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无线遥控解析与设计论文

盐城工业职业技术学院

2015届毕业设计（论文）

题目

无线遥控解析与设计

专业

现代纺织技术

学号

姓名

指导老师

日期

2014年12月

摘要

本设计是研究无线遥控中红外遥控和无线电遥控。

研究设计有三项内容，第一项为红外遥控LED灯系统的研究，第二项为无线电遥控小车的研究，第三项是无线电遥控日光灯开关的研究。

三项研究内容都为无线遥控，遥控系统通常是两个部分组成，即遥控发射器和遥控接收控制器。

我们将分别对三个遥控系统的遥控发射和遥控接收控制的组成和工作原理进行解析，让大家能够深入全面的认识无线遥控的工作原理。

同时，最后将对红外遥控LED灯和无线电遥控日光灯进行接线通电进行遥控演示。

关键词：

无线电遥控红外线遥控发射器

Abstract

Thisdesignisthestudyoftheinfraredremotecontrolandwirelessremotecontrolradioremotecontrol.Therearethreeelementsofthestudydesign,thefirsttostudytheinfraredremotecontrolLEDlightsystem,andthesecondtermforthestudyofradio-controlledcar,andthethirdisthestudyofradio-controlledfluorescentswitch.Threestudiescontentforwirelessremotecontrol,remotecontrolsystemsusuallyconsistoftwoparts,namelyremotecontroltransmitterandremotereceivercontroller.Wewereonthecompositionandworkingprincipleofthethreeremotecontroltransmitterandremotecontrolremotecontrolsystemreceivesresolved,sothatwecangotoacomprehensiveunderstandingofthewirelessremotecontrolworks.Meanwhile,thelastaninfraredremotecontrolLEDlightsandfluorescentwiringpoweredradio-controlledremotecontroldemonstration.

Keywords:

radioremotecontrolinfraredremotecontroltransmitter

第一章绪论

1.1研究目的

随着无线遥控在现实生活中越来越多的应用，改变了许多生活中的常态，给人们带来了极大的便利。

例如无线遥控开关，只要安装在灯饰上，或车库门上，只要轻轻按下遥控按钮，就可实现灯的熄/灭，门的开/关，完全打破了以前手动开关的局面，这也是生活中的一大进步。

还有无线遥控受环境的约束小，可灵活使用，具有体积小，成本低等诸多有点，有着非常广阔的应用前景。

在此背景下，我们选择这个跟生活息息相关的题目，对无线遥控进行深入研究。

我们此次研究的目的为了深入了解无线遥控的遥控原理和工作过程以及在现实生活中的应用，并能够动亲自手实践做出简单的遥控电路，实现遥控功能。

1.2研究现状

由于缺乏无线遥控的理论基础，也没有接触过相关课程，所以我们只能从零学起。

充分利用学校图书馆资源，搜集无线遥控相关书籍，上网查阅资料，查看相关指导课程和案例，对无线遥控慢慢有了了解。

无线遥控技术的出现已经百年历史，发展到今天，技术已经非常成熟，并且在生活工作得到了广泛应用，特别是大家熟知的家电领域、航空航天，还有工业控制等领域。

遥控系统通常由两部分组成，发射器和接收器。

发射器一般由控制指令键、指令编码电路、调制电路、驱动电路和发射电路等几部分组成。

指令编码电路产生相应的指令编码信号，编码指令信号调制，再由驱动电路进行功率放大，再由发射电路向外发射经过调制的指令编码信号。

接收器一般由接收电路、放大电路、解调电路、指令译码电路、驱动电路和执行电路。

接受电路将发射器发射的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路。

解调电路将以调制编码解调下来，即还原为编码信号。

指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各指令的操作。

无线遥控系统的种类有很多，分类方法也有多种，按信号的编码方式可分为频率编码和脉冲编码；按同一时刻能够传输的指令数目可分为单路遥控和多路遥控；按照传输通道可分为单通道和多通道遥控；我们此次研究的重点放在红外线遥控和无线电遥控，两种遥控的最主要区别是传输控制指令信号的载体不同，这也是无线遥控系统的一种分类方法。

