红外遥控器的解码装置设计
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本科毕业论文(设计)开题报告论文题目: 红外遥控器的解码设置设计 学院:毕业论文(设计)开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节,又是完成高质量毕业论文(设计)的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化,特制定本要求。一、选题依据1. 论文(设计)题目及研究领域;2. 论文(设计)工作的理论意义和应用价值;3. 目前研究的概况和发展趋势。二、论文(设计)研究的内容1.重点解决的问题;2. 拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路);3. 本论文(设计)预期取得的成果。三、论文(设计)工作安排1. 拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数);2. 论文(设计)进度计划。四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料,并在此基础上通过分析、研究、综合,形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面,要求思路清晰,文理通顺, 较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其他要求1. 开题报告应在毕业论文(设计)工作开始后的前四周内完成;2. 开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过;3. 开题报告不合格或没有做开题报告的学生,须重做或补做合格后,方能继续论文(设计)工作,否则不允许参加答辩;4. 开题报告通过后,原则上不允许更换论文题目或指导教师;5. 开题报告的内容,要求打印并装订成册(部分专业可根据需要手写在统一纸张上,但封面需按统一格式打印)。一、选题依据 1论文(设计)题目红外遥控器的解码装置设计2. 研究领域红外解码;51 单片机;红外通信常用技术的原理;电路设计3. 论文(设计)工作的理论意义和应用价值理论意义:红外遥控通信技术广泛应用于机电一体化产品中,其通信正确性和抗干扰性等性能的好坏直接影响机电一体化产品的质量。以系统的硬件设计和编程控制设计为题符合本专业的培养目标,可有效地培养我在机电方向综合应用所学专业知识分析问题、解决问题的能力。应用价值:在当今社会科学技术的发展与日俱增,人们是生活水平也是日益提高,为了减少人的工作量,所以是对各种家用电器、电子器件的非人工控制的要求也是越来越高, 针对与这种情况,设计出一种集成度比较高的控制体系是必然的。单片机:它的集成度很高,它具有体积小、质量轻、价格便宜、耗电少等突出特点,尤其耗电少,又可使供电电源体积小、质量轻。所以特别适用与“电脑型产品”,它的应用已深入到工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活用品(家电、玩具)等各种领域。单片机特别适合于把它做到产品的内部,取代部分劳师机械、电子零件或元器件。可使产品缩小体积,增强功能,实现不同程度的智能化。红外线:是一种光线,具有普通光的性质,可以以光速直线传播,强度可调,可以通过光学透镜聚焦,可以被不透明物体遮挡等等。特别制造的半导体发光二极管, 可以发出特定波长(通常是近红外)的红外线,通过控制二极管的电流可以很方便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,红外线常常被用做近距离视线范围内的通讯载波,最典型的应用就是家电遥控器。红外遥控器的应用价值在家电领域给我们的生活带来极大的方便,但遥控器多了很容易弄混,如果有一种可对家中各种红外遥控器发射的控制信号进行识别、存储和再现的智能型红外遥控器,用这样一个遥控器控制家中所有电器该有多好。为此,我们试着设计一种以单片机为核心的智能型遥控器。4. 目前研究的概况和发展趋势研究概况随着半导体红外波长在80 0 1 0 0n m 范围内的发射和接收器件的发展, 以及这些器件的光电性能、可靠性已达到相当的水平, 又由于红外遥控比超声波和无线电遥控的稳定性好、抗干扰强、受环境影响少等优点,是很好的信息传输媒体。红外遥控技术十年来得到了迅猛发展,在家电和其他电子领域都得到了广泛应用。随着生活水平的提高,人们对产品的追求是使用更方便、更具智能化,红外遥控技术正是一个重点的发展方向。国内发展红外通信由来已久,但是进入90年代,这一通信技术又有新的发展,应用范围更加广泛。1995年,一个由部件、计算机系统、外围设备和电信厂商组成的大型集团红外数据协会(IrDA)就红外通信的一套标准达成一致。现在约有120 家以上的厂商支持红外通信标准。其中的许多厂商已推出符合红外通信标准并支持Windows 95的产品。红外数据协会开发的这种新的无线通信标准还得到PC机产业的有力支持。主要的开发厂商,如微软、苹果、东芝和惠普公司,已推出了在计算机之间采用这种高速红外数据通信的PC机、笔记本计算机、打印机和手持式个人数字助理(PDA)设备。此外,红外通信的连通性已用在大多数新的笔记本计算机中,并成为一种最具成本效益和便于使用的无线通信技术而问鼎市场。目前家电中用的最多的遥控方式是红外遥控,红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。价格低廉,编码简单,近距离的遥控使用红外遥控非常有优势。由于红外一体化接收头的出现,大大降低了红外遥控的成本和技术难度,目前不仅在家电领域,在玩具、安防等领域也有广泛的应用。红外遥控系统主要由红外遥控发射装置、红外接收设备、遥控微处理机等组成。因此,遥控系统是一涉及单片机的数字系统。目前国内红外遥控电子元器件的竞争很激烈,导致了价格的低廉,表面上有利于消费者,可是长期恶性竞争,互相压价格,必将导致产品质量的下降,最终损害的只能是消费者。红外遥控的前景依然看好,不过红外遥控的现状不容乐观。除此之外,北京大学电子学系焦秉立教授主持开发的项目:新一代计算机红外线 通讯网络,得到了国家创新基金的支持和有关公司资金的投入。项目的总体目标是实现以红外扩频为基本技术的室内红外通信网络的设计,使带有红外接口的通用设备, 如:便携电脑,打印机,照相机等可以灵活地以无线方式入网络,并接收和发送信息。现己开发成功公共场所的网络服务系统,室内会议网络系统开发工作将于近期完成, 另外,可提高红外通信距离的扩频调制技术及网络系统也处于研制中。国外发展自从 1979 年 IBM 公司的 F.R.Gfeller 发表了较有影响的关于红外通信设计与实验的论文以来,有许多学者在进行红外无线通信的研究。美国加州伯克利大学电子工程和计算机科学系在 IBM 和 HP 公司的资助下进行了红外无线通信的研究。以 J.R.Barry 和 M.Kaim 为首的一批研究人员对室内无线红外光的漫射光通信取得了一定的成果。但其更进一步资料较为保密。美国圣地亚哥 AstroTerra 公司,已做出可以在 3km、skxlz、sklll,速率高达155Mbps、622Mbps、2.SGbpS 的点对点产品研究及实验,并在洛杉矶、拉斯维加斯、圣地亚哥等地作了外场实验圈。Daniell 等人研究了采用手持终端的无线红外厂区网络。该网络采用蜂窝结构,所有的红外 Cell 与高速光纤骨干网相连。骨二二网上接有 IsDN PABX.红外手持终端有两种类型:(l)普通型:含标准的甩话业务及少量的数据业务,用于移动的手持终端;(2)高性能型:具有内置处理能力,使传感器的数据速率降低至与红外信道兼容,可用于与高速数据设备接口。