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红外遥控风扇毕业论文
红外遥控风扇毕业论文
1.绪论1
2.系统设计2
2.1红外通信简介2
2.2设计思路4
3.硬件设计5
3.1器件介绍5
3.2红外遥控发射端电路10
3.3红外遥控接收端电路11
3.4晶振电路13
3.6数码管显示电路14
3.7控制电路15
4.软件设计16
4.1遥控码的发射16
4.2红外接收18
5.小结19
参考文献21
致谢
附录
本科毕业论文（设计）评审表
基于单片机的红外遥控风扇设计
xxx（指导教师，xxx副教授）
（师学院文理学院中国435002）
摘要：
本文介绍一种基于STC89C52单片机的的红外遥控风扇，由红外发射系统和红外接收系统两大部分组成，可产生三档风速，风扇的转速由遥控器改变，同时用数码管显示档位。
其特点是线路简单、结构紧凑、操控方便。
实践证明，此电风扇工作稳定且成本低，具有一定的应用价值。
关键词：
STC89C52，红外遥控，电风扇
中图分类号：
TP273.5
DesignofInfraredRemote-controledfanbasedonSTC89C52
YiFangYu（AssociateProfessor,PanYanquan）
（CollegeofArts&ScienceofHubeiNormalUniversity,Huangshi,Hubei,435002）
Abstract:
Thisarticledescribesaninfraredremote-controledfanbasedonSTC89C52MCU.Thefanconsistsofaninfraredemissionsystemandaninfraredreceiversystem,generating3stallsofwindspeed.It'scontrolledbytheremotecontrol，anditsstallsisdisplayedbyLED.Thesystemiscompactinstructure,simpletoconnectandeasytocontrol.Itistestedthatthefanisprovedtobelowincostandstableduringrunning.Itcanbebelievedtobepracticalinuse.
Keywords:
STC89C52,Infraredremotecontrol,electricfan
基于单片机的红外遥控风扇设计
xxx（指导教师，xxx副教授）
（师学院文理学院中国435002）
1.绪论
自18世纪发明电风扇以来，就一直是夏季家庭必备的电器设备之一。
在家电市场上，各种规格，式样的电风扇一直是广大消费者十分关注的商品。
虽然电风扇经过多次的改进和创新，但随着空调的出现，电风扇的市场面临巨大冲击。
近几年，电风扇发展速度很快，随着电子技术与传感技术的发展，电风扇不断向高档次，电子控制及能产生模拟自然风方向发展。
基于单片机控制的智能电风扇以其特有的优势，正在逐步收回市场，受到用户的欢迎与好评。
随着科技的发展，人们的生活节奏也越来越快，随之人们对方便、快捷的要求也不断增高。
遥控器的出现，在一定程度上满足了人们这个要求而红外遥控是20世纪70年代才开始发展起来的一种远程控制技术，其原理是利用红外线来传递控制信号，实现对控制对象的远距离控制。
具体来讲，就是由发射器发出红外线指令信号，由接收器接收下来并对信号进行处理，最后实现对控制对象的各种功能的远程控制。
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。
尽管它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、存、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[1]。
目前，单片机以其高可靠性、高性能价格比，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，到处都可见到单片机的踪影。
因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。
由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机，在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国单片机应用领域中的主流。
目前，可用于MCS-51系列单片机开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以极方便地利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。
红外通信由来已久，但是进入90年代，随着科学技术的不断进步和地球空间技术的发展，使人们对红外线技术的研究越来越深入，应用更加广泛，尤其是在红外遥感技术和通信技术领域，数字锁相技术和传感技术的进步巨大，大大加速了这个进程，目前无线产品在商业销售中的使用已相当普遍,但大多数存在着很大的局限:
电路繁杂，计算难度大且多为模拟电路，抗干扰能力差，准确度低，电路的维护调试很不方便。
越来越多的远距离控制和数据通信系统引入了不可见的红外线作为传输媒介进行传输通信，组成了无线红外遥控通信系统，此方法以其成本低、精度高、性强、技术性能稳定的特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
目前市场上流行的各类红外线通信系统都是以调制解调方式，在数字锁相环技术的基础上加以应用，这种方法对发送信号进行编码、调制，其可靠性。
误差小、成本低、传输距离远、功耗低。
红外遥控的家电给我们的生活带来极大的方便，红外遥控是目前应用最广泛的一种通信和遥控手段，因而有广泛的实用价值，值得借鉴和推广。
红外遥控电风扇，可自由选择手动、无线遥控两种方式来实现电风扇的各种功能。
本设计以实现电风扇这一常用家电使用起来方便快捷、人性化为目的，将其设计成为两种控制方式，使风扇这一常用小家电用起来更加方便、实用。
2.系统设计
2.1红外通信简介
红外通信，就是通过红外线传输数据。
在电脑技术发展早期，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，颇为不便。
于是后来就有了红外、蓝牙、802.11等无线数据传输技术[2]。
红外通信技术适合于低成本、跨平台、点对点高速数据连接，尤其是嵌入式系统。
其主要应用：
设备互联、信息网关。
设备互联后可完成不同设备文件与信息的交换。
信息网关负责连接信息终端和互联网。
红外通信技术是在世界围被广泛使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主要有：
1.通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。
2.主要是用来取代点对点的线缆连接。
3.新的通信标准兼容早期的通信标准。
4.小角度（30度锥角以），短距离，点对点直线数据传输，性强。
5.传输速率较高，4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。
6.不透光材料的阻隔性，可分隔性，限定物理使用性，方便集群使用：
红外线技术是限定使用空间的。
在红外不传输的过程中，遇到不透光的材料，如墙面。
它就会反射，这一特点，确定了每套设备之间，可以在不同的物理空间里使用。
