可调遥控电源开关的设计.docx

1、可调遥控电源开关的设计可调遥控电源开关的设计 摘 要随着社会与科学技术迅速的发展，电子信息科学与技术也随之得到了突飞猛进的发展，电子产品在人们的日常生活中也得到越来越广泛的应用，对人们的生活产生了巨大的影响，给人们的生活带来了很大的方便，人们的生活也越来越离不开电子信息科学与技术，电子产品的飞速发展使社会生活进入了一个崭新的电子信息时代。而如今远程红外遥控技术的应用更是给人们带来了更多的方便与快捷，毫无疑问远程红外遥控技术显然已成为当今社会生活的主流方向。现在，社会生活节奏越来越快，经济的发展和资源的利用并不十分协调，这让整个社会的发展都陷入了一个尴尬的局面。由于可用资源越来越匮乏，随着社会的

2、发展与时间的推移，整个世界都将陷入源危机这个不可逃避的危难之中。因此节约能源和追求低碳、高速、方便、快捷的生活方式已是社会发展的大势所趋，为了满足社会发展的需要，利用红外线遥控电源开关并对相关电路电器进行定时节能控制也不失为一种良好的方法。用AT89S52单片机制作多通道红外线遥控电源开关电路，采用频分制的电路模式，实现通过红外线的控制来使电路正常工作的功能。该设计的接收机用单片机构成选频电路，通过软件来实现硬件的功能，使电路变得简单，操作方便，调试也方便。这个技术的应用将会给人们的生活带来更多方便与快捷，在未来的社会生活中将会得到更多更广泛的应用,具有良好的市场前景和丰润的经济效益。关键词：

3、单片机，遥控技术，红外线，电源开关，可控。Design of adjustable remote control power switchAbstract As social and science and technology quickly of development, electronic information science and technology also with of are has rapid of development, electronic products in people of daily life in the also are increasingly

4、 widely of application, on people of life produced has huge of effect, to people of life brings has is large of easy, people of life also increasingly cannot be separated from the electronic information science and technology, electronic products of rapid development makes social life entered has a

5、new of electronic information times. Application of remote infrared remote control technology is to give rise to more quickly and easily, there is no doubt that remote infrared remote-control technology has clearly become the mainstream of todays society. Now, faster and faster rhythm of social life

6、, economic development and resource use are not very coordinated, that the development of society as a whole are caught in an awkward situation. Because of the scarcity of available resources, more and more, with the development of society and the passage of time, the world will fall into the source

7、 of crisis is the inescapable danger. Save energy and pursue low-carbon, high speed, easy and fast way of life is the general trend of social development, in order to meet the needs of social development, using the infrared remote control power switch and on energy-saving control circuit electrical

8、timing is also a good way. Using AT89S52 microcontroller multi-channel infrared remote control power switch circuit, frequency of the circuit mode, through infra-red control of the circuit to work functions. The designed receiver to use monolithic integrated circuit constitutes a selected frequency

9、circuits, hardware through a software feature, the circuit is simple, easy to operate, easy to debug.Application of this technology will be brought to peoples lives more convenient and faster, in the future will be more widely used in the social life , have good market prospects and economic benefit

10、s of rolling.Keywords: Single-chip, remote control, infrared, power switches, can be controlled前 言随着社会的发展，电子产品在人们的日常生活中得到越来越广泛的应用，而远程遥控显然已经成为当今社会的主流方向。为了满足现代社会生活的发展要求，研究和设计利用红外线遥控电源开关也是当务之急。该设计的目的在于可以远程控制各路电源开关的工作状态。其意义是可以节约操作电路开关的时间，使对电路开关的控制更加方便快捷，也可以提高各种电路的安全性。本设计在国内外都还没有广泛投入应用，还处于研究设计阶段。随着电子技术的迅