红外信道采用的协议类似 ISDN 协议,每个红外 Cell 的信道速率为标准 ISDN 速率。日本邮政省则组织了“强红外无线光通信技术”用于计算机、多媒体终端及移动通信中的联网计划,并早就在城市大楼间取得了应用。以色列许多公司参与了国际市场竞争,有的产品已打入中国市场。二、论文(设计)研究的内容1.重点解决的问题(1) 解码装置的硬件器件的选型,硬件电路的设计及相关软件设计,包括硬件连接原理图,软件流程图。(2) 解码装置的软件学习,包括 Keil,仿真软件 Protus2. 拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路) (1)学习理解红外遥控的工作原理及实现手段,拟定设计方案。(2) 解码装置的硬件器件的选型、硬件电路的设计及相关软件设计,包括硬件连接原理图,软件流程图。(3) 解码装置的仿真验证(4) 51 单片机软件集成开发软件 Keil (5)单片机仿真软件 Proteus3. 本论文(设计)预期取得的成果(1) 学习掌握 51 单片机软件集成开发软件 keil(2) 掌握单片机仿真软件 Proteus 并通过该软件实现仿真(3)学习并利用 C 语言进行程序编辑三、论文(设计)工作安排1.拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数);(1) 初步阶段以及在研究进行中都需要查找大量文献以及参考资料,还有设计软件的工具书(2) 使用软件进行编码和仿真调整2.论文(设计)进度计划第 1-4 周:明确毕业设计任务,进行参考文献的查阅,整理加工参考文献第 5 周:上交开题报告,进行开题报告答辩。第 6-7 周:学习红外通信常用技术的原理和学习掌握 51 单片机的相关知识。第 7-8 周:学习 51 单片机软件集成开发软件 keil 与单片机仿真软件 Proteus。第 9 周:比较选择完成硬件电路所需的电子元器件。第 10 周:完成系统硬件电路设计。第 11 周:进行相应软件设计。第 12 周:将整个系统的工作情况进行 proteus 仿真,完善系统。第 13 周:进行系统的实际制作或进行实验台实际验证。第 14 周:根据实际情况进一步改进系统,开始撰写设计说明书。四、需要阅读的参考文献1赵健衡,基于单片机控制的红外线遥控器设计J计算机工程应用,2009:01 2李雪莹,基于单片机的空调红外线编解码系统的设计和实现J电子科技大学20143 张勇,红外线遥控解码原理及其在单片机中的应用 J科技信息(学术研究).2008(04)4 覃韦岭.利用单片机进行红外编、解码J.电子世界.2002(12)5 曾庆立. 远距离红外通讯接口的硬件与使用J.吉首大学学报(自然科学版).2001(04)6 邓易冬,贾雨,李向上,戴振麟. 基于红外传感技术的电机堵转智能控制系统设计J. 电气开关, 2007,(06) .7 纪宗南红外线遥控发射器的原理及应用J.国外电子元器件,1999,10(3); 3238 Telecommunications system design. MIEEE Design and Test of Computers . 19969 Trimble CR.What is Signal Averaging.J Hewlett-Paeked Journal . 1988 10王幸之等,单片机应用系统抗干扰技术M. 北京航空航天大学出版社, 2000 11陈涛,单片机应用及 C51 程序设计M.机械工业出版社,2010,912孙俊逸,盛秋林,张峥,单片机原理及应用M清华大学出版社,2006,3 13余怀之,红外光学材料M国防工业出版社,2007,114 陈永辅,红外辐射红外器件与典型应用M电子工业出版社,2004,615 徐爱玲,Keil C51 单片机高级语言应用编程技术M电子工业出版社,2015,10附:文献综述或报告文献综述目的与意义:遥控器的应用领域广泛,大致可以分为:工业、民用等。从应用行业分:特种设备(如起重设备)、工业机械(如机床、风机、水泵、提升机、输送机卷扬机等)、车库门、自动门、家用电器、玩具等。从信号传递方式分: 红外、无线电波、超声波、雷达。其中无线电波的又分为调频、调幅、调相等。2红外线遥控是目前最广泛使用的一种遥控和通信遥控方式,并且其具有体积小、结构简单、功能强、功耗低、成本低等优点,因此大规模应用于空调机、彩电、录像机、CD 设备,并且在工业控制中也广泛使用。在人们生活中对家电的需要日益增加的时候, 促使使用红外遥控器的机会也越来越多。其优点也体现在软件功能完善等特点,具有一定的使用和参考价值。11红外遥控发展过程:红外技术发展的先导是红外探测器。1800 年FWHerschel发现红外辐射时使用的是水银温度计,这是最原始的热敏型红外探测器。1830 年以后,相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1940 年以前,研制成的红外探测器主要都是热敏探测器。19 世纪,科学家们使用热敏型红外探测器认识了红外辐射的特性及其规律,证明了红外线与可见光具有同样的物理性质,遵守相同的规律。它们是电磁波之一,具有波动性,其传播速度都是光速、波长是它们的参数并可以测量。20世纪初,测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱,证明了红外技术在物质分析中的价值。20 世纪30 年代,首次出现红外光谱以后,它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。40 年代初,光电型红外探测器问世,以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器,其性能优良、结构牢靠。50 年代,半导体物理学、量子力学等学科的迅速发展,许多可用于红外探测的物理现象和效应,使光电型红外探测器得到新的推动。到60 年初期,对于13、35 和813 微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内,固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展,使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。1在红外技术的发展中,需要特别指出的是:60 年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展,很多重要的激光器件都在红外波段,其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术,使雷达和通信都可以在红外波段实现,并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前,红外技术仅仅能探测非相干红外光,外差接收技术用于红外探测,使探测性能比功率探测高出好几个数量级。另外,由于这类应用的需要,促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式,推动红外技术向更先进的方向发展。红外遥控技术在这十年来得到了迅猛发展,在家电和其他电子领域都得到了广泛应用。随着生活水平的提高,人们对产品的追求是使用更方便、更具智能化,红外遥控技术正是一个重点的发展方向。3红外系统概述:红外遥控有发送和接收两个组成部分。发送端采用单片机的定时中断功能,由定时器 T0 产生周期性的 26us 的矩形脉冲,即每隔13us,定时器 T0 产生中断输出一个相反的信号使单片机输出端产生周期为38KHz的脉冲信号。将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号,通过红外发射管发射红外信号。