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1、学号： 常 州 大 学 毕业设计（论文）（2012届）题 目 基于单片机家庭用遥控灯的设计 学 生 学 院 专 业 班 级 校内指导教师 专业技术职务 校外指导老师 专业技术职务 二一二年六月基于单片机设计家庭用遥控灯摘 要：本系统是以89C51单片机为核心设计的红外传输系统，单片机因其高可靠性和高性价比，在智能化家用电器、仪器仪表等诸多领域内得到了极为广泛的应用。当前单片机对家用电器控制呈现出外型简单化、功能多样化、性能优越化的发展趋向。红外遥控器具用使用方便、功耗低、抗干扰能力强的特点，因此它的应用前景是不可估量。本课题以延伸红外无线遥控技术为目的，采用了一种红外遥控器集中控制的方案，核心
2、是设计出一个无线红外多路遥控发射/接收系统。本设计以红外线作为传递信息的载体，可对多个受控对象的工作状态进行短距离无线控制，适用于家庭多个灯的开启或关闭遥控，也可以对一种设备的八种工作状态同步进行控制，或对2种设备的4种工作状态同时控制。关键字：单片机；红外传输系统；红外遥控The design of family remote control lamp based on Single chip microcontrollerAbstract：The system is based on 89C51 microcontroller as the core design of infrared
3、transmission systems because of its high reliability and cost-effective in the intelligent home appliances, instrumentation and many other areas. It has been used in very widely domain. The SCM appliance shows the simplistic appearance, diversification of function, the development trend of superior
4、performance in modern society. The infrared remote control apparatus which is easy to use, low power consumption and anti-jamming features, so its prospects are immeasurable.A centralized control infrared remote control program is designed base on the infrared wireless remote control technology. The
5、 core purpose is to design a wireless infrared remote control multiple transmit / receive system. The design of an infrared transmission of information as a carrier of controlled object can work many state short-range wireless control for home lights, it can be a device with many kind of synchroniza
6、tion control working state, or two kinds of equipment working with four state of simultaneous control.Keywords: MCU, Infrared transmission systems, Infrared remote control目 录摘 要IAbstractII目 录III1引言11.1研究背景11.2研究目的11.3红外通信技术概述11.3.1红外概述11.3.2 选择红外遥控的原因21.3.3红外的简单发射接收原理22系统分析32.1系统总体构成32.1.1 红外通信的基本原理
7、32.1.2 红外通信的组成32.1.3 红外发射器32.1.4红外接收器32.2 总体设计方案42.2.1 方案选择42.2.2 总体设计框图52.3 方案的可行性论证62.3.1 实用性62.3.2 经济可行性62.3.3 技术可行性62.4 小结63 硬件设计73.1单片机及其硬件电路设计73.1.1 单片机的介绍73.1.2 时钟电路及RC复位电路103.2 单片机红外发射器的电路设计113.2.1 按键电路113.2.2 红外发射电路113.3 单片机红外接收器的电路设计143.3.1 红外接收电路143.3.2 电源电路的设计163.3.3 四路LED电路164 程序设计184.1
