毕业设计（论文）简易无线遥控装置的设计

毕业设计(论文)任务书学生姓名专业班级指导教师工作单位设计(论文)题目: 简易无线遥控装置的设计设计（论文）主要内容： 设计一种基于单片机的遥控装置。该系统以单片机为控制核心，完成单片机外围扩展电路及遥控接口电路的设计，绘制原理图；完成系统软件和驱动软件的编程，实现遥控开关的任务。要求完成的主要任务及其时间安排:第12周 毕业实习。进行项目相关调研，了解项目背景和研究现状，完成实习报告； 第3周 确定研究方案，完成开题报告，要求查阅不少于10篇的相关资料，其中英文文献不少于2篇； 第48周 完成系统结构及电路设计，绘制电路图；第912周 修改、调试电路，编写软件；第1314周 撰写毕业设计论文；第15周 答辩。必读参考资料：1】李群芳.单片微型计算机原理及应用.电子工业出版社. 2008.2】何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北航出版社，2005 3】Atmel Corporation.Information of AT89S52 Z，American Atmel Corporation，2001指导教师签名： 教研室主任签名： 盖章毕业设计(论文)开题报告题目简易无线遥控装置的设计1目的及意义（含国内外的研究现状分析）： 无线电遥控技术的诞生，起源于无线电通讯技术，最初的构想是无线电电报技术的建立，真空电子管的发明使得无线电技术的应用和普及很快应用到民用和军用等各个领域。 第一、二次世界大战时，无线电遥控技术应用到极至。后来随着晶体管的发明和集成电路的诞生，无线电遥控技术达到了更加完善的程度，现如今我们所知道的导弹、卫星、航天飞机等高科技技术都是与无线电遥控技术分不开的，然而它不仅仅是军事领域的成员。我们的日常生活可以说离不开无线电遥控，比如：人们坐在家中手执遥控器便可以随意地将电视机、照明灯、电脑等家用电器打开；足不出户便可以开启私家车库等。现在民用遥控装置领域的拓展大大的改善了人们生活质量和品质，也使一些不可能变成了可能。 在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。由于无线电波是由发射点向四面八方传播，可以穿过阻挡物，而且可以传播到很远的距离，因此它的控制可以在很大区域和空间内实现，成为遥控的主要方式，在国防军事生产建设和日常生活中有极广泛的应用。红外技术出现比较早，成本低，价格也具有优势，红外遥控具有以下优点：控制内容多，抗干扰能力比较强，不会发生任何误动作；响应速度快，不会对其他电器产生干扰从而影响用户使用；体积小，成本低，功耗小，与其他方式比可以降低功耗90%。但是它的缺点也很明显，在使用中需要保证遥控发射器和遥控接收设备处于一定的角度范围，中间不能有任何物品，否则就会阻挡红外线的传输，因为红外线不能穿越砖瓦水泥砌筑的墙体，这在日常生活中经常会造成不便，之外红外线方式也容易受到外界干扰。超声波遥控方式中的超声传感器频带窄，能携带的信息量少，易于受干扰而引起误动作，同时该种方式作用距离短，通用性强可以互换因而不适合在灯具遥控中运用。 无线遥控方式多种多样，可以根据不同的应用需要采用适宜的方式。各种遥控方式的不同，主要在于信息的编码处理方式和信息的传输方式。所传信息的形式以及信息量的大小决定采用何种信息编码和处理方式，而信息传递的距离决定采用何种传输方式。 本课题将设计一款由单片机AT89C51编程实现的遥控开关，这款遥控开关主要用于控制家用电器。2基本内容和技术方案： （1）、基本内容设计一种基于单片机的遥控装置。该系统以单片机为控制核心，完成单片机外围扩展电路及遥控接口电路的设计，绘制原理图；完成系统软件和驱动软件的编程，实现遥控开关的任务。 （2）、技术方案 要实现遥控控制，其方法很多。比如：无线遥控，红外线遥控，高频无线遥控等。现在，介绍两种技术方案并作简单对比，选择其中较理想的方案作为设计方案。方案一：无线遥控无线遥控由发射机和遥控接收机两大部分组成。图1（a）所示为无线遥控发射机示意图。图1（b）所示为无线遥控接收机示意图。 在该方案中由于发射机较多使用LC振荡器，其频率漂移较为严重；接收机可使用超再生电路，其成本低，功耗小，灵敏度可调。但是，超再生电路的工作稳定性比较差，选择性差，从而降低了抗干扰能力。 方案二：采用AT89C51实现的红外遥控通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编解码专用集成芯片来进行控制操作，如图2所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。 图2 红外遥控系统框图 遥控开关是在通用红外遥控系统的基础上加以改进实现的。其实质就是将红外遥控接收部分采用单片机AT89C51来控制。 在该方案中采用单片机为控制芯片，能使硬件电路简单化，而红外遥控方式不仅体积小，成本低，与其他方式比可以降低功耗90%，另外，其控制内容多，抗干扰能力比较强。与方案一中的无线遥控方式相比会略胜一筹 ，因此可选择方案二作为设计方案。 3进度安排： 第12周 毕业实习。