红外接收端普遍采用价格便宜,性能可靠的一体化红外接收头(如HS0038 , 它接收红外信号频率为38KHz , 周期约26s)接收红外信号,它同时对信号进行放大、检波、整形,得到TTL 电平的编码信号,再送给单片机,经单片机解码并执行,去控制相关对象。7红外遥控基本原理及分类:(1) 红外通信的基本原理红外通信是利用950nm 近红外波段的红外线作为传递信息的媒体, 即通信信道。发送端采用脉时调制( PPM)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, 接收端将收到的光脉冲转换成电信号, 再经过放大、滤波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。换句话说, 红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制和解调, 以便利用红外进行传输, 红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。2(2) 红外遥控的分类按照产生和区分控制指令的方式来分,常用的红外遥控系统有频分制和码分制两种:频分制红外线遥控就是以产生的不同频率的电信号代表不同的控制指令。遥控信号的频率范围一般在几百Hz到几十KHz之间。频分制遥控的抗干扰能力较强,但由于各个频率之间间隔的限制,因此只适用于遥控通道数目不太多的情况。当遥控通道数目较多时,一般采用码分制红外遥控方式。码分制红外遥控以不同的脉冲编码不同的脉冲数目及组合代表不同的指令。相对于频分制,码分制电路简单、方便使用更加灵活, 保密性强。同时,码分制电路也容易实现集成化,因此在实际使用中多采用这种方式。13单片机的硬件设计:(1) 红外接收部分:接收部分元件由三极管和红外接收电路组成,红外接收电路采用集成模块。其电路如图1 所示。使用集成红外接收器成品, 一般不需要任何外接元件就能完成从红外接收到输出TTL 电平兼容信号的所有工作。注意选择接收器件时要保证接收器件的中心频率与发射信号的中心频率相匹配。接收器对外只有3 个引脚: VCC、GND 和1 个脉冲信号输出OUT。由于单片机采用中断检测脉冲只能单一检测到上升沿或下降沿,而本系统为了检测其双边沿,故加一三极管对其电平取反,以达到高低电平检测的目的。图1系统中用P1口组成键盘,获取键值,用内部的定时器T0产生一个38KHz的软件定时中断,当作红外遥控的调制基波,当某个操作按键按下时,单片机先读出键值,然后根据键值设定待发射遥控码的脉冲个数,再调制成38kHz方波由红外线发光管发射出去。当红外线接收器接收到红外遥控信号,并输出脉冲帧数据时,第一位码的低电平将启动中断程序,实时接收数据帧。在数据帧接收时,将对第一位(起始位)码的码宽进行验证。若第一位低电平码的脉宽小于2ms,将作为错误码处理。当间隔位的高电平脉宽大于3ms时,结束接收,然后根据累加器A中的脉冲个数,执行相应输出口的操作。(2) 红外发射部分该部分电路设计十分简单,如图2 所示。该电路通过74LS32 与单片机相连,其中P1.0 产生38kHz 的方波,P1.1 用来控制方波的输出。为保证红外接收模块接收的准确性, 要求发送端载波信号的频率应尽可能接近38kHz, 因此在设计脉冲振荡器时, 要选用精密元件并保证电源电压稳定。再有, 发送的数位“0”至少要对应14 个载波脉冲, 这就要求传送的波特率不能超过2400bps。3图2单片机的软件设计:(1) 软件程序:多功能红外遥控装置其解码采用智能解码程序,即串行接收完4位码后送到智能解码部分。智能解码程序从中分离出6位控制码信息,然后完成对控制码串行编码发送及相应的判别显示。整个解码程序主体采用子程序调用方式,使程序设计模块化。(2) KeilC51:C51 工具包的整体结构,Vision 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成开发环境(IDE),可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。然后分别由 C51 及 C51 编译器编译生成目标文件(.obj)。目标文件可由 LIB51 创建生成库文件,也可以与库文件一起经 L51 连接定位生成绝对目标文件(.abs)。abs 文件由 OH51 转换成标准的 hex文件,以供调试器 dScope51 或 tScope51 使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如 EPROM 中。(3) 红外编码:编码:采用脉宽调制的串行码,以脉宽为 0.565ms、间隔 0.56ms、周期为 1.125ms 的组合表示二进制的“0”;以脉宽为 0.565ms、间隔 1.685ms、周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“1”,其波形如下图所示。10上述“0”和“1”组成的 32 位二进制码经 38kHz 的载频进行二次调制以提高发射效率,达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。解码:核心采用的是51系列单片机中的89C51。该单片机片内有4KB EEPROM。该芯片的特点是有与8031完全相同的引脚,当EA接高电平时, P0、P1、P2、P3都可作用户I /O 口使用,采用电改写的EEPROM,不需紫外线擦除,只需重新写入。12数据写入后能永久保存, 一般EPROM 编程写入的程序很容易被复制。89C51 构成的最小系统在本设计中将CX20106A送来的串行信号的串/并进行转换,并在内部对并行码进行判别、处理,通过外接显示电路和串行发送电路的配合完成整个设计要求。10小节本设计共有两大块:硬件设计和软件设计。在硬件设计中主要分为接收与发射,这两部分是该设计的主要内容。其中需要对单片机进行选择,通过可靠的编码协议。红外遥控装置具有实际运行抗干扰力强、误码率小,与其他识别装置相比,具有硬件简单、造价低廉的优点。指导教师评阅意见(对选题情况、研究内容、工作安排、文献综述等方面进行评阅)审核意教研室主任意见见签字:年月日签字:年月日学院教学指导委员会意见签字:年月日公章:摘 要随着家用电器种类的增加和无线遥控产品的普及,红外遥控器的使用频率越来越高,针对国内红外遥控学习技术成熟,但产品化程度低的特点,本文自主设计一种具有红外学习和触屏显示功能的红外遥控器,借此促进红外遥控学习技术在国内市场的产品化推广。在红外解码方面,传统方法采用单片机中断或者查询方式采集红外信号,环境不理想情况下可能需要多次解码,解码一次即可成功;在红外发射方面,本文通过实验发,通过调试将38KHz 载波红外信号发射距离提高到10 米;在红外接收方面,进行了红外干扰测试;通过学习数字电子技术、模拟电子技术等课程,结合实际加深对所学知识的理解。通过设计红外遥控电路,进一步掌握数电模电等理论知识的运用,加深了解电子元器件特别是集成电路(芯片)的结构与功能。同时在设计过程中增强自己的动手能力以及独立思考的能力,为将来在社会上立足增加筹码。 按照由简单到复杂的顺序,本文先后制作了遥控接收解码装置、遥控编码发射装置。