学习型红外线遥控器的设计毕业设计.docx

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学习型红外线遥控器的设计毕业设计

本科生毕业设计（论文）

学习型红外线遥控器的设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

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

□优□良□中□及格□不及格

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

□优□良□中□及格□不及格

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

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

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？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

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

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、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

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

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

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

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？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

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

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

红外遥控器是一种常用的家用电器遥控通信设备，具有性能稳定、结构简单、易于实现等特点，在日常生活和工业控制等方面应用十分广泛，一般遥控器使用特定解码芯片，只能识别唯一代码，无法达到多个接收端共用一个遥控器的目的。

本文论述了一个基于AT89S52单片机的学习型红外遥控器的设计与实现，该学习型遥控器硬件部分主要由单片机、发射端和接收端几部分构成，同时外加一个键盘控制电路，软件部分主要分为主程序、红外发射程序和红外接收程序的设计，本系统设计的遥控器能够无线遥控各种家用电器。

关键词：

红外遥控；单片机；家电；学习；

Abstract

Infraredremotecontrolisacommonlyusedhouseholdappliancesremotecommunicationsequipment,withstableperformance,simplestructure,easytoimplement,etc.,indailylifeandindustrialcontrolandotheraspectsofawiderangeofapplications,generallyusingaparticularremotecontroldecoderchip,canonlyidentifyauniquecode,youcannotreachmultiplereceiverssharearemotecontrolpurposes.

ThispaperdiscussesthedesignandimplementationoflearningIRremotecontrolbasedonAT89S52microcontroller,thelearningremotehardwaremainlybythemicrocontroller,thetransmitterandreceiverofseveralparts,plusakeyboardwhilethecontrolcircuit,thesoftwarepartisdividedintothemainprogramdesign,programandinfraredreceiverinfraredemissionprocess,thesystemcanbedesignedremotecontrolwirelessremotecontrolofvariousappliances.

KeyWords:

Infraredremotecontrol;SCM;appliances;learning;

第1章引言

1.1意义与目的

当前，随着人们的物质文化生活自动化程度逐步提高，每个家庭都有许许多多的家用电器，大多数的家用电器都有配有各自的遥控器，多数遥控器的不兼容使得我们有了很多的遥控器，这样使得我们挑选遥控器进入了纠结。

本课题就是想解决这个纠结的问题，本课题利用AT89S52型MCU设计了一个具有多功能遥控器，该遥控器能够通过复杂的算法和简单的电路能够学习模仿不同品牌的遥控的按键功能，使得我们能够替代它们，精简了我们遥控器的数量，这样既简单又方便，使得用户能够避免同时面对众多遥控设备的烦恼。

1.2发展现状

红外通信发展的很早，在20世纪90年代，科学技术日新月异，红外通信技术的应用范围越来越广泛，这样使得科学家们对红外线通信技术的研究越来越深入，正因为红外通信技术有这么多优秀的特点所以使得它应用的比较广泛，在短距离无线通讯技术领域里分为红外遥控技术和红外通信技术，随着科技的发展人们在数字锁相技术领域和传感器领域内取得了很大的成就，就是这样进一步的催进了这个进程，市面上的无线产品已经非常的普遍，市面上的无线产品良莠不齐同时红外技术的简单易实现性使得其有很大的局限性，电路构成基本都很复杂，基本上都是模拟电路，模拟电路的抗干扰能力差，使得准确度降低，使得我们进行调试和维修的时候很困难。

正因为利用模拟电路通信的设备有这么多的困难，所以使得我们大都数近距离通信都采用红外通信技术，利用红外通信的系统组成了众多的无线红外遥控通信系统，该技术具有很多优点;成本低，精度高，保密性和安全性强，和稳定性高等等。

我们使用的学习型红外遥控器基本上都是复制原有遥控器波形的方法，但是也有一部分采用直接下载原有遥控器遥控编码的方法。

同时由于采用专用遥控发射芯片，使得集成度高成本也高。

目前的自主学习型红外线遥控器其核心MCU主要有一下几种：

MCS—51系列、MicrochipPIC16系列、WinbondW741系列、HoltekHT48系列以及ARM（AdvancedRISCMachines）系列[1]。

