红外光控开关的设计.docx
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红外光控开关的设计
红外光控开关的设计
摘要：
红外遥控技术的问世，不仅很大程度上改善了劳动生产率，降低了成本，而且降低了人们的劳动强度，改善了劳动的条件。
而微机技术的出现，则使现代科学研究得到了质的飞跃，给现代工业测控领域带来了一次新的革命。
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。
红外遥控器是一种利用红外遥控系统来控制被控对象的系统，.数字电路和模拟电路是这个系统的组成部分。
发射部分由编码调制、键盘矩阵、LED红外发送器组成；接收部分包括解调、LED红外光发射、解码电路三个部分。
通过对设计要求的仔细分析与研究，做出了几种可行方案，最后选定了一个最佳方案。
这个方案是采用先进的单片机技术实现遥控的主要措施。
我们设计的遥控器可以控制5个电器的电源开关，还可对一路电灯进行亮度的调节。
关键字：
遥控电路，红外接收，红外发射，单片机
Thedesignofininfraredlightairswitch
Abstract:
Infraredremotecontroltechnology,notonlygreatlyimprovedlaborproductivity,reducedcosts,andreducethepeople'slaborintensityandimprovetheworkingconditions.Andtheemergenceofcomputertechnology,themodernscientificresearchhasbeentomakeaqualitativeleapinthefieldofmodernindustrialmonitoringandcontrolhasbroughtanewrevolution.Infraredremotecontrolhasasmallsize,lowpowerconsumption,functionality,andlowcostinordertobecomeaverypopularpresent-daycontrol.
Theinfraredremotecontrolisonekindofuseinfraredremotecontrolsystemcontrolsiscontrolledtheobjectthedepartmentgreenoverallsystemiscomposedbythedigitalcircuitandtheanalogouscircuittwoparts.Launchespartiallyincludingthekeyboardmatrix,thecodedmodulation,theLEDinfraredtransmitter;ReceivespartiallyincludingtheLEDinfraredlightlaunch,thedemodulation,decodestheelectriccircuit.
Afteranalyzingandresearchingontherequestofthedesign,wetakeseveralblueprintandweselectedthebestoneintheend.TheprojectmakeuseofadvancedSCMtorealizetheremotecontrol.Remotecontrollerwedesignedcandominate5electricalsourceswitchesandadjustthebrightnessofonelight.
keyword：
RemotecontrollingcircuitInfraredemissionInfraredreceiving,SCM
目录
第一章绪论1
1.1红外线控开关技术的研究与成果1
1.2多功能红外遥控器国内外现状与发展趋势2
1.3本设计的方案与比较3
第二章红外光遥控控制原理5
第三章红外遥控器的硬件系统设计8
3.1所需要的器件及选择8
3.1.1显示器件的选择8
3.1.2按键控制方式的选择8
3.2电路设计8
3.2.1红外遥控发射器遥控方式8
3.2.2发射电路的实践设计9