关键词:红外学习;红外解码;单片机控制IABSTRACTIn the electronic world, the infrared remote control technology is widely used in our lives. Various appliances on the market have the technology of infrared remote control system with maturity and low cost. However, to avoid different brands and between different types of equipment malfunction, people use different devices in different transport rules or identification number, which makes various types of remote control apply only to their remote objects and easy causes confusing results that the actual use of the remote control are many and complex. The design requirements is to achieve an intelligent learning IR remote control implementations. In the infrared decoding, the traditional method of single-chip interrupt or query the way to collect infrared signals, the environment may not need to be decoded several times, decoding can be successful; in the infrared emission, this article through the test, by debugging the 38KHz carrier infrared Signal transmission distance increased to 10 meters; in the infrared receiver, the infrared interference test; through the study of digital electronic technology, analog electronic technology courses, combined with the actual deepening of the understanding of the knowledge. Through the design of infrared remote control circuit, to further grasp the number of electric power and other theoretical knowledge of the use of deepening understanding of electronic components, especially integrated circuits (chips) structure and function. At the same time in the design process to enhance their ability and independent thinking ability for the future in the community based on the increase in chips.Key words: Infrared learning; Infrared decoding; Infrared remote receiver目 录摘 要IABSTRACTI1 绪论11.1 选题的目的意义11.2 国内外研究现状21.3 选题研究的内容22 红外遥控学习方案设计42.1 总体方案简介42.21 按键模块的方案设计52.22 显示模块的方案设计62.23 红外接收模块的方案设计72.25 微控制器选择的方案设计73 硬件电路83.1系统的主要硬件模块设计83.2 主要模块电路设计83.2.1键盘和显示电路设计83.2.2 红外发射电路设计83.2.3编码93.2.3红外接收电路113.2.4 74LS240引脚113.2.5 单片机控制电路124 系统软件设计144.1 C语言以及编译软件的简介144.1.1 Keil C51软件简介144.2 软件设计154.2.1发射部分154.2.2 接收部分184.3 Proteus仿真194.3.1Proteus软件介绍194.3.2实现仿真20参 考 文 献23附录1:外文翻译24附录2:外文原文31致 谢39III毕业设计(论文)题目1 绪论1.1 选题的目的意义随着电子工程在产品设计中的应用日益广泛,对产品的人性化设计成为设计领域一个新的革命。遥控器主要由形成遥控信号的微处理器芯片、晶体振荡器、放大晶体管、红外发光二极管以及键盘矩阵组成。随着电子技术的飞速发展,新型大规模遥控集成电路的不断出现,使遥控技术有了日新月异的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机,智能化程度大大提高。近年来,遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。在当今社会科学技术的发展与日俱增,人们是生活水平也是日益提高,为了减少人的工作量,所以是对各种家用电器、电子器件的非人工控制的要求也是越来越高,针对与这种情况,设计出一种集成度比较高的控制体系是必然的。 单片机的集成度很高,它具有体积小、质量轻、价格便宜、耗电少等突出特点,尤其耗电少,又可使供电电源体积小、质量轻。所以特别适用与“电脑型产品”,它的应用已深入到工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活用品(家电、玩具)等各种领域。单片机特别适合于把它做到产品的内部,取代部分劳师机械、电子零件或元器件。可使产品缩小体积,增强功能,实现不同程度的智能化。 在这里不得不提到同样具有传输功能的还有蓝牙(BLUETOOTH),实际上就是取代数据电缆的短距离无线通信技术,通过低带宽电波实现点对点,或点对多点连接之间的信息交流。它和红外的区别如下:(1)蓝牙是使用无线电波传输数据,红外是使用光波传输数据;(2)蓝牙基本没有方向性,红外有方向性;(3)蓝牙信号可以穿透多数非金属物体,红外基本不能穿透非透明物体;(4)蓝牙传输带宽比红外高很多,速度比红外快很多;(5)蓝牙可以同时连接多种设备,红外每个接收器同时只能连接一个设备。 然而,蓝牙应用成本升高,普及难度增大,相对来说在短距离内,红外的传输速度更快,成本更低,故选择红外通信技术完成本设计。1.2 国内外研究现状红外通信由来已久,但是进入90年代,这一通信技术又有新的发展,应用范围更加广泛。 1995年,一个由部件、计算机系统、外围设备和电信厂商组成的大型集团红外数据协会(IrDA)就红外通信的一套标准达成一致。现在约有120 家以上的厂商支持红外通信标准。其中的许多厂商已推出符合红外通信标准并支持Windows 95的产品。 红外数据协会开发的这种新的无线通信标准还得到PC机产业的有力支持。主要的开发厂商,如微软、苹果、东芝和惠普公司,已推出了在计算机之间采用这种高速红外数据通信的PC机、笔记本计算机、打印机和手持式个人数字助理(PDA)设备。 此外,红外通信的连通性已用在大多数新的笔记本计算机中,并成为一种最具成本效益和便于使用的无线通信技术而问鼎市场。 目前家电中用的最多的遥控方式是红外遥控,红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。价格低廉,编码简单,近距离的遥控使用红外遥控非常有优势。由于红外一体化接收头的出现,大大降低了红外遥控的成本和技术难度,目前不仅在家电领域,在玩具、安防等领域也有广泛的应用。