基于单片机的智能遥控器自动化文献综述--大学毕业论文.doc

xx理工学院毕业设计（论文） 文 献 综 述基于单片机的智能遥控器学 生：xx学 号：xxx专 业：自动化班 级：xx指导教师：xx xx理工学院自动化与电子信息学院二O一五年三月1前 言 1.1 研究方向 随着科技的发展，日常生活中我们接触的遥控器越来越多。可以说无线遥控已经无处不在，尤其是红外遥控器已经遍布我们身边各个电器设备了。其中，大多数的家用电器都有各自不同的遥控器，人们常常为了控制某台电器而到处寻找其对应的遥控器，如：电视机遥控器、空调遥控器、智能家电等等，在家里面至少会用到三到四种，用起来会感到相当麻烦，而且遥控器有可能出现故障影响我们的正常使用，这样，就给人们的生活带来了很多不便。因此，设计一种智能化的遥控器，学习各种家用电器的遥控编码，实现用一个遥控器控制所有家电，已成为迫切需求。1.2 发展历史 红外遥控由来已久，但是进入90年代，这一技术又有新的发张，应用范围更加广泛。 红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。 60年代初，一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术，单由于受当时技术条件限制，遥控技术发展很缓慢，70年代末，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，遥控技术得到快速发展。在遥控方式上大体经理了从有线到无限的超声波，从振动子到红外线，再到使用总线的微机红外遥控这样几个阶段。无论采用何种方式，准确无误传输新信号，最终达到满意的控制效果是非常重要的。最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息量少扰而引起误动作。较为理想的是光控方式，逐渐采用红外线的遥控方式取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，成为当今时代的主流。 1.3 当前现状 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。由于红外遥控的设计制作简单方便，易于操作，因而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。为此，在前人研究的基础上设计出了一种红外遥控多通道控制系统的设计方法。研究表明，采用该方法设计的红外遥控控制系统控制方便，适用于含有较多受控电器的场合，可实现多路多功能控制。 红外通信以红外线作为通信载体，通过红外线在空中的传播来传输数据，它由红外发射器和红外接收器来完成。在发射端，发送的数字信号经过适当的调制编码后，送入电光变换电路，经红外发射管转变为红外光脉冲发射到空中；在接收端，红外接收器对接收到的红外光脉冲进行光电变换，解调译码后恢复出原信号。 红外通信作为一种数据传输手段，可以在很多场合应用，如家电产品、娱乐设施的红外遥控，水、电、煤气耗能计量的自动抄表等。 红外通信有着成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。通过红外接口，各类移动设备可以自由进行数据交换。红外接口是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。2正文2.1研究内容本文提出一个多功能遥控器的设计方案：该遥控器可以通过自学习而拥有对多台电器的遥控功能，从而来顶替各种遥控器，即省时、又省力，既方便、又简洁。从而使人们免除同时面对功能众多遥控器的烦恼，真正感到：“一遥在手，天下我有”。同时我们遥控器兼并远程遥控功能。涉及到红外编码发射、红外接收解码。丰富的按键功能、液晶显示、智能处理遥控、GSM通信等方面。需要研究的内容主要包括:1、 矩阵按键键盘硬件设计以及软件功能设计2、 液晶指示以及与按键功能关联显示设计3、 红外线发射电路硬件电路设计以及软件编码发射程序设计3、红外接收信号的软件解码程序设计4、遥控编码的存储电路及程序设计5、GSM通信模块的硬件与软件设计6、远程监控以及远程遥控的软件设计及编码设计 2.2总体构成本设计的硬件结构是由51单片机、按键模块、红外发射模块、红外接收模块、液晶显示模块，存储模块，GSM通信模块等七大部分构成，如图所示：图2-1 遥控总体设计结构本设计的结构是由51单片机、按键模块、红外发射模块、红外接收模块、液晶显示模块、GSM通信模块等六大部分构成。其中51单片机是整个电路的核心。它作为我们的核心控制芯片是用来控制各部分模块协调工作，完成任务。按键模块主要实现外部控制指令的输入，同时将按键信息传给单片机。红外发射模块主要是红外发射管以及其外围电路组成，用于与被遥控器件之间的通信。红外接收模块由一体化的红外接收装置HS0038构成，采用中断方式来检测红外遥控信号，当有红外信号时输出低电平，当没有红外信号时输出高电平，所以我们用下降沿来触发外部中断，完成红外信号的接收。红外接收模块主要用于监控现场的工作状态，和学习新的编码。液晶显示采用LCD1602两行显示字符，主要是为了能够直观地看到我们发射的指令，以检测控制结果是否正确。2.3工作体系结构整个单片机系统设计需要对两个部分进行通信，分别为上位机设计和下位机设计，上位机为我们用于远程控制的手机，主要进行远程控制，比如开启空调、电视等等。下位机就是我们安装在被控端的红外接收模块及其外围器件，主要作用是用来获取我们遥控信息，实时等待遥控信息，并通过一些外围电路来驱动我们的家庭设备开始或停止工作。