1.3研究内容

为了能够深入全面的认识了解无线遥控，我们将研究三项内容。

第一项是研究我们在网上购买的红外线遥控LED灯系统，整个系统由两部分组成，遥控发射器和红外线接收控制板，我们将对两部分的组成和工作原理进行解析，最后接上LED灯，进行遥控演示。

第二项内容是对无线电的基本介绍，并研究我们都喜欢玩的无线电遥控汽车模型，汽车模型同样是两大部分构成，即无线电发射控制板和无线电接收控制板，我们同样将对两部分的组成及工作原理进行解析。

最后一项内容是研究无线电遥控开关，可用于控制日光灯、车库门等场合，我们将无线遥控开关接日光灯进行控制。

这项内容最接近我们的生活，因为现在遥控开关取代以往的手动开关已经是一种趋势。

相比以前的手动开关，遥控的方式就好像把开关放在了你身上，只要你将遥控器轻轻一按，就可以控制日光灯的熄/灭，不仅方便，也是一种节约。

而且遥控发射器和遥控接收控制模块体积小，可以灵活使用，价格也不高，今后肯定会被普遍采用。

三项内容中两项是无线电的遥控，一项是红外线的遥控。

但都与我们的生活息息相关，家里面的小型家电使用的遥控器原理和我们研究的红外线遥控LED灯原理相近。

小车的遥控接收电路也要比日光灯的接收控制电路要复杂。

第二章红外遥控LED灯控制板

2.1红外遥控发射器的组成

2.1.1键位码的产生

红外线遥控发射器键盘上的任一按键，都赋予了一个特定的二进制代码，称为键位码。

键扫描输出口在集成块定时信号形成电路输出的时钟脉冲作用下，依次输出不同时序的脉冲，相当于对键位进行电压扫描。

按下一个功能键时，某一行某一列被接通。

键位扫描一次的时间为10～20ms（毫秒）,而手触按键最短需100ms（毫秒），可保证在按键按下去这段时间，该按键所在的键位肯定有电压扫描到。

键扫描输入口能根据脉冲出现的线号和时序，确定按下的是哪一个键，从而获得一组唯一的按键指令，即键位码。

图2-1上为红外遥控发射器的电路板，下为遥控器外形，与家电遥控器类似。

图2-1遥控器电路板

2.1.2指令编码器

键位码只能识别按下的功能键在第几行第几列的位置，通常不能与接收端的CPU配用，所以通过指令编码器对键位码进行码值转换，获得CPU所能识别的遥控编码脉冲。

指令编码器实际上是一个只读存储器（ROM），预先存储了各种功能的编码指令，一般选用16位二进制编码，也有选择使用32位的二进制编码，常将前8位定义为用户码，即设备识别码，用以区别不同生产厂家生产的不同芯片，也是为了防止不同的电子设备遥控器互相干扰。

例如我们使用海尔的空调遥控器只能控制海尔系列的空调，却不能控制美的或别的品牌空调，就是这一原理，后8位为功能码，用以代表不同的控制功能。

采用脉宽编码的串行码，以开头间隔为0.56ms、脉宽为0.65ms的组合表示二进制的“0”，以开头间隔为0.56、脉宽为1.69ms的组合表示二进制“1”，后面接收解码的关键就是识别“0”和“1”。

2.1.3码元调制与红外光发射

为了提高发射效率和降低红外发射二极管的工作电流降低功耗，指令编码器输出的遥控编码脉冲需送到码元调制器，对频率为38kHZ（或40kHZ）的载波进行脉冲幅度调制，该载波信号由455kHZ（或480kHZ）振荡器所产生的振荡信号经12分频后得到的。

