智能红外遥控器的设计毕业设计论文

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1、智能红外遥控器的设计毕业设计论文（本文档为 word 格式。下载后您可以进行编辑和修改！优秀的论文 要经过评审和批准。未经允许，请勿转移。随着家用电器的增多和无线遥控产品的普及，红外遥控的使用频率 越来越多。针对国内红外遥控学习技术成熟但商业化程度低的特点， 本文自主设计了一款具有红外学习和触摸屏显示功能的红外遥控器， 以促进红外遥控学习技术在国内市场的普及。在红外解码中，传统的方法是利用单片机中断或查询来采集红外信 号，在不理想的环境下可能需要多次解码。本文采用计算机辅助记录 全波形，通过相关软件优化波形，解码一次即可成功。在红外发射方 面，实验表明红外发射距离受载波占空比和红外二极管通电流

2、的影 响，经过调试，38 千赫载波红外信号的发射距离增加到10 米。在红 外接收方面，进行了红外干扰测试。在触摸屏验证中，通过实验获得 触摸屏数据，利用 matlab 参数估计 lsqcurvefit 函数获得校正参数，解 决了触摸屏漂移问题。在彩屏显示方面，遥控器的所有按键都简化为 方向键和确认键，虚拟数码管显示按键位置，避免了单片机资源短缺 的问题。此外，彩色屏幕仅支持 16 位 R5G6B5 格式数据。自 176*2XXXX 以来，遥控技术已经越来越广泛地应用于工业生产、家 用电器、安防以及人们的日常生活中。随着社会科学技术的发展而增加，人们的生活水平也日益提高。为 了减少人们的工作量，

3、有必要为各种家用电器和电子设备设计一个高 度集成的控制系统。单片机集成度高。它具有体积小、重量轻、价格低、功耗低等突出 特点。特别是，它消耗更少的功率，并且使电源体积小、重量轻。因 此，它特别适用于“基于计算机的产品”。其应用已深入到工业、农业、 国防、科研、教育和日用品（家用电器和玩具）等各个领域单片机特别 适合在产品内部制造，代替一些机械和电子零件或部件本发明可以减 少产品体积，增强功能，实现不同程度的智能化。红外线是一种光线，具有普通光的特性，能以光速直线传播，强度 可调，能被光学透镜聚焦，能被不透明物体阻挡等特制的半导体发光 二极管可以发射特定波长的红外线（通常是近红外线），通过控制二

4、极 管的电流可以很容易地改变红外线的强度，达到调制的目的。因此， 在现代电子工程应用中，红外线经常被用作近视范围内的通信载体， 并且最典型的应用是家用电器遥控。利用红外作为信号载体有许多优 点:成本低、传播范围和方向可控、无电磁辐射干扰、无干扰等因此， 它被广泛应用于各个技术领域。带红外遥控器的家用电器给我们的生活带来了很大的方便，但是遥 控器太多的时候很容易混淆。如果有智能红外199 遥控器可以识别、存储和再现家中各种红外遥控器发出的控制 信号，那么使用这种遥控器来控制所有家用电器有多好为此，我们试 图设计一种以单片机为核心的智能遥控器。通过这个设计，我们可以 提高我们应用专业知识的能力，让

5、我们把大学三年学到的专业知识付 诸实践。在设计过程中，我们可以系统地、有条不紊地连接专业知识。1.2 国内外红外通信的研究现状由来已久，但在 90 年代，这种通信技术有了新 的发展，应用范围更广。5 年，由组件、计算机系统、外围设备和电信制造商组成的大型团体 红外数据协会(IrDA)就一套红外通信标准达成一致目前，120多家制 造商支持红外通信标准。许多制造商已经推出了符合红外通信标准并 支持视窗 95 的产品由红外数据协会开发的新的无线通信标准也得到个人计算机行业的大 力支持。微软、苹果、东芝和惠普等主要开发商已经推出了个人电脑、 笔记本电脑、打印机和手持式个人数字助理(PDA)设备，它们在