11、猛发展，红外遥控技术已经渗透到国民经济的各部门及人民的日常生活中，在工业自动化控制、信息通信、环境监测、安全防范、家用电器控制、国防工业及日常生活等许多方面都得到了广泛的应用。本设计主要针对家用电器的控制。在家用电路控制中，很多电路的电源开关都是通过机械开关来完成的，比如闸刀，拉线盒等。这些开关操作过于麻烦，只能近距离的操作，浪费时间，而且也不安全，甚至有些电器设备工作在恶劣的环境当中，此时，假如能够对这些电器的电源进行远程遥控，那么将提高了对电气设备控制的便捷性和可操作性，并且能够更好的保证操作者的人身安全。可调遥控电源开关，正好满足了上述要求，因此在未来将会得到很普遍的应用。此设计的电路主

12、要由红外线发射机、红外线接收机、受控电路以及显示电路几部分组成，采用四通道的控制方式，可以同时遥控四路电器的电源开关。需要解决的关键问题就是如何实现这几部分电路的协调工作，以期达到设计的目的。 第一章 设计原理及方案论证该设计的原理其实很简单，就是利用红外线作为传输控制信号的介质。红外线发射机发出经过调制的红外控制信号，经过红外接收头的接收后，传送给单片机，单片机分析处理信号后，输出高低电平控制开关电路的接通或者断开，以完成对开关电路的控制功能。在该设计中有几种方案可供选择。第一种方案是对于单片机的选择，单片机可以选择AT89C51，也可以选择AT89S52,但是对于AT89C51来说，在烧入

13、驱动程序的时候相当麻烦，要有专门的设备。而AT89S52只要将其和计算机连接，就可以直接烧入程序，这种方式简单，方便。因此，在该设计中我采用的是AT89S52单片机。第二种方案是受控电路的设计，该部分电路可以用继电器来完成，也可以用晶闸管（可控硅）来实现。但是继电器体积大，成本高，不易安装，也不安全。而可控硅体积小，成本也不贵，通过光电耦合器连接后，使整个电路变得比较安全可行，因此，我选择了用可控硅来作为连通电路的开关。第三种方案是是否选择添加显示功能，为了使整个设计更加人性化，我选择了添加显示功能，显示功能可以显示电路开关的工作状态以及开关所控制的通道的相关信息，这样可以让设计更加完整，也可

14、以使人对开关及通道的具体情况一目了然。 第二章 红外线遥控在本设计中的应用红外线遥控系统主要由红外发射器、一体化接收头、单片机、接口电路组成。红外发射器用来产生遥控编码脉冲，驱动红外发光管发出红外线信号，一体化接收头完成对红外信号的放大、检波、整形、解调出编码信号。红外编码信号是一组串行二进制码，对于普通的红外遥控系统，此串行二进制码输入到单片机，由其内部CPU对红外线信号指令进行解码，并完成相应的遥控操作。2.1 什么是红外线？在这个设计中我采用了红外线遥控的方式，首先介绍什么是红外线。光是一种我们人类眼睛可以见的电磁波，但是在科学上的定义上，光有时候是指所有的电磁波谱。光可分为可见光和不可

15、见光，可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，波长范围在770350纳米之间，不同波长的电磁波引起人眼颜色的感觉不同，按波长从长到短可分为红光、橙光、黄光、绿光，蓝靛光、紫光。不可见光有红外线、紫外线、射线、射线、射线。在该设计中我用到的就是红外线，之所以称为红外线，是因为它的波长比红光的长，在光谱中波长从0.76400微米。2.2 红外线的产生任何物质只要它的温度高于绝对零度（-273.15）都可以产生红外线，它是以辐射的方式向四周扩散，所以又称为红外热辐射。红外线产生的效应是热效应，因此我们可以利用它来对食物进行加热，这就是微波炉的原理。在电子产品中红外线是由电子电路驱动红外二极管发光产生的