红外遥控系统主要由红外遥控发射装置、红外接收设备、遥控微处理机等组成。因此,遥控系统是一涉及单片机的数字系统。目前国内红外遥控电子元器件的竞争很激烈,导致了价格的低廉,表面上有利于消费者,可是长期恶性竞争,互相压价格,必将导致产品质量的下降,最终损害的只能是消费者。红外遥控的前景依然看好,不过红外遥控的现状不容乐观。红外遥控是单工的红外通信方式,整个通信中,需要一个发射端和一个接收端。发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号,通过红外发射管发射红外信号。红外接收端普遍采用价格便宜,性能可靠的一体化红外接收头接收红外信号,它同时对信号进行放大、检波、整形,得到TTL电平的编码信号,再送给单片机,经单片机解码并控制相关对象。1.3 选题研究的内容该论题研究的内容主要是以下几个方面:(1) 研究红外遥控信号波形;(2) 设计红外遥控器信号接受系统;(3) 信号转换系统设计;(4) 转换发送电路设计;2 红外遥控学习方案设计2.1 总体方案简介用来编码的芯片是用来作为红外线遥控器的关键部分,先将代码进行编码,然后在这基础上进行实践操作,而这些部件进行相对的动作时执行的是收到设备发来的解码程序。编码程序输出的形式是通过负载的波,也就是说,这种波作为一种载体它把作用在自体上所全部带着的脉冲信号,在输出上则是以自己特定的频率,为38kHZ,以用来实现的作为载波,它作为输送的端口则需要用到一种二极管,被称为红外线发光二极管,经过特殊处理后的电信号,在通过信号转变后成为了光信号,输出的端口则是输送的红外光,为了确保能在识别范围内,需要将发射出的红外光的波长在红外光谱上处于840nm到960nm之间。把原本的红外光信号通过程序转变为电的信号,通过使波形放大处理、调整波的性状、还有进行调制与调节等方法顺序,最终变成了原始步骤中的脉冲信号,并且参照遥控发出的指令程序来进行各类对应所应该完成的动作。根据上述的所有内容,初步制定了该系统应该具备的几大模块:在实现控制单元上用单片机实行的单片机控制模块,将键码中的数值作为发出的输入单元作为信息的输送,作为利用红外原理所接收发出信号的系统接收部分单元,有输出就有输入端,作为发射信息信号的角色也就是红外发射模块,另外需要能看到实验结果的就是能显示结果的屏幕作为显示模块。系统原理框图如1.1所示:图1.1系统组成原理图而作为信号使用红外发射的时候,在键盘上发出相应的键值,而在接收的部分有相应的储存的红外编码,通过程序调节,使他还原。并且将38千赫兹的信号作为载波形式呈现。为了得到最终红外的发射目的,还需要用放大电路中进行放大作用,才能将所发射出的红外光与要接收的红外光相对应,从而实现发射与接收的功能。2.21 按键模块的方案设计方案1:采取的是一种原理比较简单的独立式按键。它的优点很明显,它具有在硬件结构上它选取配置通用性强,而在软件的结构上也简洁易懂。它的特别之处就是在每一个对应的按键钮只允许有单独的一个I/O口,然而每个单独的独立I/O口在进行操作时并不会对其他的口进行影响,说明了独立式的按键操作时不会对其他的按钮产生干扰,电位的状态也不会发生改变。然而重要的是每个独立键钮只允许占有一个I/O口,当出现特殊的情况,比如键钮比较多的情况下,I/O口会很多,出现占用的情况。所以在这种情况下我们一般不采取,只有在键钮的数量比较少的时候才会考虑该方案。在图2.1中就是上述要求设计的独立式按键。图2.1 独立式键盘方案2:进行对比的是一款叫作HD7279的芯片,它主要用于在拓展型的单片机上,具有I/O口的一种芯片,用来完成传输功能的只有一根总线,所以即使它连掉了四个串口的I/O线,不过还是只有一根才是真正起作用的,而就这一根线可以同时使八位的数码管和作为输入的键盘进行操作。如果要求将HD7279和单片机连接在一起,那么在占用I/O口的要求就要达到三到四组,不过作为要有一个独立要求的指令,这是用来控制的单总线的基本情况。而一个电路的完整也有可能出现电阻原件比较少的情况下,为了使实验操作更为简单方便,也含有键盘接口等。图2.2为HD7279图2.2为HD7279方案3:这里的键盘采用行列式形式,根据字面意思在这个行列式形式的键盘里,它的I/O口以成行成列的形式存在着,而作为键钮的开关两边的端口将分别连在I/O口的线所组成的行和线。而当需要多个或者数量相对比较多的时候,能够可以尽量地少用I/O口。44的键盘如2.3所示。而在这个设计中单片机需要多个接口。图2.3行列式形式2.22 显示模块的方案设计方案1:LED屏,也就是数码管作为显示模块。数码管在制造上价格比较低,适应环境能力强,可用BCD进行编码的方式表达内容,而且程序编辑比较简单,不占用内存以及资源。可是它能表达的内容相对比较少,数字和字母是能力范围内的显示内容,而且比较消耗。方案2:具有比LED更有优势的液晶屏,也就是LCD显示,具有重量轻厚度薄,电量消耗相对比较小,另外其他的特点就是具有比LED更大的可视面积,在画面成像上素质也更高,另外在对外部信息干扰的情况下依然能正常工作,优势很显著。缺点是编程的工作量大。方案3:在实际工作中用途范围比较广的共阳数码管显示。它的特点是直接接电源,省去来拉电阻的步骤,所以屏幕显示的亮度较高,在进行单片机控制时 ,可以省去每次编程赋值的麻烦。2.23 红外接收模块的方案设计方案一:采用红外接收二极管加专用的红外处理电路。接收电路的红外接收管是一种光敏二极管,使用时要给红外接收二极管加反向偏压,它才能正常工作而获得高的灵敏度。红外接收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较小,红外接收二极管收到的信号较弱,所以收端就要增加高收益放大电路,此种电路结构较复杂,现在一般不采用。方案二:选用的是作为红外线一体化的红外接受头,这个是作为接收的元件。这是一个同时具备接收红外、放大作用、还有进行滤波和比较功能的器件模块,并且一般它不用再需要外部的元件进行连接,便能可以将完成在红外的接收到的信号输出和TTL中的操作步骤,这种器件可以用在许多的以红外来实现的遥控场合以及通过红外完成信息上的交换。这种器件结构十分简单而它又具有较好的耐用性和可靠性。2.25 微控制器选择的方案设计方案1:AT89C51是一个简单的单片机,因为年代较为久远,而单片机发展更新比较快,所以如今看来它的有着比较低的工作效率,而作为单片机比较看中的参数上,它的内部存储容量也是不够的,如果要实现本设计的操作是比较困难的。方案2:选择的是单片机AT89C52,它具备以下的特点:在引脚方面它具有40个,用来单片机内的程序中的存储器是八个字节,虽然它需要的电压比较低,却有着相对比AT89C51更高的效率。它的可以强大的可反复擦拭的特性也使得它具有更好的可移植性。3 硬件电路3.1系统的主要硬件模块设计在单片机的操作上有用来控制的电路模块,键盘电路模块就是用来模拟遥控器上的按键,将操作后的实际结果显示出来的电路被作为显示电路,最后关键的是发射部分和接收部分,这是本设计系统的关键两个模块。3.2 主要模块电路设计3.2.1键盘和显示电路设计(1)键盘电路设计要设计键盘电路首先要明确知道哪个按键被按下来,首先要知道要列线上的I/O口上的电平设置为低电平,然后将这样低电平的状态写入单片机当中,这样就在按下按键的时候,就会有一根行线从高电平变成了低电平,从而知道了哪个键是被操作了。图2.4行列式键盘码(2)显示模块电路设计图2.5 八极数码管八级数码管的特点是直接接电源,省去来拉电阻的步骤,所以屏幕显示的亮度较高。3.2.2 红外发射电路设计电磁波有很多种,而红外线就是其中一个,它要比可见光高,又比微波低,在一般情况下,人类的眼睛无法直接观察到。