6、电脑 之间使用这种高速红外数据通信。此外，红外通信连接已用于大多数新的笔记本电脑，并已成为最具 成本效益和易于使用的无线通信技术，以赢得市场。目前，家用电器中使用最广泛的遥控方式是红外遥控，其特点是不 影响周围环境，不干扰其他电器设备价格低廉，编码简单，红外遥控 非常有利于近距离遥控。由于红外集成接收头的出现，大大降低了红外遥控的成本和技术难 度。目前，它不仅广泛应用于家用电器领域，还广泛应用于玩具、安 防等领域。红外遥控系统主要由红外遥控发射器、红外接收设备、遥 控微处理器等组成。因此，遥控系统是一个涉及单片机的数字系统。目前，国内对红外遥控电子元器件的竞争非常激烈，价格低廉，表 面上对消费

7、者有利。然而，长期的恶性竞争和相互的价格压力将不可 避免地导致产品质量的下降，最终只有消费者会受到伤害。红外遥控 的前景依然看好，但红外遥控的现状不容乐观。红外遥控器是一种单工红外通讯方式。在整个通信中，需要一个发 射机和一个接收机。发送端用单片机将待发送的二进制信号编码调制 成一系列脉冲串信号，并通过管发射红外信号红外接收端一般采用价格低廉、性能可靠的集成红 外接收头来接收红外信号。它同时对信号进行放大、检测和整形，以 获得 TTL 级编码信号，然后将其发送到单片机，单片机对相关对象 进行解码和控制31.3的研究内容主要有:(1) ，研究红外遥控信号波形；(2) 、设计红外遥控器的信号接收系

8、统；(3) 、信号转换系统设计；(4) 、转换和传输电路设计；2 红外遥控学习方案设计2.1 总体方案介绍红外遥控的核心组件是编码芯片。要实现的操作指令是预先编码的， 设备收到指令后，解码并控制相关部件执行相应的动作。编码通过载 波输出，即所有脉冲信号都在载波上调制，载波频率通常为38 千赫 在发射端，载波以电信号驱动红外发光二极管，将电信号转换成光信 号，发射波长范围为 840 纳米至 960 纳米的红外光在接收端，红外光 信号通过光电二极管转换成电信号，最终通过放大、整形、解调等步 骤恢复成原始脉冲编码信号，并根据遥控指令完成相应动作学习型红外遥控器通过记录各种类型遥控器的编码波形，并存储

9、起 来，与某个按键关联，实现了“学习”功能，免去了对编码细节的关心， 大大提高了通用性。已经根据课题的要求初步提出了实现上述功能的基本思路。该系统 主要分为六个模块:单片机控制模块、键盘模块、红外接收模块、红 外发送模块、存储模块和显示模块(中的主要模块是单片机控制系统模块。主要功能的实现由单片机程序控制。键盘扫描、液晶显示、红外遥控信号的接收、学习和传输均由单片机程序控制系统原理框图如图1.1 所示:图 1.1 系统原理框图 自学习遥控器有两个主要功能:学习和发送在学习过程中，接收电路 接收到红外遥控信号后，对 TTL 电平信号进行放大和解调，并将其 发送给微处理器进行处理。经过微处理器处理

10、后，存储在外部存储器 中当要发送红外信号时，根据扫描键盘电路得到的键盘值，从对应于 键值的外部存储器的存储区中恢复相应的红外遥控码，并调制成 38 千赫的载波信号最后，放大电路驱动红外发光二极管发射红外信号达 到学习和传输的目的，从而实现一个遥控器控制各种红外遥控设备的 功能。2.2 方案演示2.21学习模式 从目前市场上出现的通用学习遥控器来看，主要有两大阵营: (1)固定代码学习遥控器这种学习型遥控器采用“不完全感应”，即收 集和总结市场上使用的大量遥控器信号，对收集到的信号进行分类， 然后“分而治之”为每一类预制解码程序和发射过程。的学习过程是:学习信号的获取； 区分信号的类型（它属于哪

