基于单片机红外遥控智能家居

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1、学士学位毕业设计（论文）基于单片机红外遥控智能家居的设计学生姓名：李建强学 号：20084074214指导教师：富爽所在学院：信息技术学院专 业：通信工程中国大庆2012年5月黑龙江八一农垦大学本科毕业设计（论文）任务书学生姓名李建强所在班级通2008级(2)导师姓名富爽导师职称讲师 论文题目基于单片机红外遥控智能家居的设计题目分类1应用与非应用类：工程科研教学建设理论分析模拟2软件与软硬结合类：软件硬件软硬结合非软硬件（1、2类中必须各选一项适合自己题目的类型在内打）主要研究内容及指标： 本课题是通过红外解码进行短距离的通信，通过对红外信号进行编码和解码，在不改变原有的电器结构和位置的情况下

2、，运用红外遥控技术控制所有带红外接收头的家电并通过单片机控制常用的家居（如洗衣机正反转，热水器开关，窗帘开闭）。此次设计是对智能家居系统的模拟测试，主要实现通过红外遥控技术控制继电器的开关，电机的正反转，灯的亮灭等。主要参考文献：1 李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社.20012 蔡艳玲.基于EBOX和AT89C52智能家居红外遥控系统的设计.厦门海洋职业技术学院.3 谭浩强.C程序设计.清华大学出版社.20054 李华，李东.MCS51/98系列单片机原理与应用.机械工业出版社.1997.5 曾兴雯,刘乃安,孙献璞.扩展频谱通信及其多址技术M.西安电子科技大出版社.2004

3、阶段规划：1、2011年12月22日至2011年1月12日 资料收集和整理2、2012年3月2日至3月25日 熟悉红外解码的工作原理及程序的编写3、2012年3月26日至4月20日 硬件的搭建、综合调试4、2012年4月21日至5月12日 系统改进、论文初稿5、2012年5月13日至5月20日 论文打印，准备答辩开题时间2011.12.15完成论文时间2012.5.20专家审定意见：系主任签字：年 月 日注：1任务书由指导教师填写后交给学生，要求学生妥善保存。2此任务书夹于论文扉页与论文一并装订，作为论文评分依据之。摘要摘要随着计算机技术和通信技术的飞速发展，人类的生活水平有着日新月异的变化，

4、“以人为本、舒适、便利、智能化”已成为家居系统的重要设计理念。家居智能化控制系统力求创造安全、舒适的生活环境，成为目前设计开发的重中之重。本文通过红外遥控技术和单片机的相互结合进行家具智能化的设计，通过单片机对红外信号进行解码和信号处理1，在不改变原有的电器结构和位置的情况下，运用红外遥控技术控制所有带红外接收头的家电并通过单片机控制常用的家居（如洗衣机正反转，热水器开关，窗帘开闭）。本方案主要解决信号接收和控制，在信号的处理接收之后对不同信号的程序处理，通过软件编程实现对常用家具进行控制和应用。关键词：红外技术 单片机 智能家居IIABSTRACTABSTRACTWith the rapid

5、 development of computer technology and communication technology, rapid changes in the level of human life, humanist, comfortable , convenient, and the intelligence has become a important design concept of home system . The intelligent home control system tries to create safe and comfortable living

6、environment, it has become a top priority of the design and development . This article through combining the infrared remote control technology and MCU to design intelligent furniture. There we decode the infrared signals through the microcontroller and signal processing,then we use infrared remote

7、control technology control all the home appliance with infrared sensor and through the single-chip microcomputer control commonly used home(Such as washing machines reversing, water heater switch, open and close the curtains) in the case of not changing the electrical structure and location. The sch

8、eme is mainly to solve the signal receiving and control, in signal processing after receiving of different signal procedures, through software programming realize to control and application the common furniture.Keywords: Infrared technology microcomputer intelligent household目录目录摘要IABSTRACTII前言IV1 绪

