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1、 Wuhan Polytechnic University Industrial &Commercial College 本科毕业论文（设计）摘 要随着社会的发展，空调器在家庭中已经十分普及，与此同时，和空调器相伴的空调遥控器的品种和产量不断提高。但是一旦遥控器损坏，由于各个厂家遥控器生产的标准不同，所以不能互换，万一原来品牌不易购买，则会使得此台家用电器瘫痪。所以利用单片机设计一个通用的空调遥控器，只要这种遥控器的技术能够掌握，则其他任何家电的遥控器都能设计。系统电路主要包括接收电路、发射电路、键盘电路、显示电路以及存储电路。本设计采用51单片机作为遥控发射接收芯片，HS0038作为红外一体
2、化接收发射管。对其进行编码、显示，并由单片机控制信号存储及转发。本设计方案基于市场的需求，结合红外遥控设计简单、方便、成本低廉等特点。关键词：红外遥控；编码；解码；单片机AbstractWith the development of society, air-condition have been widespread in houses. Meanwhile, the air-condition remote controller, gets an uninterrupted enhance in category and output. However, if the remote con
3、trol is damaged, remote production standards of the various manufacturers, are not interchangeable, in case the original brand is not easy to buy, it will make this a home appliance paralysis. Therefore, the use of a single-chip design is a common air conditioning, remote control, remote technology
4、is able to master any other home appliance remote control can be designed.System circuit includes a receiver circuit, the transmitter circuit, the keyboard circuit, display circuit and memory circuit. This design uses 51 single-chip receiver chip as a remote control transmitter, HS0038 launch tube r
5、eceiver as infrared integration. Its encoding, display, and by the MCU control signals are stored and forwarded. The design is based on market demand, combined with infrared remote control is designed to be simple, convenient, low cost and so on.Key words: Infrared remote control; coding; decoding;
6、51 MCU1绪论1.1 课题设计目的及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。遥控器是由高产的发明家Robert Adler在五十年代发明的。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，实现对控制对象的远距离控制，具体来讲，就是有发射器发出红外线指令信号，有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远程控制。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
7、电器都应用了红外遥控，而空调也不例外。市场的需求促使了空调的发展。随着“智能化”的兴起，空调的功能也越来越多，越来越贴进人们生活。因此，对于空调的开发和设计依然有着较大的实用价值。遥控器都采用红外线技术，只是不同的厂家对遥控器的各个开关的编码不相同，但是每个厂家都提供有自己产品的红外遥控的编码，所以就可以利用单片机技术，将各个厂家的编码都存储到程序中，通过逐一的发射来选择哪一组编码适合这台家用电器，找到之后将这组编码确定，就完成了遥控器的设置。本课题的目的就是实现一个遥控器控制多台设备，来解决市场上普通遥控器不兼容的问题，这将给人们的生活带来极大的便捷。1.2 万能空调遥控器的发展状况遥控器的