11、种解码方案），对它进行编码并存储在 电可擦可编程只读存储器中优点:由于信号传输频率、编码方式等都 是已知的，只需要对采集到的信号进行识别，所以学习遥控器需要相 对简单的硬件，对主控制器（主控芯片）的工作频率要求不高；此外， 内存的容量相对较低，因为它没有压缩问题，并且是根据最原始、最 简单的代码存储的。的缺点:它只能用于已知的远程设备（或已经收集的信号），但对于新 的开发，新的编码格式是无能为力的。（2）波形复制式学习遥控器这种遥控器的设计思想是将原遥控器发 出的信号做一个完整的拷贝，不管遥控器的格式如何，都要进行适当 的压缩，并存储在内存中，当需要传输时，从内存中读出解压缩后的信号，恢复原信

12、号。该模式的工作过程是通过以下步骤完成的 :将原始传输信号波形采 集到主控单片机的随机存储器中，对信号进行分析、压缩、存储传输信号波形的测量。这一步主要是将原始信号慢慢存储到内存中（2）分析信号，分析采集的信号，如信号传输的高低电平时间等参 数，以便于下一步压缩 压缩编码，根据常用的高低电平时间、特殊高低电平时间和传输周期对原始信号进行压缩编码 存储信号，并将压缩和编号的数据存储到可编程只读存储器中。具有以下优点:它可以使用任何远程控制学习，并且它可以使用所有 现在甚至将来的红外远程控制学习，而不需要更新代码程序。有以下缺点:主控芯片和存储器的选择高于固定式。总成本高于固定 代码学习遥控器。由

13、于遥控器发送的编码信号的多样性以及市场上数百种编码方法 的共存，没有统一的国际标准，只有各芯片制造商的事实标准，这使 得很难模拟和替换各种原始遥控器。此外，客户代码和命令代码也由 不同的制造商自己规定。采用第一种方案设计有很大的局限性，所以 第二种方案更可行。也就是说，通过记录各种类型遥控器的编码波形， 存储它们并将其与某个键相关联，实现了“学习”功能，因此不需要考 虑编码细节，并且通用性大大提高。因此，采用2.22 密钥模块方案 1:独立密钥独立按键电路配置灵活，软件结构简单，每个独立 的键分别占用一条输入输出端口线，每个输入端口线上的键的工作状 态不会影响其他输入输出端口线的工作状态但是，

14、每个键必须占用一 个输入输出端口线。当有许多密钥时，输入输出端口线路被大量浪费。 因此，当按键数量较少时，采用按键电路如图2.1 所示，独立按键与 单片机之间的接口为veer 1r 2r 3r 4r 5r 7r 8kls 1 软件-PBS 2k2sw-PBS 3k3sw-PBS 4k4 软 件-PBS 5k5 软件-PBS 6k6 软件-PBS 7k7 软件-PBS 8k8 软件-Pb VCC 图 2.1 独立键盘方案 2:使用矩阵键盘管理特殊芯片，如 HD7279 它可以用较少的资源管理一个有大量按键的键盘，集成了硬件防抖功能，提高了程序的执行 效率。然而，仪器的硬件成本和功耗增加了。选项

15、3:行列式键盘，使用输入输出端口线形成行和列结构。按键排 列在行和列线的交叉行中，行和列线分别连接到按键开关的两端当有 更多密钥时，可以保存输入输出端口线路带2x4和3个功能键的键盘 与单片机的接口图如图2.2所示。图 2.2 2x4 带 3 个功能键的键盘 单片机的设计使用丰富的输入输出端口，不考虑输入输出端口的张 力。此外，家用电器通常有32个键盘。选择选项3。2.23显示模块方案 1:数码管显示数码管价格便宜，需要较少的环境因素，显示明 亮，使用 BCD 代码显示数字，编译程序相对容易，占用资源少。但 同时，它的显示内容有限，只能显示简单的数字和字母。这种常用的 液晶也消耗高能量。方案