进行项目相关调研，了解项目背景和研究现状，完成实习报告； 第3周 确定研究方案，完成开题报告，要求查阅不少于10篇的相关资料，其中英文文献 不少于2篇； 第48周 完成系统结构及电路设计，绘制电路图； 第912周 修改、调试电路，编写软件； 第1314周 撰写毕业设计论文； 第15周 答辩。4 指导老师意见： 指导教师签名： 年 月 日郑 重 声 明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 本人签名： 日期： 目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 无线遥控技术现状11.2 无线电遥控原理和特点11.3 课题研究的目的及意义22 方案设计32.1 设计方案论证32.2 系统设计思想42.2.1系统构成框图42.2.2 器件选择42.3 基本功能设计52.3.1 控制电器开启/关闭52.3.2 显示状态52.3.3 按键功能设置52.3.4 定时设置53 系统硬件电路设计63.1 系统硬件的组成63.2 红外遥控装置发射器的设计63.2.1 M50462AP的功能特点及内部结构73.2.2 红外遥控装置发射器的发射过程83.3 红外遥控装置接收系统的设计113.3.1 红外遥控接收头SM0038123.3.2 单片机AT89C51性能及工作原理123.3.3 接收系统143.3.4 继电器153.3.5 报警器153.3.6 LED显示器154 系统软件设计184.1 系统软件的构成184.2 软件流程框图185 红外遥控装置的工作过程及调试215.1 红外遥控装置的工作过程215.2 红外遥控装置的调试过程215.2.1 红外信号的测试215.2.2 硬件及软件综合调试225.2.3 调试心得226 总结与展望23参考文献24附录25（1）遥控装置接收系统PCB板25（2）程序清单25致谢32摘 要 无线电遥控技术的诞生，起源于无线电通讯技术，最初的构想是无线电电报技术的建立，真空电子管的发明使得无线电技术的应用和普及很快应用到民用和军用等各个领域。随着晶体管的发明和集成电路的诞生，无线电遥控技术达到了更加完善的程度，现如今我们所知道的导弹、卫星、航天飞机等高科技技术都是与无线电遥控技术分不开的，它也不仅是军事领域的成员，我们的日常生活可以说是已经离不开了无线电遥控，如：遥控监视、报警、遥控电视、遥控玩具等等。现在民用遥控装置领域的拓展大大的改善了人们生活质量和品质，也使一些不可能变成了可能。家用电器中的遥控装置应用极多。本文设计的无线遥控装置就是其中应用之一的小小应用，主要是以单片机AT89C51作为主控芯片，利用红外线遥控发射、接收的工作原理以及单片机外部中断的原理而制作的一款遥控装置，这款遥控装置主要用于控制家用电器。其中发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。另外，本设计利用汇编语言，完成了软件系统的编程，能够实现定时设置、显示状态和风速换挡等功能。此设计硬件电路简单，控制内容多，功耗小，抗干扰能力比较强。关键词： 遥控；红外线；单片机；接收；硬件；ABSTRACT The wireless controls from a distance to control the technical emerge,originating the radio communication technique,the first speculation is a technical establishment of the wireless telegram,the application that the invention that the vacuum electronic tube make the infinite electricity technical and make widely available very quick applied at public wait the each realm with for use by the military . At the first,World War II,the wireless controls from a distance to apply to the pole to go to.Afterwards along with the invention of the transistor and the emergence of the integrated circuit,the wireless controls from a distance the technique to come to a the more perfect degree,now we know that high-tech technique to guided missile,space shuttle.etc.so all make use of the technical crystallize of the wireless remote control,our daily life can say to have already cant leave the wireless to control from distance,such as:control from a distance the