当前我国销量比较好的产品有如下一些：

1、上海居智能电子的HJ—JYWC，它的主要特点为：

触屏按键组合输入；具有红外线学习功能。

2、BREMAX公司的NRC—304网络多功能遥控器，它的主要特点为：

联机自学习、脱机自学习两种模式。

3、Sunwave公司的SRC—1600，它的主要特点为：

具有巨集设定功能，单一按键具体设定可记忆多达60个指令。

4、罗技公司生产的Harmony1100，他的主要特点特征为：

采用铝合金外壳，3.5英寸的TIT显示触屏；同时使得用户能够自由定制功能菜单

1.3研究内容

本课题以AT89S52为控制核心的学习型红外遥控器，该遥控器通过红外接收管采集其他遥控器发射的红外信号，然后通过自己的红外发射管发射出去，从而实现学习功能。

为了实现该功能我们必须要掌握红外遥控技术的解码、调制发射、以及微控制器控制等技术，需要完成的研究内容主要包括：

1、红外线遥控器工作原理

2、红外接收解调器接收接收解码原理

3、单片机红外解码的软硬件实现

4、红外调制发射原理

5、单片机红外遥控编码的软硬件实现

1.4研究目标

本系统设计的红外线遥控器拟实现以下功能：

1、适用于编码式红外线遥控型家用电器

2、可遥控多台家用电器

3、具有一个学习/控制复用键

4、可通过一个设备选择键和各个功能控制键实现对多台设备的常用功能的学习和控制

5、成本低，抗干扰能力强

第2章MCU选择及系统总体设计

2.1MCU的选择及特点

本系统选择的MCU是AT89S52。

它是一种低功耗、高性能的8位单片机，片内含4KB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、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80S52引脚结构[2]。

芯片内集成了通用8位CPU和在系统可编程（ISP）Flash存储单元，使得AT89S52可为众多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

此外，AT89S52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。

空闲模式下，CPU停止工作而允许RAM、定时器/计数器、串行通信口及外中断系统继续工作。

掉电模式下，冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时AT89S52还具有PDIP、TQFP和PLCC三种封装形式，以适应不同产品的需求。

AT89S52的引脚图如图2.1所示。

图2.1AT89S52引脚图

1.AT89S52主要性能参数：

·与MCS-51单片机产品兼容

·4K字节在系统编程（ISP）Flash存储器

·1000次擦写周期

·全静态操作：

0Hz～33MHz

·三级加密程序存储器

·128×8字节内部RAM

·32个可编程I/O口线

·2个16位定时器/计数器

·6个中断源

·全双工串行UART通道

·低功耗空闲和掉电模式

·掉电后中断可唤醒系统

·看门狗（WDT）定时器及双数据指针

·掉电标识符和快速编程特性

2.AT89S52芯片引脚功能说明：

VCC：

电源。

GND：

接地。

2.2红外协议原理

遥控码发射程序将原存于内存单元的脉冲数据还原成38KHZ方波，利用定时/计数器T1中断功能产生38KHZ载波[7]，调制波从P1.0脚送出。

利用原读入时的低电平持续时间控制产生38KHZ方波的时间，而原读入时为高电平的脉宽数据将作为停发38KHZ方波的持续时间控制[3]。

经过反向放大器，9ms的引导码变为高电平，4.5ms的低电平变为高电平发送出去。

波形图如图2.2所示。

2.2红外线发送波形图

2.3红外解码原理

信号的传输就必须有载体，正如红外通信他的传输载体就是红外线，当红外线在空气中传播的时候，就会承载着有效信息进行传播，整个过程除了载体、介质意外还需要红外发射器和接收器，这是这个信号传送的核心所在。

作为发射端，数字信号作为有效信息，经过有效的处理以后于红外信号整合在一起，有发射器发射到介质当中；作为接收端，接收器会把感应到的红外信号进行处理，转换成原始数字信号[4]。

