毕设论文路4红外遥控器的设计.docx

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毕设论文路4红外遥控器的设计

4路红外遥控器的设计

摘要

红外线遥控是目前应用最广泛的一种通信和遥控手段。

红外遥控技术的出现，不仅大大提高了劳动生产率，降低了成本，而且减轻了人们的劳动强度，改善了劳动条件。

红外线遥控器具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点从而成为了当今非常流行的一种控制方式。

本设计主要采用单片机AT89C51作为设计的核心元件，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，可对处于工作状态的设备进行计数，并显示出来。

适用于遥控工业、医疗、家用电器等设备的开闭状态。

关键字：

红外遥控器，单片机，信息，短距离控制，设备

Abstract

Infraredremotecontrolisacommunicationandcontrolmeans,themostwidelyused.Infraredremotecontroltechnology,notonlygreatlyimprovethelaborproductivity,reducesthecost,butalsoreducesthelaborintensity,improveworkingconditions.Infraredremotecontroldevicehastheadvantagesofsmallvolume,lowpowerconsumption,strongfunction,lowcostandthusbecomeakindofcontrolmethodoftoday'sverypopular.

Thisdesignmainlyadoptssingle-chipcomputerAT89C51asthecorecomponentdesign,thedesignofamulti-channelinfraredremotecontroltransmitting/receivingsystem.Thedesignoftheinfraredtransmissionofinformationasacarrier,canbeashortdistancewirelesscontrolof4controlledobjectworkingstate,cancountontheequipmentisinworkingstate,anddisplayed.Openingandclosingstatesuitableforremotecontrolofindustrial,medical,homeappliancesandotherequipment.

Keywords:

infraredremotecontrol,MCU,information,shortdistancecontrol,equipment

第1章绪论

1.1选题的目的意义

随着科技的发展，人们生活的节奏也越来越快，随之人们对方便，快捷的要求也随之不断增高。

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，实现对控制对象的短距离控制。

具体来讲，就是由红外发射器发出红外线指令信号，再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短程控制。

红外遥控具有独立性、物理特性与可见光相似性、无穿透障碍物的能力及较强的隐蔽性等特点。

随着红外遥控技术的开发和迅速发展，很多电器都应用了红外遥控。

从单纯的在家电面板上通过按钮控制，到短距离的遥控，虽然改变不大，但其带来的便利无疑是巨大的。

而红外遥控技术的成熟，也使得遥控家电变得设计简单，价格低廉。

市场的需求促使了红外遥控的发展。

随着“智能化”的兴起，家电的功能也越来越多，越来越贴进人们生活。

因此，对于红外遥控的开发和设计依然有着较大的实用价值。

而本设计就是以家电为对象，通过红外遥控实现家电的短距离控制，相对于传统的机械控制，体现出了更加方便快捷的优点。

1.2红外遥控简介

60年代初，一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术，但由于受当时技术条件的限制，遥控技术发展很缓慢。

70年代末，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，遥控技术才得到快速的进步。

在遥控方式上大体经历了从高成本的有线到成本低廉控制方便的无线控制。

无论采用何种方式，准确无误传输信号，最终达到满意的控制效果是非常重要的。

最初的无线遥控装置大多采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受到外界干扰，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，逐渐采用红外线的遥控方式取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，成为当今时代的主流。

由于红外线在频谱上居于可见光之外，所以抗干扰性强，且安全。

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，这就是我们今天看到的大多数红外遥控器所采用的方法。

红外遥控技术在这十年来得到了迅猛发展，尤其在家电领域如彩电、DVD、空调、玩具等，也在其它电子领域得到广泛应用，随着人们生活水平的提高，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。

红外线是波长在760nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。

红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.76um至3.0um之间。

目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用的近红外线传输技术。

但作为无线局域网的传输方式，红外线方式的最大优点是不受无线电干扰，且它的使用不受国家无线管理委员会的限制。

红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。

1.3红外遥控研究现状和成果

红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。

由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。

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

常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。

发射部分的主要元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940mm左右，外形与普通φ5发光二极管相同，只是颜色不同。

红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。

判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样；用万用表电阻档量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。

红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉锯法来粗略判判定。

接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。

在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。

红外发光二极管一般有圆形和方形两种。

由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。

前些年常用Μpc1373H、CX20106A等红外接收专用放大集成电路。

最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。

成品红外接收头的封装大致有两种：

一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。

均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。

红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。

成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。

但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。

红外遥控常用的载波频率为38kHz这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。

在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。

也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。

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、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。