3.2.3发射端电路原理图9
3.2.4红外遥控器的接收流程10
3.2.5接收电路原理图10
3.3系统功能实现方法11
3.3.1遥控码的编码图形11
3.3.2遥控码的发射12
3.3.3设备对数据帧的接收和处理12
第四章红外遥控器的软件系统设计14
4.1遥控发射部分14
4.2遥控接收部分16
第五章设计调试18
5.1调试前不加电源的检查18
5.2非动态检测与调试18
5.3非静态检测与调试19
5.4调试注意事项19
第六章结论20
参考文献21
附录22
第一章绪论
目前中国的遥控器品种比较多，在家电仪器的控制，红外远程遥控器比较被人看好，但世界现在科技的发展让数字化形势一片大好，客户对一对一遥控比较看淡。
多功能红外遥控器就是利用普通红外遥控器的根本设计成的，它可以控制不同种类的仪器，并且很容易上手，被广大消费者所喜爱，这使得多功能遥控器具有极其广阔的市场。
1.1红外线控开关技术的研究与成果
发射端和接收端是红外遥控仪器的两个组成部分。
其主要元件是红外发光二极管。
事实上它是一只特殊的发光二极管；与普通的LED的内部材料是不同的，所以应用适当的两端的电压，它是由红外线发出的。
940纳米是现在大多数红外发光二极管所能发出波长的平均长度,其颜色和普通二极管不一样，但他们的外形差不多。
一般情况下他的颜色分为三种。
所以我们可以通过颜色来分辨其与普通二极管;使用万用表电阻挡测一下红外发光二极管正、反向电阻即可[]，一般的仪器是不能准确的测出红外发光二极管的发光频率的，要使用专业的测量仪器才行。
我们在其接收部分安装了一块名叫光敏二极管的设备，它在实践工作中发挥着重要的作用，我们可以通过它来获得一个更高更准确的灵敏度，通常我们比较喜欢运用圆形和方形这两种发光二极管。
为了使红外发光二极管将微弱的信号发射到接收端,我们需要通过相关的措施即增强高增益放大电路。
Μpc1373HCX20106A是前几年比较常用的红外接收特殊放大器IC,等。
这种产品在现在的市场上比较受欢迎，通常我们使用金属板或者塑料来包装这类产品。
红外接收管脚分配不同的模式和相同的安排，可以根据制造商的说明使用。
红外接收端的产品优势在于不需要高难度的调试和屏蔽,我们通常使用三极管是因为其使用起来比较方便，但要注意一些其自身的属性。
要注意红外发射器的振荡频率和振荡系数，他的常用载波频率是38kHZ,但也有一些遥控系统采用其他振荡频率，这要根据各个系统的不同特性而变化。
红外遥控应具备不影响周边环境和其他电器设备的正常运行。
因为它不能穿透墙壁,所以不同的家用电器可以使用万能遥控器没有干扰的房间;电路调试简单,只要按给定电路连接是正确的,可以发送到工作没有任何调试,编解码器是很容易的,多通道遥控可以执行.。
因为各生产厂家生产了大批红外遥控专用集成电路，需要时刻舟求剑即可。
现在的红外遥控电器、室内密切（小于10米）已广泛应用于遥控器。
多重控制红外发射部分的将军,有很多按钮,代表不同的控制功能。
当发射端按下一个按钮,接收端会显示多种输出类型。
接收端可以大致分为五种方式。
这几种方式各不相同，这里的发出端输出对应输出一个“有效的脉冲宽度通常是大约100ms,输出电平”是指按下发射端按键时,接收端所输出相应的输出信息停止或者消失，总言之，所指的“脉冲”和“电平”可能是比较高,还可能比较低,这可根
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。
1.2多功能红外遥控器国内外现状与发展趋势
目前国外（主要是欧洲和美国市场）几乎多功能遥控器,遥控器在大多数情况下他们可以控制全球视频设备包括空调。
这些远程控制通常由单片机控制,其价格通常更昂贵,高达数百美元。
值得一提的是,约80%的世界当前的远程控制由中国大陆OEM代工,但关键是别人的筹码。
外国的远程遥控器大多在超市进行销售,消费者可以根据自己的需要进行购买,家庭的需求是其发展的方向，在国内市场,在大多数情况下远程控制的设备用途比较单一,仅仅能控制一个视频仪器,这与我国的国情有关。
多功能遥控（所谓的万能）只是一个简单的远程控制,通常多功能遥控器在市场上并没有引起广泛的关注。
许多消费者对多功能遥控器的购买方式不太了解，所以销售的多功能遥控器是相对较少的。
也由于多功能遥控质量参差不齐,大多数使用不方便,或称为多功能遥控器,但对很多设备难以控制。