具体机构框架如图所示：图2-2 工作流程总体设计结构2.4各部分方案设计1、其中51单片机是整个电路的核心，它作为控制芯片是用来控制各部分模块协调工作，完成任务，同时肩负着将红外发射编码通过软件加载到38KHz的载波上，以及将HS0038接收的红外信号通过软件解码将其解码成遥控码，然后将它们全部存储到24C02C的外部存储器EEPROM中，用来永久保存编码信息的重大任务。更重要的是要完成众多编码信息的解码，以及解码后根据编码信息去对应处理相应功能。所以单片机中存储大量系统运行的程序。（1）采用了外部中0断来检测按键，防止按键指令不能及时地送到单片机进行处理，同时采用定时中断来设定按键时间，当在一定时间内，按键会被识别为连续按键，比如说：按下1再按3再按5就会被识别为135。当超过一定时间后，按键就会被重置，如：再按下8，就只能识别为8。（2）红外线发射程序采用定时器来完成将按键编码载到38KHz的载波上来发送数据，具体过程为当发射数据1时，定时器每到26us就将T0口取反一次，实现数据1的发送。当发送0时，就让T0口一直为0，现实数据0的发射，重复这样的过程就可以通过红外线将数据全部发送出去了。（3）红外线接收程序是以HS0038的工作方式为准，因为在无信号输入时，HS0038输出高电平，当有信号输入时输出低电平，所以用外部中断1采取下降沿检测方式来检测红外信号，可以及时处理红外信号。（4）液晶显示程序，采用及时按键及时刷新液晶的思路，最快地看到按键信息。（5）GSM通信程序是使用AT指令进行单片机与GSM模块通信，从而再与远程手机端进行通信，现实远程控制。2、按键模块采用矩阵按键模式，用最少的I/O口实现最多的按键数目以增加遥控器的功能输入键。我矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组，在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是最好的。矩阵键盘主要实现接收外部控制指令的输入，同时将按键信息传给单片机。特别需要注意的是按键消抖，防止错误信息输入。3、红外发射模块主要是红外发射管以及其外围电路组成。红外线发射管（IR LED）也称红外线发射二极管，属于二极管类。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件。普通的的红外线发射管外形和一般的可见光LED相似，但却是发出红外线。其管压一般降约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。发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约为1/3-1/4；一些电器产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。 4、红外接收模块由一体化的红外接收装置HS0038构成，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、检波、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。在本系统中采用红外一体化接收头HS0038，外观图如图3所示： 图2-3 红外线接收器采用中断方式来检测红外遥控信号，当由红外信号时输出低电平，当没有红外信号时输出高电平，所以用下降沿来触发外部中断，完成红外信号的接收。5、液晶显示模块采用LCD1602两行显示字符，LCD液晶显示器本身不发光，其通过调节光的亮度来达到显示效果，这是一种被动显示器。液晶显示模块是以LCD液晶屏为核心，配合一定的控制电路，以达到方便使用显示组件的目的。LCD主要利用液晶的扭曲-向列效应制成，这是一种电场效应。设置液晶显示主要是为了能够直观地看到发射的指令，以检测控制结果是否正确。6、存储模块采用AT24C02，AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个8字节页写缓冲器。AT24C02支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，由于A0、A1和A2可以组成000111八种情况，即通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上，通过进行不同的配置进行选择器件。存储器主要是用来存储红外遥控编码信息的。红外接收装置接收到的红外信号，送到单片机进行解码，然否单片机将接吗后的编码送至存储器中存储起来。当遥控按键按下时，单片机收集按键信息，根据按键信息读取对应键值所对应的编码。7、GSM模块，采用TC35i，德国SIEMENS（西门子）公司的一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块。在GSM网络日臻完善的今天，TC35i秉承了西门子一贯的优秀品质，它易于集成，使用它您可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。在远程监控和无线公话以及无线POS终端等领域您都能看到TC35i无线模块在发挥作用，使用它是产品质量和性能的保证。这些产品可以很容易向GPRS领域过度，您将会发现花费较少的成本就能享受到GPRS技术带给您的方便快捷。