基于单片机的红外远程遥控器.doc
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1、基于单片机的红外远程遥控器学 院:专 业:姓 名:指导老师:信息学院信息工程熊远志学 号:职 称:160103104853程加斌 教授中国珠海二二年四月诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交的毕业设计基于单片机的红外远程遥控器是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果,文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。本人签名: 熊远志 日期: 2020 年 4 月 12 日中文题目摘 要无线电动遥控器就是一种远程遥控使用无线设备控制电动机器的一种遥控装置,在1898年最早的无线遥控器由一个美国人尼古拉特斯拉开发设计了并且生产出来的。在现在的市场上常见的无线遥控器
2、模式有2种,一种是红外无线灯光遥控设备模式(irremotecontrol),常使用在家电,而另一种遥控模式就是专门用于遥控防盗门及报警无线遥控移动设备、门窗远光灯无线遥控、汽车车窗远光灯无线遥控等等常用的红外线及无线电光灯遥控设备模式(rfremotecontrol)。本产品的设计中主要是采用的红外遥控学习模式,红外遥控的主要特点有两大方面,一是不直接干扰其它家用电器设备,二是不直接影响电器周边环境。由于红外线波长的原因无法直接穿透房间墙壁,所以不同类型的家用电器可同时使用,红外遥控器不会对其他遥控器产生干扰,调试红外遥控电路也很简单,只要根据给定的电路的要求校正,一般情况下,IR编解码器也
3、比较容易,遥控器可以在同一时间复用。出于这个原因,在遥控器的近红外遥控技术室内遥控和家电已被广泛使用。关键词:无线遥控器,红外遥控模式,近红外线,家用电器英文题目AbstractThe wireless remote control is a device for remote control of machines.First developed by Nicholas Tesla of the United States in 1898.There are two common modes on the market, one is the infrared remote control
4、mode commonly used in household appliances. The other is the common radio remote control mode (RF remote control), such as anti-theft alarm equipment, door and window remote control, car remote control, etc. In this design, the infrared remote control mode is adopted. The infrared remote control is
5、a remote control device which uses the near infrared ray with the wavelength of 0.76-1.5 m to transmit the control signal. The characteristics of infrared remote control are not to affect the surrounding environment and other electrical equipment. Because it can not penetrate the wall, the household
6、 appliances in different rooms can use the universal remote control without mutual interference; the circuit debugging is simple, as long as the connection is correct according to the given circuit, generally no debugging is required to put into operation; the coding and decoding is easy, and multi-