但与西方国家一样,我国也将经历从使用一个简单的远程控制多功能遥控器,尤其是在科技高速发展的今天,多功能遥控器具有更广阔的应用前景。
支撑市场真正起作用的重点就是使多功能遥控器取代简单的远程控制功能和有效的营销方式。
1.3本设计的方案与比较
依据毕业设计的要求,毕业生需要利用自己所学的课堂知识来设计自己的作品，以下是我制作的集中方案。
方案一：
（将红外遥控电路简洁化）
通过单道集成电路来控制电路，这个电路不需要价格昂贵的仪器，所以制作成本比较低，而且更容易控制电路，让人一目了然。
红外遥控器的发射部分
图1.1方案《一》示意图
考虑这个系统很简单,单通道遥控电路可以直接制作一个其在定理控制下的频率，再通过红外发光二极管发射出去。
红外接收部分
这个红外接收端在接到相关的频率后，就会对其进行识别，完成后将其所对应的信号发射出去来控制电路。
方案二：
（运用红外远程遥控开关电路）
用我们所学的知识来制作一个可以分别控制五个通道遥控开关。
红外发射部分：
图1.3方案二红外发射部分示意图
当遥控器开关启动时,单片机输出相应的控制脉冲,通过红外发光二极管（led）。
红外接收部分：
图1.4方案二红外接收部分示意图
当控制脉冲红外接收器接收后,显示器显示当前的单芯片数量的控制电器。
方案比较
首先通过比较三组的解决方案,如果没有使用单片机控制,功能过于单一,只能简单的远程控制所有电器;方案2红外发射/接收控制电路通过单片机来实现,电路简单、实用。
第二章红外遥控控制原理
红外遥控是遥控器的红外线作为载体[]。
通常情况下，红外遥控器是不会干扰附近要的一些设备的正常工作，这是有其自身的特性所决定的，因为他的波长比较短，比起其他无限波波长要小得多。
同时,鉴于其成本低、消耗的电能少操作简捷,这使得这款产品具有广阔的市场。
通常设计师会将这个系统分为发射和接收两个部分。
分发射和接收是常用的红外遥控系统的两个部分。
遥控发射拥有键盘矩阵，当按下一个键，就产生具有不一样的编码数字脉冲，这类代码指令信号能在38kHz的截波上，脉冲串的红外波在激励红外光二级管产生，通过空间发送到受控机里的遥控接收器。
在接收过程时，红外波信号由光电二级管转化为38kHz的电信号，这个信号通过放大、检波、整形、解调、传到解码和接口电路，进而实现相应的遥控功能。
图2.1红外遥控示意图
事实上，发射部分很特别，因为其主要是一个特殊的发光二极管;通过我对发光二极管的理解，他需要运用一种特殊的方法来促使他发射出红外光而非肉眼可见的光线，当然，这种特殊的二极管的内部材料也比较与众不同。
940纳米是现在大多数红外发光二极管所能发出波长的平均长度,其颜色和普通二极
管不一样，但他们的外形差不多。
一般情况下他的颜色分为三种。
红外发光二极管和评判方式一般二极管;万用表的电阻档的积极和反向电阻测量红外发光
二极管。
红外发光二极管工作效率要使用特殊仪器来精确测量,非正规条件下可以采用粗糙的方法来确定。
图2.2红外发光二极管
如上图所示，图上的发光二极管是由一种光敏二极管组成，（如图2.2所示），这种二极管的工作方式与普通二极管不一样，它需要对其施加一个反向的偏压才可使其正常工作,这种方式可以获得一个更高的灵敏值。
红外发光二极管通常有两种圆形和正方形[]。
在前几年常用Μpc1373HCX20106A红外接收特殊放大器IC,等。
近年来这种产品市场上主要有两种方法来包装，通常是由金属板和高级塑料来进行良性包装。
红外接收端的产品优势在于不需要高难度的调试和屏蔽,我们通常使用三极管是因为其使用起来比较方便，但要注意一些其自身的属性。
要注意红外发射器的振荡频率和振荡系数，他的常用载波频率是38kHZ,但也有一些遥控系统采用其他振荡频率，这要根据各个系统的不同特性而变化。
综上所述,红外通信的根本是翻译二进制数字,利用红外通道作用;红外通信端口是红外通道的调制解调器。
通常发送者用脉冲调制,二进制数字信号产生一定信息这种频率的发射方式比较特别它是以脉冲形式发射并最终转化成电信号,系统会调节并过滤数字,生成二进制形式数据发出。
当没有红外脉冲发射,红外发射脉冲输出的二进制数据是1;发送二进制数为0。
设备没有接收到红外光显示1，反之则显示0。
将其与1996发布的FIR不再依赖UART相比较（通用异步接收发送器、通用异步收发机）,通信速率有一个质的飞跃,最高可达4PTM的水平。