8、红外发射模块184.1.1 发射电路主程序流程图184.1.2红外发射子程序流程图184.2红外接收模块194.2.1红外接收电路主程序流程图194.2.2红外接收电路子程序流程图204.3小结215 系统测试225.1系统功能测试225.2仿真调试235.3实物展示235.4小结24参考文献25致 谢26附 录 A27附 录 B311引言1.1研究背景近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制技术日新月益改变。传统的遥控器大多数采用了无线电遥控技术，但是随着科技的进步，红外线遥控技术的成熟，红外也成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。继彩电、录像机之后
9、，在录音机、音响设备、空凋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1。由于红外线抗干扰能力强，且不会对周围的无线电设备产生干扰电波，同时红外发射接收范围窄，安全性较高。红外遥控虽然被广泛应用，但各产商的遥控器不能相互兼容。当今市场上的红外线遥控装置一般采用专用的遥控编码及解码集成电路，由于其灵活性较低，应用范围有限。所以采用单片机进行遥控系统的应用设计，遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、功耗低、功能强、成本低、可靠性高等特点，因此采用单片机的红外遥控技术具有广阔的发展前
10、景2。1.2研究目的本设计主要研究并设计一个基于单片机的红外传输系统，并实现对四路开关的控制。控制系统主要是由52系列单片机、电源电路、红外发射电路、红外接收电路等部分组成，单片机编码发射遥控信号经红外接收处理传送给单片机，单片机根据不同的信息码控制四路LED发光二极管各个状态，并完成相应的状态指示。1.3红外通信技术概述1.3.1红外概述从光学的角度而言，红外是频率低于红色光的不可见光，的无线光谱的整个频率中占有很小一个频率段，波长为0.75-100微秒之间，其中0.75-3微秒之间的红外光称为近红外，3-30微秒之间的红外光称为中红外，30-100微秒之间的称为远红外。红外光就其性质而言很
11、简单，与普通光线的频率特性没有很大的区别，3但是，由于任何有热量的物体均有能量产生，所以红外的利用非常广泛，而且不可取代，能否检测红外、能测到多少红外或者红外检测的技术是否可以应用于任何自然的或想象的场合是红外应用技术的关键。当今红外技术的一个重要分支是红外通信技术的应用，这个应用的发展非常迅速，尤其是红外通信应用于计算机设备中，近几年的发展已经表现出其非常成熟的特性。1.3.2 选择红外遥控的原因无线遥控方式可分为无线电波式、声控式、超声波式和红外线式。由于无线电式容易对其它电视机和无线电通讯设备造成干扰，而且，系统本身的抗干扰性能也很差，误动作多，所以未能大量使用。超声波式频带较窄，易受噪
12、声干扰，系统抗干扰能力差以及声控式识别正确率低，难度大而未能大量采用。红外遥控方式是以红外线作为载体来传送控制信息的，同时随着电子技术的发展，单片机的出现，催生了数字编码方式的红外遥控系统的快速发展。另外，红外遥控具有很多的优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器易于小型化且价格低廉；采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。所以现在很多无线遥控方式都采用红外遥控方式。1.3.3红外的简单发射接收原理在发射端，输入信号
13、经放大后送入红外发射管发射，在接收端，接收管收到红外信号后，由放大器放大处理后还原成输入信号，这就是红外的简单发射接收原理。2系统分析本设计包括红外发射器和红外接收器两部分，通过远程红外遥控灯的亮灭。2.1系统总体构成2.1.1 红外通信的基本原理红外通信是利用 950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体, 即通信信道。发送端采用脉冲位置调制 (PPM)方式, 将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列, 并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去, 接收端将收到的光脉冲转换成电信号, 再经过放大、滤波处理后送给解调电路进行解调, 还原为二进制数字信号后输出。换句话说, 红外通信的实质就是对二进
14、制数字信号进行调制和解调, 以便利用红外进行传输, 红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器4。2.1.2 红外通信的组成红外通信系统采用红外光传输及无线工作机制5, 其组成结构主要包括:发射器部分: 需要传输的信号经数字化 (采样及量化) 后, 一般需要进行基带调制和传输调制, 有时还要进行信号源压缩编码, 采用所得的电信号驱动电光变换电路来完成红外脉冲发射。通信信道: 红外无线数字通信的信道泛指发射器与接收器之间的空间。由于自然光及人工光源等背景光信号的介入, 信号源以及发射/接收端设备中电学或光学噪声的影响, 红外无线数字通信在某些场合的通信质量较差, 需要采用信道编码技术。接收器部分:
15、 信道中的光信号由光接收器部分实现光电变换, 为了消除噪声以及码间干扰, 需要加入滤波和均衡等环节。来提高抗干扰能力。2.1.3 红外发射器完成信号的电光变换并向空间发射红外脉冲。红外发射器的关键部件是红外发光二极管 ( LED) 和相应的驱动电路。红外LED器件首先要满足其调制带宽大于信号的频谱宽度, 保证通信线路畅通。此外LED的发射波长应与接收器端的光电探测器 (一般选用硅光二极管) 的峰值响应率相匹配, 最大程度地抑制背景杂散光干扰, 现阶段一般选用 780 950nm的红外波段进行数字信号传输。由于红外无线通信系统的信噪比与发射器发射功率的平方成正比所以适当提高红外发射器的发射功率,
16、 并采用空间分集全息漫射片等可使发射端的光功率在空间均匀分布的措施来降低误码率, 提高通信质量。2.1.4红外接收器红外接收器包括红外光接收部分以及后续的信号采样、滤波、判决、量化、均衡和解码等。2.2 总体设计方案2.2.1 方案选择（一）单片机控制器模块采用目前比较通用的52系列单片机。此单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大，市场上比较多见价格便宜且技术比较成熟容易实现。（二）38KHz载波实现利用载波对信号进行调制从而减少信号传输过程中的光波干扰,提高数据传输效率。载波是指被调制以传输信号的波形，一般为正弦波。一般要求正弦载波的频率远远高于调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号
17、失真。可以这样理解，我们一般需要发送的数据的频率是低频的，如果按照本身的数据的频率来传输，不利于接收和同步。使用载波传输，我们可以将数据的信号加载到载波的信号上，接收方按照载波的频率来接收数据信号，有意义的信号波的波幅与无意义的信号的波幅是不同的，将这些信号提取出来就是我们需要的数据信号。方案：单片机T0定时产生38KHz载波电路原理:STC89C52RC定时器T0产生周期性的26.3us的矩形脉冲,即每隔13us，定时器T0产生中断输出一个相反的信号使输出端产生周期的38KHz脉冲信号6。计算公式如2.1所示，脉冲图如图2.1所示。 T=1/38KHz （2.1） 图2.1 38KHz载波信
18、号 对于产生38KHz脉冲信号的软、硬件电路的实现进行比较选择，软件实现经济有利于产品开发使用，加密性强，电路板元件少，经济实用，便于产品的推广。即用软件定时产生38KHz的载波信号。（三）红外解码电路的选择 方案：采用单片机软件解码根据实际情况进行选择，其外围电路简洁，空出的IO口多，利于单片机扩展多路开关电路的设计，而编程就会复杂些。2.2.2 总体设计框图 经过上述方案的分析选择，得出系统硬件由以下部分组成：红外数据发射电路，红外数据接收电路。整体设计思路为：根据扫描到不同的按键值转至相对应的ROM表读取数据。确认设备及菜单选择键后STC89C52将从ROM读取出来的值，按照数据处理要求
19、从P2.5输出控制脉冲与T0产生的38KHz的载波（周期是26.3us）进行调制，经NPN三极管对信号放大驱动红外发光管将控制信号发送出去。红外数据接收则是采用VS1838B一体化红外接收头，内部集成红外接收、数据采集、解码的功能，只要在接收端INT0检测头信号低电平的到来，就可完成对整个串行的信号进行分析得出当前控制指令的功能。然后根据所得的指令去操作相应的用电器件工作，如图2.2所示。红外传输STC89C52单片机红外发射电路四路按键红外接收电路STC89C52单片机设备控制电路图2.2 电路设计整体框图2.3 方案的可行性论证2.3.1 实用性本系统具有实时性、灵活性、稳定性、以及多功能
20、同时控制等优点，方便用户对多个设备进行控制。2.3.2 经济可行性对于有多个红外遥控家电的用户来说，可通过识别已存储在ROM中的信号，实现以现有的单一红外信号，同时对任意红外遥控家用电器进行控制，由于节约了实现控制功能的多个遥控硬件，从而减少了用户的投资。为家庭电器的使用带来意想不到的好处。2.3.3 技术可行性单片机对数据进行处理，定时器产生38KHz的载波对红外信号调制，采用一体红外接收头对红外信号放大、解码、电平转换。2.4 小结整个系统的设计要求抗干扰能力强，防止误动作；安装、操作简单，维护方便；总体成本低。 总体设计经过综合分析论证采取最优方案。系统硬件由以下几部分组成：发射模块采用
21、AT89C2051单片机作为控制核心，多个物理按键、红外发射电路、红外接收电路、电源电路。遥控编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。以PPM码（脉冲位置调制码）对红外数据调制在38KHz的载波上。接收模块采用STC89S52单片机作为控制核心。硬件电路组成:采用AV1838B小型一体化红外接收头、电源电路、四路LED电路。3 硬件设计单片机红外遥控发射器主要有单片机、控制电路、红外管发射电路以及单片机的一些电源、复位、震荡子电路组成7。单片机红外遥控接收器主要有单片机、接收电路、状态指示电路、控制电路以及单片机的一些外围电路组成。3.1单片机及其硬件电路设计3.1