8、实现原理，是在遥控器的内部芯片中存放了对应电器可以解析的编码,从而在使用中,可以和电器进行互相通信。智能遥控器的实现原理就是对芯片内部的存储器进行了扩展，先收集市场上可能存在的所有遥控器的编码，然后将这些编码存储在万能遥控目前，人们对各种电器产品、控制设备等提出了新的需求，其中之一表现在嵌入式系统与Internet的结合。远程监控系统是当前工业自动化应用领域研究的热点之一，基于嵌入式Internet的远程监控系统是借助成熟的计算机网络技术完成监视与控制任务，将监控范围扩展到更广空间，进一步推进了控制技术向网络化、分散化和开放化发展。智能家居的概念最早出现在美国，一般指利用先进的计算机、嵌入式系
9、统和网络通信技术，将家中的设备（如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电）通过家庭总线技术连接到一起。我国智能家居的兴起最早可追溯到1995年3月。当时，国家科委正式批准启动了国家首批重大科技产业工程项目-“2000年小康型城乡住宅科技产业工程”，其中便包含了数字家庭的内容。近年来，智能家居产业发展迅速。但是，可能因为智能家居的不同技术标准目前难以统一，尤其在标准化接口和通讯协议（协议问题，即诸多家电和网络能够彼此相容）等方面，为智能家居的迅速普及带来了很大的障碍。只有科学地、有预见性地处理好这些问题，才能更好、更快地启动智能家居市场，真正实现使人类的生活更简单，更安全，更舒适和更高效的目的。
10、遥控器是智能家居的控制终端。所以，对智能遥控器的研究是智能家居领域的热点，特别是与我们的生活息息相关的空调遥控器。器内部的芯片里，对这些编码根据电器的型号进行编号（也就是代码表），在实际使用时，根据电器的型号从代码表里找到编号，按照使用要求输入编号，就可以使用了。 智能遥控器基于嵌入式系统，具有强大的可扩展性和可编程性，可以通过增加简单的外围设备和软件编程灵活的支持其他功能万能遥控器包括三个子系统：接收子系统、发送子系统和核心子系统接收子系统包括光电转换、信号放大、高速采样以及数据分析等模块，发送子系统包括遥控发送、发送保持和电光转换模块，核心子系统包括中央处理、键盘控制、LCD显示以及存储等
11、模块。2课题的方案设计与论证2.1任务要求本设计要求实现一种万能空调遥控器的设计，主要内容包括：(1)制作一个受单片机控制的红外发送器 (2)搜集不同厂家遥控编码的方法(3)利用单片机的存储器来存放各个厂家的红外码，然后选择发送和搜索的算法，来寻找和确定相应的编码。2.2总体方案介绍 红外遥控器的核心元器件是编码芯片，将需要实现的操作指令事先编码，设备接收后解码再控制有关部件执行相应的动作。解码是通过载波输出的，即所有的脉冲信号均调制在载波上，载波频率通常为38KHZ。在发送端，载波利用电信号驱动红外发光二极管，将电信号变成光信号发射出去，发射的是红外光，波长范围在840nm到960nm之间。
12、在接收端，通过光电二极管将红外光信号转换成电信号，经放大、整形、解调等步骤，最后还原成原来的脉冲编码信号，并根据遥控指令完成相应的动作。 根据课题要求初步制定了实现万能空调遥控器功能的基本思路。此系统主要分为6大模块：单片机控制模块、红外接收模块、红外发送模块、键盘模块、存储模块、显示模块。其中的主要模块是单片机控制模块，键盘的扫描，液晶的显示，红外遥控信号的接收、发射都是由单片的程序来控制。系统原理框图如图1所示： MCU控制模块键盘模块显示模块存储模块红外发射模块红外接收模块图12.3方案论证2.3.1 MCU控制模块选择方案1：AT89C51等类似的单片机我们很熟悉，但此类单片机往往由于
13、工作频率低，内部存储器容量过小而难以满足本系统的要求。方案2：使用基于STC单片机，不如STC89C52单片机，它是一种低功耗、高性能、采用COMS工艺的8位微处理器，与工业标准型80C51单片机的指令系统和引脚完全兼容。片内8K Flash存储器可在线重新编程，而且单片机的机器周期可us级，则其计时精度为us级，完全可以满足系统测量的要求，并且成本低，加密性好，抗干扰强。终上所述，选择方案2.2.3.2 红外接收模块选择方案1：采用红外接收二极管加专用的红外处理电路。由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要加高增益放大电路。此种电路结构较复杂，一般不采用
14、。方案2：采用一体化红外接收头。红外一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等一体的模块，不需要任何外接元件，就能完成从红外接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合各种红外线遥控和红外线数据传输。这钟红外接收电路不仅简单而且更加可靠。终上所述，选择方案2，本系统使用的红外接收头的型号是常用的HS0038，即其载波频率是38KHZ。2.3.3 显示模块选择 方案1：采用数码管（LED）显示。数码管价钱较便宜，对环境因素要求低，显示明亮，采用BCD编码显示数字，程序编译相对容易，资源占用少。但同时它的显示内容有限，只能显示简单的数字和字母，并且耗能