16、（如图2所示），红外发光二极管内部构造与普通发光二极管基本相同，只是制造的材料和普通发光二极管不同，当在红外发光二极管两端施加一定电压时，它发出红外线而不是可见光。常用的红外发光二极管（如图1所示)，其外形和普通发光二极管LED相似，发出红外光。管压降约为1.4V，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。红外线还可以传输信号，在该设计中就是利用它来传输信号的。 图1 红外发光二极管 图2 红外二极管驱动电路在图2中，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V左右， 发射极电流IE基本不变，根据IEIC,所以流过LED的电流

17、也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥控距离。2.3 红外线的发射红外线发射器是一种远程遥控装置，具有遥控功能。它通过红外线发光二极管在一定范围内向外发射光线，从而实现传输信号的功能，在红外线遥控装置中，红外线是由红外线发射机产生的，采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波。红外线发射机一般是由指令键、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几个模块电路组成。当按下指令键时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经过调制的指令编码信号。图3 四通道红外遥控电路上图是一个比较简单的四通道红外遥控电路图，

18、555时基芯片和可变电阻RP1-RP4,电阻R1,电容R3组成无稳态多谐，振荡频率由充放电时间常数决定，即f=1.44/(RP+2R1)C3,由此可见，取不同阻值的电位器，可以产生不同频率的信号，也就形成不同频率的通道，当按下按钮时，555时基芯片3脚输出低电平，红外二极管发光，这样就可以发射红外线。2.4 红外线的接收红外线发射与接收有两种方式，一种是直射式，另一种是反射式。直射式指发光二极管和接收头相对安放在发射与受控物的两端，中间相隔一定距离；反射式指发光二极管与接收头并列一在起，平时接收头始终无光照，只在发光二极管发出的红外光线遇到反射物时，接收头收到反射回来的红外光线才工作。在红外线

19、遥控开关设计中采用的是直射式。在现代电子红外线接收装置中，有专门的红外线接收头，它是集成红外线接收PD二极管、放大电路、滤波电路和比较器输出等的IC模块。接收电路一般由接收头、放大器、调制电路、解码器、驱动器、执行电路等几部分电路组成。接收头将红外发射器发射出的已调编码信号接收下来，进行放大后送给解码器，解码器将已调编码信号解码，还原为编码信号。译码器将编码信号进行译码，最后驱动电路驱动执行电路来实现各种指令的操作。红外线接收头的种类比较多，引脚定义也不完全相同，但是一般都有三个引脚，包括电源正脚（VDD）、电源负脚(GND)和信号输出端(Out)。在实际应用电路中应根据发射端调制载波的不同而

20、选用相应解调频率的接收头。图4 红外线接收头 图5 红外线接收头与单片机的接口电路红外接收头的主要参数如下： 工作电压：2.74.5V 工作电流：1.72.7mA 接收频率：37.9kHz 峰值波长：940nm 静态输出：高电平 输出低电平：0.4V 输出高电平：接近工作电压。红外线遥控技术发展十分迅速，在日常生活中的应用已经非常广泛。随着电子技术的飞速发展，红外遥控技术更有机会充分的发挥它的方便、快捷、灵活的作用。第三章 单片机技术在本设计中的应用单片机在现代电子技术中应用非常广泛，是嵌入式系统的核心部件。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，在现代电子电路

21、系统中起着举足轻重的作用。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。在可调遥控电源开关的设计中，我也用到了AT89S52单片机。3.1 单片机简介单片机全称叫做单片微型计算机，是一种集成在电路芯片，采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩

22、写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。早期的单片机都是8位或4位的，其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍

23、。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。3.2 单片机的应用目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，

24、录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。3.3 单片机在本设计中的应用 在这次设计中我用的是AT89S52单片机，如图6所示，在该电路中单片机的作用是分析处理接收到的红外线信号，并输出控制电平完成对可控硅（晶闸管）的控制。下面对AT89S52单片机做详细的介绍。图6 AT89S52单片机引脚图 AT89S52单片机为ATMEL公司所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品