16、2:使用液晶显示器液晶显示器具有轻、薄、短、低功耗、无辐 射危害、平直角显示、图像稳定不闪烁、可视面积大、画面效果好、 分辨率高、抗干扰能力强、显示形式灵活等优点。只有编程工作量大， 控制占用资源多，但在本系统中可以充分利用控制器资源。总之，选择了选项22.24 红外接收模块方案 1:采用红外接收二极管和专用红外处理电路接收电路的红外接 收管是一种光敏二极管。使用时，红外接收二极管必须反向偏置，才 能正常工作并获得高灵敏度。红外接收二极管通常有两种类型 :圆形 和方形由于红外发光二极管的发射功率小，红外接收二极管接收的信 号弱，因此必须在接收端增加高增益放大电路这种电路结构比较复 杂，目前还没

17、有普遍采用。选项 2:采用集成红外接收器红外集成接收头是集红外接收、放大、 滤波和比较器输出等功能于一体的模块。它可以完成从红外接收到输出兼 容 TTL 电平信号的所有工作，无需任何外部元件。其体积与普通塑 料密封三极管相同，适用于各种红外遥控和红外数据传输。因此，由 于集成了接收头，人们不再制作接收和放大电路，因此红外接收电路 不仅简单，而且可靠性高。总之，选择了选项2本系统使用的红外接收机型号为HS0038,即载频为 38 千赫（37.9千赫）2.25 微控制器选择方案1：使用通用微控制器AT89C51和其他类似的单片机以前也使用 过，并且非常熟悉。它们被用作主控制单元，但是这些单片机由于

18、工 作频率低，内部存储容量通常太小，不能满足该系统的设计需要。选项2:使用基于STC的单片机，例如，STC89C52RC单片机是一个8 位微处理器，具有低功耗、高性能和 CMOS 工艺，完全兼容工业标 准80C51单片机的指令系统和引脚。片内8K闪存可以在线重新编程， 也可以使用通用非易失性存储器编程器。由于一般距离测量中距离的 变化速度不是很快，而且单片机的机器周期可以达到妙级，所以其 计时精度为妙级，完全可以满足系统测量的要求，而且成本低。基 于 STC89C51 内核的 STC89C52RC 单片机是新一代增强型单片机。 该指令代码与传统的STC89C51完全兼容，速度快812倍，模数转

19、 换器， 4 路脉宽调制，双串口，世界唯一的身份证号码，加密性好， 抗干扰性强总之，选择了选项 23 硬件电路设计3.1 系统硬件基本组成基于单片机的智能遥控器的系统硬件结构主要由以下六部分组成 : 单片机系统电路、红外接收电路、红外发送电路、存储电路、键盘电 路和显示电路 3.2 主模块电路设计 3.2.1 键盘和显示电路设计(1)键盘电路设计2x4+3功能键键盘电路模块如图3.1所示键盘通过将列线的所有输入输出端口设置为低电平，然后将行线的电平状态读入单片机来实 现。如果一个键被按下，一个行线电平将被拉至低电平，并且哪个键 被按下可以根据第二原理被检测到图 3.1 键盘电路(2)显示模块电

20、路显示部分采用 1602 液晶显示模块 1602 液晶显示模块具有体积小、 功耗低、显示内容丰富等特点。1602液晶显示器可显示2 行16 个字 符，具有8位数据总线d0至D7和3个控制端口 rs、RW和EN,工 作电压5V,具有字符对比度调节和背光功能1602 液晶显示器的接口信号描述和主要技术参数分别见表3.1 和表 3.2。表 3.1 1602 液晶显示器接口引脚信号1号2 3 4 5 6 7 8符号VSS VDD VL RS RW E0 D1显示容量芯片工作电压工作电流模块最佳工作电压字符大小P2端口的高位连接引脚表示电源为正，液晶显示器偏置信号数据命令选择端子(HL)和读 /写选择端