多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。

当发射端按下某一按键时，相应地接收端有不同地输出状态。

接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自馈、互锁、数据五种形式。

“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。

“电平”输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”消失。

此处的“有效脉冲”和“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效；如静态时为高，则“低”为有效。

大多数情况下“高”为有效。

“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来低电平变为高电平。

此种输出适合用作电源开关、静音控制等。

有时亦称这种输出形式为“反相”。

“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。

电视机的选台就属此种情况，其他如调光、调速、音响的输入选择等。

“数据”输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。

一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便以后适时地来取数据。

这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。

除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。

所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。

本次设计是基于单片机的红外遥控开关系统，它在我们的生产和生活中有着很广泛的应用前景。

在我们所居住的场所，我们就可以通过红外遥控技术来控制各种电器、仪表、机械等。

这种系统具有很强的适用性、灵活性、先进性。

它的应用将使我们的生活变的更加轻松，大大方便了人们的生活。

第2章总体方案设计

2.1设计方案

方案一：

简易红外遥控电路

在不需要多路控制的应用场合，可以使用由常规集成电路组成的单通道红外遥控电路。

这种遥控电路不需要使用较贵的专用编译码器，因此成本较低。

红外发射部分：

图2.1（a）红外发射部分结构图

考虑到本方案电路是简单的单通道遥控器，可直接产生一个控制功能的震荡频率，再通过红外发光二极管发射出去。

红外接收部分：

图2.1（b）红外接收部分结构图

当红外接收头接收到控制频率时，由一个电路对其进行解调并产生相应的控制功能。

方案二：

利用单片机红外遥控

红外线发射/接收控制电路均采用单片机来实现，输出控制方式可选择，实用性强。

红外发射电路：

图2.2（a）红外发射部分结构图

当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出去。

红外接收电路：

图2.2（b）红外接收部分结构图

当红外接收器接收到控制脉冲后，经单片机处理，判断是否对受控电器进行控制，再由显示设备显示出当前受控电器的数量。

方案比较：

综上所述通过比较两套方案，方案一未采用单片机控制，功能过于单一，仅能对一路电器进行简单的遥控；方案二的红外线发射/接收控制电路均采用单片机来实现，电路简单，程序便于更改，实用性强，可控制多个电器，并能显示出当前受控电器的数量。

所以本设计采用方案二作为设计蓝本。

2.2系统设计思路

本设计采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件，当按一下遥控按钮时，发射器产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出去。

当4路红外遥控器接收器的红外一体接收头接收到遥控信号经单片机处理后判断是否对受控电器进行控制，从而通过继电器的开合控制电器的开关并由显示设备显示出当前受控电器的数量。

整体框图：

图2.3整体框图

第3章硬件电路设计

由于本设计为一红外遥控装置,根据所选择方案将其分为发射和接收两大模块进行设计。

3.1元器件选择

3.1.1主控芯片AT89C51单片机的简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用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是一种高效微控制器。

主要特性：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

·寿命：

1000写/擦循环

·全静态工作：

0Hz-24MHz

·128×8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/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

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，此时P0外部电位必须被拉高。

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，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，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口作为第八位地址接收。

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，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，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存器的内容。

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，由于外部下拉为低电平，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，如下表所示：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2

（外部中断0）

P3.3

（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

（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地位字节。

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。

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指期间，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，则在此期间访问外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，

将内部锁定为RESET；当

端保持高电平时，此间访问内部程序存储器。

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。

AT89C51一共有40个引脚，如图3.1.1所示:

图3.1.1AT89C51引脚图

3.1.2红外一体化接收头HS0038简介

红外接收电路一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、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。

在本系统中我们采用红外一体化接收头HS0038，外观图如图3.1.2（a）所示。

图3.1.2（a）HS0038外观图

HS0038为黑色环氧树脂封装，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况下，其接收距离可达35m。

它能与TTL、COMS电路兼容。

HS0038为直立侧面收光型。

它接收红外信号频率为38kHz,周期约26us,同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号。

三个管脚分别是地、+5V电源、解调信号输出端。

红外一体化接收头的测试可以利用图3.1.2（b）所示的电路进行。

图3.1.2（b）HS0038测试图

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。

3.2发射电路部分

3.2.1按键控制电路

发射端按键控制电路如图3.2.1所示。

由于本设计所控制的电器数目较少，所以发射端采用独立按键，直接使用单片机上的接口接5个点触式开关即可。

其中单片机端口P1.0至P1.4口接5个点触式开关，通过I/O口读入键状态，当有键被按下时I/O口变为低电平，而未被按下的键对应为高电平，这样通过读电平状态可判断是否有键按下和哪个键被按下,进而用来遥控电器电源开关。