surveillance,report to the police,control from a distance the television and control from a distance the toy etc.Now,it is public to control from a distance to equip the realm to expand the life of make the people to acquire the convenience,also making the impossibly became possible.The wireless control from a distance equip that I design is among them applied of small application.Mainly design is to making use of single chip computer and infrared ray to transmit and receive.Its a remote control switch.This switch is mainly to control family electrical equipment.The part of transmit concludes matrix keyboard,encode modulate.LED equipment of transmit by infrared ray;The part of receive concludes the transform and enlarge equipment of light and electricity, demodulation and divide code circuit.The hardware circuit of this design is easy and it can control a lot of content,the power of resisting interference is very strong.Key words: control from a distance； infrared ray； single chip computer； receive; hardware;I1 绪论1.1 无线遥控技术现状 无线遥控，即是在控制端把控制指令以某种编码方式形成易于传输的信号，通过无线传输，在受控端经解码等处理形成相应的控制操作。无线控制方式多种多样，可以根据不同的应用需要采用适宜的方式。各种遥控方式的不同，主要在于信息的编码处理方式和信息的传输方式。所传信息的形式以及信息量的大小决定采用何种信息编码和处理方式，而信息传送的距离决定采用何种传输方式。1 在编码方式上，目前在简单信息的遥控中常采用的是DTMF方式。这种方式具有实现简单、可靠性高的优点。对于复杂以及大量信息的遥控，可以采用相应的信号处理方式，经过适当的信源信道编码以及数字调制等处理来生成易于传输的信号。对于这些编码处理方式，可以根据系统功能需要进行灵活选择。1 在传输方式上，对于近距离遥控，可以采用基带传输。对于远距离遥控，需要选择适当的调制方式，进行频带传输。目前常用的调制方式有幅度调制，频率调制和相位调制三种。对于不同形式的基带信号，又可以分为模拟调制和数字调制。对于各种调制方式的选择，可以根据基带信号的形式，传输的带宽限制等因素决定。1 对于无线遥控技术，当前基本上通过以下几种方式实现：红外线遥控方式，无线电遥控方式，超声波遥控方式和声音遥控方式。红外技术出现比较早，成本低，价格也具有优势。红外遥控具有以下优点：控制内容多，抗干扰能力强，不会发生任何误动作；响应速度快，不会对其他电器产生干扰从而影响用户使用；体积小，成本低，功耗小，与其他方式比可以降低功耗90%.但是它的缺点也很明显，在使用中需要保证遥控发射器和遥控接收设备处于一定的角度范围，中间不能有任何物品，否则就会阻挡红外线的传输，因为红外线不能穿越砖瓦水泥砌筑的墙体，这在日常使用中经常会造成不便，毕竟用户不希望只能在一定的角度范围内才能对对象进行操作，之外红外线方式也容易受到外界干扰。超声波遥控方式中的超声传感器频带窄，能携带的信息量少，易于受干扰而引起误动作，同时该种方式作用距离短，通用性强可以互换因而不适合在灯具遥控中使用，声音遥控方式通用性强，作用距离短，声音携带的信息量少，易受干扰而引起误动，它适合于像声控电灯开关的场合。无线电作为新一代的信息传递方式，具有绕射和穿透特性，只要在有效工作范围之内，无线设备就可以不受角度，方向和障碍物的限制而自由使用。并且采用特定的编码解码技术可以防止无线电波的互相干扰，抗干扰能力强。11.2 无线电遥控原理和特点调制发射效率高且抗干扰性强，用音频信号去调制高频发射波的幅度和频率，使高频电波幅度和信号随之变化，这就是调制。调频发射：就是用一定频率的音频信号去调制高频发射波的频率，使得高频发射频率随着音频信号产生相应的频率偏移。因为调频发射发送的是高频等幅波（高频全功率发射),充分利用了高频发射功率，所以在高频发射机的高频发射功率相同的情况下，控制距离比调幅波远得多。另外，调频波的抗干扰性能也远远高于调幅波，缺点是调频接收电路相对调幅接收电路来说比较复杂。 