冷杉采用新的4PTM调制解调,设备通过脉冲来识别信息,每2个二进制数据位有4种状态，把每个位分为4个相，脉冲出现不同的相位上表示两位数据的不同状态[]。
第三章红外遥控器的硬件系统设计
3.1所需要的器件及选择
3.1.1显示器件的选择
在这个硬件系统中，系统的发光二极管的显示器主要显示和液晶（晚上）晶体，这两个显示器方便、灵活和成本较低他们也不需要特别的驱动程序，这款程序非常简单;词汇更加多元化,LCD显示更清晰,给人的感觉很好,但他接口是复杂的,和想要建立角色,困难。
万用表,在配置一些光的前提下只显示数量是足够的,因此不要刻意非要去使用LED/LCD。
3.1.2按键控制方式的选择
由于本设计所控制的电器数目较少，所以不用外接扩充键盘，直接使用单片机上的接口，直接使用8个点触式开关即可。
3.2电路设计
单片机红外电器遥控器，可以同时分别控制5个电器的电源开关。
3.2.1红外遥控发射器遥控方式
本遥控发射器采用码分制遥控方式，“码分制”是对信号进行正交编码，利用数学上的正交特性区别不同信号，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，然后经调制电路调制，变为编码脉冲编码脉冲调制信号，再由驱动电路驱动红外发射器发射红外信号[5]。
整体过程如下：
3.2.2发射电路的实践设计
根据我所学的单片机相关知识，这个设计比较有创意，它采用了一个振荡器（12M），产生对应的脉冲信号由红外发射管发射出去。
单片机第9脚（RST）所接的是一个最简单的RC上电复位电路。
P3.5接一个三级管发光二级管利用红外光为介质，将控制信以红外光脉冲的形式发射出去，由接收电路再进行放大，解调，信号还原。
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p3.5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。
3.2.3发射端电路原理图
下面遥控发射机系统的电路原理图,其中1英尺5脚5点触摸开关,图片中其作用是来控制电路开关,图中的第九脚是该系统中的单片机的复位脚,它是一款简单的复位电路,15脚是这个单片机系统中的红外线输出口,他可以用来输出40kHZ的载波信号脉冲，18和19是这个系统的晶振（12HZ）。
图3.2发射系统电路电路图
3.2.4红外遥控器的接收流程
可见光和红外遥控系统的指令信号和检测电路、系统代码声明中包括编码和解码电路,和一定的调制和解调过程,因为代码在系统代码脉冲频率极低,超低频,如果不是调制和解调电路,突如其来的光线变化可能导致干扰接收电路,产生误操作,系统的抗干扰能力和可靠性难以保证[]。
3.2.5接收电路原理图
电器开关控制序列号,显示0到5。
35到39口挑五下的力量的电气控制系统的远程控制接收器电原理图。
1-8数码管,用于显示系统输出,下一个是继电器。
在这个系统中，当继电器检测到电流时，它会自动开启系统的相应功能，继电器检测当前开放的功能后,相应的电力。
电流流过二极管同时,二极管,我们可以知道控制是否成功。
10英尺50hz交流电源相位参考输入,12英尺中断输入端口,11英尺接收这个系统地红外远程遥控代码输入信号。
图3.4接收系统电路的电路图
3.3系统功能实现方法
3.3.1遥控码的编码图形
图形中采用脉冲数字编码的是远程遥控，脉冲的术并不是一样的，这就决定了代码的多样性,最低2脉冲,最高9脉搏,为了获得可靠3ms的码宽,其余1ms,远程控制代码数据帧时间差大于10ms,:
下面的图片所显示的就是十一脚编码波形。
图3.5第《十》脚输出编译码示意图
3.3.2遥控码的发射
当一个带电电力开关被按下,单片机读取数值,,然后单片机根据系统的识别键值，读出这个脉冲的个数，如下图，其波形就是第15脚输出的调制波形。
图3.6第（15）脚输出端的输出编码波形图
3.3.3设备对数据帧的接收和处理
在红外设备接收端产生脉冲帧数据时,第一个低水平的代码将会是程序停止运行，及时的接收设备发射过来的波形，识别数据帧。
在收到数据帧后，从第一个接收到的代码进行相关的检测，如果检测到错误数据就会自动对其进行处理，当高水平的脉冲的间隔宽3ms,接收数量,然后根据蓄电池的脉搏执行出口的操作。
