基于单片机红外遥控开关的设计知识讲解.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。基于单片机红外遥控开关的设计-NANCHANGUNIVERSITY毕业论文设计diplomaprojectandthesis(20092011年)题目:基于单片机红外遥控开关设计英文题目:TheDesignoftheInfrared-controllerBasedonSCM学院:高等职业技术学院系别:信息工程系专业:应用电子技术班级:09级应用电子技术1学生姓名:胡会亮学号:8210909008指导老师:梅光起讫日期:2011年11月1日2012年5月15日二一一年十二月摘要红外遥控技术的出现,不仅大大
2、提高了劳动生产率,降低了成本,而且减轻了人们的劳动强度,改善了劳动条件。红外线遥控器具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点从而成为了当今非常流行的一种控制方式红外遥控器是一种利用红外遥控系统来控制被控对象的系统.整个系统由数字电路和模拟电路两个部分组成。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LED红外光发射、解调、解码电路。1通过对设计要求地认真分析和研究,拿出了几种可行方案,最终选定了一个最佳方案。该方案是采用先进的单片机技术实现遥控的主要手段。我们所设计的遥控器能控制5个电器的电源开关,并且可对一路电灯进行亮度的调节。关键字:遥控电路,红外发射,红外接收,单片机A
3、bstractInfraredremotecontroltechnology,notonlygreatlyimprovedlaborproductivity,reducedcosts,andreducethepeopleslaborintensityandimprovetheworkingconditions.Infraredremotecontrolhasasmallsize,lowpowerconsumption,functionality,andlowcostinordertobecomeaverypopularpresent-daycontrol.Theinfraredremoteco
4、ntrolisonekindofuseinfraredremotecontrolsystemcontrolsiscontrolledtheobjectthedepartmentgreenoverallsystemiscomposedbythedigitalcircuitandtheanalogouscircuittwoparts.Launchespartiallyincludingthekeyboardmatrix,thecodedmodulation,theLEDinfraredtransmitter;ReceivespartiallyincludingtheLEDinfraredlight
5、launch,thedemodulation,decodestheelectriccircuit.Afteranalyzingandresearchingontherequestofthedesign,wetakeseveralblueprintandweselectedthebestoneintheend.TheprojectmakeuseofadvancedSCMtorealizetheremotecontrol.Remotecontrollerwedesignedcandominate5electricalsourceswitchesandadjustthebrightnessofone
6、light.keyword:RemotecontrollingcircuitInfraredemissionInfraredreceiving,SCM-目录第一章绪论11.1红外遥控技术的研究和成果11.2本设计的方案和比较3第二章红外遥控控制原理5第三章红外遥控器的硬件系统设计83.1所需要的器件及选择83.1.1显示器件的选择83.1.2按键控制方式的选择83.2电路设计83.2.1红外遥控发射器遥控方式83.2.2发射电路的设计93.2.3发射电路原理图93.2.4红外遥控接收器接收方式103.2.5接收电路原理图103.3系统功能实现方法113.3.1遥控码的编码格式113.3.2遥控
7、码的发射123.3.3数据帧的接收处理12第四章红外遥控器的软件系统设计144.1遥控发射部分144.2遥控接收部分15第五章设计调试185.1调试前不加电源的检查185.2静态检测与调试185.3动态检测与调试185.4调试注意事项19第六章结论20参考文献21致谢22附录(计算机程序清单)23第一章绪论目前市面上的遥控器铺天盖地,对于家电设备的控制,首选的就是红外遥控器,然而技术和经济的发展使得家庭数字化趋势越来越强烈,一对一遥控器(即一个遥控器只能控制一种类型的家电设备)已经不能满足用户要求。多功能红外遥控器就是在普通红外遥控器的基础上,应市场需求而产生的,它能控制不同种类的设备,并且操
8、作方便,深受顾客的欢迎,这也决定了多功能遥控器具有广阔的应用前景。1.1红外遥控技术的研究和成果常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管;由于其内部材料不同于普通发光二极管,因而在其两端施加一定电压时,它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右,外形与普通5发光二极管相同,只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样;用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可2。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器