图3.2.1按键控制电路

3.2.2红外发射电路

红外发射电路如图3.2.2所示。

单片机P2.0口作为红外线遥控码的输出口，用于输出38kHz载波编码，晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用，本设计采用的是一个NPN型的三级管9013，为了得到更大的放大倍数，采用了类似共射级接法。

因为从P2.0口出来的为高电压，而三级管9013不能承受此电压，所以采用了一个阻值较大的电阻来起分压作用，从而缓冲了加到三级管上的电压。

图3.2.2红外发射电路

3.3接收电路部分

3.3.1电源电路

单片机正常工作电压为+5V，因此本设计的电源电路主要是提供给单片机工作电压。

图3.3.1（a）是为单片机提供电压的电源电路。

在这个电路中采用了三端集成稳压器LM7805，可以输出+5V的直流电压以供给单片机。

图3.3.1（a）电源电路

三端集成稳压器LM7805，总共有三条引脚，分别是输入端、接地端和输出端。

用LM78\LM79系列三端稳压器来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便。

其内部结构图如图3.3.1（b）所示。

图3.3.1（b）LM7805内部示意图

3.3.2红外接收电路

红外接收电路如图3.3.2所示。

本设计接收器件采用的是HS0038通用一体化红外接收头。

HS0038与单片机的P3.0口相连，它的作用是将收接收的红外光转化为电信号。

图3.3.2红外接收电路图

3.3.3数码管显示电路

数码管显示电路如图3.3.3所示。

数码管采用共阴极数码管，与单片机的P1.0至P1.6口相接。

数码管用来显示继电器接通的个数，系统刚启动时，数码管显示为0。

数码管最大显示数字为4。

图3.3.3数码管显示电路

3.3.4继电器控制电路

继电器的控制电路如图3.3.4所示。

由图可知单片机的P2.3端口控制一个单刀单掷继电器，继电器的常开触点外接用电器上。

与继电器内部线圈相连接的两个端子，一端直接与5V电源的正极相连，另一端接至三极管的射极。

当单片机控制端给三极管基极一个低电平时，三极管导通，线圈有电流流过，继电器吸合；当单片机控制端给三极管基极一个高电平时，三极管截止，线圈无电流流过，继电器断开。

图3.3.4继电器控制电路

在应用该电路时需要注意以下几点：

1.图中LED发光二极管用来指示继电器工作情况，继电器吸合时指示灯亮。

但是与发光二极管相连的限流电阻和与单片机相连的限流电阻的比值一定要大于10倍，即（R4/R3）>10。

否则由于加在继电器两端的电压过低而不能使继电器吸合。

2.在继电器线圈两端反接一个二极管。

这个二极管非常重要，当使用电磁继电器时必须连接。

原因：

线圈通电正常工作时，二极管对电路不起作用。

当继电器线圈在断电的一瞬间会产生一个很强的反向电动势，在继电器线圈两端反向并联的二极管就是用来消耗这个反向电动势的，通常这个二极管叫做消耗二极管，如果不加这个消耗二极管，反向电动势会直接作用在驱动三极管上，很容易将三极管损坏。

第4章控制软件设计

红外遥控软件的设计分为两大部份：

红外编码发射的设计和红外接收解码的设计。

4.1红外编码原理

红外编码方案:

红外编码有很多种方式，下面列举两种实现方案：

方案一：

脉宽调制的串行码。

这种遥控码具有以下特征：

以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。

其相关的波形图如图4.1（a）所示:

图4.1（a）串行码编码

方案二：

码分制。

采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的被控对象，最小为2个脉冲。

为了使接收可靠，第一位码宽为3ms，其余为1ms，遥控码数据帧间隔大于10ms，如图4.1（b）所示。

图4.1（b）码分制编码波形图

本设计采用方案一。

红外编码发射:

当某个操作按键被按下时，单片机先读出键值，然后根据键值编码，再调制成38kHz方波由红外线发光管发射出去。

通常，红外遥控是将遥控信号调制在38KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。

为了提高抗干扰性能和降低电源消耗，将上述的遥控编码脉冲对频率为38KHz（周期为26us）的载波信号进行脉宽调制（PWM），再经缓冲放大后送到