下一帧的远程控制代码红外接收器输出波形图。
图3.7红外线数据帧波形示意图
第四章红外遥控器的软件系统设计
4.1遥控发射部分
图4.1遥控发射主程序
N
Y
图4.2扫键过程流程图
扫键步骤：
开始搞清楚单片机的控制键是按下还是没有按下，这里有两种情况，当控制键按下时，程序就会一一扫描，扫描后根据键值查找键号，再根据键号传到相应的发射程序如下图所示。
Y
N
图4.3红外信号发射程序
红外信号发射过程:
首先,在发射脉冲数（脉冲女士推出3,停止头发1毫秒脉冲）,然后如果发射脉冲数是1返回主程序,如果不是因为11毫秒脉冲,然后停止头发1毫秒脉冲,因此整个启动过程结束。
使用红外线遥控的方式,在实践中,如果远程控制距离,角度等效果不是很好,如果使用调频或发射接收码,能够加远控制距离,而且还无其他角度的干扰。
4.2遥控接收部分
N
Y
图4.4遥控接收部分主程序
遥控接收部分的主程序及初始化及延时过程如上：
首先初始化，然后按照显示数据设定控制脉冲延时值，看P3.1口的脉冲是否为0，若不为0则调入延时程序，此时P2.7口输出控制脉冲然后返回；若为0则直接返回。
N
Y
N
Y
图4.5中断过程程序
中断过程:
首先确定低电平脉冲宽度大于2ms,如果脉冲宽度小于2毫秒,中断就会根据系统的要求进行返回，如果这个低电平大于2ms，则系统就会接受并对低电平脉冲进行计数，如果高电平脉宽小于3ms,它返回一个接收计数过程;如果高脉冲宽3ms,程序根据脉冲数字对应的函数，中断返回。
第五章设计调试
付诸实践的过程,也改变了实际产品设计的一个必要阶段。
安装电路板的测试阶段通常有两种方法：
焊接方法和面包盘插入。
用面包板焊接更方便控制系统电路板的识别调试和输出，这样可以更容易的对电路中的电路和元器件进行更换和操作，它使得我们所学的理论在这个设备中进行了多次实践。
本设计常用的调试仪器有：
万用表、稳压电源、示波器、信号发生器等。
5.1调试前不加电源的检查
将自己制作的实际电路图和实际线路进行对比，看看其连线是否正确，这也包括错误接收，然后接少和多接等；用万用表查焊接和插头是状况良好;组件之间是否有线路没有接好，电路板是否有问题,LED、晶体管、集成电路、和电解电容的极性对错与否,电源极性、信号源附件是不是正确的;电源端接地是不是有短路（这个可以用用万用表来测量一下电阻）。
从这次实践中我们可以发现我们可以通过电路发现一些实践中的不足，他包括接触不良，电路的短路和一些连接方式上的错误。
5.2非动态检测与调试
断开信号源，把经过准确测量的电源接入电路，用万用表电压档监测电源电压，观察有无异常现象：
如冒烟、异常气味、手摸元器件发烫，电源短路等，如发现异常情况，立即切断电源，排除故障；
我们的电路在此项测试中如无异常情况，接着我们又分别测量各关键点直流电压，如静态工作点、放大电路输入、输出端直流电压等是否在正常工作状态下，结果有个别电路不符，经过调整电路元器件参数、更换元器件，使电路最终工作在合适的工作状态；
对于放大电路我们还用示波器观察是否有自激发生。
结果一切正常。
5.3非静态检测与调试
动态实验的基础上进行静态调节、输入电路调节方式结合信号源,并遵循一步一步的注入信号测试相关点的波形,能否满足我们的设计需求，如果不能则废止，如果达标，在必要的条件下要对电路一一进行检查和调整。
找到问题后，要学会分析、摸索并解决问题。
对于电路中所涉及的控制代码，我们可以自行对其进行设计,经检测输入信号的波形,若有发现不同的控制开关按钮被按下时，示波器所输出的波形不尽相同，这表明电路在正常工作条件。
收集正常工作条件下的数据，并从中找出每种规律。
5.4调试注意事项
通过我反复的实验实践。
我在我自己的每次实践中总结出一些值得注意的注意事项。
（1）在使用实验仪器时，我们要轻拿轻放，先了解各种仪器的使用说明，正确合理的使用实验仪器，仪器的两端要正确连接；
（2）实验时尽量在输入端使用屏蔽线连接，因为输入端的信号比较弱，而且屏蔽线的使用方法要得当，在输入端频率高时可以用隔离法降低分布电容的影响，还有示波器测量时要使用探头连接。
（3）实验时要细心，不能粗心大意。
（4）测量仪器的带宽和所用仪器的输入阻抗分别要大于被测量电路的带宽和被测量处的等效阻
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