如果用于调制的音频不是固定频率，而是直接用人的话音频率去调制高频发射波，那就是无线电对讲机了，发送接收的基本道理都一样。但由于发射功率过大会干扰和影响其他电子设备的正常工作（飞机上不允许乘客使用手机，就是怕手机的高频发射电波会干扰驾驶舱电子仪器的正常运行而产生事故），所以每个国家都有专门的无线电管理委员会进行监督管理，对在不同场合、不同工作性质下使用的无线电波发射功率、发射频率均有严格的限制和规定。对于业余无线电爱好者，开辟有专门的业余波段提供使用。据息：2008奥运委员会发布了在2008年奥运会期间将对无线频带实行限制频率段的规定，为保证奥运会通信的要求北京市已经制定了相应的规定。设计无线遥控系统时要注意：遥控有效距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率。但由于上述发射功率、工作频率受到各种限制，一般可以从提高灵敏度、改善接收电路的抗干扰性能等方面入手去改进接收电路。1.3 课题研究的目的及意义无线电遥控技术发展只有几十年的历史：本世纪20年代，才刚刚出现无线电遥控的雏形。那时，人们试图将遥控技术应用于无人驾驶飞机和舰船上，但由于技术不够完善而未能成功。二次世界大战以后，无线电遥控技术发展迅速，并逐渐在军事、国防、工农业生产以及科学技术等方面得到广泛的应用。到现今，随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有了日异月新的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件，集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。本课题设计的无线遥控装置主要是以单片机AT89C51作为主控芯片，利用红外线遥控发射、接收的工作原理以及单片机外部中断的原理而制作的一款遥控开关，这款遥控开关主要用于控制家用电器，它具有遥控开启和关闭多种家用电器，并具有显示状态的功能。其中发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。此设计硬件电路简单，控制内容多，功耗小，抗干扰能力比较强。2 方案设计2.1 设计方案论证 要实现遥控控制，其方法很多。比如：无线遥控，红外线遥控，高频无线遥控等。现在，介绍两种技术方案并作简单对比，选择其中较理想的方案作为设计方案。方案一：无线遥控无线遥控由发射机和遥控接收机两大部分组成。图1.1（a）所示为无线遥控发射机示意图。图1.1（b）所示为无线遥控接收机示意图。 图1.1 无线遥控系统框图 在该方案中由于发射机较多使用LC振荡器，其频率漂移较为严重；接收机可使用超再生电路，其成本低，功耗小，灵敏度可调。但是，超再生电路的工作稳定性比较差，选择性差，从而降低了抗干扰能力。 方案二：采用AT89C51实现的红外遥控通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编解码专用集成芯片来进行控制操作，如图1.2所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括红外接收、单片机AT89C51、显示器。图1.2 红外遥控装置系统框图遥控开关是在通用红外遥控系统的基础上加以改进实现的。其实质就是将红外遥控接收部分采用单片机AT89C51来控制。即当一体化红外接收器接收到红外遥控信号后，将光信号转变成电信号，经放大、解调、滤波后，将原编码信号送入单片机AT89C51中进行信号识别、解码，然后进行相应处理。在该方案中采用单片机为控制芯片，能使硬件电路简单化，而红外遥控方式不仅体积小，成本低，与其他方式比可以降低功耗90%，另外，其控制内容多，抗干扰能力比较强。与方案一中的无线遥控方式相比会略胜一筹 ，因此可选择方案二作为设计方案。 2.2 系统设计思想 本系统采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件，利用红外线遥控发射、接收的工作原理以及单片机外部中断的原理而制作的一款遥控开关。2.2.1系统构成框图矩阵键盘M50462AP晶振红外发光二极管(a) 红外遥控装置发射器框图遥控接收头AT89C51显示器复位晶振继电器 （b) 红外遥控装置的接收系统框图 图2.1 红外遥控装置系统框图2.2.2 器件选择本系统在设计过程中主要选择了以下一些器件： 单片机：AT89C51。 遥控发射器：采用M50462AP芯片。 红外遥控接收器。 继电器。 显示器件：7段共阳LED显示器、发光二极管。 PNP型三极管。 蜂鸣器。2.3 基本功能设计2.3.1 控制电器开启/关闭在此红外遥控装置设计中，采用单片机控制家用电器的开启/关闭，以实现遥控开关的功能。2.3.2 显示状态 在此设计中，单片机外接了一位LED显示器，用于显示受控电器的状态。例如：当家用电风扇调速器的第一挡开关闭合，则应在LED显示器上显示数字1，表示电风扇开启第一挡。2.3.3 按键功能设置 在此设计中，在遥控发射器上共定义了6个功能键，即：数字键15和音量递增键。其中数字键15用于控制电风扇的5个挡位。音量递增键用于控制定时。2.3.4 定时设置 在红外遥控装置中，把遥控发射器上的一个功能键设置成为定时控制键。