22、.1 单片机的介绍STC89C52单片机STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS 8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AT89C52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。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
23、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内容被保存，振荡器被冻结8， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。主要性能1、与MCS-51单片机产品兼容； 2、8K字节在系统可编程Flash存储器； 3、1000次擦写周期； 4、全静态操作：0Hz-33MHz； 5、三级加密程序存储器； 6、32个可编程I/O口线； 7、 三个16位定时器/计数器； 8、六个中断源； 9、全双工UART串行通道； 10、低功耗空闲和
24、掉电模式； 11、掉电后中断可唤醒； 12、看门狗定时器； 13、双数据指针； 14、掉电标识符。单片机的主要组成部分 1CPU CPU是单片机的核心部分,他的作用是读入和分析每条指令,根据每条指令的功能要求，控制各个部件执行相应的操作。AT89C2051单片机内部有一个8位的CPU，它是由运算器和控制器组成。A运算器运算器主要包括算术、逻辑运算部件ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存器YMP1、YMP2、程序状态寄存器PSW、布尔处理器及十进制调整电路等。运算器主要用来实现数据的传送、数据的算术运算、逻辑运算和位变量处理等。B控制器控制器包括时钟发生器、定时控制逻辑、指令寄存器指令译码器、程
25、序计数器PC、程序地址寄存器、数据指针寄存器DPTR和堆栈指针SP等。控制器是用来统一指挥和控制计算机进行工作的部件。它的功能是从程序存储器中提取指令，送到指令寄存器，再进入指令译码器进行译码，并通过定时和控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需要的全部内部控制信息及CPU外部所需要的控制信号，如ALE、PSEN、RD、WR等，使各部分协调工作，完成指令所规定的各种操作。2存储器A程序存储器程序存储器用于存放编好的程序、表格和常数。CPU的控制器专门提供一个控制信号EA来区分内部ROM和外部ROM的公用地址区：当EA为无效电平时，单片机从片内ROM的2KB存储器取指令，而当指令超过07FFH后，
26、就自动转向片外ROM取指令；当EA为有效电平时，CPU只从片外ROM取指令。在程序存储器中，有6个单元具有特殊存储功能。0000H-0002H：是所有执行程序的入口地址，2051单片机复位后，CPU总是从0000H单元开始执行程序。0003H：外部中断0入口。000BH：定时/计数器0溢出中断入口。0013H：外部中断1入口。001BH：定时/计数器1溢出中断入口。0023H：串行口中断入口。使用时，通常在这些入口地址处存放一条绝对跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断程序起始地址，或者从0000H起始地址跳转到用户设计的初始程序上。B数据存储器片内数据存储器的8位地址共可寻址256B单元，20
27、51单片机将其分为两个区：00H-FFH的128B单元为片内RAM区，可以读、写任何数据；80H-FFH的高128B单元为专用寄存器区。在低128B的内部RAM中，前32个单元（地址为00H-1FH）为通用工作寄存器区，共分为四组（寄存器0组、1组、2组、3组），每组8个工作寄存器由R0-R7组成，共占32个 单元。选用哪一组由程序状态字PSW中的RS1、RS0这两位的设置决定，若程序并不需要四个4组工作寄存器，那么剩下的工作寄存器可作一般的存储器来使用。CPU在复位时自动选中0组20H-2FH的16个单元为位寻址区，每个单元8位，共128位。其位寻址范围为00H-7FH。位寻址区的每一位都可
28、当作软件触发器，由程序直接进行处理。程序中通常把各种程序状态标志、位控变量设在位寻址区。同样，位寻址区的RAM单元也可作为一般的数据存储器按字节单元使用。3特殊功能寄存器A累加器A累加器A是一个最常用的8位特殊功能寄存器，它既可用于存放操作数，也可用于存放运算的中间结果。大部分单操作数指令的操作数就取自累加器。用ACC表示A的符号地址。B寄存器B寄存器B是一个8位寄存器，主要用于乘法和除法的运算。乘法运算时，B中存放乘法，乘法操作后，乘积的高8位又存于B中；除法运算时，B中存放除数，出发操作后，B中又存放余数。在其他指令中，寄存器B可作为一般的寄存器使用，用于暂存数据。如图3.1所示。 图3.