7.无频道资源占用性，安全特性高：
红外线利用光传输数据的这一特点确定了它不存在无线频道资源的占用性，且安全性特别高。
在限定的空间使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。
因为采用了光传输，且限定物理使用空间。
红外线发射和接收设备在同一频率的条件下，可以相互使用。
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益的光谱，所以红外线产品是一种真正的绿色产品。
此外，红外线通信还有抗干扰性强，系统安装简单，易于管理等优点。
红外数据通信技术的缺点：
1.受视距影响其传输距离短；
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。
但是这些缺点并没有给IrDA的应用带来致命的障碍，红外技术已在手机和笔记本电脑等设备上得到了广泛的应用。
红外通信，性强、信息容量大、结构简单，既可以在室使用，也可以在野外使用，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，所以在野外使用时应注意气候环境的影响。
由于红外线遥控不具有向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（包括发射器和接收器）要有不同的遥控频率或编码，所以同类产品的红外线遥控器，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便。
由于红外线为不可见光，因此对环境的影响很小。
红外光的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。
家用的家电红外遥控器发出的一般是通过38kHz载波调制的红外信号。
红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。
2.2设计思路
图2-1总体设计框架
本次设计在于研究红外线遥控工作原理及实现方式，以及红外发射管和接收器的工作原理和使用方法。
采用TC9012发射集成电路，STC89C52单片机，12MHz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，实现风扇的三级转速遥控。
本次设计分为硬件设计和软件设计两个部分，硬件部分又分为系统发射电路、系统接收电路，系统发射电路由TC9012发射集成电路实现，系统接收电路由STC89C52实现。
软件部分又分为解码程序和接收程序。
红外通信的基本原理实质就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控制信号，经由调制电路调制的方波信号（提高发射效率、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，在接收端使用与发送端相配对的红外光电二极管，接收含有控制信号的红外信号，在将该红外信号解调为电信号后，送入单片机进行解码，得到相应的控制信号，从而完成红外信息的传送。
本红外遥控发射系统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路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。
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，也就是进行编码，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STC89C52,然后STC89C52通过部程序对所接收信号进行判断，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进的，其实就是将红外遥控器接收部分采用单片机STC89C52来控制，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STC89C52中，进行信号识别编码，然后进行相应的处理，以达到控制电路的目的[3]。
3.硬件设计
3.1器件介绍
STC89C52:
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。
另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MH[4]。
其主要特性有：
8K字节程序存储空间；
512字节数据存储空间；
可直接使用串口下载；
增强型8051单片机，指令代码兼容传统80518K字节存储空间；
256字节数据存储空间；
没有带EEPROM存储空间。
图3-1STC89C52引脚图
STC89C52RC引脚功能说明
—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，每个管脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。
—P1口：
P1口是一个部提供上拉电阻的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，电位被部上拉为高，可用作输入。
作为输入时，P1口被外部下拉为低电平，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
—P2口：
P2口为一个部上拉电阻的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，其管脚电位被部上拉电阻拉高，且作为输入。
作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。
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，它利用部上拉的优势，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存器的容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
—P3口：
P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL），也是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
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（定时器0外部输入）；
P3.5：
T1（定时器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）。
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
—RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
—
：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，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定时目的。
然而要注意的是：
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。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
—
