智能红外遥控暖风机的设计本科毕设论文.docx
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智能红外遥控暖风机的设计本科毕设论文
毕业设计
题目：
智能红外遥控暖风机的设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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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。
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日期：
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日期：
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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
□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
（在所选等级前的□内画“√”）
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
毕业设计中文摘要
近年来，红外遥控技术得到了迅猛发展，并且出现了许多红外遥控装置，广泛应用于家电和电子领域。
红外遥控装置主要包括发射系统和接收系统。
发射系统包括51单片机、操作键盘、编码芯片、红外发射电路等模块，单片机把待发送的数据转换成一定格式的脉冲，然后驱动红外发射管向外发送数据，通过发射电路对数据进行调制，将已调信号通过红外发射管进行发射；接收系统包括51单片机、红外接收头、指示灯、数码管显示以及暖风机的定时、调温控制等模块，接收头对已调信号进行接收、放大、解调，还原成与同步发射格式相同的脉冲信号，最后通过解码把脉冲信号转换成数据，从而实现信号的传输。
系统软件设计采用汇编语言，实现了红外遥控器的编码、解码，暖风机的基本功能。
最后利用Proteus软件对系统进行了仿真。
关键词红外遥控单片机编码解码暖风机
第Ι页共Ι页
1引言
1．1红外遥控技术简介
红外遥控技术是红外技术、红外通讯技术和遥控技术的结合。
红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其他电器设备。
由于红外线在频谱上位于可见光之外，所以抗干扰性强，具有光波的直线传播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。
红外遥控技术近年来得到了迅猛发展，在家电和其他电子领域都得到了广泛应用。
随着生活水平的提高，人们对产品的追求是使用更方便、更具智能化，红外遥控技术正是一个重点的发展方向。
1．1．1红外技术
红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为0.01μm～1000μm。
根据波长的不同可分为可见光和不可见光，波长为0.38μm～0.76μm的光波为可见光，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。
光波为0.01μm～0.38μm的光波为紫外光（线），波长为0.76μm～1000μm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。
红外技术的优点：
1）隐蔽性好，不易被干扰；
2）环境适应性好，在夜间和恶劣天气下的工作能力优于可见光；
3）红外系统的体积小，重量轻，功耗低；
4）成本低、速度快，而且带宽几乎不受限制；
5）由于是靠目标和背景之间目标各部分之间的温度形成的红外辐射差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光。
1．1．2红外通讯技术
红外通讯技术利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种。
红外通讯技术不需要实体连线，简单易用且实现成本较低，因而广泛应用于小型移动设备互换数据和电器设备的控制中，例如笔记本电脑、移动电话之间进行数据交换，电视机、空调、暖风机的遥控等。
红外通讯技术一般采用红外光波段内的近红外线，波长在0.75μm至25μm之间。
由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力较差，所以红外通讯技术更适合应用在短距离无线通讯的场合。
目前，红外通讯主要应用于数据通信和遥控这两方面。
数据通信具有数据传输量大，传输速率高等特点，但距离较近，至多可达到1m；红外遥控所需传输的数据量较小，一般仅为几个至几十个字节的控制码，传输距离相对较远（小于10米）。
1．1．3遥控技术
到底是谁发明了第一个遥控器已无可考证了。
最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。
与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。