一共设定了3种时间，即：15分钟；30分钟；45分钟，操作时只需手执遥控器，直接按音量递增键即可。具体定义如下：（VD1，VD2，VD3由P0口控制） 按下第一次：表示定时15分钟，VD1点亮； 按下第二次：表示定时30分钟，VD2点亮； 按下第三次：表示定时45分钟，VD3点亮； 按下第四次：表示定时取消，VD1，VD2和VD3全灭；之后又可以重复以上过程。通过以上基本功能的设计，可以实现遥控开关的任务，即当接通电源后，手执遥控器，例如按下红外遥控装置发射器上的数字键“1”则在红外遥控装置的接收系统中数码管上将会显示数字“1”，表示此时电风扇的第“1”挡开关接通，即此时为一挡风，若需电风扇为第“3”挡风，则只需按下遥控装置发射器上的数字键“3”即可。当风扇启动后，还可以按下遥控器上的音量控制键，以控制风扇的开启时间，不同的按键次数表示不同的定时时间，当定时时间到后则风扇自动关闭。3 系统硬件电路设计3.1 系统硬件的组成 系统硬件电路由两个部分组成：红外遥控装置的发射器和红外遥控装置的接收系统。（1） 红外遥控装置发射器包括： 矩阵键盘。 指令编码器（采用M50462芯片）。 红外发射二极管LED。（2）红外遥控装置的接收系统包括： 红外遥控接收头。 单片机AT89C51。 继电器。 LED显示器。 蜂鸣器。3.2 红外遥控装置发射器的设计红外遥控装置发射器包含键盘，指令编码器(M50462AP)和红外发光二极管LED等部分组成，其组成框图如图2.1（a）所示，电路原理图如图3.1所示。图3.1 红外遥控装置发射器电路图 当按下键盘的不同按键时，通过编码器产生与之相应的特定的二进制脉冲编码信号。将此二进制脉冲编码信号先调制在38KHZ的载波上，经放大后，激发红外发光二极管LED转变成以波长940nm的红外线光传播出去。3.2.1 M50462AP的功能特点及内部结构M50462AP是一个指令编码器，是组成遥控信号发射器的专用集成电路，它为24脚直插式塑封结构，内部由振荡器、时钟信号发生器、键位扫描信号发生器、键位编码器、遥控指令编码器、用户码转型器、码元调制器和输出缓冲器等组成。其引脚图和引脚功能表分别如图3.2和表3-1：图3.2 M50462AP的引脚图表3-1 M50462AP的引脚功能表引脚号符号功能引脚号符号功能1VSS接地13I1键位扫描信号输入2OSCIN振荡器输入14I2键位扫描信号输入3OSCOUT振荡器输出15I3键位扫描信号输入4码调制器输出16I4键位扫描信号输入5A键位扫描信号输出17I5键位扫描信号输入6B键位扫描信号输出18I6键位扫描信号输入7C键位扫描信号输出19I7键位扫描信号输入8D键位扫描信号输出20I8键位扫描信号输入9E键位扫描信号输出21用户码转换输入10F键位扫描信号输出22用户码转换输入11G键位扫描信号输出23遥控信号输出12H键位扫描信号输出24VDD接电源（1）M50462AP的技术特点： CMOS硅栅工艺制造。 无键按下时，振荡器停止工作，因此电源功率损耗低，其值在电源电压为3V时，功率损耗为3uW。 单一电源，工作电压范围宽，其电压值为25.5V。 有供发射指示灯用的输出端。 24脚双列直插式塑料封装。 配套使用型号为CX20106A。 （2）M50462AP的功能特点M50462AP集成电路用来产生遥控编码脉冲(即遥控指令)，输出各种红外遥控信号，供遥控操作使用。其逻辑框图如图3.3。时钟信号发生器指令编码器键盘输入编码器扫描信号发生器振荡器用户码转换器脉码调制器输出缓冲器5 6 7 8 9 10 11 122 3232221412413 20图3.3 M50462AP的逻辑框图该IC具有3种功能： 产生定时信号和遥控载波信号的振荡器。 产生8种不同时间出现的键位扫描脉冲发生器。 将键位码变换 (码值变换)成遥控指令功能码的遥控指令编码器。其中定时信号作为键位扫描信号发生器、键位编码器和指令编码器的定时脉冲信号，同时为调制载频脉冲信号。在定时脉冲信号作用下，键位扫描脉冲信号发生器产生8种扫描脉冲，由键位扫描信号发生器输出端（512脚）输出，轮流地对键盘矩阵进行扫描。键盘矩阵输出的信号送至键位编码器输入端（1320脚）。当按下某一个键时，键位编码器识别按下的键位后，将该键位的地址码送往指令编码器进行码值转换，得到功能指令码。键位扫描信号输出端和键位扫描信号输入端构成88键盘矩阵。按单键可实现64种遥控功能，按双键可实现12种遥控功能。如果同时按下没有被设为双重键的键，则不发送遥控信号。3.2.2 红外遥控装置发射器的发射过程 在图3.1所示的红外遥控装置发射器的电路图中，M50462AP内部振荡电路与2、3脚外接的陶瓷谐振器或LC网络电路组成振荡器。产生频率为455KHZ的振荡信号，由时钟电路进行12分频得到38KHZ的载波信号。一路送至定时信号发生器，以形成时钟脉冲，使整个系统按照统一的时序进行工作；另一路则送码元调制器控制指令的载波。控制指令码对38KHZ载波进行脉冲幅度调制以降低平均发射功率，以脉冲调幅后的指令码送至红外激励管VT基极。5、6、7、8和12脚为键位扫描信号输出线与13-20脚键位扫描信号输入线组成键盘矩阵，以产生各种键功能信号。 工作时，5、6、7、8和12脚输出时序不同的键扫描脉冲，经过键盘矩阵适当选通后回送到13-20脚。