TC35i新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.34.8V ,电流消耗休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A峰值；可传输语音和数据信号, 功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W ,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300b/s115kb/s , 自动波特率为1.2kb/s115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息),可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。2.4本设计特色传统的遥控器结构简单，功能单一，而且智能一对一的遥控家用电器，根本无法适应当前智能家居的发展趋势。本设计就是针对当前智能家居系统而设计的。智能家居是在互联网的影响之下物联化体现。智能遥控器通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通遥控器相对比，智能遥控器不仅具有传统的遥控功能，兼备建网络通信、信息家电，提供全方位的信息交互功能。本设计的主要有两个特点，特点一是可以自学习来学习各种遥控的编码信息。我们专门设计一个学习/遥控按钮，来实现学习功能和遥控功能的切换，当我们按下此按钮就进入了学习状态，学习部分的电路被激活，进行接收、解码，再判断编码确定信息类型，然后根据信息类型，键入对应功能、对应位置存储。特点二是我们设计了GSM模块通信模块，可以远程通过我们的手机按照我们规定的命令进行远程遥控。还可以进行远程实时监督家里面的状况。受控器件将自身的状态信息传送给遥控器，遥控器再将这些实时信息通过GSM以短信方式发送给远程手机端，完成实时监督。2.5本研究的发展趋势本设计是针对我们现在比较热门的的智能家居系统而设计，虽然本设计非常简陋，但是我们麻雀虽小，核心的设计确实五脏俱全。智能家居系统让您轻松享受生活。出门在外，您可以通过您的智能手机来远程遥控您的家居各智能家居，而我们的遥控器就是整个系统运行的核心。例如在回家的路上用手机编辑我们预定的指令短信，去提前打开家中的空调和热水器，到家开门时，我们的智能遥控器早已帮你完成了您想要的操作，您只需开开心心的享受生活。在家里面，您也可以使用我们的智能遥控器方便地控制房间内各种电器设备，可以通过智能化照明系统选择预设的灯光场景，读书时营造书房舒适的安静；卧室里营造浪漫的灯光氛围这一切，主人都可以安坐在沙发上从容操作。一个遥控器或远程终端可以遥控家里的一切，真正做到一遥在手，天下我有！而且它还可以作为我们的普通遥控器正常使用，由于我们内有自学习功能，可以随时往家里面添加新的设备，而不必担心无法接入我们的整个系统中去。您可以随时随地随心所欲控制整个家，让家与你同行！让生活变得如此美妙！3总结3.1涉及知识总结本次设计涉及的知识面有单片机、GSM通信、红外通信、C语言等。其中单片机中用到了键盘工作原理与程序编写，包含了所有的中断源（定时中断0/1，外部中断0/1，串口中断），单片机异步串口通信，I2C通信协议，LCD接口与应用，数据存储器扩展等。GSM通信主要用到AT指令以及C语言中的一些字符串处理函数，关于GSM的指令有很多，我们只是用到一些关于短信的AT指令，但是却要求 们对GSM通信中的一些通信规则十分了解。红外线方面的知识主要主要掌握的是红外编码，为了其通用性我们采用最常用的编码格式，当然也需要了解红外线的一些优越特性，帮我们更好理解设计的局限性。比如说，红外线受到障碍物的影响是致命的，当然优势也在于此。C语言是本次设计的核心工具，熟练掌握C语言可以使我们事倍功半，节省大量时间。3.2设计有待解决的问题总结基于单片机的遥控器的设计与实现涉及多方面的理论、方法和技术，本遥控器还有许多新的问题需要解决，需要在实际应用中不断积累和完善，在以下几个方面，还需要做进一步的研究和开发。 1.论文只做了简单的15个按键，并未在按键功能等方面进行深入发掘。使得系统只考虑了一些简单情况，不能应付复杂的遥控系统，可以进一步完善试我们按键的数量以及按键的功能，增加遥控功能的完整性。 2.该系统只考虑了简单的GSM通信的一些基本情况，未对更复杂等扩展功能进行更为深入的研究，需要要进一步研究我们需要的通信功能并优化和完善我们远程控制技术。 3.系统未在实际应用中做测试，在实际制作过程必要存在很多缺陷与不足，需要我们进行实践测试并总结经验。 4.整个系统没有设计受控端的具体需要、功能设计、通信协议等，造成我们无法完成现场监控功能的设计，以及遥控器与被遥控的协调工作的通信编码，需要我们后期不断的改进，以完善我们遥控器的设计5.为了更好的实现远程遥控与监控系统的设计，必须把信息控制枢纽遥控器的通信信号改为蓝牙等其他可以穿越障碍物的通信信号，以及设计更为复杂的通信协议，这些改进有待继续学习和和设计。3.3本设计应用本设计是针对我们现在比较热门的的智能家居系统而设计，虽然本设计非常简陋，但是我们麻雀虽小，核心的设计确实五脏俱全。智能家居系统让您轻松享受生活。出门在外，您可以通过您的智能手机来远程遥控您的家居各智能家居，而我们的遥控器就是整个系统运行的核心。例如在回家的路上用手机编辑我们预定的指令短信，去提前打开家中的空调和热水器，到家开门时，我们的智能遥控器早已帮你完成了您想要的操作，您只需开开心心的享受生活。在家里面，您也可以使用我们的智能遥控器方便地控制房间内各种电器设备，可以通过智能化照明系统选择预设的灯光场景，读书时营造书房舒适的安静；卧室里营造浪漫的灯光氛围这一切，主人都可以安坐在沙发上从容操作。一个遥控器或远程终端可以遥控家里的一切，真正做到一遥在手，天下我有！而且它还可以作为我们的普通遥控器正常使用，由于我们内有自学习功能，可以随时往家里面添加新的设备，而不必担心无法接入我们的整个系统中去。您可以随时随地随心所欲控制整个家，让家与你同行！让生活变得如此美妙！9