9、论11.1设计背景、意义11.2红外通讯11.3智能家居的发展趋势与特点12 系统总体的设计32.1设计理论分析32.2方案的比较及确定52.3总体方案的设计62.4本章小结83 硬件电路设计与实现93.1单片机总控制电路的介绍93.2红外发射与接收装置153.3液晶显示电路163.4步进电机和继电器193.5串口通信模块233.6本章小结244 系统软件设计及实现254.1红外遥控发射编码部分254.2红外遥控接收解码部分254.3显示电路程序的编写254.4软件系统总体功能框图254.5本章小结265 系统调试与误差分析275.1单片机的编译环境275.2红外遥控智能家居系统电路调试275

10、.3本章小结27结论28参考文献29致谢30附录31III前言前言智能家居系统是指利用通信技术、控制技术、综合布线技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起 ,通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能,提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式 ,帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。出门在外，您可以通过电话、电脑来远程遥控您的家居各智能系统，例如在回家的路上或下班前提前

11、打开家中的空调和热水器；到家开门时，借助门磁或红外传感器，系统会自动打开过道灯，同时打开电子门锁，安防撤防，开启家中的照明灯具和窗帘迎接您的归来；回到家里，使用遥控器您可以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，您都可以在家里从容操作，一个控制器可以遥控家里的一切，比如拉窗帘，调整窗帘、灯光、音响的状态，给浴池放水并自动加热调节水温；在公司上班时，家里的情况还可以显示在办公室的电脑或手机上，随时查看；门口机具有拍照功能，家中无人时若有来访者，系统会拍下照片供您回来查看，室内安装有网络视频摄像头，可以在互

12、联网上查看室内的情景并进行控制。随着人们生活水平的提高和电子技术的发展，家居智能化已经开始走进了我们日常的生活。人们已经不满足于按键式的手动开关来控制灯具，从而开发出了智能化水平更高的专业照明控制的遥控系统，其成本低，质量高，应用灵活方便。而由于具有体积小、功耗低、功能强、成本低的特点，红外线遥控已经是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。27黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）1 绪论1.1设计背景、意义随着互联网技术和信息通讯技术的飞速发展，信息化、智能化的浪潮正在席卷世界的每一个角落，数字化家园进入豪宅，它正全方位地改变着全社会。人们对家的需求已不仅仅局限于生活的舒适和安全，把网络通讯、信息

13、处理与空气环境和家庭电器控制融入到一起简单操作与享受，乃是人们现在的渴望与追求。智能化的家居控制系统在发达国家起步比较早，始于20世纪80年代，装备有各种通信、家电、安保等设施，通过总线技术应用计算机和信息技术，实现监视、控制和管理的功能2。但直到现在也没有完备的智能家居系统，鉴于此，本设计主要模拟智能家居的控制系统，通过运用红外通信技术进行对家具的控制，以提高对智能家居的认识和对红外线的应用。1.2红外通讯红外通讯，顾名思义，就是通过红外线传输数据。在电脑技术发展早期，数据都是通过线缆传输的，线缆传输连线麻烦，需要特制接口，颇为不便。于是后来就有了红外、蓝牙、等无线数据传输技术。红外通讯技术

14、利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种。红外线的特征：红外传输是一种点对点的传输方式，无线，不能离的太远，要对准方向，且中间不能有障碍，由于红外线的直射特性，红外通讯技术不太适合传输障碍比较多的地方。因此，红外通讯技术多数情况下传输距离短、传输速率不高13。1.3智能家居的发展趋势与特点完整的智能家居既不是单一的灯光、窗帘控制，也不是可视对讲与家庭安防的简单集成，而是将电器控制（包括灯光、窗帘的控制）、安全防范（包括可视对讲、家庭安防）、家庭娱乐（包括背景音乐、家庭影院等视听信号控制）、信息通讯等多种功能有机地整合在一起，使智能家居真正成为家庭的控制中心、安全中心、娱乐中心和信息中心，这一