调制的方式相当于用二进制信号的编码与频率为38Khz的脉冲信号混和得到间断的脉冲串。

码元调制器输出的信号经驱动放大后，激励集成电路外接的红外发光二极管发射指令信号。

红外发光二极管使用红外辐射高的材料制作，一般选用砷化镓，采用无色透明树脂封装。

红外发光二极管有两个引脚，相对较长的引脚为正极，较短的一脚是负极，通过外加正向偏压注入电流激发红外光。

光也是一种电磁波，而红外发光二极管发射的波长多为940～950nm（纳米），人眼无法看见。

红外发光二极管必须与红外接收二极管配对使用，不然会影响遥控的灵敏度，甚至会造成失控。

2.2红外遥控发射器的工作原理

红外遥控器就是有矩阵键盘、遥控专用集成电路和红外发光二极管组成。

遥控专用集成电路是遥控发射器的核心部分，其内部有振荡电路、定时电路、扫描信号发生器、指令编码器、调制电路等组成。

当我们按下任意一个按键时，扫描信号发生器会确定按键的位置，每个按键都被赋予了一个特定的二进制代码，即键位码，指令编码器再将键位码转换成可被识别的编码脉冲，二进制编码再被送到码元调制器，与振荡器产生的38KHZ脉冲进行调制得到混合的脉冲串，码元调制器输出的信号经驱动放大后，激励集成电路外接的红外发光二极管发射指令信号。

2.3红外遥控接收控制板的组成

2.3.1红外接收头

图2-2红外接收头示意图

图2-2是我们找到的两种型号的红外接收头示意图，我们使用的红外接收头YS-IRST与上述两种型号相似。

YS-IRCT是一个小型的红外遥控系统接收器件。

采用红外滤波的环氧树脂封装。

电路内置前置电路和PIN二极管。

其解调输出信号可直接由微处理器解码，经过他的接收放大和解调，直接在输出端输出原始的信号，将电路最简化。

收到红外信号时为低电平，没有受到遥控信号为高电平。

对位为三个引脚：

GND、Vcc和一个脉冲信号输出引脚OUT。

GND接系统的地线，Vcc接5V电源，脉冲信号输出接CPU的中断输出引脚。

它的主要功能包括放大，解调，选频等几大部分，接收的信号是已经被调制的控制信号。

经过它的接收、放大与解调会在输出端输出最原始的信号，让电路变成最简单的电路。

具有灵敏度高，抗干扰能力强，是接收红外信号的理想装置。

主要性能：

内置光电检测和前置放大电路

内置PCM频率滤波器

输出电平与TTL和CMOS兼容

输出低电平有效，工作电压2.7～5.5V

可连续进行数据发送（1200bit/S）

接收角度+/-35°，最大接收距离8m

图2-3为YS-IRST的应用电路图

图2-3YS-IRST的应用电路图

2.3.2解码

接收解码的关键是如何识别“0”和“1”，发射端的“0”和“1”均以0.56ms的高电平开始，不同的是低电平的宽度，“0”为0.565ms，“1”为1.69ms。

所以必须根据低电平的宽度来识别“0”和“1”。

如果从0.56ms高电平过后，开始延时，0.565ms过后，若读到电平，则说明为该位是“1”。

反之就是“0”。

2.3.3晶振电路

每个单片机系统里都有晶振，全称叫做晶体振荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大。

晶振正常可分为石英晶振和陶瓷晶振，石英晶体具有化学性质稳定，热膨胀系数小，所以石英晶振具有振荡频率稳定的优点，但其容易损坏，所以我们的红外接收控制板上使用的是陶瓷晶振，虽然其振荡频率不如石英晶振那样更加稳定，但其微小的偏差并不影响整个系统的工作，足以满足我们的使用要求，而且其不易损坏，使用寿命长。

它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率。

单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振提供的时钟频率越高，那么单片机的运行速度也就越快，我们设计使用的晶振频率为22.1184M，所以单片机的工作速度也就是每秒22.1184M。