29、1 89C52引脚图3.1.2 时钟电路及RC复位电路STC89C52RC芯片内部有一高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。在XTAL1、XTAL2（第19、18引脚）两端跨接一个石英晶体振荡器，和两个电容就构成了稳定自激谐振电路。晶振频率为11.0592MHz。C12，C13是两个瓷片电容，与晶振Y1构成了自激谐振电路9。其电容的作用主要是对频率进行微调，一般取20-45PF左右。使用该电路可产生稳定的11.0592MHz频率，受外界的环境的干扰影响非常小。其接法如图3.2所示。图3.2 晶振电路复位是单片机初始化操作，其主要功能是把PC初始化
30、为0000H，使单片机从0000H单元执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。本设计采用了按键手动复位方式。该复位电路如图3.3所示。复位电路采用了按键与上电复位。上电与按键均可以有效复位。上电瞬间RST引脚获得高电平，单片机复位电路随着电容的C11的充电，RST引脚的高电平逐渐下降10。RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。按键复位是直接将高电平通过电阻R11、R10分压到达RESET引脚，实现复位操作。图3.3 复位电路
31、图 3.2 单片机红外发射器的电路设计3.2.1 按键电路按键的工作原理:一个按键与一个LED灯相对应，按一次对应灯亮，再按一次对应灯灭。再设一个总开关控制所有灯的亮灭。如图3.4所示。图3.4 按键电路图3.2.2 红外发射电路(1)红外线遥控制系统的原理框图：将指令脉冲编码信号调制在载波振荡器产生的载波上（也称脉码调制），然后用这脉码调制信号去驱动红外发光二极管，以发出经过调制的红外光波。其红外遥控系统电路如图3.5所示。STC89C52(指令编码)38KHz载波驱动电路调制红外发射控制盘图3.5 红外遥控系统电路框图(2)红外编码原理： 通常，红外遥控器将遥控信号(二进制脉冲码)调制在3
32、8KHz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。二进制脉冲码的形式有多种，其中最为常用的是PWM码(脉冲宽度调制码)和PPM码(脉冲位置调制码）。前者以宽脉冲表示1，窄脉冲表示0。后者脉冲宽度一样，但是码位的宽度不一样，码位宽的代表1，码位窄的代表0。脉宽为0.56ms、间隔0.565ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.56ms、间隔1.69ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”11。如图3.6示。本课题是以PPM码（脉冲位置调制码）对红外数据的发送进行论证。图3.6 指令脉冲图遥控编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、
33、功能反码等信号组成。引导码也叫起始码，由宽度为9ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组成（不同的红外家用设备在高低电平的宽度上有一定区别），用来标志遥控编码脉冲信号的开始12。如图3.7所示。 图3.7 信号引导码图系统码也叫识别码，它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防止各遥控系统的误动作功能码也叫指令码，它代表了相应的控制功能，接收机中的可根据功能码的数值完成各种功能操作。系统反码与功能反码分别是系统码与功能码的反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差错。脉冲位置表示的“0”和“1”组成的32位二进制码前16位控制指令，控制不同的红外遥控设备。而不同的红外家