15、点已经成为业界资深人士的共识。但是，目前尚没有任何一种品牌的智能家居系统能够独立地完成上述全部功能，例如美系产品虽拥有强大的视听信号控制功能，但电器控制功能较弱；欧系产品的电器控制功能较强，但缺少视频信号的传输、控制功能；韩系产品虽具有比较完善的家庭安防功能，但视听信号控制功能和电器控制功能都比较弱。因此，在笔者实地考察过的几个近年建设的智能家居项目中，智能家居系统采用的都不是单一品牌的智能家居产品，而是根据功能需求将几种品牌不同、功能互补的智能家居产品集成到一起，整合成一个功能更加完善强大的智能家居系统，如ABB与AMX、快思聪，霍尼韦尔与施耐德等品牌的结合，这已经成为当前智能家居系统应用的

16、发展趋势之一；智能家居系统应用的第二个发展趋势，就是图形化综合人机操作界面正在逐步从专用的触摸屏向数字网络电视、iPone、iPad等通用设备的方向发展，专用触摸屏逐渐只用于做图形化综合控制开关使用。但是，无论是将几种品牌不同、功能互补的智能家居产品集成到一起，还是应用数字网络电视、iPone、iPad等通用设备做图形化人机综合操作界面，都需要施工方具有很强的专业能力和系统集成能力，因此如果没有高水平的智能家居系统集成商，就不可能建成高质量的智能家居项目。高质量的智能家居项目必须要由高水平的智能家居集成商来实施，这是智能家居系统应用的第三个发展趋势3。2 系统总体的设计对红外遥控进行系统设计，

17、必须先了解一些有关的原理和标准，如：红外通信基本原理，红外数据协会标准，红外线遥控原理等；还要对设计的有一个比较清楚的方案。本设计基于STC89C52单片机，实现红外解码及数据存储，通过查找资料确定各个模块的功能及实现方法，先在软件上进行调试，再根据硬件修改调试软件，最后将各个模块合理组合在一起，达到预计的功能与目标4。2.1设计理论分析2.1.1红外通讯原理红外线遥控就是利用红外线（又称红外光）来传递控制信号，实现对控制对象的近距离控制。具体来讲，就是由发射器发出红外线指令信号，由接收器接收并对信号进行处理并识别，再通过相应的控制芯片，最后根据接收到的不同信号实现对控制对象的各种功能的远距离

18、控制。红外遥控是单工的红外通信方式，本设计的红外遥控采用以通信方式为基础的红外遥控，而且本设计也使用了红外通信技术，故着重分析红外通信的基本原理5。红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。红外数据协会（IrDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最

19、佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内6。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（载波信号），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）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（PPM）两种方法。脉时调制（PPM）是红外数据协会(IrDA)和国际电子电工委员会(IEEE)都推荐的调制方式，本设计采用脉时调制方法，即用两个脉冲串之间的时间间隔来表示二进制信息，数据比特的传送仿照不带奇偶校验的RS232通信，首先产生一个同步头，然后接着 8 位数据比特7。如图1所示。图

20、1 PPM调制波形图载波信号的频率=38kHz，载波周期T=26.32us，本设计使用单片机软件产生载波，取T=26us，脉冲宽度t1=10T=260us，二进制数0的脉冲串周期t2=500us，二进制数1的脉冲串周期t3=1000us。普通的红外遥控采用面向指令的帧结构，数据帧由同步码，地址码和指令码组成，指令码长度多为816个比特，传送多字节遥控协议时效率偏低，而增加指令码的长度不利于接收器同步，为此本设计选用一种面向字节的帧结构，采用类似于异步串行通信的帧结构，每帧由一个起始位（二进制数0）、8个数据位和2个停止位（二进制数1）构成，如图2所示。每帧传送1个字节的数据，帧与帧间隔大于2m