9、才能精确测定,而业余条件下只能用拉锯法来粗略判判定。接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压,它才能正常工作,亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用,这样才能获得较高的灵敏度。红外发光二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小(100mW左右),所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱,因此就要增加高增益放大电路。红外遥控常用的载波频率为38kHz这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频,分频系数一般取12,所以455kHz1237.9kHz38kHz。1.2本设计的方案和比较根据毕业设计的要求,
10、利用单片机设计一个遥控开关电路,可以拟定以下的几种方案。方案一:(简易红外遥控电路)在不需要多路控制的应用场合,可以使用由常规集成电路组成的单通道红外遥控电路。这种遥控电路不需要使用较贵的专用编译码器,因此成本较低。红外发射部分产生振荡频率红外发射图1.1方案一红外发射部分示意图考虑到本方案电路是简单的单通道遥控器,可直接产生一个控制功能的震荡频率,再通过红外发光二极管发射出去。红外接收部分红外接收解调控制受控电器图1.2方案一红外接收部分示意图当红外接收头接收到控制频率时,由一个电路对其进行解调并产生相应的控制功能。方案二:(利用红外遥控开关电路)用单片机制作一个红外电器遥控器,可以分别控制
11、5个电器的电源开关。红外发射部分:单片机按键控制红外发射图1.3方案二红外发射部分示意图当按下遥控按钮时,单片机产生相应的控制脉冲,由红外发光二极管发射出去。红外接收部分:单片机显示红外接收受控电器电源开关图1.4方案三红外接收部分示意图当红外接收器接收到控制脉冲后,经单片机处理由显示设备显示出当前受控电器的序号。方案比较综上所述通过比较三套方案,方案一未采用单片机控制,功能过于单一,仅能对一路电器进行简单的遥控;方案二的红外线发射/接收控制电路采用单片机来实现,电路简单,实用性强。第二章红外遥控控制原理红外遥控就是把红外线作为载体的遥控方式。由于红外线的波长远小于无线电波的波长,因此在采用红
12、外遥控方式时,不会干扰其他电器的正常工作,也不会影响临近的无线电设备。同时,由于采用红外线遥控器件时,工作电压低,功耗小,外围电路简单,因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛。常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。遥控发射具有键盘矩阵,每按下一个键,即产生具有不同的编码数字脉冲,这种代码指令信号调制在38kHz的截波上,激励红外光二级管产生具有脉冲串的红外波,通过空间的传送到受控机内的遥控接收器。在接收过程中,红外波信号通过光电二级管转换为38kHz的电信号,此信号经过放大、检波、整形、解调、送到解码与接口电路,从而完成相应的遥控功能。图2.1
13、红外遥控原理图发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管;由于其内部材料不同于普通发光二极管,因而在其两端施加一定电压时,它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右,外形与普通5发光二极管相同,只是颜色不同(如图2.1)。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样;用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定,而业余条件下只能用拉锯法来粗略判判定2。图2.2红外发光二极管接收部分的红外接收管是一种光敏二极管(
14、如图2.2)。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压,它才能正常工作,亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用,这样才能获得较高的灵敏度。红外发光二极管一般有圆形和方形两种2。图2.3红外接收二极管由于红外发光二极管的发射功率一般都较小(100mW左右),所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱,因此就要增加高增益放大电路。前些年常用pc1373H、CX20106A等红外接收专用放大集成电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品,大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种:一种采用铁皮屏蔽;一种是塑料封装。均有三只引脚,即电源正(VDD)、电源负(GND)和数据输出(VO或OUT
15、)。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同,可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽,使用起来如同一只三极管,非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。红外遥控常用的载波频率为38kHz这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频,分频系数一般取12,所以455kHz1237.9kHz38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等,一般由发射端晶振的振荡频率来决定。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。红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号