M50462AP则根据13-20脚接收到的不同的键选信号进行编码和码值变换，得到遥控指令的功能码，结合21、22脚输入的用户码转换信号，产生出16位的数据码。这些数据码经脉冲调制器进行调制处理后，便产生38KHZ的调制载波脉冲信号，在经缓冲器由23脚输出。 M50462AP的23脚外接元件组成了红外线驱动放大发射电路。它主要是由驱动管和红外发射二极管组成的。当23脚有指令码信号输出时，该信号经驱动管VT放大后，加至红外发射二极管VD1上，遥控指令则以红外线的形式发射出去。由遥控发射器发射出的16位二进制遥控指令是由前8位的用户码和后8位的数据（功能)码组成的。用户码是一种固定的特殊代码，用于表示不同产品之间的遥控信号的区别，以免接收机在接收遥控指令过程中发生误动作。而数据（功能）码则是不同遥控功能的代码。不同的数据表示不同的遥控功能。16位遥控指令码均采用脉冲位置调制方式编码。 由于不同的遥控器所使用的编码芯片不一样，就会使编码指令格式不一样。现说明本设计中所采用的编码芯片为M50462AP的红外线信号的编码格式。 一般可以用以下两种方法来检测红外信号： 干扰法 测量，观察法 所谓干扰法，就是找一台收音机，将其调至短波段，收一个正常的广播电台，达到稳定的效果，然后将遥控器对准收音机按下任何一个按键不放，这时如果收音机有”兹兹“的响声，说明有红外线信号发出，如果没有反应，则说明无红外线信号发出。所谓测量、观察法，就是找一台存储式示波器，将示波器探头接在一体化红外遥控接收器输出器引脚上。其中：1脚输入；2脚接地；3脚接电源。于是，将示波器的探头接在3脚输出上，然后调整示波器的周期和幅度挡位，便可以看到，如图3.4所示的波形。图3.4 遥控发射器1-8号键及音量递增键的识别码和波形码 图3.5 遥控器各功能键编码 经分析比较可知，红外线信号编码由以下两个部分组成： 8位用户码 8位数据码例如，按下遥控器上的数字键“1”时，则会发送出以下2个字节： 4700其中，“47”位用户码，即为厂商固定的编码；“00”则代表数字键“1”的代码。同一个遥控器，它的用户码是固定不变的，它的功能码则是不相同的，如图3.5所示。各个位编码方式是以波宽信号来定义的。其中“0”电平用790us高电平+270us低电平表示；“1”用1800us高电平+270us低电平表示。当按下遥控器上的某一按键时，则会产生一组特定的编码，并调制在38KHZ的载波上发射出去。 3.3 红外遥控装置接收系统的设计遥控接收系统由红外线接收头、单片机微处理器、接口电路（控制电路)等部分组成,其组成框图如图2.1（b）所示。光电二极管将接收到的红外线信号转变成电信号，经检波放大，滤除去38KHZ的载波信号，恢复原来的指令脉冲，然后送入微处理器进行识别解码，解议出遥控信号内容，并根据控制功能输出相应的控制信号，送往接口电路（控制电路）作相应的处理。其电路原理图如图3.6所示。图3.6 红外遥控装置接收系统的电路原理图图3.7 风扇调速器控制图 3.3.1 红外遥控接收头SM0038 红外遥控接收器采用一体化红外遥控接收头SM0038。SM0038对外只有3个引脚：VS、GND和1个脉冲信号输出引脚OUT，其输出引脚与单片机的P3.2口连接。该接收头形状如图3.8所示。图3.8 一体化红外遥控接收头一体化红外接收头的内部包括：红外光敏二极管、谐振电路、放大电路、解码器、滤波器等，只要加上+5V电源，输出引脚直接输出不带副载波的负极性RC-5信号。具有电路简单，灵敏度高，抗干扰性好等优点。“1”码和“0”码相应的码形如图3.9所示。图3.9 RC-5信号中的“1”码和“0”码波形3.3.2 单片机AT89C51性能及工作原理本文在选用单片机时，充分考虑了各种单片机产品的特点，并根据自己的实际情况，选择了MCS-51单片机的AT89C51。 MCS-51系列单片机是Intel公司生产的功能比较强、价格比较低，较早应用的单片机，目前仍被广泛应用。（1） 单片机AT89C51的内部结构 单片机是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多功能I/O口等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称MCU。51系列单片机内包含下列几个部件： 一个8位CPU； 一个片内振荡器及时钟电路； 4KB ROM程序存储器； 128KB RAM数据存储器； 可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储空间的控制电路； 32条可编程的I/O线（4个8位并行I/O端口)； 两个16位的定时/计数器； 一个可编程全双工串行口； 5个中断源、两个优先级嵌套中断结构。 （2）AT89C51的引脚功能可总线扩展的单片机有44个引脚的方形封装形式和40个引脚的双列直插式封装形式，最常用的40个引脚封装形式及其配置见图3.10，各个引脚的功能说明如下。图3.10 AT89C51的引脚图 GND：接地端。 VCC：电源端，接+5V。 XTAL1:接外部晶体的一个引脚。CHMOS单片机采用外部时钟信号时，时钟信号由此引脚引入。 XTAL2：接外部晶体的一个引脚。HCMOS单片机采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此引脚接入。 