25、指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52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。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 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

26、内容被保存，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。主要特点：1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash 2、芯片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz） 3、内部程序存储器（ROM）为 8KB 4、内部数据存储器（RAM）为 256 字节 5、32 个可编程 I/O 口线 6、8 个中断向量源 7、三个 16 位定时器/计数器 8、三级加密程序存储器 9、全双工 UART 串行通道 。引脚功能介绍：VCC： 电源正端输入，接+5V。VSS： 电源地端。XTAL1： 单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2： 系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计

27、上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了， 此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET： AT89S52 的重置引脚，高电平动作，当要对芯片重置时，只要对此引脚电平 提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间， AT89S51便能完成系统重置的各 项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址 0000H 处开始读入程序代码而执行程序。EA/VPP： “EA”为英文“External Access”的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部

28、的程序代码（存于外部 EPROM 中）来执行程序。因此在 8031 及 8032 中，EA 引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至 8751内部EPROM 时，可以利用此引脚来输入21V 的烧录高压（VPP）。ALE/PROG： ALE 是英文“Address Latch Enable”的缩写，表示地址锁存器启用信号。 AT89S52 可以利用这支引脚来触发外部的 8 位锁存器（如 74LS373） ，将端口 0 的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为 AT89S52 是以多任务的方式送出地址及数据。平

29、时在程序执行时 ALE 引脚的输出频率约是系统工作频率的 1/6，因此，可以用来驱动其它周边芯片的时基输入。此外在烧录 8751 程序代码时，此引脚 会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN： 此为“Program Store Enable”的缩写，其意为程序储存启用，当 8051 被设成 ，会送出此信号以便取得程序代码，通为读取外部程序代码工作模式时（EA=0） 常这支脚是接到 EPROM的OE脚。AT89S52 可以利用 PSEN及RD引脚分别启用存在外部的 RAM 与 EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共享 64K 的寻址范围。P0： （P0.0P0.7） ： 端口

30、 0 是一个8位宽的漏极开路（Open Drain）双向输出入端口，共有 8个位，P0.0 表示位 0，P0.1 表示位 1，依此类推。其它三个 I/O 端口（P1、P2、P3） 则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0 在当做 I/O 用时可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载。如果当 EA 引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存 储器） ，P0 就以多任务方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7） 。设 计者必须外加一锁存器将端口 0 送出的地址栓锁住成为 A0A7，再配合端口 2 所送出的 A8A15 合成一完整的 16 位地址总线，而寻址到 64K 的外部存储器 空

31、间。P1：（P1.0P1.7） ：端口 1 也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口， 其输出缓冲器可以推动 4 个 LS TTL 负载，同样地若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。 如果是使用 8052 或是 8032 的话，P1.0 又当做定时器 2 的外部脉冲输入脚，而 P1.1 可以有 T2EX 功能，可以做外部中断输入的触发脚位。P2：（P2.0P2.7） ： 端口 2 是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以推动 4 个 LS 的 TTL 负载，若将端口 2 的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使 用。P2 除了当做一般 I/O 端口使用外，

32、若是在 AT89S52 扩充外接程序存储器或 数据存储器时， 也提供地址总线的高字节 A8A15， 这个时候 P2 便不能当做 I/O 来使用了。 P3：（P3.0P3.7） ： 端口 3 也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 TTL 负载， 同时还多任务具有其它的额外特殊功能， 包括串行通信、 外部中断控制、 计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。 其引脚分配如下： P3.0：RXD，串行通信输入。 P3.1：TXD，串行通信输出。 P3.2：INT0，外部中断 0 输入。 P3.3：INT1，外部中断 1 输入。 P3.4：T0，计时计数器 0 输入。 P3.5：T1，计时计数器 1 输入。 P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。 P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。 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。 ALE/PROG：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F