基于单片机的电器遥控器设计毕业设计论文(36页).doc
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1、-基于单片机的电器遥控器设计毕业设计论文-第 31 页毕业设计(论文) 题 目:基于单片机的电器遥控器设计皖西学院本科毕业设计(论文)创作诚信承诺书1.本人郑重承诺:所提交的毕业设计(论文),题目基于单片机的电器遥控器设计是本人在指导教师指导下独立完成的,没有弄虚作假,没有抄袭、剽窃别人的内容; 2.毕业设计(论文)所使用的相关资料、数据、观点等均真实可靠,文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已标注说明来源; 3. 毕业设计(论文)中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观点、思想和学术成果,伪造、篡改数据的情况; 4.本人已被告知并清楚:学校对毕业设计(论文)中的抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学
2、术规范的行为将严肃处理,并可能导致毕业设计(论文)成绩不合格,无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果; 5.若在省教育厅、学校组织的毕业设计(论文)检查、评比中,被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为,本人愿意接受学校按有关规定给予的处理,并承担相应责任。 学生(签名): 日期: 年 月 日目 录前言21控制信息的传递方式21.1无线电遥控方式21.2红外遥控方式31.3wifi方式31.4ZigBee方式31.5方式选择42总体设计方案42.1方案一:最简红外遥控电路42.2方案二:红外遥控开关电路(简单控制)42.3方案三:利用红外遥控
3、开关电路(复杂控制)52.4方案比较63硬件部分设计63.1单片机的选择63.2显示器的选择73.3调光器的选择73.4按键的选择73.5红外发射管与接收头的选择73.6电路设计84软件部分设计134.1遥控码的信息协议134.2程序设计155最后总结186主要参考文献19基于单片机的电器遥控器设计学生:(指导老师:)(皖西学院机械与电子工程学院)摘 要:遥控,即控制对象的远程控制,使其根据指令执行动作。而如今随着科技的飞速发展遥控控制在生产生活中起到了越来越重要的作用。小到日常生活中的电器控制,大到工业上高危高险作业的遥控以及航天科学上的卫星管控,这些都是遥控的现实应用。基于单片机的遥控器设
4、计采用AT89C51单片机为核心处理器,设计分为发射电路与接收处理电路2个部分。发射端电路采用码分制的信息传输格式并通过红外线载体传递控制信号;接收端通过解码器解码识别发射端发射的红外信号再由单片机AT89C51输出相对应的控制电平控制受控的对象。本设计是以单片机为核心设计的一种智能型红外遥控器,可以对发出的红外信号进行识别与处理。关键词:遥控器;单片机;红外信号;解码器Electric Remote Control Microcontroller Based DesignStudent: chenyang (Faculty Adviser:zhangbin)(College of Mecha
5、nical and Electronic Engineering,West Anhui University)Abstract: remote control, namely the controlled object remote control to operate according to instructions. And now with the rapid development of remote control technology plays an increasingly important role in the production of life. Small eve
6、ryday electrical control, high-risk insurance to large industrial operations, and satellite remote control on space science, these are the realities of remote applications. With the development of electronic technology using single-chip micro remote control system is an important direction for futur
7、e development of the control field. Microcontroller-based remote control designed using AT89C51 core processors, designed into the transmitter and receiver circuit processing circuit two parts. Code transmitter circuit using the transmission format of the system information and control signals trans