为了区分红外光,人们将波谱中的光谱区分别对应出来,在0.76到1000m这个区间内,可以认识到在波普中这是红外光的范围,而相对应的红外光也分为有四个区域在波普上面,在波谱中从最近的红外光被称为近红外光,它的数值区间范围在0.763.0m,并且依次叠加称为了中红外光到远红外光,因为不涉及到本设计系统,所以不一一赘述。在波普中红外可见光的距离就是在这里所说的近远。在这本设计中,我们所使用的红外遥控系统所在的红外光在波普中选择的是近红外光。因为控制系统他所要求的距离相对较短,所以比较适合。近红外光我们可以使用实验室中的红外发光二极管获取,根据红外发光二极管的特性,在给它电压具有偏置性时,是在给进电流时的一种发光元件就能发射出我们设计所需要的近红外光。发射电路如图2.6所示。图2.6 红外接收电路3.2.3编码我们选择了一个从外面看上去与常常看到的发光二极管没区别,就是以940nm为波长的一种红外线,这也是平时在工作、实验中无论是使用量还是使用范围都是最大和最广的那个。发它的外形与普通的相比没有区别,只是在颜色方面具有识别上的差别,主要是由黑色,蓝色还有是不具备颜色的透明状,在驱动操作方式上也和其他二极管不太相同,电流的样式就有直流电流以及用交流的电流,这是一种,而它还有一种特殊的驱动方式就是采用脉冲式的电流,通常应用的场合用于测量以及检测,另外用简单的通信交流中也可以用到交流电流的驱动。直流电流的方式实现驱动的另一种说法也被叫作平均发射方式,它的意思是能实现发光二极管将稳定而且恒定的红外光是在直流电源的方式情况下实现的. 而功率变低就是这种驱动方式下的一个特点,而功率消耗比较大,在对干扰能力的抵抗上面也比较差。图2.7 发射方式示意图实现操作距离的提升并且保证红外光正常工作不发生过载是在本红外遥控系统中的必须考虑的部分,基于上述条件,一般不采用直流电流的方式实现驱动,所以我们考虑的是采用右图所看到的以脉冲的形式进行发射,在这里还需提到一个峰值功率的问题,它是发光二极管所辐射出的一项指标,用来决定红外遥控所能达到的有效操作距离,同样,发光二极管的电路也可以同时决定上述的峰值功率. 基于上述理论,我们比较在情况相同的平均电流下,会出现什么样的结果。结果显示脉冲的宽度会逐渐变窄,峰值功率越大,在其中的进行传送的效率也变得更快,从而导致发光的效率更显著,也就实现来对红外遥控的操作距离上的提升,而且它另一个特点就是加强来该系统的对外干扰上的能力。作为重要的需要参考的数据里,在选择考虑了操作距离后,接下来有两个数据也作为了设计系统中不可或缺的存在,第一个是调制带宽,而另一个也是在编码中需要观察的参考量,就是调制频率。而调制频率的影响作用就是在红外发光二极管在输送信息的过程中比较关键的传输速度,红外发光二极管因为特殊的PN结构使得它可以通过正常有序的脉冲编码并且在驱动电路中通过。通过开始的编码操作指令,使得红外遥控器可以完成所需要的步骤,在红外发光二极管发射前还需要用方波用38khz的形式作为载波,具有将之前所需要所有的指令步骤和编码出的信号,在这之前需要有三极管经过放大作用的处理。二进制的“0”呈现的方法,这些串行码都是在脉宽调制的方法处理后的,在图中将脉宽设置为0.565ms,两个波之间的间隔设置为0.56ms,当这个波完成一次完整的输送,也就是波长,它的时间为1.125ms。而另一个二进制数,表达方法也大致相同,值得注意的是,脉宽相同,两个波之间的间隔设置提升到了,变成了1.685ms,而当这个波完成一次完整的输送,它的时间为提高了一倍是2.25ms,这就是“1”的表达方式。图2.8 遥控码的“0”和“1”每个遥控器都有本身的脉冲编码自有的形式出现,首先是它的头部分是由引导脉冲组成,这是第一位,接下来是识别码,也就是用户码,往后分别是需要的键码以及它自身的反码。以上这些就是它的格式了。为了对各个不同的遥控进行区分以及辨别,我们需要对它进行标识,这里就要用到识别码,也就是用户码,用户码起到的作用就是预防并且阻止各个操作系统中出现互相影响干扰,只产生相对应的指令信号。在操作时也会出现错误的操作,为了避免这种情况出现,在键码后面设置了它的反码,它是用来核实正确的接收到的键码。图3.6为一类遥控连发信号波形图。图2.9红外遥控发射的信号波形连发图3.2.3红外接收电路一体化的红外接受装置首先具有的是接收功能,然后再接收到红外信号再通过放大作用,检波作为该装置的第三个功能,最后实现整形,它集以上功能于一体,基于以上的介绍,在本设计中需要使用的一个组件就是IRLINK。它是在仿真软件Proteus中具备NEC协议的红外接收组件,我们用它在仿真软件中实现系统的操作要求。红外接收头IRLINK是负责将发射端发出的按键按下的编码接收,然后经过控制器进行进一步的解码操作。图3.0一体化接收头结构3.2.4 74LS240引脚74ls240是八单线驱动器。(反码,三态输出)使用这种缓冲器是为了将作为驱动器的输出存储器进行提升。为了这种器件,设计出了时钟驱动器。设计者可按需要将原码,反码输出。(有效低电平输出控制)图3.1 74LS4203.2.5 单片机控制电路(1)所选单片机简介有着需要不用高的电压,只要低电压却有高性能的八位单片机就是本设计系统所使用的AT89C52,在单片机的参量上,它的程序存储器可以在里面进行多次重复的改写和擦拭,而有8KB这样不小的储存量,构成该单片机的器件具有密度更高,容易保存不会轻易丢失的存储上面的技术进行生产,在可以执行的指令程序上,它能满足不各个MCS-51单片机系统,八位的中央处理器以及闪存存储使得AT89C52具有出色。强大的功能,并由于它出色的适用性与实用性,使得它在许多不同的场合可以进行工作上的控制,而该设计就适用该单片机,并且满足所有需求。以下是它的工作特性:1.Flash程序存储器的大小为8KB,由于其高可移植性,可反复擦写1000次2.RAM有256字节3.32根I/O线4.三个定时器,并且是可编程的5. 单片机也有自己相对应的工作电压,这里使用的AT89C52的为5V;值得注意的是它的工作频率最高不能超过24MHz(2)单片机引脚功能AT89C52C的结构中拥有引脚的数量是40个,单片机AT89C52所对应的工作引脚以下图所示,与其对应的功能如下:图3.12 AT89C52C引脚图1. Pin20:作为+5V的电源接地端2. Pin40:作为+5V的电源端的正极3. Pin19:是一个输入端,作为单片机内部的振荡电路中存在的放大器4. Pin18:是输出端,可以接单片机外的振荡脉冲输入端,带上拉电阻5. 输入输出(I/O)引脚:在这里的输入输出脚是一一对应的,Pin39对应的是P0.0,而Pin38对应的是P0.1作为它的输入输出脚。同理可得出,一一对应的引脚。6. Pin9:RST就就是一个进行复位并且是一个在掉电情况下的保护端存在。为了实现复位操作,在单片机有振荡的程序工作时,机器周期对于RST功能引脚是密不可分的,也有数量上的要求,必须是同时间内出现至少两个。另外,它可以提供RAM作为备用电存在。7. Pin30:ALE地址锁存信号输出端8. Pin29: 片外程序存储器读选通信号输出端9. Pin31:EA/Vpp片外程序存储器选用端,在不同电平的情况下用不同的存储器,当选用片外程序存储器时,情况是低电平,而选用的是单片机内存储器是是高的电平。这就是一个选用端而在单片机片外的程序存储器上。4 系统软件设计4.1 C语言以及编译软件的简介汇编语言和C语言成为了现在用到最广泛的两种语言,都同时把硬件作为操作对象。区别在于汇编语言是以一种机器语言存在的,需要更多的,更专业上的内容,学习的周期比较长,在这里并不是最合适的语言。而C语言相对来说是一种较为方便简单的语言,受到很多广泛地使用,比起汇编语言,从初步学习稍微轻松些,也具备较强的移植功能。它是一种中级语言,这里的中级指的并不是优良,在对初学者稍微晦涩的汇编语言以及高级语言中所集各家之长的存在。