21、子(HL)使能信号数据输入输出号10 11 12 13 14 15 16 16X2 字符 4.5 5.5v 2.0ma(5.0v)5.0v 2.95 x 4.35(wxh)毫米符号 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK引脚表示10引脚接口 6针接口和图3.2显示电路3.2.2红外发射电路及其代码(1)红外发射电路 红外光是一种电磁波，它的频率高于微波但低于可见光，它是一种人眼看不见的光通常，中间0.76 1000微米的光谱范围称为红外光 谱范围。红外光谱一般分为四个区域，即近红外（0.763.0卩m）、中 红外（3.06.0卩m）、中远红外（6.020卩m）和远红外（201000

22、卩m）远 近是指电磁波谱中红外光和可见光之间的距离。我们实际的红外遥控 系统主要用于0.761.6ym的近红外区域红外线波长更短，更适合用于短程控制系统。近红外光可以通过红外发光二极管获得。红外发光二极管是由 PN 结组成的注入电流型发光器件。在施加适当的正向偏压后，它可以发 射一定波长的近红外光发射电路如图3.3 所示图 3.3 红外发射电路目前广泛使用的红外发光二极管发射的红外波长约为940纳米。其 外观与普通申5发光二极管相同，但颜色不同。红外发光二极管通常 有三种颜色:黑色、深蓝色和透明发光二极管由交流电、直流电和脉 冲电流驱动。交流电流驱动模式主要用于红外测量、检测和相对简单 的红外

23、通信DC 电流驱动模式，如图3.4（发射模式示意图）左图所示，也称为平 均发射模式，即通过启动DC电源驱动发光二极管发出恒定的红外光。 一般来说，以这种方式驱动的红外光电二极管功率小 （大多小于 100 毫伏），功耗大，抗干扰能力差。图 3.4 发射模式示意图为了在不使红外发光管过载的情况下提高红外遥控系统的工作距 离，一般不采用这种模式，但脉冲发射模式或调制载波脉冲发射模式 如图 3.4右图所示。红外遥控系统的有效工作距离取决于发光二极管 辐射的峰值功率，该峰值功率由驱动发光二极管的电路的峰值决定。 在相同平均电流下，脉冲宽度越窄，峰值功率越大，传输速度越快， 发光效率越高，遥控有效距离越远

24、。这种传输方式也大大提高了系统 的抗干扰能力。用于红外通信，除红外遥控距离外，调制频率和调制带宽也是发光 二极管的两个重要参数调制频率与光通信中红外发光二极管的传输 速度有关。红外发光二极管受到注入PN结有源区的少数载流子寿命 的限制(通常只有几十兆赫)，从而限制了红外发光二极管在高比特率 系统中的应用。通过合理的脉冲编码和驱动电路的优化，在高速光通 信系统中使用发光二极管成为可能。调制带宽被定义为当发光二极管 输出的交流光功率在特定调制频率下从参考频率降低 3db 时的相应 频率值。它是测量发光二极管调制能力的一个重要参数。 (2)红外遥 控码红外遥控码对预先要实现的操作指令进行编码，然后将

25、所有编码后 的脉冲信号调制在 38 千赫方波的载波上，经三极管放大后驱动红外 发光二极管发出 38 千赫载波由微控制器通过软件直接模拟，并由定 时器 t0 产生为了保证38千赫方波的频率稳定性，在硬件设计中尽可 能多地使用高频晶振来提高中央处理器的运行速度。在应用系统中，为了解码遥控器信号并控制系统功能，必须了解遥控器信号编号的格式（即遥控器发出的脉冲流），即信号引导脉冲的高低脉冲宽度、“0”和“1”表达式，以及遥控器识别码和每个功能键的键码。信号编号的识别应从分析脉冲冲流的每个高、低脉冲的时间开始，信号编号的格式可通过分析每 个高、低脉冲的时间获得。公共“0”和“1”的波形如图 3.5 所示