较为理想的是光控方式，采用红外线的遥控方式逐渐取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，并且成为当今时代的主流。
由于红外线在频谱上位于可见光之外，所以抗干扰性强，具有光波的直线传播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。
信息可以直接对红外光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的强弱进行传输，也可以用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进调制，接收端再去掉载波，取到信息从信息的可靠传输来说，后一种方法更好，这就是目前大多数红外遥控器所采用的方法。
1．2红外遥控的发展及现状
红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式，在车载影音导航系统也被广泛的应用。
红外遥控的特点是不影响周边环境不干扰其他电器设备。
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。
由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。
因此，现在红外遥控在家用电器近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。
自2005年起，台湾与中国大陆遥控设备产量约占全球总产量的80%，且受海外市场对家用自动化与娱乐应用产品需求的快速增长的刺激，其出口总值仍在上升。
近年来，随着遥控制造产业的不断成熟，遥控器市场竞争十分激烈，遥控器的价格也出现下滑趋势，但高端产品的价格上升势头较好，因此，在未来一两年内，国内供应商主要生产中低端红外产品，而技术较强的台湾同行则将把重点集中在高端红外线或转向射频遥控器。
由于国内及香港供应商可提供多种规格的红外线遥控器，而台湾制造商则转向采用更新的技术，因此，中国制造商可为海外买家提供各种规格的遥控器。
国内自身的需求量十分巨大。
就拿福建省来说，福建是国内的电子大省之一，厦华、厦新、万利达和灿坤等电子厂商对红外遥控设备需求量十分巨大，而福建省内主要的红外遥控设备厂商是厦门华联，其每年对红外遥控芯片的需求量在两千万以上。
由此可见，发展红外遥控技术，不但有巨大的市场前景，促进整个相关行业的发展。
1．3设计任务
1）以单片机为核心设计一个红外遥控系统并进行仿真；
2）用红外遥控器对暖风机进行控制，实现暖风机的开/关，定时，温度高低的转换等功能；
3）遥控距离可达8～9米。
单片机的工作电压为5V，遥控器的工作电压为4.5V，可用三节电池代替。
2系统总体设计
本设计是以单片机为控制器，利用红外遥控来控制暖风机的开关及运行。
其红外遥控装置主要包括红外发射系统和红外遥控接收系统。
发射系统实际就是由单片机控制的一个遥控器，把待发送的数据转换成一定格式的脉冲，然后驱动红外发射管向外发送数据，通过发射电路对数据进行调制，将已调信号通过红外发射管进行发射；接收电路的接收头对已调信号进行接收、放大、解调，还原成与同步发射格式相同的脉冲信号，最后通过解码把脉冲信号转换成数据，从而实现信号的传输。
数据的编码和解码由AT89S51的内部定时器和外部中断功能实现。
发射系统包括51单片机、操作键盘、编码芯片、红外发射电路等模块，如图1。
其中核心器件是单片机AT89S51，该芯片主要完成红外遥控编码，按键采用4×4矩阵式编码，发射电路主要元件为红外发光二极管，发射指示灯用来表示红外遥控码已经发出。
图1红外遥控发射系统
接收部分包括51单片机，一体化红外接收头、指示灯、数码管显示以及暖风机的定时、调温控制等模块，如图2。
其中核心器件是单片机AT89S51，用来红外遥控解码，并且对暖风机的定时、指示灯以及调温进行控制，一体化红外接收头为集成模块。
图2接收控制系统
红外遥控基本原理框图如图3：
发射部分
接收部分
图3红外遥控基本原理图
3系统硬件电路设计
系统电路主要由发射电路和接收电路组成。
发射电路由单片机，矩阵键盘，红外线发射电路组成；接收电路由单片机，指示灯，暖风机控制部分组成。
下面对各个模块逐一分析。
3．1单片机系统电路
此系统采用通用的51系列单片机，即AT89S51。
它是一种低功耗、高性能CMOS8位单片机，其内存为4KB，它是由ATMEL公司生产的，该单片机兼容MSC-51指令系统及80C51引脚结构。
这种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,技术比较成熟且容易实现。
3．1．1AT89S51的特点
•MCS-51产品指令系统完全兼容
•32个可编程I/O口线
•2个16位定时/计数器
•全双工串行UART通道
•6个中断源
•中断唤醒省电模式
•看门狗（WDT）及双数据指针
•灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）
•4K字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器