以下分别对红外发射、接受和其中的一些重要的协议进行了简单的论述。

红外发射端发送数据时，是将待发送的二进制数据调制成一系列的脉冲串信号后发射出去。

红外载波为频率38KHz的方波，采用IO口模拟方式发送，通过待发送二进制数据的“0”或“1”控制两个脉冲串之间的时间间隔，通过定时器来控制脉宽，红外载波可以使用单片机内部的定时器的PWM功能实现，也可以通过外围硬件电路实现。

利用单片机内部定时器的PWM功能产生红外载波利用单片机内部定时器的PWM功能产生红外载波信号。

红外发射：

红外发送端是由AT89S52的两I/O脚控制。

控制I/O接口产生一定宽度的方波脉冲信号，以此来分别代表0和1。

当输出端口处于低电平触发时，或门电路会允许载波信号的通过，载波信号为38KHZ的固定频段的信号，不然的话或门电路是不允许载波信号通过的。

经此过程，输出端会产生间断的载波信号。

这个信号由放大电路放大后再由电阻限流后传送到发送端口，有发射器发出红外信号。

红外二极管作为红外发送设备，将完成光电信号的转换。

这是一种间断式的红外信号。

因为脉冲的宽度是不会改变的所以可以通过红外脉冲信号之间的间距大小来判断传送的信号是0还是1。

红外接收：

红外接收采用红外三极管。

红外接收电路的原理是：

当接收到载波信号，接收器端口处会相应的输出低电平信号，不然的话会输出高电平信号。

进而才能将间断的红外信号进行解调，转换成为连续的方波信号，在经过PIC单片机的内部处理以后，才恢复原原有的数字信号。

红外三极管是一种比较小的接收型器件，能够独立完成红外信号的接收，因此不需要再加电阻或其他部件来进行转换。

和其他类似产品比较，红外三极管的优点是：

在一般的环境下它的输出非常稳定，当外界干扰很大时，它依然能够保持稳定的输出。

总体来说，它的价位在接受范围内，有很强的抗干扰能力。

红外通讯的关键在于红外数据的同步，能够正确识别接收到的红外信息代表何意义。

红外通讯系统可以采用同步帧协议，也可以采用类串行通信协议。

采用前者时，二次系统的关键是在于它的数据同步传输，本系统可以识别出来接收到的红外信号所包含的有效内容。

红外通信系统可以采用以上两种通信协议中的任何一种。

红外通讯中的差错控制方式采用自动来请求重发的方式。

在接收过程中数据包中所包含的地址码由接收端接受并与其匹配。

假如地址码与其不匹配的话，数据包将会被丢弃掉，然后申请重新发送数据包；如果其地址码与其相匹配，然后检查其校验码，只有校验码无误的情况下，数据包中的数据才会被其识别，此后向发送端反馈确认收到有效信号的信息，假如校验码与其不相匹配的话，则会向发送端申请重新发送数据包。

即在未完全接收到数据包时，只要出现错误均会反馈重新发送数据包的申请。

采用第二种通信协议的时候，传送的数据格式与NRZ格式差不多，每一个数据帧是由一个起始位0、2个停止位0和8个数据位组成[5]。

在没有接收到发送端传来的信号时，此时的定时器不在工作状态。

当开始接收信号时，接收器在接收到数据的起始位为0时，此时输出的信号为低电平信号，触发将被终止，然后启动定时器。

定时器将两次终端间隔记录下来，这样就可以判断出该信号的起始位置是不是为0.假如不是，复位定时器将会重新去检测其起始位电平信号。

假如是，数据将被接收，由定时器的计数判断是0还是1，在数据位接收完毕后再去接收停止位信息。

第二个停止位是用来检查前面的一个方波是否和第一个停止位相对应。

假如是的话，并且已经正确的接收到了起始位、数据位、停止位，则被判断为数据帧的接收无误，然后去接受下一个，否则的话接收信息被判断接受错误，此时的复位定时器将会重新去检测起始位。

2.4系统方案论证和选择

红外遥控设备可以在很多场合使用，尤其是哪些信号不好或干扰较强的环境中。

以下是本文论述的两种可行方案，分别论述了其实现方法和它的优缺点，经过对比对方案进行选择。

方案一：

此方案中，采用遥控器来作为控制信号的发出设备，在遥控器的设置键被触发后，接收器将会接收到遥控器的信号，此信号在被解码后送到单片机中，这样可以让单片机去判断这个信号是不是所需要的设置信号。