21、s，帧结构不含地址信息，寻址问题由高层协议解决8。图2 数据帧结构示意图由于红外光存在反射,在全双工的方式下发送的信号也可能会被本身接收，因此，红外通信应采用异步半双工方式，即通信的某一方发送和接收交替进行。2.1.2红外通信标准1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司发起成立了红外数据协会（Infrared Data Association,简称IRDA），1993年6月28日，来自50多家企业的120多位代表出席了红外数据协会的首次会议，并就建立统一的红外通讯标准问题达成了一致。IRDA1.0简称为SIR（Serial InfRared），它是基于HP-SIR开发出来的一

22、种异步的、半双工的红外通讯方式。SIR以系统的异步通讯收发器（UART）为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编码解码过程（3/16 EnDec）实现红外数据传输。由于受到UART通讯速率的限制，SIR的最高通讯速率只有115.2kbps，也就是大家熟知的电脑串行端口的最高速率。IRDA标准包括三个基本的规范和协议：物理层规范（Physical Layer Link Specification）链接建立协议（ink Access Protocol:IRLAP）链接管理协议（Link Management Protocol:IRLMP）。2nd stepFut

23、ure deviceApplicationHID deviceApplicationHome ApplianceApplication1st stepFutureFuture device LLCHID-IrBus LLCHA LLCIrBus MACIrBus PHY图3 IRBUS红外线通信协议层物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，IRLAP和IRLMP为两个软件层，负责对链接进行设置、管理和维护。在IRLAP和IRLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IRDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TINYTP、IROBEX、IRCOMM、IRLAN和IRBUS等（见图

24、3）。2.2方案的比较及确定本设计的重点在于遥控解码，遥控解码的方式有硬件解码与软件解码。方案一：硬件解码。硬件解码：在接受遥控一边连接一个专用解码芯片，只要按键盘上的键值，它就能直接把这个键值解码出来并存储，当你调用这个键值的时候只要从里面去读取就行了，所以它的解码率高，读取显示简单，这是它的优点。可是该芯片价格昂贵，而且只能解码对应的遥控器，兼容性差，成本昂贵，不适合用作市场量产。方案二：软件解码。软件解码：根据遥控器选择的芯片不同，其遥控码格式也不同。现在市场上主要有日本的NEC标准和飞利浦标准，通过软件方式解码时解码的正确率就是一个很重要的指标了。因此我选用了C52单片机芯片，负责红外

25、解码和显示与控制。基于上述比较，我们选择了方案二，采用C语言的软件解码方式。2.3总体方案的设计2.3.1 总体设计根据设计任务要求，本设计的系统结构框图如图4红外接收头遥控器继电器ULN2003STC89C52 显 示步进电机复 位串口通信晶 振图4 系统结构框图2.3.2 主要模块设计红外遥控系统一般由红外发射装置和红外接收设备两大部分组成。本系统的红外发射部分是由遥控器提供发射信号。红外接收装置通常由一红外接收头、单片机、密码存储器组成的接收电路。如图5所示。继电器单片机红外发射红外接收步进电机串口通信图5 红外遥控智能家居的组成框图为了节约成本，便于控制，该系统中使用的单片机为STC8

26、9C52。接收模块中的红外接收部分是一种专用芯片0038B。0038B的管脚分布如图6所示，2脚、3脚分别为地电源和地，1脚是解调信号输出，其电平与TTL兼容。0038B系列特性如下：频率范围：32.75kHz、36.7kHz、38kHz、40kHz电源电压范围：4.7V5.3V工作电流：3mA最大遥控距离：8m工作温度：-10+60图6 0038B引脚图0038B是黑色环氧聚光透镜，滤除了可见光的干扰。内含红外线PIN接收管、选频放大器和解调器。当红外线发射器发出的信号经空间传送到0038B时，它内部的PIN红外线接收管将红外线转换为电信号，该信号经选频放大、解调后由1脚输出与TTL电平兼容