8、mitted by infrared carrier; receiving side transmits an infrared signal decoded by the decoder to identify the transmitting end corresponding to the further control level for controlling the controlled object output from the microcontroller AT89C51. The design is based on the design of a microcontro
9、ller as the core of intelligent infrared remote control that can be emitted by the infrared signal recognition and treatment.Keywords: Remote control; MCU; infrared signal; decoder前言随着科技的不断发展以及人们生活水平的不断提高,越来越多的电器产品进入了寻常百姓的家中。电器使人们的生活更加便捷舒适,而如今电器产品所着重的不仅仅是功能上的全面、能耗上的性价比还有操作上的便利。智能化以及远程操控更是未来电器的发展方向。如
10、通过物联网技术用户可以在任意时间任意地点完成对联网电器的操作。不过鉴于本人知识水平的限制,本设计只能通过红外遥的方式控制5个电器的开关,以及队一组LED灯光的明暗控制。1控制信息的传递方式1.1无线电遥控方式无线电遥控电路比较复杂实现难度比较大,但是无线电的控制范围广,近从零点几米远则可以突破地球到达外太空!无线电遥控发射电路模块是由电路广泛接受,当接收器接收由发射器控制电子开关的工作发射的无线电波。因此,无线电波收发器和发送器的接收频率必须相同。脉冲发射有调频、调幅、数字脉冲发射三种;从开关来说分有单通道遥控和多通道遥控。由于无线电的使用可能会干扰和影响其他电子设备的工作,比如飞机在飞行中要
11、求乘员关闭手机等无线通讯设备。所以依据各国的无线电管理条列(如中华人民共和国无线电管理条例),无线电的使用被严格划分。在不同的场合、不同的工作性质下都有专门的对无线电的频率、功率的约束。国家也对于用无线电业余爱好者,留下了了特定的波段。单纯从遥控的效果来说,无线电的发射功率、接收器件的接受灵敏度以及工作频率都是影响它的重要因素。但是因为无线电的使用受到了管制(发射功率、工作频率),我们只能从提高接受灵敏度、加强电路抗干扰能力入手改进电路。而这两点恰恰就是无线电遥控电路设计的重点。并且用无线电传送控制指令还要有一定的安全性问题(指令的正确收发)。因此为了达到设计要求在基础的收发电路之上我们就需要
12、加入许多附加电路。综上所述,使用无线电遥控本身实现复杂,并且无线电的使用受到了国家法律法规的约束。因此对于本设计无论是成本上、实现难度上、以及设计本身的应用范围上来说使用无线电遥控都不是最佳选择,甚至都不是可选项。1.2红外遥控方式 红外遥控是用红外线发光LED,发射波长940nm的红外不可见光,来传送信号。发射端经过红外线发射LED发送红外线控制信号,信号被红外接收模块接受,并对信号进行译码而做出相匹配的控制动作完成遥控。因为红外光谱中的可见光以外,所以抗干扰性的红外传输。和基本性能用的红外光,而且不容易产生相互干扰的直线传播,是理想的信息载体的传播。信息可以被调制的红外光透射,而长波红外波
13、长小于无线电波,以便不干扰的红外线遥控器等电气设备,也不会影响到相邻的无线电设备。再者,使用红外遥控器件时,工作电压低,功耗小,附加电路简单,对于本设计来说恰恰符合需求。1.3wifi方式Wifi无线网络,可为计算机,便携式设备(手机,平板)等终端以无线方式互相连接的技术。不过本设计如果使用wifi传递控制信息,则遥控器端以及受控端要加装wifi模块。虽然这样做加大了控制范围,但是成本上还是相对来说比较高昂。1.4ZigBee方式ZigBee是一种无线连接,可工作在2.4GHz分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10-75m的范围内,但可
14、以继续增加。从上所述,ZigBee单纯的性能以及成本方面来考量似乎是最优的选择。但是ZigBee在实际使用过程中还要考虑不同设备之间同时收发信息时设备之间的冲突问题。而解决此问题可以考虑在设备之间的控制核心上编写一套简单的通信协议来处理信息冲突。本设计中使用的是AT89C51单片机,在功能上就难以支持ZigBee复杂的信息传递,并且对此设计本身来说使用ZigBee来说成本还是过高。1.5方式选择对以上几种信息传递方式的对比与选择后,确定本设计使用红外遥控的方式对设备进行遥控。红外遥控应用简单、成本低廉、控制范围基本能达到设计要求。2总体设计方案2.1方案一:最简红外遥控电路在仅仅需要控制单一受