如果是的话，开启程序，此后接收到的信号就是要设置的红外信号，接收器在接收到信号后经放大、解码传送到单片机中，然后其对此信号进行确定再进行设置，接着触发按键表示确认，接收器接收到此信号经放大解码再送到单片机中，经过单片机查表后，判定此信号未确认信号后令设置生效，达到控制电源通断的目的。

方案二：

此方案中，控制信号的发送的设备是家用电器的遥控器，当遥控器的设置键被触发，接收器接收到此控制信号，然后完成光电转换过程，最终传送到单片机中，在解码完成后单片机将查询表单确认此信号是否为设置信号，如果是，设置程序将被开启，因此后面接收到的信号就是设置的时间信号了，解码后查表来判断数值是多少，然后对其进行设置，完成此过程后要进行确认，在遥控器发送出确认信号之后，单片机接收此信号后查表判定这是确认信号后，然后执行确认指令设置生效,从而达到控制电源通断的目的。

方案一为硬件解码方案，此方案需要使用与遥控器相配套的专业的解码器芯片，但是此芯片并非流通芯片，价格也较贵，也可以自己去研发解码电路，但是此电路很复杂，将耗费大量的精力。

此方案在使用方面并不便利，可靠性上也不是很高，所以排除方案一。

方案二为软件解码方案，此方案不用去看遥控器芯片的型号，只需要去检测其发射编码，然后用软件对它进行处理，得到所要的信息。

软件解码的优点很多，比如：

使用灵活、硬件需求较少、可靠性高，成本低等特点。

经以上的论证，选择采用软件解码方案，费用低，不需要耗费大量精力即可完成，可靠性较高。

2.5系统的总体设计

学习型红外线遥控器，通过自学习而拥有对多台电器的遥控功能。

该遥控器有两种状态：

学习状态和控制状态。

处于学习状态时，使用者每按一个控制键红外接收电路就开始接收外来红外信号，并将其转换为电信号，然后经过检波、整形、放大，再由单片机定时对其采样，将每个采样点的二进制数据以8位为一个单位，分别存放到指定的存储单元中去，供以后对该设备控制使用；处于控制状态时，使用者每按一个控制键单片机从指定的存储单元中读取二进制数据，串行输出（位和位之间的时间间隔等于采样的时间间隔）给信号保持电路，同时由调制电路进行信号调制，将调制信号经放大后，由红外线发射二极管进行发射，从而实现对该键对应设备功能的控制[6]。

系统框图如图2.3所示。

图2.3系统方框图

第3章系统硬件电路设计

3.1单片机最小系统设计

本设计的设计采用AT89S52单片机进行系统的控制，其最小系统如图3.1所示。

晶振采用的是11.0592MHz的无源晶振。

图3.1最小系统硬件原理图

本系统中运用到了该单片机的第二功能中的中断控制中的外部中断。

该单片机的P3口的第二功能如表3.1所示：

表3.1系统IO口资源分配

IO口

功能

P1

矩阵键盘输入口

P2.0

LED信号指示灯

P3.2

红外信号发射接口

P3.3

红外信号接收接口

该系统由MUC和复位电路和晶振电路以及按键部分、红外对管组成，复位部分我采用的是自动上电复位方式，在通电的情况下，在开关的瞬间我们理解电容是短路的，所以在通电的情况下RST是高电平，我们知道RST是复位接口，当RET长时间处于高电平时，MCU就会处于复位状态。

晶振是为系统提供震荡的部分，晶振采用的是11.0592MHZ的无源晶振，按键我们采用的是键盘按键，键盘采用逻辑连接方式，用少量的IO口资源最大程度的增加键盘的数量。

3.2按键部分的设计

矩阵键盘包含了多有被控对象的遥控按键，每个按键具有不同唯一的特征码。

矩阵键盘一般为行列排列的，常见的有3×3，4×3，4