15、高。方案2：采用液晶（LCD）显示。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小，耗电量低，无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强和显示形式灵活等优点。只是编程工作量较大，控制其占用资源较多，但在本系统中对控制器的资源使用中完全可以使用。终上所述，选用方案2。2.3.4 键盘模块选择 方案1：采用独立式键盘。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，每个独立式按键单独占用一根I/O口线，在按键较多时，I/O口线浪费较大。故在按键数量少时，采用这种按键电路。方案2：使用矩阵键盘管理专用芯片，比如HD7279。占用比较少的资源就能管理一个按键数比较多的键盘
16、，集成了硬件消抖功能，提高了程序的执行功效，但是增加硬件成本和仪器的功耗。方案3：行列式键盘，用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行、列线交点处，行、列线分别连接到按键开关的两端。在按键较多时，可以节省I/O口线。终上所述，选用方案3。2.4硬件电路设计2.4.1 MCU控制电路（1）单片机引脚功能 STC89C52采用40PIN封装的双列直插DIP结构。40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线和P3口线复用。STC89C52的引脚图如图2所示，其引脚功能如下：图2 STC89C52引脚图1 Pin20：接地脚。2 Pin40：正电源脚，
17、工作时，接+5V电源。3 Pin19：时钟XTAL1脚，片内震荡电路的输入端。4 Pin18：时钟XTAL2脚，片内震荡电路的输出端。5 STC89C52的时钟有两种方式，一种是片内时钟震荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体（2-12MHZ）和震荡电容，震荡电容的值一般取10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。6 输入输出（I/O）引脚：Pin39Pin32为P0.0P0.7输入输出脚。Pin1Pin8为P1.0P1.7输入输出脚。Pin21Pin28为P2.0P2.7输入输出脚。7 Pin9：RESET/Vpd复位信号复用脚，当STC89
18、C52通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。STC89C52的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。8 Pin30：ALE当访问外部程序存储器时，ALE（地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6的时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当做一个时钟向外输出。如果单片机是EPROM,在编程期间，将用于输入编程脉冲。9 Pin29：当访问外部程序存储器时，此脚输出负
19、脉冲选通信号，PC的16位地址数据出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。10Pin31：EA/Vpp的程序存储器的内外选通线，STC89C52单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小。（2）单片机控制电路如图3所示：2.4.2 红外发射电路及其编码 （1）红外发射电路 红外光是电磁波的一种，其频率高于微波而低于可见光，是一种人的肉眼看不到的光线。红外线的波长较短，更适合用于短距离控制系统中。红外光可以通过红外发光二极管（LE
20、D）获得，红外发光二极管是一种由PN结构成的注入电流型发光器件，在加上合适的正向偏置电压后，就可以发出一定波长的近红外光。发射电路如图4所示。目前大量使用的红外发光二级管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通5发光二极管相同，只是颜色不同。发光二极管有交流电流、直流电流和脉冲电流等驱动方式。交流驱动方式主要用于红外测量、检测以及较简单的红外光通信中。而直流电流驱动方式的红外光电二极管功率较小、功耗较大、抗干扰能力也很差。为了提高红外遥控系统的工作距离，而又不使红外发光管过载，故选用脉冲电流驱动方式，红外遥控系统的工作有效作用距离取决于发光二极管辐射的峰值功率，而峰值功率是由驱动发光二级管
21、的电路峰值所决定的。在相同的平均电流下，脉冲宽度越窄，峰值功率越大，传输的速度就越快，发光的效率也就越高，遥控的有效距离也就越远。这种发射方式也大大提高了系统的抗干扰能力。脉冲电流驱动发射方式示意图所图5所示。 图4 红外发射电路图 图5 脉冲电流驱动发射方式 （2）红外遥控编码 红外遥控信号是一连串的二进制脉冲码。为了使其在无线传输过程中免受其他红外信号的干扰，通常都是先将其调制在特定的载波频率上，然后再经红外发射二极管发射出去，成为调制。本设计红外遥控信号采用自定义编码方式。因HS0038的红外接收频率为38KHZ，所以载波信号采用38KHZ矩形波，周t=26us,载波信号由单片机产生。“