：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期
两次有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的
信号将不出现。
—
：
当
保持低电平时，访问外部ROM；注意加密方式1时，
将部锁定为RESET；当
端保持高电平时，访问部ROM。
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部时钟工作电路的输入。
—XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
12MHZ晶振：
是一种高精度和高稳定度的振荡器为数据处理设备和特定系统提供基准信号用于各种电路中，产生震荡频率。
数码管：
数码管也称为LED数码管，按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮[5]。
电机驱动芯片L298N：
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。
4脚VS接电源电压，VS电压围VIH为＋2．5～46 V。
输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。
1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。
L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。
5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。
EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。
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，并且输出可以让单片机识别的TTL信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。
在本设计中，采用HS0038一体化红外接收头[6]。
红外一体化接收头的测试可以利用如图3-2所示的电路进行，在HS0038的电源端与信号输出端之间接上一只二极管及一只发光二极管后，再配上规定的工作电源（为＋5V），当手拿遥控器对着接收头按任意键时，发光二极管会闪烁，说明红外接收头和遥控器工作都正常；如果发光二极管不闪烁发光，说明红外接收头和遥控器至少有一个损坏。
只要确保遥控器工作正常，很容易判断红外接收头的优劣。
图3-2HS0038测试电路
上图中，1为接地端，2为电源端，3为信号输出端。
平时，遥控器无键按下，红外发射二极管不发出信号，遥控接收头输出信号1。
有键按下时。
0和1编码中的高电平经遥控接收头倒相后输出信号0。
由于接收头输出与单片机的中断脚相连，低电平将会引起单片机中断。
单片机在中断时使用定时器0开始计时，通过软件可以判断出高电平、低电平和一个周期的结束，由此便可得知接收到的是引导码还是0或者1。
如果接收到一个周期高电平时间4.5ms，低电平时间也为4.5ms，则认为接收到的是引导码；如果计时值等于1.12ms，则接收到的是编码0；如果计时值等于2.25ms，则接收到的是编码1。
在判断时间时，应考虑一定的误差值。
因为不同的遥控器由于晶体振荡器参数等原因，发射及接收到的时间也会有很小的误差。
解码方法如下：
（1）初始化外部中断0和定时器0，设定定时器0为16位计时器，初值0。
（2）第一次进人遥控中断后，开始计时。
（3）通过软件判断第一个周期高低电平的时间围，如果计时值与前导码的时间相符，则进人第（4）步；如果什时值不符，则进入第（6）步。
（4）当接收到32位数据时，说明一帧数据接收完毕。
此时可停止定时器的计时，并判断本次接收是否有效。
如果两次地址码相同且等于本系统的地址，数据码与数据反码之和等于OFFH，则接收的本帧数据码有效。
否则丢弃本次接收到的数据。
（5）接收完毕，初始化本次接收的数据，准备下一次遥控接收。
3.2红外遥控发射端电路
图3-3红外遥控发射端电路
发射端电路由单片机系统及显示电路、红外发射电路以及按键电路，稳压电路等组成。
在此电路中单片机用定时器产生38KHz频率，键盘功能实现发射脉冲个数，利用最少的外围元件来实现遥控功能。
发射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其设计原理图如下：
图3-4红外发射管设计框架
3.3红外遥控接收端电路
图3-5红外遥控接收端电路（左）
上图为红外遥控接收端电路图左半部分的截图，由单片机系统与红外接收头电路组成，接收端采用一体化红外接收头HS0038接收红外信号，它对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并控制相关对象。
图3-6红外遥控接收端电路（右）
上图为显示电路、控制单元及电源电路。
电源电路输送平稳电源保证单片机工作，单片机将接收到的信号处理后送入控制单元，控制直流电机运转。
其设计原理图如下：
图3-7红外遥控接收端设计框架
3.4晶振电路
图3-8晶振电路
晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。
由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率围，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路[7]。
这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率围很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化。
晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率。
一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能忽略。
STC89C52RC芯片部有一高增益反相放大器，用于构成振荡器.反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。
在XTAL1、XTAL2（第19、18引脚）两端跨接一个石英晶体振荡器，和两个电容就构成了稳定自激谐振电路。
晶振频率为11.0592MHz。
C12，C13是两个瓷片电容，与晶振Y2构成了自激谐振电路。
其电容的作用主要是对频率进行微调，一般取30-45PF左右。
使用该电路可产生稳定的11.0592MHZ频率，受外界的环境的干扰影响非常小。
其接法如上图所示。
3.6数码管显示电路
由LED组成的7段发光管显示器是单片机应用系统常用外部设备之一。
表1七段LED字形码
显示字符
共阴极
字符码
共阳极
字符码
0
3FH
C0H
1
06H
F9H
2
5BH
A4H
3
4FH
B0H
4
66H
99H
5
6DH
92H
6
7DH
82H
7
07H
F8H
8
7FH
80H
9
6FH
90H
在本设计中使用了四个7段LED显示器，而多位显示器连用有两种方法[8]。
其一，每一位都用各自的8位输出口控制，在显示某字符时，相应的段恒定发光或不发光。
这种显示方法属于静态显示。
显然，静态显示需占用较多的I/O口线。
其二，是动态显示。
即将多个7段
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