•4.0V～5.5V的工作电压范围
图4单片机引脚
•1000次擦写周期
•时钟频率0Hz～33MHz
•3级加密
•128×8字节内部RAM•低功耗空闲和掉电模式
•中断可从空闲模唤醒系统•看门狗（WDT）及双数据指针
•电标识和快速编程特性•灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）
3．1．2引脚功能
AT89S51的引脚图如图4，各引脚功能如下：
•Vcc：
电源电压，芯片供电输入端子
•GND：
地
•P0口：
是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
内部无上拉电阻，需要外接。
在作为一般I/O输出口时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路；在扩充外部数据存储器时，分时输出数据和低8位地址；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口:
是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
Pl口作输出时，可带4个TTL逻辑门电路。
作输入口使用时，必须先向该引脚写1。
•P2口：
是一个有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
做一般I/O口时，用法同P1。
扩充外部存储器时，做高8位地址。
•P3口：
除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表1所示。
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。
表1P3口第二功能
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
INT0（外中断0）
P3.3
INT1（外中断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
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器读选通）
•RST：
复位输入。
正常工作时，该引脚必须加低电平，若加两个机器周期以上的高电平，则单片机复位。
•ALE/PROG：
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。
•PSEN：
是外部程序存储器的读选通信号线。
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PSEN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PSEN信号。
•
/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）。
•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。
3．1．3时钟电路
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XTALl和XTAL2分别是该放大器的输入端输出端。
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，本系统振荡电路均采用内部振荡，如图5所示：
图5时钟电路
外接石英晶体或陶瓷谐振器及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联谐振电路。
在使用石英晶体时，电容一般使用30pF±10pF，而使用陶瓷谐振器一般使用40pF±10pF。
本系统采用石英晶体谐振器。
3．1．4复位电路
AT89S51复位引脚RST/VP通过片内一个施密特触发器（抑制噪声作用）与片内复位电路相连，施密特触发器的输出在每一个机器周期由复位电路采样一次。
当振荡电路工作，并且在RST引脚上加一个至少保持2个机器周期的高电平时，就能使AT89S51完成一次复位。
复位不影响RAM的内容。
复位后，PC指向0000H单元，使单片机从起始地址0000H单元开始重新执行程序。
所以，当单片机运行出错或进入死循环时，可按复位键重新启动。
51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种复位方式。
上电复位利用电容器充电来实现。
按钮复位又分为按钮电平复位和按钮脉冲复位。
前者将复位端通过电阻与Vcc相接；后者利用RC微分电路产生正脉冲来达到复位目的。
复位电路参数的选择应能保证复位高电平持续时间大于2个机器周期。
电路图如图6：
图6复位电路
3．2遥控器键盘电路
3．2．1键盘种类
遥控器所用的键盘有编码键盘和非编码键盘两种。
编码键盘又叫独立键盘，键与键之间相互独立。
编码键盘基本任务是识别按键，提供按键读数。
编码键盘的优点是使用比较方便，亦不需要编写太复杂的程序。
其缺点是使用的硬件较复杂。
非编码键盘的按键是排列成行、列矩阵形式的，又叫矩阵键盘。