26、使用脉宽调制串行码，二进制“0” 由 0.565 毫秒的脉宽、0.56 毫秒的间隔和 1.125 毫秒的周期的组合来 表示；二进制“1”由 0.565 毫秒的脉冲宽度、1.685 毫秒的间隔和 2.25 毫秒的周期的组合表示图 3.5 遥控码“0”和 “1”控制器产生的脉冲码格式一般为:导频脉冲（表头）-识别码（用户码）-键码-键码逆其导频脉冲是一个高脉冲和一个低脉冲的组合，宽度约为10 ms,用于识别指令代码的起始识别码、键码和键码的逆码都是数据编码脉 冲，用二进制数表示“0”和“1”都由 ms 量级的高和低脉冲的组合来表 示标识码（即用户代码）是每个遥控系统的标识通过检查识别码，每个 遥控

27、器只能控制一个设备的动作，从而有效地防止多个设备之间的串 扰当按下命令键时，命令信号产生电路产生脉冲码键码后通常是键码的反码，用于检查键码接收的正确性，防止误操 作，提高系统的可靠性。这些命令信号由调制电路调制成32-40 千赫 的信号，调制后输出。最后，驱动电路驱动红外发射装置发射红外遥 控信号。图 3.6 是遥控重复信号的波形图图 3.6 一种遥控重复信号波形当按键超过 36 毫秒时，振荡器激活芯片并发出一组108 毫秒的代码 脉冲。108 毫秒代码由一个导频码（9 毫秒）、一个结果码（4.5 毫秒）、 一个低 8 位地址码（9 毫秒 18 毫秒）、一个高 8 位地址码（9 毫秒 18 毫

28、秒）、一个 8位数据码（9 毫秒 18 毫秒）和一个8 位数据的反码（9 毫 秒 18毫秒）组成如果按键超过108 毫秒但仍未释放，下一个要传输 的代码（重复代码）将只包括起始代码（9毫秒）和结束代码（2.25 毫秒）3.2.3 红外接收电路 集成红外接收装置集遥控信号的接收、放大、检测和整形于一体， 输出可被单片机识别的 TTL 信号，大大简化了接收电路的复杂性和 电路的设计工作，使用方便。本系统采用红外集成接收头 HS0038， 外观如图3.7所示。HS0038黑色环氧树脂封装，不受阳光、荧光灯 等光源的干扰，内置磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。在用低功率发射管 发射信号的情况下，接收距离可达3

29、5 m它与TTL和COMS电路兼 容。HS0038是一种直立式侧光接收型。它接收的红外信号频率为38 千赫，周期约为 26 微秒，同时可以对信号进行放大、检测和整形， 得到TTL级编码信号。这三个引脚分别是接地、5V电源和解调信 号输出端图 3.7 红外集成接收头外观图 HS0038无遥控信号输入时，HS0038的输出保持高电平，有信号时，输出为 高低电平脉冲，所以接收时由低电平后接高电平组成。红外遥控接收 电路如图3.8所示将其输出连接到微控制器外部中断0的INTO引脚。图 3.8 红外接收电路3.2.4 存储电路遥控器可以存储的代码数量也是衡量智能学习遥控器性能的重要指 标在学习遥控器的代码后，遥控器必须存储代码，因为微控制器中的 数据存储器 RAM 只能存储有限的数据，并且不能防止断电。因此， 需要一个适当大小的外部存储器来存储学习到的代码。这里使用的是 常用的存储器芯片AT24C02AT24C02由ATMEL公司提供。I2C总线 串行EEPROM的容量为1KB，工作电压为1.8V5.5V，生产工艺为 CMOS工艺。它具有工作电压宽（2.55.5V）、擦除次数多（10000次以 上）、写入速度快（小于10ms）、抗干扰能力强、数据丢失少、体积小 的特点。引脚图和时序图分别如图3.9和图 3.10所示。