27、的电信号，该信号可以直接送入微处理器进行处理。0038B的输出波形如图7所示。当接收到频带内的红外信号时，0038B接收器会输出低电平，否则输出数据为高电平，从而“将时断时续”的红外信号解调成原来的连续方波信号。-低电平高电平5V0V已调制红外信号 0038B输出信号图7 0038B的输出波形0038B的优点是稳定性好，抗干扰能力很强，外围电路简洁，成本低廉，适用于各种红外遥控和红外数据传输，是替代其它红外接收放大器的理想元件。唯一的缺点是电源供电需5V左右，用两节电池供电。该芯片内部集成了前置放大、限幅放大、带通滤波、检波、积分，及施密特比较器等单元电路，输出端输出标准的TTL电平信号。同时

28、，0038B环氧树脂封装提供一个特殊的红外滤光器，可防止自然光的干扰，具有极好的抗自然光干扰的性能，可防止无用脉冲输出。该系统的工作过程是：首先由发射模块中的单片机在外部命令的控制下按一定的时间间隔连续产生20次同一数码。然后该信号经过调制电路被调制到载波信号上，调制信号经过放大后驱动红外线发射二极管发射红外线信号9。接收端的红外接收装置0038B对发射过来的红外调制信号进行前置放大、限幅滤波、检波等一系列过程后逐一解调出原数码指令信号，再将解调出的信号与发射模块中的原数码指令信号相比较。如果是15次以上比较果是相同的，则认为接收成功，并用该数码信号驱动继电器工作、最后由继电器控制智能家居的闭

29、合和开启。2.4本章小结本章主要介绍了系统总体方案的设计，从方案的选定，系统模块的设计到系统总体功能的实现做了简要的介绍。并将红外通信的原理做了较详细的介绍。从而为系统硬件制作提供了理论上的保障。3 硬件电路设计与实现该智能家居采用STC89C5为核心，由遥控发射部分及主机接收部分组成。遥控发射部分主要由万能遥控器组成。主机接收部分主要由STC89C52单片机、红外接收头、步进电机、继电器、LCD屏显示及复位电路等组成。3.1单片机总控制电路的介绍 继电器模块红外发射模块89C52单片机系统步进电机模块红外接收模块显示模块串口模块图8 红外遥控智能家居硬件结构图3.1.1 单片机系统介绍本设计

30、中，单片机系统是以STC89C52为核心。电路原理图如下：图9 单片机系统电路原理图3.1.1.1 STC89C52单片机简介单片机是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、基本输入/输出接口电路10。定时器/计数器等部件都制作在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机从而实现微型计算机的基本功能。单片机内部结构示意图如图10所示。图10 单片机内部结构STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器11。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使

31、得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振 荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。和atmel的

32、相比，STC89C52RC单片机具有8K字节程序存储空间；512字节数据存储空间；内带4K字节EEPROM存储空间; 可直接使用串口下载12。STC89C52的引脚图如图11所示： 图11 STC89C52芯片引脚图1.主电源及时钟引脚 此类引脚包括电源引脚Vcc、Vss、时钟引脚XTAL1、XTAL2。（1）Vcc（40脚）：接+5V电源，为单片机芯片提供电能。（2）Vss（20脚）接地。（3）XTAL1（19脚）在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，该放大器构成了片内的振荡器，可提供单片机的时钟控制信号。（4）XTAL2（18脚）在单片机内部，接至上述振荡器的反向输出端。2.控制引脚此

33、类引脚包括RESET（即RSR/VPD）、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP，可以提供控制信号，有些具有复用功能。（1）RSR/ VPD（9脚）：复位信号输入端，高电平有效，当振荡器运行时，在此加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（REST）。复位后应使此引脚电平保持为不高于0.5V的低电平，以保证单片机正常工作。掉电期间，此引脚可接上备用电源（VPD），以保持内部RAM中的数据不丢失。当Vcc下降到低于规定值，而VPD在其规定的电压范围内（50.5V）时，VPD就向内部RAM提供备用电源。（2）ALE/PROG（30脚）：ALE为地址锁存允许信号。当单片机访问外部存储器时，（地址锁存