按键的作用只是简单地实现接点的接通或断开，须有一套相应的程序与之配合，才能产生相应的键码，非编码键盘几乎不需要附加什么硬件电路。
非编码键盘硬件电路简单，但需要通过软件来解决按键的识别、防抖动以及如何产生键码的问题。
本系统采用非编码键盘，如图7：
图7非编码键盘电路
3．2．2键盘的延时抖动
当按键开关的触点闭合或断开到其稳定，会产生一个短暂的抖动和弹跳，这是机械式开关的一个共性问题。
其抖动图如图8所示：
图8延时抖动波形
消除由于按键抖动和弹跳产生的干扰可采用硬件方法，也可以采用软件延迟的方法。
硬件消抖，也就是采用电子元器件所构成的电子电路来消除按键触点抖动，应用于按键数量较少的键盘。
软件消抖，也就是利用软件程序来消除按键触点抖动，应用于按键较多的键盘。
独立键盘采用硬件法消除延时抖动，矩阵键盘采用软件法消除延时抖动。
3．3红外遥控发射电路
红外遥控发射端由编码电路、载波信号产生电路和发射管驱动电路组成。
其中编码由单片机软件编程实现。
3．3．1红外遥控信号的编码
1）编码的定义
遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可分成脉冲宽度调制和脉冲相位调制两大类。
本红外遥控器就是采用脉冲相位调制进行编码的。
当发射器按键按下后，既有遥控码发出，其遥控码编码定义为：
引导码由9ms的低电平和4.5ms的高电平组成，引导吗也叫起始码；0码由0.56ms低电平和0.56ms高电平组合而成，脉冲宽度为1.12ms；1码由1.68ms低电平和0.56ms高电平组合而成，脉冲宽度为2.24ms，如图9所示：
图9遥控编码定义
2）按键的编码
当我们按下遥控器按键时，遥控器将发出如表2所示的一串二进制代码，我们称之为一帧数据。
根据其功能的不同，可将他们分为5部分，分别为引导码、用户码、用户反码、数据码、数据反码。
遥控器发射代码时，均是低位在前，高位在后。
表2遥控编码格式
引导码
用户码
8位
用户反码
8位
数据码
8位
数据反码
8位
引导码作为接收数据的准备脉冲，当接收到引导码时，表示一帧数据的开始。
用户码由8位二进制组成，共256种，用于区分不同厂家的遥控器，可以有效防止多个遥控设备之间的干扰。
在同一个遥控器中用户码是一样的。
用户反码是用户码的各位取反，主要是为了加强遥控器的可靠性。
如果用户码与用户反码不匹配，则说明本帧数据出错，应丢弃。
数据码为8位，可编码256种状态，代表实际所按下的键。
在同一个遥控器上，所有按键的数据码均不相同。
数据反码是数据码的得各位取反。
通过数据码与数据反码的比较，可判断接收到的数据是否正确。
如果数据码与数据反码不满足相反的关系，则说明本次遥控接收有误，数据应丢弃。
3．3．2载波信号产生、调制电路
红外发射管需以38kHz的载波发射信号。
为了减少定时器资源，减轻单片机CPU的工作负担，通过石英晶体多谐振荡器产生38kHz的载波信号。
其电路图如图10所示：
图10载波产生电路
二进制信号的调制仍由发送单片机来完成，它把编码后的二进制信号调制成频率的38kHz的间断脉冲串，相当于用二进制信号的编码乘以频率为38kHz的脉冲信号得到的间断脉冲串，即是调制后用于红外发射二极管发送的信号。
3．3．3红外发射管驱动电路
发射电路的主要元器件为红外发光二极管。
它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。
目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右。
由于红外发射管的驱动电流
决定了红外发射的距离，因此，红外发射二极管需要构建驱动电路，如图11所示。
三极管的选用主要考虑最大集电极电流Icm要大于红外发射管的
，9013符合。
三极管基极偏流R2由下式选取:
R2=（Vbes+Ubes-U的）/（Ic/β）
其中，Vbes为三极管基极-发射级的饱和导通压降，一般取-0.7V；Ud为三极管导通时输入低电平电压，其值小于0.5V，一般取0.3V；Ic为三级管的集电极电流，因为本模块电路中，红外发射管工作时以通断比1:
1的方式发射信号，为获得最佳的发射距离，可取Ic约等于2
，但不要超过2
，否则易损坏红外发射管；β为三极管的电流放大系数，一般取50左右较为可靠。
若Vcc为5V，发射管的
为0.1A，则
R2≧1kΩ，可取R2=1kΩ。
限流电阻R3由下式选取：
R3=（Vcc+Uces-Vf）/Ic
其中，Uces为三极管集电极-发射级的饱和导通压降，一般取-0.3V；若Vcc为5V，则
R3≧17.5Ω，可取R3=75Ω。
图11红外发射管驱动电路
3．4红外遥控接收电路
红外遥控发射的二进制代码，在接收端需要对其进行解码，其接收模块具有自动滤除载波的功能，完成对红外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出的信号遥控器的编码脉冲。
为了减少干扰，采用的是价格便宜、性能可靠的一体化红外接头（HS0038，它接收红外线信号频率为38kHz，周期为26μs）接收红外信号，再送给单片机，经单片机解码去执行控制相关对象。
3．5暖风机控制电路
红外遥控器的按键控制暖风机的功
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