绑定，不能复用，故应用范围有限。

而本文采用单片机进行遥控系统的应用设计，遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、功耗低、功能强、成本低、可靠性高等特点，因此采用单片机的红外遥控技术具有广阔的发展前景。

2概述

2.1基于单片机的红外遥控系统概述

当今社会科学技术的发展与日俱增，人们生活水平也是日益提高，为了减少人们的工作量，所以对各种家用电器、电子器件的非人工控制的要求越来越高，针对这种情况，设计出一种集成度比较高的控制体系是必然的。

现代科技的飞速发展在许多危险、不可近场合也对远程控制提出了越来越高的要求。

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：

CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。

同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。

而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

单片机的集成度很高，它体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化、使用方便等突出特点，尤其耗电少，又可使供电电源体积小、质量轻。

所以特别适用于“电脑型产品”，它的应用已深入到工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活用品（家电、玩具）等各种领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

单片机特别适合把它做到产品的内部，取代部分老式机械、电子零件或元器件。

可使产品缩小体积，增强功能，实现不同程度的智能化。

红外线是一种光线，具有普通光的性质，可以以光速直线传播，强度可调，可以通过光学透镜聚焦，可以被不透明物体遮挡等等。

特别制造的半导体发光二极管，可以发出特定波长（通常是近红外）的红外线，通过控制二极管的电流可以很方便的改变红外线的强度，以达到调制的目的，因此，在现代电子工程应用中，红外线常常被用做近距离视线范围内的通讯载波。

使用红外线做信号载波的优点很多：

成本低、传播范围和方向可以控制、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。

因此被广泛地应用在各种技术领域中。

由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电设备。

最典型的应用就是家电遥控器。

红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套（发射器和接收器）要有不同的遥控频率或编码（否则，就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器）。

同类产品的红外线遥控器，也可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。

这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方面。

本设计主要研究并设计一个基于单片机的红外发射及接收系统，实现对四路开关的隔离控制并对工作状态设备计数。

控制系统主要是由MCS-51系列单片机、电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LED显示电路等部分组成，单片机编码发射遥控信号经红外接收处理传送给单片机，单片机根据不同的信息码控制四路LED发光二极管各个状态，并完成相应的状态指示（如图1）。

图1红外线遥控系统框图

2.2本设计方案思路

本设计主控芯片采用目前比较通用的MCS-51系列单片机。

此类单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大，市场上比较多见，价格便宜且技术比较成熟容易实现。

红外传输利用载波对信号进行调制从而减少信号传输过程中的光波干扰,提高数据传输效率。

由单片机AT89S51定时器T0产生周期性的26.3的矩形脉冲,即每隔13us，定时器T0产生中断输出一个相反的信号使输出端产生周期的38KHz脉冲信号。

再由单片机将键盘信息及系统识别码等数据调制在红外载波上经红外发射头发射出去。

接收方由红外一体化接收头实现对接收信号的放大解调并还原为数据流，经由单片机解码后对相关IO口进行操作（如图1）。

2.3研发方向和技术关键

（1）合理设计硬件电路，使各模块功能协调；

（2）红外发射信号的脉冲波形；

（3）红外发射信号的编解码；

（4）单片机对IO口的操作；

2.4主要技术指标

（1）遥控距离4到6m

（2）遥控路数为4路，即可对4个受控设备同时进行开关控制；

（3）工作频率为38KHz，即红外发射和接收的载频为38KHz；

（4）接收端可显示受控状态。

3总体设计

红外遥控系统是集中集光、电于一体的系统。

其工作原理是用户按键信号经单片机编码处理后转化为脉冲信号，经由红外发射头发送出去；

接收端由红外一体化接收头实现对接收信号的放大解调并还原为数据流，经由单片机解码后对相关IO口进行操作，从而完成整个遥控操作。

整个系统主要是由电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LED显示电路等部分组成。

系统硬件由以下几部分组成：

红外数据发射电路，键盘采用普通按键键盘，按键统一接在单片机P0口。

整体设计思路为：

根据扫描到不同的按键值对发射脉冲编码赋值后AT89S51将按照数据处理要求从P3.5输出控制脉冲与T0产生的8KHz的载波（周期是26us）进行调制，经NPN三极管对信号放大驱动红外发光管将控制信号发送出去。

红外数据接收则是采用HS38B一体化红外接收头，内部集成红外接收、数据采集、解码的功能，只要在接收端INT0检测头信号低电平的到来，就可完成对整个串行的信号进行分析得出当前控制指令的功能。

然后根据所得的指令去操作相应的用电器件工作，如图2所示。

红外

发射管

编码

单片机

遥控按键

红外传输

执行部分

一体化

接收头

解码

图2系统总体结构框图

3.1红外遥控发射部分

红外遥控发射部分系统框图见图3。

发送端采用单片机的定时中断功能，由定时器T0产生周期为26us的矩形脉冲,即每隔13us定时器T0产生中断输出一个相反的信号使单片机输出端产生周期为38KHz的脉冲信号。

脉冲图如图4所示。

系统通过直连单片机的按键获取用户遥控信息，经按键扫描确认，然后交由单片机对将要发射数据进行整理，将待发送的二进制信号编码调制在38kHz脉冲基波上，生成脉冲发射信号,最后通过红外发射管发射红外信号。