34、用电器又有不同的脉冲调控方式，后16位分别是8位的功能码和8位的功能反码13。串行数据码时序图如3.8所示。图3.8 串行数据码时序图将要发送的指令脉冲编码信号调制在38KHz的载波上，可以增加信号的抗干扰能力，提高信号传输效率。信号调制时序如3.9所示。图3.9 信号调制图(3)红外发射二极管的主要技术参数:SIR333是GaAlAs红外发射二极管，其特点是体积小、功耗低、高发射强度、高可靠性、发射角度45、SIR333管子直径5mm。广泛应用于仪器、仪表、电气设备近距离红外数据传输、电视机、空调机等家用电器红外遥控信号发射其红外发射距离为8-10米14。(4)红外数据发射电路的设计:在红外
35、数据发射过程中，软件编程将数据从P1.0将数据输出。T0定时产生38KHz载波信号。红外数据射发射电路图如3.10所示。图3.10 红外数据发射电路3.3 单片机红外接收器的电路设计硬件电路组成有: 红外接收电路、电源电路、用电器控制电路、四路LED电路。3.3.1 红外接收电路VS1838B是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，集成红外线的接收、放大、解调，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与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，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输，中心频率38.0KHz15。抗干扰能力强，低电压工作。接收器对外只有3个引脚：OUT、
36、GND、VCC与单片机接口非常方便，如图3.11所示。图3.11 VS1838B外型图(1)脚接电源（+VCC），（2）脚GND接系统的地线（0V），(3)脚接脉冲信号输出，经非门U6缓冲与P24的判断信号进行逻辑与使得进入INT0的信号恰好是红外数据发射电路输出端P25的相反相信号，只要检测到INT0信号下降沿从而测出控制指令的功能16。VS1838B内部结构框图内部电路前置放大增益控制带通滤波器解调电路控制电路GNDOUTVSS图3.12 VS1838B内部结构工作流程VS1838B接收原理红外线接收是把遥制发送的数据(已调信号)转换成一定格式的控制指令脉冲(调制信号、基带信号)，是完成红
37、外线的接收、放大、解调，还原成发射格式（高、低电位刚好相反）的脉冲信号。这些工作通常由一体化的接收头来完成，输出TTL兼容电平。最后通过解码把脉冲信号转换成数据，从而实现数据的传输17。图 3.13是一个红外线接收电路框图。四路LED放大电路调制电路红外接收STC89C52(指令译码)图3.13 红外接收及控制电路框图本课题的核心部分在于红外发射、接收功能演示。其中红线数据接收是对红外二进制脉冲的宽度进行测量，从而获得红外遥控的脉冲信息。怎样才能实时、准确地对红外二进制脉冲波形进行测量呢？采用外部中断成为了理所当然的选择，外部中断只有低电平和下降沿触发两种方式，这就使得单片机只能一次性对脉冲的
38、高电平或低电平进行测量，而一连串的脉冲是不可能分开多次测量的，因此，为了解决这一问题，本人将从接收头出来的红外二进制脉冲信号与标志位（P24）进行逻辑或非，然后再输入到INT0（P3.2）引脚，使得输入INT0的信号恰好是红外数据发射电路输出端P25的信号，只要检测到INT0信号下降沿到上升沿的这段时间。如果相邻的两个中断间隔的时间长度为1.125ms，说明接收到的是“0”；时间长度是2.25ms则为“1”。因此，脉冲电平的每一次跳变都会形成一次中断，在中断服务子程中即可实现一次性对一连串连续波形的测量，在测量后对0和1的个数据统计从而测出控制指令的功能。硬件或非门的反应速度是纳秒级的，满足实
39、时要求。红外接收电路连接图如图3.14所示。图3.14 红外接收电路图3.3.2 电源电路的设计由于本设计不需要高功率电源，所以采用USB供电足以满足要求，如图3.15所示。图3.15 电源电路3.3.3 四路LED电路四路开关电路的实现是本次设计的重点，通过四路开关的功能演示来体现本次多功能红外遥控器的设计思想，其电路图3.16所示。 图3.16 四路LED电路发射模块采用AT89C2051单片机作为控制核心，硬件电路组成:多个物理按键、红外发射电路、红外接收电路、电源电路。遥控编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。以PPM码（脉冲位置调制码）对红外数据调制在3