34、允许）输出脉冲的下降沿用于锁存16位地址的低8位。即使不访问外部存储器，ALE端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的1/6。但是每当访问外部数据存储器时，在两个机器周期中ALE只出现一次，即丢失一个ALE脉冲。ALE端可以驱动8个LSTTL负载。（3）PSEN（29脚）：程序存储器允许输出控制端。此输出为单片内访问外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或取常数）期间，每个机器周期均PSEN两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不会出现。PSEN同样可以驱动8个LSTTL负载。（4）EA/VPP（31脚）：EA功能为内外程序存储器选择控制

35、端。当EA端保持高电平时单片机访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH时将自动转向执行外部程序存储器内的程序。3.输入/输出引脚此类引脚包括P0口、P1口、P2口和P3口。（1）P0(P0.0P0.7)是一个8位三态双向I/0口，在不访积压外部存储器，做通用I/0口使用，用于传送CPU的输入/输出数据，当访问外部存储器时，此口为地址总路线低8位及数据总路线分时复用口，可带8个LSTTL负载。（2）P1（P1.0P2.7）是一个8位准双向I/O口（作为输入时，口锁存器置1），带有内部上拉电阻，可带4个LSTTL负载。（3）P2（P2.0P2.7）是一个8位准双向I/O口，与地址

36、总路线高8位复用，可驱动4个LSTTL负载。（4）P3（P3.0P3.7）是一个8位准双向I/O口，每个口可独立控制，内部带上拉电阻。作为第一功能使用时就当作普通I/O口，与P1相似。作为第二功能使用时，各引脚的定义如表1所示。值得强调的是，P3口的每一个引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能。表1 P3口各引脚第二功能定义标号引脚第二功能说明P3.010RXD串行输入口P3.111TXD串行输出口P3.212INT0外部中断0P3.313INT1外部中断1P3.414T0记时器0外部输入P3.515T1记时器1外部输入P3.616WR外部数据存储器写选通P3.717RD外部数据存储

37、器读选通3.1.1.2 时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图12(a) 所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡13。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图12（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内

38、时钟发生器把振荡频率两分频14，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。 （a）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路图12 时钟电路3.1.1.3 复位及复位电路1. 复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表2所示。表2 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000H

39、SP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H2. 复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用频率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图13所示：RST/VPD片内RAM施密特触发器复位电路VCCVSS图13 产生复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复

40、位电路在每个机器周期对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图14（a）所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图14（b）所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图14（c）所示：（a）上电复位 （b）按键电平复位 （c）按键脉冲复位图14 复位电路上述电路图

41、中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用图14（b）按键电平复位方式。STC89C52具体介绍如下：主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外

42、部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7STC89C52主要功能如表3所示。表3 STC89C52主要功能主要功

43、能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.2红外发射与接收装置红外遥控系统一般由红外发射装置和红外接收设备两大部分组成。本系统的红外发射部分是由遥控器提供发射信号。红外接收装置通常由一红外接收头组成的接收电路。红外接收电路如下图所示：图15 红外接收电路3.2.1红外接收信号的解码 接收信号的解码是根据红外线接收器输出脉冲帧的格式来进行解码的，即用累

44、加器A分别对符合条件的负跳变脉冲进行计数。当红外线接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平将启动中断程序，实时接收数据帧。在接收数据帧时，根据发射帧的格式将对第一位（起始）码的码宽进行验证。若第一位低电平码的脉冲宽小于2ms，将作为错误码处理。当间隔位的高电平脉冲大于3ms时，结束接收，然后根据累加器A中的脉冲个数，执行相应的操作。图16为红外线接收器输出的一帧遥控码波形图15。图16 红外接收遥控码波形图3.3液晶显示电路显示模块电路如下图所示：图17 液晶显示电路图带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显

45、示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。1.基本特性（1）低电源电压（VDD:3.0-5.5V）（2）显示分辨率:12864点 （3）内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选) （4）内置 128个168点阵