16、,通过红外发射管发射红外信号。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制PWM(Pulse-widthmodulation)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制PTM(Pulse-timemodulation)两种方法。简而言之,红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调,以便利用红外信道进行传输;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。通常发送端采用脉时调制(PTM)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;接收端将接收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等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。对于发送
17、端来说,当无红外脉冲发射时,发送的是二进制数据1;而有红外脉冲发射时发送的是二进制数0。而对于接收端来说,没有接收到红外光,则认为是1;接收到则认为是0。相比之下,96年发布的FIR不再依托UART(UniversalAsynchronousReceiverTransmitter,通用异步收发器),其最高通讯速率有了质的飞跃,可达到4Mbps的水平。FIR采用了全新的4PTM调制解调,即通过分析脉冲的相位来辨别所传输的数据信息,每2个二进制数据位有4种状态,把每个位分为4个相,脉冲出现不同的相位上表示两位数据的不同状态。4第三章红外遥控器的硬件系统设计3.1所需要的器件及选择3.1.1显示器件
18、的选择在单片机应用系统中,使用的显示器主要有LED(发光二极管)和LCD(夜晶显示器)。这两种显示器成本低廉,配置灵活,与单片机接口方便。但是他们也是各有特点的:LED接口非常简单,不需要专用的驱动程序,在设计程序时也非常的简单;LCD显示的字比较丰富,也比较清楚,给人的感觉很好,但是他接口复杂,且要自己造字库,难度不小。对于万用表来说,在配置一些指示灯的前提下,只显示数字就够了,故没必要采用LCD,用LED就够了3.1.2按键控制方式的选择由于本设计所控制的电器数目较少,所以不用外接扩充键盘,直接使用单片机上的接口,直接使用8个点触式开关即可。3.2电路设计用单片机制作一个红外电器遥控器,可
19、以同时分别控制5个电器的电源开关。3.2.1红外遥控发射器遥控方式本遥控发射器采用码分制遥控方式,“码分制”是对信号进行正交编码,利用数学上的正交特性区别不同信号,在频率上、时间上和空间上不分割,接受端根据相应的“码型”来识别和选择所需的信号。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,然后经调制电路调制,变为编码脉冲编码脉冲调制信号,再由驱动电路驱动红外发射器发射红外信号5。整体过程如下:指令键指令编码调制驱动红外发射图3.1码分制遥控方式示意图3.2.2发射电路
20、的设计本发射电路采用一个12M的晶体振荡器,产生相对应受控开关的脉冲频率,通过红外发射管发射出去。单片机第9脚(RST)所接的是一个最简单的RC上电复位电路。P3.5接一个三级管发光二级管利用红外光为介质,将控制信以红外光脉冲的形式发射出去,由接收电路再进行放大,解调,信号还原。晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用,本设计采用的是一个NPN型的三级管9013,为了得到更大的放大倍数,采用了类似共射级接法。因为从p3.5口出来的为高电压,而三级管9013不能承受此电压,所以采用了一个阻值较大的电阻来起分压作用,从而缓冲了加到三级管上的电压。3.2.3发射电路原理图下图为该系统遥控发射器电路原理
21、图,其中第1脚至第5脚接5个点触式的开关,用来遥控电器电源开关,第9脚为单片机的复位脚,采用简单的RC上复位电路,15脚作为红外线遥控码的输出口,用于输出40kHz载波编码,18,19脚接12MHz晶振56。图3.2发射电路电路图3.2.4红外遥控接收器接收方式红外接收前置放大解调指令解码驱动执行图3.3接收器接收方式示意图由上述可见,红外遥控系统中的指令信号及检出电路,在码分制系统中由编码电路和解码电路构成,而且要有调制和解调的过程,因为码分制系统编码脉冲的频率极低,为超低频,如果不用调制与解调电路,外界突然的光线变化可能会对接收电路造成干扰,产生误动作,系统的抗干扰能力及可靠性就难以保证。
22、12133.2.5接收电路原理图以下是为该系统的遥控接收器电原理图。第1至8接数码管,用来显示被控电器开关的序号,显出数字0至5。第35至39口接作为5个电器的电源控制输出,后接继电器,此处是实现控制电器开关的主要。当有输出电流的时候,电流通过继电器,继电器检测到电流后开启功能,对应的电器电源接通。同时电流流过发光二极管,二极管发光,我们就可以知道控制是否成功。第10脚为50Hz交流市电相位基准输入,第12脚为中断输入口,第11脚用于接收红外遥控码输入信号5611。图3.4接收电路电路图3.3系统功能实现方法3.3.1遥控码的编码格式该遥控器采用脉冲个数编码,不同的脉冲个数代表不同的码,最小为
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