22、1”用低电平的宽度为26ms相当于10个38KHZ脉冲宽度和高电平26ms相当于10个38KHZ脉冲宽度表示；“0” 用低电平的宽度为52ms相当于20个38KHZ脉冲宽度和高电平26ms相当于10个38KHZ脉冲宽度表示。这样发射时，只需将发射的“1”或“0”与38KHZ载波信号调制即可。如图6所示。图6 “1”、“0”的表示二进制信号的调制如图7所示： 图7 二进制信号的调制 帧结构的定义：引导码用户码控制码截止码。 在发送字节的开始先通过单片机发送8位数据（字节高位在前，低位在后），高四位表示用户码，第四位表示控制码，最后发送10个脉冲的低电平作为传输结束。图7为红外遥控数据帧格式。用户
23、码是对每个接收系统的标识，通过用户码的检验，每个遥控器按键只能被其中一个接收器识别，从而可能告知相应空调，有效地防止多个空调之间的串扰。由于有4位用户码，所以系统理论上可以控制16个空调。2.4.3 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、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，外观如图8所示。HS0038 黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏障，功耗低，灵敏度高。三个管脚分别是地、+5V电源、解调信号输出端。图8 HS0038 外观图
24、当无遥控信号输入时，HS0038输出端保持高电平，有信号时输出为低电平脉冲，故接收时一个码由一个低电平后跟一个高电平构成。本系统红外遥控接收电路如图9所示。将其输出端接入单片机外部中断0的INT0脚。图10红外接收电路2.4.4存储电路 遥控器在学习完某个遥控器的代码后得把改代码存储起来，由于单片机内部的数据存储器RAM所能存储的数据有限，所以就需要合适大小的外存储器来存储所学习到的代码。这里采用常用的存储芯片AT24C02。AT24C02是由ATMEL公司提供的，I2C总线串行EEPROM，其容量为1KB，工作电压在1.8V5.5V之间，生产工艺是CMOS工艺，具有工作电压宽（2.5V5.5
25、V）、擦写次数多（大于1000次）、写入速度快、抗干扰能力强、数据不易丢失、体积小等特点。其引脚图和时序图分别如图11、图12所示。图11 AT24C02引脚图图12 AT24C02时序图引脚功能介绍如下：A0(引脚1)：器件地址的A0位。A1(引脚2)：器件地址的A1位。A2(引脚3)：器件地址的A2位。GND(引脚4)：地线。SDA(引脚5)：数据总线引脚。SCL(引脚6)：时钟总线引脚。TEST(引脚7)：测试引脚。Vcc(引脚1)：电源线引脚。AT24CXX系统的器件地址是A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 R/W,其中最低位R/W除外，其余都是地址位，共有7位，其中低3位A2
26、A1 A0由引脚连接决定，高4位A6 A5 A4 A3已经由厂家给出为1010。R/W决定数据传输的方向，当R/W=1时，是从存储器读出数据，当R/W=0时，是向存储器写入数据。AT24C02内有256字节存储单元，片内地址使用一字节（8位）地址寻址就可以满足要求。地址范围是00H-FFH。存储电路原理图如图13所示：图13 存储电路图2.4.5 键盘和显示电路（1）键盘电路 6*6键盘电路模块见图14所示。键盘的实现方法是给所用的列线I/O口线均置成低电平，然后将行线电平状态读入到单片机中，如果有键按下，就会有一根行线电平被拉置低电平，根据此原理就可以检测到是哪个键按下。键盘的接口与单片机的
27、P1、P3口相接。图14 键盘电路 （2）显示电路显示部分采用了1602型LCD显示模块。1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7和RS,R/W,EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能。1602型LCD的接口信号说明如表1所示：表1 1602型LCD的接口管脚信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15B
28、LA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm显示电路的电路图如图15所示。显示电路中的10针接口与单片机的P1口高位相连，6针的接口与单片机的P2口的高位相连。图15 显示电路2.5 系统软件设计万能遥控器的设计性能及实现与其软件设计编写有着密切的关系，在设计中采用内部定时器对信号高低电平计时的方法来采集数据并保存。系统软件首先对定时器设置和初始化液晶显示，在主循环中检测按键，假如有键按下时，此时要继续按下编号为36的某个键，然后可以用红外遥控器对准接收头按下遥控器需要学习的键，将学到的红外信号绑定到该编号键，并将学习到的红外解码数据存到EEPROM中。在主循环中检测到编号36的按键，则进入发送模式。根据按键的编号找到相应EEPROM中的地址，读出红外数据，并将此数据调制经红外发射头发射出去。软件流程图如图16所示：开始初始化设置有学习键按下检测编号键保存键值检测学习红外信号解码并保存到存储器返回检测编号键从存储器读取数据将数据进行红外调制发射返回图16 主程序流程图