46、字符 （5）2MHZ时钟频率 （6）显示方式：STN、半透、正显 （7）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）视角方向：6点（9）背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10 （10）通讯方式：串行、并口可选 （11）内置DC-DC转换电路，无需外加负压 （12）无需片选信号，简化软件设计（13）工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +602.接口说明表4 12864接口说明管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,

47、表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）16NC-空脚17RESETH/L复位端，低电平有效（见注释2）18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）（见

48、注释3）20KVSS背光源负端（见注释3）3. 控制器接口信号说明：表5 RS，R/W的配合选择决定控制界面的4种模式：RSR/W功能说明LLMPU写指令到指令暂存器（IR）LH读出忙标志（BF）及地址记数器（AC）的状态HLMPU写入数据到数据暂存器（DR）HHMPU从数据暂存器（DR）中读出数据4.字符显示:带中文字库的128X64-0402B每屏可显示4行8列共32个1616点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中文字符或2个168点阵全高ASCII码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示。带中文字库的128X64-0402B内部提供1282字节的字符显示RAM

49、缓冲区（DDRAM）。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示RAM实现的。根据写入内容的不同，可分别在液晶屏上显示CGROM（中文字库）、HCGROM（ASCII码字库）及CGRAM（自定义字形）的内容。三种不同字符/字型的选择编码范围为：00000006H（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）显示自定义字型，02H7FH显示半宽ASCII码字符，A1A0HF7FFH显示8192种GB2312中文字库字形。字符显示RAM在液晶模块中的地址80H9FH。字符显示的RAM的地址与32个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如下表所示。表6 字符显示的地址与区域的对应关

50、系80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH3.4步进电机和继电器对窗帘开关的控制是采用步进电机28BYJ48型四相八拍电机，由于单片机接口电流不够大需要通过ULN2003放大再连接到相应的电机接口；而对于热水器、照明指示灯则加入继电器来完成。电路原理图如下：图18 步进电机和继电器控制电路原理图3.4.1 步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉

51、冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的16。步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为

52、两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。步进电机各相轮流接入整步电流后所产生的步距角叫做该步进电机的基本步距角。F 相步进电机有 F 个绕组，这 F 个绕组要均匀地镶嵌在定子上，因此定子的磁极数必定是 F 的整数倍，因此，转子转一圈的步数应该是 F 的整数倍;也就是说：3 相步进电机转一圈的步数是 3 的整数倍，4 相步进电机转一圈的步数是 4 的整数倍，5相步进电机转一圈的步数是 5 的整数倍；如果步进电机的基本步距角为 A ，转一圈的步数是 M ，步进电机的相数是 F 则有下述关系：A=360/M 由于上述机械对称原理，M 必然是相数

53、 F 的整数倍,即：M=N*F 其中 N 是正整数。跟据以上分析可以看出，基本步距角是不能取任意值的。28BYJ-48步进电机：图19 28BYJ-48步进电机实物图步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5VDC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A.，双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA

54、-AB-.），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.）减速步进电机28BYJ-48的原理如下图：图20 减速步进电机28BYJ-48的原理图中间部分是转子，由一个永磁体组成，边上的是定子绕组。当定子的一个绕组通电时，将产生一个方向的电磁场，如果这个磁场的方向和转子磁场方向不在同一条直线上，那么定子和转子的磁场将产生一个扭力将定子扭转。依次改变绕组的磁场，就可以使步进电机正转或反转(比如通电次序为A-B-C-D正转，反之则反转)。而改变磁场切换的时间间隔，就可以控制步进电机的速度了，这就是步进电机的驱动原理。由于步进电机的驱动电流较大，单片机不能直接驱动，一般都是使用ULN2003达