7、channel remote control can be carried out. Therefore, infrared remote control has been widely used in household appliances, indoor short distance (less than 10 meters) remote control.Keywords: Wireless remote control, Infrared remote control mode,Near infrared ray,Household Electric Appliances.目录第1章
8、 前言51.1 选题的目的与意义51.2 红外学习研究现状51.3 毕业设计的要求以及目的6第2章 设计方案论述72.1设计原理72.2红外发射接收原理72.2.1红外发射原理102.2.3 ESP8266红外发射与接收102.3 学习模式原理11第3 章 红外遥控器硬件设计113.1硬件的选择113.1红外接收装置123.2红外发射装置123.3单片机的选择133.4 WiFi模块173.4.1 ESP8266173.4.2 AMS1117213.4.3 CH34022第4 章 红外遥控器程序设计234.1 WiFi模块程序设计234.2 手机APP设计25结束语3参考文献4致谢4附录6第1
9、章 前言1.1 选题的目的与意义红外遥控器很早就出现在历史上,早在上个世纪的八十年代初期的时候,率先广泛使用了红外发射遥控控制技术的国家是日本,他们将其主要使用在了智能电视机等电子产品上,红外发射遥控控制技术的原理是通过使用集成红外发射控制芯片来实现控制红外遥控码的自动发射,比如日本东芝philips-tc9012,飞利浦philips-saa3010等等,它们的主要技术特点是:在它们的红外遥控器内部有预置固定信号编码,当时使用红外遥控器的家用电器并不是那么普及,所以设计成一个红外遥控器只能用来控制一种家用电器。但随着现代科技的不断发展,家用电器越来越多的普及,所以现在人们开始希望尽可能只需要
10、使用一只智能遥控器就可来轻松遥控所有家用电器,于是多用途的遥控器形式产生了。它的主要功能特点也就是:每个遥控器内部还可以同时预置多套视频编码,来源可供不同用户自由选择。1.2 红外学习研究的现状在我们的家中,红外遥控器实在是随处可见,电视遥控器,空调遥控器,等等一大堆,如果家里电器很多的话,那更是如此。因此有一种情况大家一定都有遇到过,那就是找不到遥控器了。而相对各式各样的遥控器而言,随手不离的手机如果可以成为遥控器的话,那一定方便太多了,因此很多精通硬件方面的人就想通过这个理念,只用手机来达到红外遥控器的效果,通过一个手机app来对家里的各种电器进行状态监测以及状态切换。红外线的编码器和配对
11、器的问题也是非常需要值得重视的的。在红外遥控编码电器配对功能的方面,一些科技巨头公司已经开始采取行动,比如说去年三星在galaxys4中加入了红外遥控器配对功能,支持自家的部分家用电器。从其中我们可以明显看出,不管我们是一些大数据公司团队还是一些硬件产品创业者的团队,都有意识地向往那两个方面靠拢。不过这些科技巨头更多的目标是为了想快速形成自家电器公司的技术壁垒,而他们兼容众多家用电器的主要使命则是变相地直接落在了软硬件上的创业者和团队身上。1.3毕业设计的要求以及目的本次设计的要求是基于单片机的远程遥控器设计 ,最终完成效果是通过单片机和WiFi模块来达成红外发射接收以及连接手机的功能,接着通
12、过手机APP来完成对空调开关以及状态控制的功能。此次设计的目的是通过对单片机红外遥控器的设计,掌握单片机应用系统的设计方法,提高单片机综合应用设计能力。第2章 设计方案论述1.1 设计原理红外遥控系统是由很多个部分组成,其分布如下红外遥控系统载波振荡器红外信号编码器(单片机或编码芯片)红外信号解码器(单片机或解码芯片)红外信号接收器其他外围电路红外遥控器功能实现流程如下第一步红外信号编码器会产生编码脉冲,经载波振荡器震荡后产生调制信号第二步由红外发射驱动电路将调制信号给发射出去第三步红外信号接收器将接收到的红外信号经过限幅、增益、滤波处理后解调出编码脉冲,该编码脉冲为红外信号解码器的输入第四步
13、解码芯片或单片机会根据编码脉冲的收到的具体内容来执行不同的命令 WiFi通信部分使用ESP8266Wi-Fi芯片完成,通过ESP8266中的AP兼Station工作模式来完成手机与遥控器之间的通信。APP使用点灯brinker esp8266wifi接入模块自定义页面和WiFi接入功能来完成。原理图如下:2.2红外发射接收原理通过波长为0.76um1.5um的近红外光来进行数据传输,从而控制电器或者设备,这种控制方式,我们称之为红外遥控。红外光的波长一般为0.8um0.94um,红外遥控器就是通过发射近红外光来进行传输数据的,其传输数据的效率很高,电路设计方面十分简单明了,对外界环境的抗干扰能