RST/VPD:复位信号输入。VCC掉电后，此引脚可接备用电源，低功耗条件下保持内部数据RAM中的数据。 ALE/：地址锁存允许。当单片机访问外部存储器时，该引脚的输出信号ALE用于锁存P0的低8位地址。ALE输出的频率为时钟振荡频率的1/6。对8751单片机片内EPROM编程时，编程脉冲由该引脚引入。 ：程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通信号。取指令操作期间，的频率为振荡频率的1/6；若此期间有访问外部数据存储器的操作，则有一个机器周期中的信号将不出现。 /VPP：=0，单片机只访问外部程序存储器。对8031此引脚必须接地。=1，单片机访问内部程序存储器。对内部有程序存储器的8XX51单片机，此引脚应接高电平，但若地址值超过4KB范围（0FFFH),单片机将自动访问外部程序存储器。在8751单片机片内EPROM编程期间，此引脚引入21V编程电源VPP。 P0口P0口可以作为输入/输出口，但在实际应用中，常作为地址/数据总线口，及低8位地址与数据线分时使用P0口。低8位地址由ALE信号的下跳沿锁存到外部地址锁存器中，而高8位地址由P2口输出。 P1口P1口每一位都能作为可编程的输入或输出口线。 P2口P2口可以作为输入口或输出口使用，外接存储器和I/O接口时，又作为扩展系统的地址总线，输出高8位地址，与P0口一起组成16位地址总线。对于内部无程序存储器的单片机系统来说，P2口一般只作为地址总线使用，而不作为I/O口线直接与外设相连接。 P3口P3口为双功能口。作为第一功能使用时，其功能与P1口相同。当作为第二功能使用时，每一位功能定义见表3-2.表3-2 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入线）P3.1TXD（串行输出线）P3.2（外部中断0输入线）P3.3（外部中断1 输入线）P3.4T0（定时器0外部计数脉冲输入）P3.5T1（定时器0外部计数脉冲输入）P3.6（外部数据存储器写选通信号输出）P3.7（外部数据存储器读选通信号输出） 在本设计中用到了P3口的P3.2、P3.3和P3.4，其中P3.2作中断输入引脚，P3.3和P3.4作为I/O端口连接。3.3.3 接收系统 在图3.6所示的红外遥控装置接收系统的电路图中，当接通电源后，AT89C51的13脚所接的蜂鸣器会“嗡”的响一声，同时14脚所接的发光二极管闪亮一次，然后熄灭。P1口所接LED显示器不显示；继电器JK1A至JK5A全部断开；这些都表明，红外遥控开关并没有接收到信号，在此提示等待。此时，若将遥控器的数字“1”按下时，则在图3.6所示的红外遥控开关的电路图中的遥控接收器SM0038接收来自遥控发射器发射的红外信号，将接收的红外线信号（红外信号为光信号）转换成电信号，经放大、解调、滤波后，经红外接收器的第3脚将原编码输入AT89C51的12脚。然后由AT89C51对所接收的原编码信号进行判断、识别，然后做出相应的处理。 3.3.4 继电器本设计采用电磁式继电器。电磁式继电器一般是由铁心、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁心，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力作用下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”：处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。在图3.6所示的红外遥控装置的接收系统电路图中，继电器与单片机的P2.0-P2.4口连接，由单片机输出的高低电平控制继电器的导通与切断，以实现风扇开关的开启与关闭。3.3.5 报警器报警器的种类很多，比如：扬声器、蜂鸣器等，本设计中选用电磁式蜂鸣器作为报警器。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。在图3.6所示的红外遥控装置的接收系统电路图中，蜂鸣器与单片机的P3.3口连接，起提示作用。3.3.6 LED显示器 LED显示器又称数码管，我们最常用的是七段式和八段式LED数码管，八段比七段多了一个小数点，其他的基本相同。所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起，其原理图如图3.11所示。图3.11 数码管原理图其中引脚图的两个COM端连在一起，是公共端，共阴数码管要将其接地，共阳数码管将其接正5伏电源。一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码管，它们的段选线（即a,b,c,d,e,f,g,dp）连在一起，而各自的公共端称为位选线。显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮。数码管的8段，对应一个字节的8位，a对应最低位，dp对应最高位。所以如果想让数码管显示数字0，那么共阴数码管的字符编码为00111111，即0x3f；共阳数码管的字符编码为11000000，即0xc0。