55、林顿阵列驱动，当然，使用下拉电阻或三极管也是可以驱动的，只不过效果不是那么好，产生的扭力比较小。3.4.2 继电器在机电控制系统中，虽然利用接触器作为电气执行元件可以实现最基本的自动控制，但对于稍复杂的情况就无能为力。在极大多数的机电控制系统中，需要根据系统的各种状态或参数进行判断和逻辑运算，然后根据逻辑运算结果去控制接触器等电气执行元件，实现自动控制的目的。这就需要能够对系统的各种状态或参数进行判断和逻辑运算的电器元件，这一类电器元件就称为继电器。继电器实质上是一种传递信号的电器，它是一种根据特定形式的输入信号转变为其触点开合状态的电器元件。一般来说，继电器由承受机构、中间机构和执行机构三部

56、分组成。承受机构反映继电器的输入量，并传递给中间机构17，与预定的量（整定量）进行比较，当达到整定量时（过量或欠量），中间机构就使执行机构动作，其触点闭合或断开，从而实现某种控制目的。继电器作为系统的各种状态或参量判断和逻辑运算的电器元件，主要起到信号转换和传递作用，其触点容量较小。所以，通常接在控制电路中用于反映控制信号，而不能像接触器那样直接接到有一定负荷的主回路中。这也是继电器与接触器的根本区别。继电器的种类很多，按它反映信号的种类可分为电流、电压、速度、压力、温度等；按动作原理分为电磁式、感应式、电动式和电子式；按动作时间分为瞬时动作和延时动作。电磁式继电器有直流和交流之分，它们的重要

57、结构和工作原理与接触器基本相同，它们各自又可分为电流、电压、中间、时间继电器等18。在本系统中所用到的继电器是宁波松乐的继电器，SRD-05VDC-SL-C，属于SRD系列，一次线圈电压为DC5V，密封型、高敏度（0.36瓦），1c接点（单刀双掷），开关容量10A。图22 继电器实物图该型号的继电器5只引脚，其中2只为线圈引脚1只为公共端，1只为常开端，1只为常闭端这就是相当于一个单刀双掷开关当线圈端加5V直流电压时，触点吸合，负载端闭合或断开电压继电器是根据电压信号工作的，根据线圈电压的大小来决定触点动作。电压继电器的线圈的匝数多而线径细，使用时其线圈与负载并联。按线圈电压的种类可分为交流电

58、压继电器和直流电压继电器；按动作电压的大小又可分为过电压继电器和欠电压继电器。对于过电压继电器，当线圈电压为额定值时，衔铁不产生吸合动作。只有当线圈电压高出额定电压某一值时衔铁才产生吸合动作，所以称为过电压继电器。交流过电压继电器在电路中起过压保护作用。而直流电路中一般不会出现波动较大的过电压现象，因此，在产品中没有直流过电压继电器。对于欠电压继电器，当线圈电压达到或大于线圈额定值时，衔铁吸合。当线圈电压低于线圈额定电压时衔铁立即释放，所以称为欠电压继电器。欠电压继电器有交流欠电压继电器和直流欠电压继电器之分，在电路中起欠压保护作用。3.4.3 ULN2003在大型仪器仪表系统中,经常要用到伺

59、服电机、步进电机、各种电磁阀、泵等驱动电压高且功率较大的器件。ULN2000、ULN2800高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品就属于这类可控大功率器件,由于这类器件功能强、应用范围语广。本系统中用到的是ULN2003A19。ULN2003A电路具有以下特点：电流增益高（大于1000）;带负载能力强（输出电流大于500mA）;温度范围宽（-4085）;工作电压高（大于50V）。ULN2003电路主要用于如下领域：伺服电机;步进电机;电磁阀;可控照明灯。ULN2003电参数:表7 ULN2003A的极限参数项目符号数值单位最大输入电压Vi(max)30V集电极-发射极电压Vo(max)50V最大基

60、极输入电流IB(MAX)25mA输出电流Io500mA贮存温度Ts-65150结温Tj175引线耐焊接温度TD3003.5串口通信模块电路图如下：图23 串口通信电路原理图3.5.1 MAX232该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口rs232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0 +5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平20。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。主要特点： 1、单5V电源工作2、LinBiCMOSTM工艺技术3、两个驱动器及