它具有以下特点:(1)具有简要,干练的语言,在操作学习上更为方便,灵活(2)数据库具有大量的运算符,并且种类多样(3)具有大量并且多样的数据结构,和现代化语言类似,有着同样的各个样式的数据结构(4)可以设计出的程序具有结构化特性(5)操作对象更为直接,直接作用于计算机的硬件(6)使得编译出的程序代码有更好的逻辑性以及有出色的语言质量,操作的程序有着更高的执行效率。(7)具有较出色的可移植性在本设计系统中,将程序以C语言的形式进行编写和编译,而使用的操作编辑软件则是选用Keil C51,在本设计系统里,将编写的C语言程序烧入单片机中,并且使用Keil uVision4进行编程,接下来介绍的就是这个编译软件。4.1.1 Keil C51软件简介作为一款全世界最出色的软件开发之一Keil,它包含了许多不同样式公司的芯片。它也是个功能强大的仿真调试器于编译器、宏汇编连接器库管理为一家,学起来更为方便,使用方面也比较易懂,同时具备对程序调试有着出色的仿真功能。就目前使用来说,Keil的确是作为C语言的软件开发系统中最广泛五一系列单片机软件。图4.1 Keil uVision4的运行环境界4.2 软件设计4.2.1发射部分(在该部分以程序显示)函数功能:主函数*/void main(void) TMOD = 0x01; /T0 16位工作方式 IR=1; /发射端口常态为高电平 while(1) SanZhuan(); /*函数功能: 44矩阵键盘 键值 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 13 14 15 16 9 10 11 12 5 6 7 8 1 2 3 4 */uchar KEY(void) uchar H,L; /行值,列值 H=0; L=0;if(P1!= 0xf0) /检测是否有按键按下,如果有则hangval必不为0x0f YS(10); /按键去抖动,延时10毫秒 if(P1!=0xf0) /确实有按键按下 P1 = 0x0f; /翻转键盘接口输出 L = P1&0x0f; /得到列标志位 return (H+L); return 0;函数功能:发送主程序*/void ZZ(uchar x) TT0(1,m9); /高电平9mS TT0(0,m4_5); /低电平4.5mS /* 发送4帧数据 */ Z0(SBM); Z0(SBM); Z0(x); Z0(x); /* 结束码 */ TT0(1,m_65); TT0(0,m40); /* 重复码 */ while(KEY() TT0(1,m9); TT0(0,m2_25); TT0(1,m_56); TT0(0,m40);TT0(0,m56);LED = !LED; /指示灯 LED = 1; /*函数功能:单帧发送程序入口参数:1帧数据*/void Z0(uchar temp) uchar v; for (v=0;v= 1; /右移一位 /*函数功能:38KHz脉冲发射 + 延时程序入口参数:(是否发射脉冲,延时约 x (uS))*/void TT0(bit BT,uint x) TH0 = x8; /输入T0初始值 TL0 = x; TF0=0; /清0 TR0=1; /启动定时器0 if(BT = 0) while(!TF0);/BT=0时不发射38KHz脉冲只延时;BT=1发射38KHz脉冲且延时; else while(1) /38KHz脉冲,占空比5:26 IR = 0; if(TF0)break; if(TF0)break; IR = 1; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; TR0=0; /关闭定时器0 TF0=0; /标志位溢出则清04.2.2 接收部分void exint0() interrupt 0 uint cnt; uchar i; EX0 = 0; cnt = 0; while(!IR) cnt+; /记录引导码时间 if(cnt 1000)EX0=1;return; /9ms的计数值(12MHz:1000 cnt 400)EX0=1;return; /防卡死,超时保护(12MHz: 300) if(cnt 200)EX0=1;return; /(12MHz不分频: 260) for(i=0; i 200)EX0=1;return; /超时保护(12MHz:=200) Ni/8 = 1; if(cnt60) Ni/8 |= 0x80; /0和1的计数界线(12MHz: 109) if(N0 = N1 & N2 = N3) /校验识别码,操作码/*函数功能:按键消抖 延时程序入口参数:1mstime (晶振=12MHz)*/4.3 Proteus仿真4.3.1Proteus软件介绍Proteus作为世界上最知名的仿真软件之一,它拥有强大的功能,它可以完成原理布图,并将可以调试的代码进行传输到单片机内,在实验过程中还能将外部的电路共同使用达到仿真的目的,还有可以进行到PCB的设计,操作也十分简便。能让初学者在短时间内从设计出的概念性产品到完成一个具有完整性的产品,同时具备了对电路的仿真模拟以及PCB设计的一个优秀平台。4.3.2实现仿真在打开仿真软件proteus后,在打开后。首先,我们已经在上述文献中选取了我们在这个设计系统中必要的硬件。其中包括控制器元件的选择。第一步我们选取时同时还要考虑并且选择。器件的类型。再将我们需要的器件准备完毕时。我们进行电路图的布图。本设置最关键的两个单元模块为发射模块以及接收模块。所以在排布电路图时。需要,使整个电路图看起来更明朗。将左边栏中的器件拖入图中即可进行布图,中间还需要注意一些的细节。比如由于红外二极管比较容易烧坏,故选取阻值较大的电阻。另外,单片机的引脚注意不要接错。第二步将事先在编译开发软件Keil中的程序导入进电路图中的单片机中。点击“run similuation”实现仿真,仿真现象如下图4.2所示图4.2仿真现象在仿真现象中可以看出。每当在键盘上按一个对应的键时在数码管上也能看到一个对应的数值。例如在按“1”键时。在键盘上输出一时,输出端输出对应的“1”。在试着输入其他数字时,也能达到上述现象,故证明设计成功。6 结 论本设计是基于单片机的智能化红外遥控器,设计基本完成了实际要求。经过测试,系统现有各项功能工作正常,通过键盘控制学习和发射模式,单片机进行数据处理,经红外接收及发射管进行学习和发射。在数据处理和存储时,采用压缩编码的方式,简化了数据结构,节省了存储空间。由于时间的原因,系统还是有一些问题,例如,在按键的设计、存储器的选择、存储数据的压缩和遥控器的操作性上还有待进一步的改进。参 考 文 献1赵健衡,基于单片机控制的红外线遥控器设计J计算机工程应用,2009:012李雪莹,基于单片机的空调红外线编解码系统的设计和实现J电子科技大学20143张勇,红外线遥控解码原理及其在单片机中的应用 J科技信息(学术研究).2008(04)4覃韦岭.利用单片机进行红外编、解码J.电子世界.2002(12)5曾庆立. 远距离红外通讯接口的硬件与使用J.吉首大学学报(自然科学版).2001(04)6邓易冬,贾雨,李向上,戴振麟. 基于红外传感技术的电机堵转智能控制系统设计J. 电气开关, 2007,(06) .7纪宗南红外线遥控发射器的原理及应用J.国外电子元器件,1999,10(3);3238Telecommunications system design. MIEEE Design and Test of Computers . 19969Trimble CR.What is Signal Averaging.J Hewlett-Paeked Journal . 198810王幸之等,单片机应用系统抗干扰技术M. 北京航空航天大学出版社, 200011陈涛,单片机应用及C51程序设计M.