15、控目标的情况下,使用一般集成电路组成单通道红外遥控电路。这种简单的控制电路并不需要专门配置译码器,所以成本比较低。红外发射端示意图: 图2.1最简红外发射端考虑到该程序是一个简单的单通道遥控器,可以直接产生一个合适频率再通过红外LED发射。红外接收端示意图: 图2.2红外接收端当红外接收端接收到控制频率时,由一个附加电路对其进行解调并产生相对应的控制功能。2.2方案二:红外遥控开关电路(简单控制)红外线发射/接收电路均采用单片机来实现,输出控制方式可选择,实用性强。红外发射端示意图:图2.3简单红外发射端当按下遥控按键时,单片机发出对应的控制脉冲,由红外LED发射出去。红外接收端示意图: 图2
16、.4简单红外接收端当红外接收端接收到控制脉冲后,由控制方式选择开关模式是“互锁”还是单路控制,再由单片机处理以后,对相应的受控目标进行控制。2.3方案三:利用红外遥控开关电路(复杂控制)使用单片机制作一个红外电器遥控器,可以控制最多5个电器的电源开关,和一个发光LED的开关,并且可以对发光LED的亮度进行调节。红外发射端示意图:图2.5复杂控制红外发端按下相应的单片机控制脉冲的按钮,用红外发射出去。红外接收端示意图:图2.6复杂红外接收端当控制接收通过微控制器发送的红外脉冲将解析到显示器上的控制对象的信息,并确定LED是否调光,调光,如果需要调光跳跃处理的调光电路的功能。2.4方案比较以上三套
17、方案中,方案一功能简单过于单一,没有才用单片机控制,只能对一路电器进行简单的开关遥控;方案二和方案三的红外遥控发射器/接收器使用单片机电路,该电路比较简单,实用性强。不过,方案二虽然实现了对多个电器的控制但是只能进行简单的开关变换,功能上来说还是比较单薄。而方案三则不仅实现了多个电器的控制还能对LED进行亮度的调节。所以相比较而言本设计使用方案三。3硬件部分设计3.1单片机的选择本设计所采用的单片机选择用AT89C51来实现。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高
18、性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是闪存2K字节微控制器的可擦可编程只读存储器。单片机的EEPROM可擦除重复1000次。该设备采用了高密度非易失性存储器ATMEL公司的制造技术,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为CPU8和多功能组合在单个闪速存储器芯片中,ATMEL AT89 C51是用于单片机一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机的灵活、高效、廉价,使它成为嵌入式行业内常用的单片机主控芯片。3.2显示器的选择单片机系统使用中应用最多的显示器主要有LED和LCD(液晶显示器)。这2种显示器成本低廉,配置灵活与单片
19、机的I/O接口方便。不过它们之间的使用也是各有特点:LED接口简单不需要专门的驱动程序;LCD显示的字体比较丰富,也清楚,但是LCD的接口复杂要想显示文字还要自己造字库,难度比较大。对于本设计来说用LED表示控制目标的受控状态就够了,故没必要使用LCD。3.3调光器的选择本设计中用到的调光功能只是调节LED等的亮暗,因此不用使用复杂的调光控制系统,使用一个光电耦合器就可以完成。光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强无触点且输入与输出在电气上完全隔离等。本设计使用PS2019光电耦合器。3.4按键的选择本设计所控制
20、的电器数目比较少,因此没必要外加键盘,直接使用单片机上的控制接口,使用8个点触式开关就够了。3.5红外发射管与接收头的选择LF5038是一种无色透明已经封装完毕的红外线发射管,LF0038F是鼻梁状的一体化红外接收头。LF5038有2个引脚,“A”和“K”是它的阳极和阴极。LF0038F具有3个引脚:GND为接地端;VCC为输入电源端,正常的工作电压范围在2.7-5.5V之间;OUT为数据输出端,默认未接受状态为输出高电平,使用时一般需要外接一个大于20K的电阻。LF5038主要参数为:峰值波长940nm;正向工作电压值为1.2V,最大电压值为1.5V;一般来收正向工作电流越大LF5038的发
21、射距离越远。LF0038F的载波频率的值为28kHZ;当红外线发射管的正向电流为300mA时,LF0038F的最小接收距离为15m、接收角度的范围为上下45;当无信号接收时LF0038F的静态工作电流为0.4mA;若以宽度为600us发射脉冲,在5m的范围内,取50次平均值得到LF0038F的接收脉冲宽度范围是500-700us。3.6电路设计3.6.1发射电路部分3.6.1.1遥控发射本遥控发射器采用码分制遥控方式,码分制红外遥控就是指令信号产生电路以不同的脉冲编码(不同的脉冲数目及组合)代表不同的控制指令。当不同的指令键被按下时,指令信号电路产生不同脉冲编码的指令信号,也就是进行编码,然后
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