晶振的一个重要特性就是机电效应，简单的说就是如果给他机械力，他就会产生电，给他通电的话，他又会产生机械振荡。

晶振的形状、材质等都是影响其谐振频率的重要因素。

晶振能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定、精确的单频振荡。

图2-4中突出部分为红外接收控制板的晶振。

图2-4晶振

晶振有一个重要的参数，就是负载电容值，选择与负载电容值相等的电容并联，就可以得到晶振所谓的谐振频率。

此次设计的单片机系统晶振振荡电路是在一个反相放大器的两端接入晶振，再有两个电容分别接在晶振的两端，每个电容另一端再接到地，构成晶振电路。

图2-5为晶振电路

图2-5晶振电路

2.3.4单片机

单片机是红外接收控制板的核心部件，STC11F08XE型单片机是晶宏科技研发的传统8051单片机升级换代产品之一，具有超强抗干扰性、无法解密。

单片机是单片微型计算机的简称，是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如逻辑运算、算数运算、中断处理、数据传输）的微处理器（CPU）、随机存取数据存储器（RAM）、只读程序存储器（ROM）、输入输出电路（I/O），可能还包括定是计数器、串行通信口（SCI）等电路集成到一块芯片上，构成一个小而完善的计算机系统。

由此看来，单片机有着微处理器所不具备的功能。

它可单独的完成现代工业控制所要求的智能化3控制功能忙着也是单片机的最大特征。

单片机的机构框图如图2-6所示

单片机

CPU

ROM

RAM

定时器计数器

I/O接口

+++＋→→

图2-6单片机机构框图

单片机自问世以来，发展非常迅速，应用范围也非常广泛。

就单片机处理数据的字长而言，单片机主要分为4位、8位、16位、32位和64位几种。

单片机的开发就是从4位机开始的，因其内部结构简单，最早问世，比较适合于规模较小的家电类电子产品。

8位单片机最鲜明的特点是体积小、功耗低、功能强、性价比高，且种类繁多，应用的最为广泛，目前的两种主要类型为MCS-51系列及其兼容机型和非MCS-51系列单片机，我们此次设计使用的STCF08XE就属于可以与MCS-51兼容的机型。

16位单片机主要是数据处理能力和操作速度更快，主要应用于要求更高的工业控制，便携式设备和智能仪器仪表等领域。

32位单片机是单片机进一步发展的结晶，随着技术累积成熟，开发成本和价格也将更加低廉，它可以满足绝大多数用途的要求，包括文字、图形、表格处理及精密科学计算等。

单片机具有长寿命、成本低、体积小、低电压低功耗、低噪声和高可靠性等一系列优点，这些也促成了其在市场生存中的高竞争力和寿命。

STC11F08XE主要性能：

●高速：

增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍

●宽电压：

2.4～5.5V

●低功耗设计：

空闲模式（可由任意中断唤醒）

●工作频率：

0～35hz，相当于普通8051的0～42hz

●ROM：

可擦写次数10万次以上

●先进的指令集结构，兼容普通8051

●通用I/O端口（24个）

●1280字节片内RAM数据存储器，超强抗干扰

●正常工作模式：

2mA~7mA,可设置成四种模式：

准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏

由于单片机是一个非常复杂的集成电路芯片，功能非常强大，我们只用到了部分功能，所以它的许多功能特点就不逐一解释了。

图2-7红外接收控制板

图2-7为我们所用的红外接收控制板，图中5V和GND为供电端口，使用三节1.5V干电池供电，最前端为一体化红外接收头。

B7到B0为端口0到端口7；

A0到A7为端口8到端口15；

C7到C0为端口16到端口23

LED1为红外信号灯，LED2为设置信号灯，居中的为红外接收头

红外信号灯：

本指示灯为指示是否有红外信号输入，若有信号输入，则信号灯闪烁

设置信号灯：

该信号灯只有在设置模式时常亮。

2.4红外遥控接收控制器的工作原理

红外遥控的工作流程如下所述:

按下遥控器的某一功能键，按键矩阵的某一行与某一列接通，经确认为这一按键的功能后，产生该按键的键位码，然后寻址集成电路内部的数据寄存器，用键位码指令编码器的ROM中取出相对应的遥控编码器脉冲，再放大，激励红外发光二极管向外发射中心波长为940mm的红外光信号。

接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。

脉冲输出是发射端按键时，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，接收端对应输出“有效电平”，发射端松开键时，接收端“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，否则相反，大多情况下“高”为有效。

“自锁”输出是指发射端每按一个某一个键时，接收端对应输出的改变一次状态，即原来高电平变低电平，低电平变高电平，有时也称为这种输出形式为“反相”。

“互锁”是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效，例如我们的电视机选台就是这种情况。

“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，来代表不同键的输入。

红外接收二极管是接收部分的主要元器件，红外接收二极管主要分为方形和圆形两种形式状态。

在实际生活应用中要给其加反向偏压，他才能正常工作，即红外线二极管在电路中是反向运用的，这样才可以有较高的灵敏度。

红外发光二极管的发射功率一般都较小，基本都在100mW上下，所以红外接收二极管接收到的信号比较弱的，这样就要增加一个增益放大电路没来对较弱的信号进行放大。

伴随着技术的进步，现在很多产品都采用成品红外接收头。

他的优点就是不需要繁杂的调试和外壳屏蔽，使用起来非常方便，这也是他被广泛使用的主要原因。

成品接收头有两种封装形式，一种是塑料封装，另一种是铁皮屏。

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

我们后面设计的红外遥控LED灯的系统所使用的就是成品红外接收头，后面会有详细介绍

2.5使用方法

本次设计是基于单片机STCF08XE设计的红外遥控LED灯系统，单片机可共24个I/O输入输出端口，可以满足12个LED灯的控制，我们将只进行四个LED灯的演示。

我们选用的为正向电压为2.5V，正向电流15mA的白色LED灯。

使用彩色杜邦线作为连接导线，由于线两端使用了胶壳，非常便于接线。

图2-8红外遥控LED灯系统展示

一号灯的正负极接2、3号端口，二号灯接5、6号端口，三号灯接9、10号端口，四号灯接11、2号端口，当按下遥控器上1、4、8、11按键，分别控制四盏LED灯的熄/灭，最远遥控距离9米左右。

图2-8为我们接好电路的红外遥控LED灯系统展示。

第三章无线电遥控汽车控制板

3.1无线电基本介绍

3.1.1无线电的组成

无线电一般是通过由振荡电路产生。

振荡电路是一种可以产生一定频率的振荡电流的电路，电流在电路中来回变化，引起周围磁场的变化，磁场呦引起电场，这样就使得磁场电场在电路中导体周围交替变化，并不断向周围扩散，这就是无线电波的产生。

无线电波是看不见摸不着的，无线电通常有两个参数，即波长与频率。

做一个比喻，我们把无线电波比作是一块丢在水里而产生的不断向外扩散的一圈圈水波，石头的落水点是无线电的发射中心，那么相邻两个水波或电波就是无线电的波长，常用的单位是米；无线电的传播速度可达30万公里每秒，用30万公里除以他的波长就是他的频率，常用的单位是赫兹，千赫兹和兆赫兹等无线电波根据波长不同，又被分为多个波段。

3.1.2无线电的特点及应用

与红外线遥控技术相比较，无线电遥控技术具有以下优势:

（1）无方向性，任意传播控制信号。

（2）遥控距离远，百米千米距离都不再话下。

（3）采用天线发射（或接收）无线电遥控信号需要对发射频率进行仔细调试。

（4）电磁波容易受到别的电子仪器或相互间干扰的劣势。

根据无线电以上优缺点，充分发挥它的长处，通常应用与无线遥控和无线通信两个领域。

而无线广泛应用于遥控距离较远、障碍物多、能见度低等环境下，比如工业无线遥控、警报器、智能家居等领域。

无线遥控系统都由遥控发射部分和遥控接收部分组成。

遥控发射部分又有遥控模块与遥控器两种类型。

遥控模块只是一个元器件，要在对其充分了解的基础上才能进行有效的应用，具有价格低。

体积小等诸多优点；遥控器就是整个遥控发射整体，可直接独立使用，非常方便，我们正常使用的也都是遥控器。

接收部分也分为两种类型，即超外差与超再生接收方式。

前者与超外差式收音机工作原理相同，这种方式的接收过程比较繁杂，首先要设置本机振荡电路产生振荡信号，再与接收到的载频信号混频，然后得到中频（一般为465kHZ）信号，由中频放大和检波，最后解调出数据信号。

超外差式的接收器具有稳定、灵敏度高、抗干扰能力强等优点。

超再生式接收电路是在晶体管发明后才出现的，它的前身是再生式接收。

超再生接收电路的核心是有一个工作在超音频间歇状态的电容三点式振荡器，具有电路简单，成本低廉的优点，从而得到广泛应用，主要应用于遥控开关、电气自动化、工业控制等领域。

3.2红外遥控与无线电遥控的区别

红外遥控和无线电遥控是对不同的载波来说的，载波就是搭载传送信息的工具。

红外遥控器是用红外线来传送控制信号的，它的特点是有方向性，不能有障碍物振荡，适于近距离遥控，不受电磁干扰，主要应用于家电等领路；无线电遥控器是用无线电波来传送控制信号的，它的特点是无方向性，遥控距离远但易受电磁干扰，广泛应用于远距离遥控或需要无方向控制领域，比如在工业控制领域，使用专用的无线电遥控器容易解决。

红外线是光波的一种，光波和无线电波都属于电磁波，两者的区别就在于有着不同的波长和频率，光波的波长比无线电波的波长要小的多，所以两者被严格区分。

3.3无线遥控发射控制板组成及工作原理

无线遥控发射控制板的核心是编码集成块TX-2，以及电感、电阻、电容等元器件组成的不同电路，四个控制按钮以及发射天线元器件等组成。

图3-1为无线遥控发射控制板正反面。

图3-1发射器电路板

图中SW1、SW2、SW3、SW4分别为控制小车状态的前进、后退、左转和右转。

红色LED灯为控制信号知识灯，每当有控制指令发射出去时LED灯都会亮，否则没有控制信号发射出去。

卷绕的像弹簧状且延伸出长长的一根线的是发射天线，控制指令就是通过发射天线发射出的电磁波为载体被发送出去的。

信号指示灯下方的就是晶振，他的主要作用就是选择发射电磁波的波长。

整个发射控制板还有电阻、电容等一些小的元器件，整个控制板使用两节1.5V干电池供电。

遥控器就是上述所说的遥控发射机，按下机壳内的控制按钮发出控制指令，之后经内部调制电路和编码电路，最后经过高频信号放大电路，有外部长长的天线发射出电磁波，将遥控指令送出去。

现在市场上常见的有盒式按键的小型遥控发射器，还有一种便携杆式发射机，最后一种是手枪式发射机，分别应用于不同的遥控模型。

本次分析的为便携杆式发射机，左边的按钮用来控制汽车的前进和后退，右边的按钮用来控制汽车的左转向和右转向。

图3-2发射电路板电路原理图

电源供压端为TX-2的6脚和9脚，可使用两节1.5V干电池提供工作电源；其12、13脚为左右转弯控制信号输入端；后退和前进控制信号输入端为10和11脚；2、5脚外接振荡电阻R7.三极管Q2及晶振T1等构成载波振荡器，振荡频率为26.147MHZ。

每次有控制指令发射