机械工业出版社,2010,912孙俊逸,盛秋林,张峥,单片机原理及应用M清华大学出版社,2006,313余怀之,红外光学材料M国防工业出版社,2007,114陈永辅,红外辐射红外器件与典型应用M电子工业出版社,2004,615徐爱玲,Keil C51单片机高级语言应用编程技术M电子工业出版社,2015,10- 40 -附录1:外文翻译红外遥控及芯片介绍1 引言人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列,依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.620.76m;紫光的波长范围为0.380.46m。比紫光波长还短的光叫紫外线,比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.761.5m之间的近红外线来传送控制信号的。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。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距法来粗略判定。 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。红外接收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。前些年常用PC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。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)。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陶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频,分频系数一般取12,所以455kHz1237.9 kHz38kHz。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。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁,故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰;电路调试简单,只要按给定电路连接无误,一般不需任何调试即可投入工作;编解码容易,可进行多路遥控。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路,需要时按图索骥即可。因此,现在红外遥控在家用电器、室内近距离(小于10米)遥控中得到了广泛的应用。多路控制的红外遥控系统 多路控制的红外发射部分一般有许多按键,代表不同的控制功能。当发射端按下某一按键时,相应地在接收端有不同的输出状态。接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。“脉冲”输出是当按发射端按键时,接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”,宽度一般在100ms左右。“电平”输出是指发射端按下键时,接收端对应输出端输出“有效电平”,发射端松开键时,接收端“有效电平”消失。此处的“有效脉冲”和“有效电平”,可能是高、也可能是低,取决于相应输出脚的静态状况,如静态时为低,则“高”为有效;如静态时为高,则“低”为有效。大多数情况下“高”为有效。“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键,接收端对应输出端改变一次状态,即原来为高电平变为低电平,原来为低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输出形式为“反相”。“互锁”输出是指多个输出互相清除,在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就属此种情况,其它如调光、调速、音响的输入选择等。“数据”输出是指把一些发射键编上号码,利用接收端的几个输出形成一个二进制数,来代表不同的按键输入。一般情况下,接收端除了几位数据输出外,还应有一位“数据有效”输出端,以便后级适时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。 除以上输出形式外,还有“锁存”和“暂存”两种形式。所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号,接收端对应输出予以“储存”,直至收到新的信号为止;“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。影响遥控器遥控距离(Remote distance of RF Remote Control)的因素主要有如下几点:1、发射功率:发射功率大则距离远,但耗电大,容易产生干扰;2、接收灵敏度:接收器的接收灵敏度提高,遥控距离增大,但容易受干扰造成误动或失控;3、天线:采用直线型天线,并且相互平行,遥控距离远,但占据空间大,在使用中把天线拉长、拉直可增加遥控距离;4、高度:天线越高,遥控距离越远,但受客观条件限制;5、阻挡:目前使用的无线遥控器使用国家规定的UHF频段,其传播特性和光近似,直线传播,绕射较小,发射器和接收器之间如有墙壁阻挡将大大打折遥控距离,如果是钢筋混泥土的墙壁,由于导体对电波的吸收作用,影响更甚。 考虑到本次设计的硬件体积应偏小以便嵌入遥控器中,因此我们选择20个引脚的单片机芯片AT89C2051。下面即介绍此芯片的功能。2 AT89C2051的内部结构及性能AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的低电压,高性能8位CMOS微型计算机。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存储器,ATMEL AT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。AT89C2051是与8051兼容的CHMOS微控制器,其Flash存储器容量为2KB。与CHMOS工艺的80C51一样,具有空闲和掉电两种节电运行方式。其性能如下:8位CUP; 2KB的Flash存储器;工作电压范围2.76V; 128KB的数据存储器;全静态工作方式:024MHz; 15根输入/输出线;一个可编程串行口; 2个16位定时/计数器; 可编程串行UART通道; 直接LED驱动输出;3 AT89C2051的芯片引脚及功能为适应智能仪表的嵌入要求,AT89C2051在芯片的引脚配置上进行了简化,如图2-1所示。主要变化为:(1)引脚由40根减为20根;(2)增加了一个模拟比较器。123456789101112131415161718192089C2051RST/VPP(RXD)P3.0(TXD)P3.1XTAL2XTAL1(INT0)P3.2(INT1)P3.3(T0)P3.4(T1)P3.5GNDVCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1(AIN1)P1.0(AIN0)P3.7图2-1 AT89C2051的引脚图 AT89C2051引脚功能:1. Vcc:电源电压。 2. GND:地。 3. P1口:P1口是一8位双向I/O口。口引脚P1.2P1.7提供内部上拉电阻。 P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内
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