40、8KHz的载波上。接收模块采用STC89C52单片机作为控制核心。硬件电路组成:采用AV1838B小型一体化红外接收头、电源电路、四路LED开关电路。4 程序设计4.1红外发射模块单片机对红外遥控开关的控制括二个子系统：红外遥控器指令发射、红外遥控指令接收，二个子系统是有很强的互连性，但各个子系统的软件系统差别较大，下面将分别介绍二个子系统的软件设计。使用C语言编写程序，调用的库函数多，易于移植，编程简单。本论文的设计只给出了部分程序。4.1.1 发射电路主程序流程图主程序设计是首先是初始化键盘和红外发射端口的参数值，然后让单片机扫描检测键盘，如果有按键按下就让其相应的按键编码通过红外发射管发
41、射出去。如图4.1所示。初始化键盘、红外发射端口按键扫描红外数据发射开始 图4.1 红外发射主程序流程图4.1.2红外发射子程序流程图子程序设计是让单片机等待按键按下发送编码信号，如果检测到信号就让其按循序发射引导码、系统码、系统反码、数据码、数据反码还有结束标志位。如图4.2所示。发送引导码发送系统码Y发送系统反码发送数据码发送数据反码发送结束标志位1红外数据发送? 开始N结束 图4.2 红外发射子程序流程图4.2红外接收模块4.2.1红外接收电路主程序流程图主程序是首先初始化红外接收端口，然后检测是否接收红外信号，如果接收到红外信号就调用接收子程序，显示灯亮，如图4.3所示。初始化红外接收
42、端口调用接收子程序Y接收到红外信号？N 开始显示灯亮返回图4.3 红外接收主程序流程图4.2.2红外接收电路子程序流程图子程序是首先读取T0定时器的长度，如果是1.125ms就认为是“0”，将其存入缓冲区并且计数器加一，如果是2.25ms就认为是“1”，将其存入缓冲区并且计数器加一。如果计数器值为32时，就接收结束标志位并且将计数器清0，如果计数器值不为32时，就认为是接收误码，计数器也将清0，此时重新等待读取红外信号。如图4.4所示。进入中断读T0定时长度计数器=320缓冲区2.25ms？1.125ms？计数器加11缓冲区正确接收标志=1计数器加1计数器清0NN退出中断YYY计数器清0N 图
43、4.4 红外接收程序流程图4.3小结单片机对红外遥控的控制包括二个子系统分别是：红外遥控器指令发射、红外遥控指令接收。发射主程序设计是首先是初始化键盘和红外发射端口的参数值，然后让单片机扫描检测键盘，如果有按键按下就让其相应的按键编码通过红外发射管发射出去。接收主程序是首先初始化红外接收端口，然后检测是否接收红外信号，如果接收到红外信号就调用接收子程序。单片机控制的红外通信系统具有硬件电路简单、成本低廉、编程方便、通信可靠性高的特点, 实现了通信双方非接触式的数据传送。如将该系统运用到电表抄表系统中, 将会大大提高抄表工作的效率, 同时这种方案也可用于其它遥控、遥测应用场合。5 系统测试5.1
44、系统功能测试经过硬件和软件的设计后制作出了作品，并对作品进行了系统的测试，达到了设计要求。下面进行遥控的开关状态量进行测试，数据如表5.1，达到红外遥控功能。表5.1 遥控发射与接收的对应关系次 数按 键通电指示灯对应发光二极管状 态121212121S0S0S1S1S2S2S3S3B亮亮亮亮亮亮亮亮亮发光灭发光灭发光灭发光灭全部熄灭正常正常正常正常正常正常正常正常正常通过示波器可以测到输出波形（Ch1）与接收波形（Ch2）的关系，如图5.1所示。图5.1 发射与接收波形对应波形图5.2仿真调试首先根据电路原理图利用Proteus软件画出仿真图。打开Proteus软件，将所有需要用到的元器件添加到左侧的元器件列表DEVICE中。打开元器件库对话框，输入元器件名称，可以选择所用元器件。选完后在列表中会显示出来。按照电路图把仿真图画好，程序编译完成后双击单片机加载程序编译生成的.hex文件，加载好后点击运行。如图5.2所示。图5.2 仿真图5.3实物展示实物由两块组成分为红外发送和红外接收，供电采用的都是USB供电，红外发射端有四个按键，一个复位按键，一个LED用来显示发射端的通电状况，发射端上装有两个红外发射二极管，以防出现坏了的情况。如图5