驱动

图3红外遥控发射电路框图

图438KHz载波信号

3.2红外遥控接收部分

红外遥控接收电路框图见图5。

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（HS38B,它接收红外信号频率为38KHz,周期约26μs）。

它能同时对信号进行放大、检波、整形,得到TTL电平的编码信号。

红外接收头收到信号后单片机立即产生中断，开始接收红外信号。

接收到的信号经单片机解码得到用户遥控信息并转至IO口执行,同时单片机还完成对处于工作状态的设备进行计数并显示。

光电隔离

图5红外遥控接收电路框图

3.3红外编码标准

本设计中采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码,编码由发送单片机来完成。

以间隔0.56ms、脉宽为0.565ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“1”；

以间隔1.685ms、脉宽为0.565ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“0”，其波形如图6所示。

Bit“0”

Bit“1”

1.685ms

0.56ms

1.125ms

2.25ms

图6　二进制信号“1”和“0”的编码

遥控编码脉冲信号由引导码、识别码、识别反码、控制码、控制反码信号组成。

引导码也叫起始码，由宽度为5ms的高电平和宽度为3ms的低电平组成，用来标志遥控编码脉冲信号的开始。

如图7所示。

3ms低电平

5ms高电平

图7信号引导码图

识别码也叫系统码，它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防止各遥控系统的误动作。

控制码也叫功能码，它代表了相应的控制功能，接收机可根据功能码的数值完成各种功能操作。

识别反码与控制反码分别是识别码与控制码的反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差错。

脉冲位置表示的“0”和“1”组成的32位二进制码前16位控制指令，控制不同的红外遥控设备。

而不同的红外家用电器又有不同的脉冲调控方式，后16位分别是8位的控制码和8位的控制反码。

串行数据码时序图如8所示。

图8串行数据码时序图

3.3.1二进制信号的调制

二进制信号的调制仍由发送单片机来完成,如图9所示,A是二进制信号的编码波形,B是频率为38KHz（周期为26μs）的连续脉冲,C是经调制后的间断脉冲串（相当于C=A×

B）,用于红外发射二极管发送的波形。

图9中,待发送的二进制数据为101。

图中脉冲个数仅为示意非真实情况。

图9　二进制信号的调制

3.3.2二进制信号的解调

二进制信号的解调由一体化红外接收头HS38B来完成,它把接收到的红外信号（图10中波形D,也是图9中波形C）经内部处理并解调复原,在输出脚输出图10中波形E（正好是对图9中波形A的取反）,HS38B的解调可理解为:

在输入有脉冲串时,输出端输出低电平,否则输出高电平。

可直接与单片机串行输入口及外中断相联，以实现随时接收遥控信号并产生中断，然后由单片机对编码还原。

图10红外接收头接收及输出波形

3.3.3二进制信号的解码

二进制信号的解码由接收单片机来完成,它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码,还原出发送端发送的数据。

如图10,把波形E解码还原成原始二进制数据信息101。

4硬件设计

4.1主控芯片AT89S51

AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。

它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中。

4.1.1主要特性

•8031CPU与MCS-51兼容

　•4K字节可编程FLASH存储器（寿命：

1000写/擦循环）

•4.0－5.5V的工作电压范围

　　•全静态工作：

0Hz-33MHz

　　•三级程序存储器保密锁定

　　•128*8位内部RAM

　　•32条可编程I/O线

　　•两个16位定时器/计数器

•6个中断源

•全双工串行UART通道

　　•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

•低功耗空闲和掉电模式

图11AT89S51芯片引脚

•灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）

4.1.2功能概述

AT89S51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，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时／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，AT89S51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，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存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。

AT89S51方框图：

图12AT89S51内部功能框图

4.1.3引脚功能说明

Vcc：

电源电压（5V）。

GND：

电源接地。

P0：

P0口是一组8位漏极开路型双向I／0口，也即地址／数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1：

Pl是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。

P2：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I／O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。

P3：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I／0口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

P3口除了作为一般的I／0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：

表1P3口的第二功能

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

（外部中断0）

P3.3

（外部中断1）

P3.4

T0（定时/计数器0外部输入）

P3.5

T1（定时/计数器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）

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFRAUXR的DISRT0位（地址8EH）可打开或关闭该功能。

DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。

ALE/

：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1／6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。

程序储存允许（

）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次

有效，即输出两个脉冲。

当访问外部数据存储器，没有两次有效的

信号。

EA/VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H－FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。

XTALl：

振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

4.1.4时钟电路

图13AT89S51振荡电路

AT89S51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图13。

外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容Cl、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。

对外接电容Cl、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。

如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF±

10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF±

10F。

本设计中我们采用的是石英晶体，电容为22pF。

4.1.5复位电路

复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号直至系统电源稳定后撤销复位信号，为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。

复位是单片机初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元执行程序。

除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。

图14单片机复位电路

复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。

本设计采用了按键手动复位方式。

图14所示的RC复位电路可以实现上述基本功能。

Sm为手动复位开关Ch可避免高频谐波对电路的干扰。

4.2红外遥控发射电路

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38KHz的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲，通过空间的传送到受控机的遥控接收器。

P2口作为按键部分，P3.5口作为发射部分，然后用三极管的放大驱动红外发射。

电路组成为：

按键电路，单片机及其周围电路（时钟电路、复位电路）和驱动发射电路。

发射部分总体框图见图3。

具体电路：

4.2.1按键电路

本设计为多路遥控系统，可控设备设置为4个，按键数为6，故可以直接与单