可以看出两个编码的各位正好相反。如图3.12所示：图3.12 数码管的编码共阳极的数码管0f的段编码是这样的：unsigned char code table= /共阳极0f数码管编码0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,/030x99,0x92,0x82,0xf8,/470x80,0x90,0x88,0x83,/8b0xc6,0xa1,0x86,0x8e /cf; 共阴极的数码管0f的段编码是这样的：unsigned char code table=/共阴极0f数码管编码0x3f,0x06,0x5b,0x4f, /030x66,0x6d,0x7d,0x07,/470x7f,0x6f,0x77,0x7c,/8b0x39,0x5e,0x79,0x71/cf; 表3-3 列出了共阳极与共阴极LED显示器显示数字、字母与显示代码之间的对应关系。表3-3 显示器显示数字、字母与显示代码之间的对应关系点亮LED显示器有两种方式：一是静显示；二是动态显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。采用该显示方式的电路每一位可单独显示。只要在要显示的那位的段选线上保持选码电平，该位就能保持显示相应的显示字符。这种电路的优点是：在同一瞬间可以显示不同的字符；但缺点就是占用端口资源较多。所谓动态显示，就是要将显示的多为LED显示器采用一个8位的段选端口，然后采用动态扫描方式一位一位地轮流点亮各位显示器。4 系统软件设计4.1 系统软件的构成 软件是单片机控制系统的关键，一个单片机控制系统的功能实现和可靠性在很大程度上决定于软件。整个系统由软件来支持，主要包括下面几个部分： 初始化程序。 定时处理程序：主要用于控制电器的开启时间。 风速挡位处理程序：用于判断是哪一路开关开启。 显示程序：用于显示受控电器的状态。 报警鸣响程序：起提示作用。 关机处理程序。系统初始化包括RAM初始化、特殊功能寄存器初始化和外围设备初始化。RAM初始化主要是将RAM进行清零处理。本系统只用到内部的RAM即只需对内部的RAM进行清零处理即可。特殊功能寄存器的初始化包括定时器的初始值的装入、中断的开放等。外围设备初始化主要是对外围设备的初值设定。4.2 软件流程框图整个系统由循环体构成，先关闭外部中断，调用红外判断程序，当红外信号到来即产生外部中断，调用子程序进行处理，否则中断返回。当确认红外信号出现后，则要进行遥控信号指令的解码，即进入中断子程序，通过对脉冲宽度计数，判断“0”码和“1”码是否接收完毕，然后根据接收到的由“0”码和“1”码组成的码波形判断是定时指令、风扇开关指令还是关机指令，根据不同的指令信号进入相应的子程序。红外遥控装置接收系统程序流程总框图和主程序、中断程序流程框图分别如图3.12和图3.13所示。初始化开始接收到遥控信号指令遥控信号指令解码是开关指令开启定时15分钟到45分钟开关处理1挡到5挡关机处理取消定时关闭风扇是定时指令是关机指令YNNNNYYY图3.12 红外遥控装置程序流程总框图 图3.12 红外遥控装置接收系统中断程序流程框图 接收并对低电平脉冲计数中断开始开放中断低电平脉宽3ms?高电平脉宽3ms?按脉冲个数执行对应功能程序关闭中断中断返回开始初始化处理指令解码延时程序YNYN（a）主程序流程图 （b）中断程序流程图图3.13 红外遥控装置主程序、中断程序流程框图具体源程序代码见附录。5 红外遥控装置的工作过程及调试5.1 红外遥控装置的工作过程 红外遥控装置的工作过程如下：首先将红外遥控装置接通电源，这时AT89C51的13脚所接的蜂鸣器会“嗡”的响一声，同时14脚所接的发光二极管闪亮一次，然后熄灭，表示等待接收信号。此时手执牡丹牌遥控器，按下所需控制键。比如，现在要打开电风扇第一挡风，则应按下遥控器上的数字键“1”，这时“1所对应的红外编码指令调制在38KHZ的载波上，经红外发射器的红外发光二极管以波长为940nm的红外光发射出去。之后在红外遥控开关中的红外遥控接收头将此信号接收，接收时，接在AT89C51的14脚上的发光二极管在闪烁，表示在接收数据。将光信号转变成电信号，经放大，解调，滤波后，将原编码信号指令经AT89C51的12脚输入。AT89C51再将此编码信号进行判断，识别，发现为按键“1”信号，则将P2.0输出为一低电平（在此之前，P2.0为高电平），使PNP型三极管Q5导通，从而导致继电器得电闭合，从而接通电风扇的第一挡风。同时，在接收之后，P1口输出LED显示共阳代码：F9H。则LED显示器上显示数字“1”，表示此时为1挡风。如果要转至其他挡位，则只需按遥控器上相应数字即可转至其他挡位，同时会将前一挡位自动断开。 另外风扇启动后，还可以设定开启时间。这就相当于风扇的定时器。定时设置采用了遥控器上的音量递增键加以控制，一共设定3种时间，即：15分钟；30分钟；45分钟。操作时只需手执遥控器，直接按音量递增键即可，具体定义如下： 按下第一次：表示定时15分钟，VD1点亮； 按下第二次：表示定时30分钟，VD2点亮； 按下第三次：表示定时45分钟，VD3点亮； 按下第四次：表示定时取消，VD1，VD2和VD3全灭；之后又可以重复以上过程。5.2 红外遥控装置的调试过程5.2.1 红外信号的测试对红外遥控装置的调