14、力很强,成本低,因此被广泛使用在家用电器上。红外遥控一般由接收和发射两个部分组成,接收我们一般采用一体化的红外接收头,在这里我使用了NB0038一体化红外接收头,发射元件为红外发射管。原理图如下:2.2.1红外发射原理发射系统可以达成红外发射功能的芯片可以在市面上找到非常多种,所以我们只需要根据我们的红外编码的要求来选择购买相应的芯片。红外发射的原理主要是通过红外发光二极管(红外发射管)来完成,红外发光二极管与我们熟知的LED的构造其实并没有太大的区别,只是在构造的材料与LED不同而已,当在红外发射管和发光二极管两端同时施加一定电压时,他们的区别在于LED发出的是可见光,红外发射管则是红外线。
15、红外发射管使用电池来为发射系统供电,因此发射管的芯片功耗不能太高了,不然耗电量太大,使得使用周期太短,所以把设计者为了延长芯片的使用周期,就把芯片都设计成平时处于休眠状态,只有当按键按下时才开始工作,但是要想达成这种效果,芯片内所采用的晶振不能和普通的一样使用一般的石英晶体,必须有足够的耐物理撞击的能力,所以选用的是陶瓷共鸣器,但是陶瓷共鸣器的准确度与石英晶体相比并不是那么的准确,但通常情况下一点误差可以忽略不计2.2.2 红外接收原理 在本设计中红外接收电路就是一个一体化的红外接收头。红外一体化接收头内部电路放大器:放大信号红外监测二极管:监测到红外信号,然后把信号发送到限幅器和放大器带通滤
16、波器:带通滤波器就可以通过60khz到30khz的负载波,通过积分电路和解调电路进入比较器限幅器:把脉冲的幅度控制在一定的水平内,使得接收器和发射器不会因为距离过远而影响使用比较器:输出低高电平,还原出发射端的信号波形积分电路2.2.3 ESP8266红外发射与接收ESP8266定义了1个IR红外遥控接口,IR红外遥控接口由软件实现,接口定义如下:管脚名称管脚编号IO功能名称MTMS9IO14IR TxGPIO524IO5IR RxESP8266红外发射与接收原理发送接收由GPIO中的sigma-delta功能在任意GPIO口产生载波。其中sigma-delta产生的载波占空比约为20%,使用
17、MTMS管脚(GPIO14),可产生准确的38KHz且占空比为50%的标准方波。红外接收功能通过GPIO的边沿中断实现,读取系统时间,将2次时间相减可以得到波形持续时间,然后通过软件逻辑实现红外协议处理。第三章 红外遥控器硬件设计3.1 硬件的选择 在本设计中的主要模块有,红外发射接收模块,学习模块,WiFi模块,其中所需要的装置就有,红外发射接收装置,WiFi连接装置,单片机等等。3.2 红外接收装置NB0038本设计是需要将把接收到的红外信号,将其解码为单片机可以识别的信号模式,在我通过对红外接收头的了解以及研究后,以及对信号影响,成本的方面的考虑后,最后决定使用NB0038一体化红外接收
18、头。NB0038一体化红外接收头特点封装优点集成接收接收机的遥控信号,检测,放大,整流集于一身,38.0kHZ的中心独立PIN二极管与集成在同一封装中的前置放大器。外包装环氧树脂可以防止自然光的功能干扰。,NB已在抗自然光强大的性能,可避免不必要的脉冲输出,可以减少自然光的反射干涉。3.3 红外发射装置本设计的红外发射部分比较简单,所以对红外发射装置的要求也就没有接收装置那么高,所以本设计使用的是红外发射二极管。 下面简单的介绍一下红外发射二极管的原理 。二极管类型发光波长半导体材料封装红外二极管0.76um1.5um的近红外光砷化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAlAs)等材料全透明或浅蓝色、
19、黑色的树脂封装发光二极管可见光镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物透明封装红外发射二级管内有PN结,外加正向偏压向PN结内注入电流激发红外光。其最大的优点是可以完全无红暴或仅有微弱红暴和寿命长。3.4 单片机单片机是一种集合了总多功能的集成电路芯片,拥有数据处理能力、随机存储、只读存储的功能,并且单片机上有多种I/O口,通过 这些I/O口与其他设备连接。基于本次设计是设计一个家用的万能遥控器。本设计使用stm8系列的单片机来完成远程遥控器的设计。STM8系列是意法半导体公司生产的8位的单片机,STM8S系列单片机的基本结构如图所示,Stm8数据存储器内存控制器调试接口SWIMS
20、TM8内核1个32位数据存储器的接口和3段流水线的构架,在24mhz的频率下,最高的处理和中断效能高达20mipsRAM外设指令存储器ITC用于进行终端中断控制的核心模块DMA模块a、b、c、d、e这5个端口的i/o引脚都必须具有外部控制中断的能力,每个中断端口都必须具有独立的中断向量以及独立的中断标志,多达4个端口的软件具有可编程的嵌套接口等级。管脚设置lVCC电源电压lGND接地lI01键值1红外发射lIO2键值2红外发射lIO3键值3红外发射lIO4键值4红外发射lIO5键值5红外发射lIO6键值6红外发射lIO7学习lIO8回退lRXD串口收lTXD串口发3.4 WiFi模块3.4.1
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