基于單片機的紅外遙控開關設計本科畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 制電路、 驅動電路 、發射電路等幾部分組成。當按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載波進行調制，再由驅動電路進行功率放大后由發射電路向外發射經調制定的指令編碼信號。 接收電路 一般由接收電路、放大電路、調制電路、指令譯碼電路、驅動電路、執行電路 (機構 )等幾部分組成。接收電路將發射器發出的已調制的編碼指令信號接收下來，并進行放大后送解調電路，解調電路將已調制的指令編碼信號解調出來，即還原為編碼信號。指令譯碼器 將編碼指令信號進行譯碼，最后由驅動電路來驅動執行電路實現各種指令的操作控制（機構）。 如圖 、編碼調制、 LED 紅外發送器，接收部分包括光電轉換放大、解調、解碼電路，而整個接收部分將完全由上述的 PC838 紅外一 體化收頭來完成 ，本設計的發射部分采用成品遙控器來發送控制信號 。 圖 紅外遙控系統框圖 遙控發射器及其編碼 遙控發射器專用芯片很多 ，這里我們以運用比較廣泛，解碼比較容易的一類來加以說明，現以 WD6122 遙控發射器專用芯片組成發射電路 為例說明編碼原理 ，該 芯片類型的 遙控發射器成品鍵碼值如圖 。 紅外遙控器 鍵盤接收、放大、檢波 、整形 編碼和調制 紅外接收頭 光電放大 解調 解碼單 片機 6 圖 本設計使用的成品遙控器鍵碼圖 當發射器按鍵按下后，即有遙控碼發出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征： 采用脈寬調制的串行碼，以脈寬為 、間隔 、周期為 的組合表示二進制的“ 0”；以脈寬為 、間隔 、周期為 的組合表示二進制的“ 1”，其波形如圖 所示。 圖 遙控編碼 的“ 0”和“ 1” 上述“ 0”和“ 1”組成的 32 位二進制碼經 38kHz 的載頻進行二次調制以提高發射效率，達到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發射二極管產生紅外線向空間發射。 WD6122 產生的遙控編碼是連續的 32 位二進制碼組，所發射的一幀碼含有一個引導碼， 16 位用戶編碼和八位數據編碼，數據編碼的反碼也同時被傳送，編碼結構如圖 所示： 圖 遙控器發射的 32 位碼組圖 7 引導碼由一個 9ms 的載波波形和一個 的關斷時間構成，它作為隨后發射碼的引導碼，這樣當接收系統是由微處理器構成的時候，能更有效的處理碼的接受與檢測及其他各項控制之間的時序關系。編碼采用脈沖位置調制方式（ PPM），利用脈沖之間的時間間隔來區分“ 0”和“ 1”。每次 8 位的碼被傳送之后，他的反碼也被傳送，減少了系統的誤 碼率 ，這也為后續的 解碼程序的編寫提供了 自行檢測是否誤碼的手段 。 紅外解碼思路 遙控器將按鍵信息進行編碼后調制到紅外線的某個頻率通過 發光二極 管發射出去，紅外接收管接收到發射管發出的紅外信號后對該信號進行解調原始編碼信息，紅外遙控接收頭解調出的編碼是串行二進制碼，包含著遙控 按鍵 信息，但它還不便于 CPU讀取識別，因此需要先對這些二進制碼進行解碼。 當遙控器上任意一個按鍵按下超過 36ms 時， 控制 芯片的振蕩器使芯片激活，將發射一個特定的同步碼頭，對于接收端而言就是一個 9ms 的低電平 ,和一個 的高電平 ，這個同步碼頭可以使程序知道從這個同步碼頭以后可以開始接收數據。 解碼的關鍵是如何識別“ 0”和“ 1”，從位的定義我們可以發現“ 0”、“ 1”均以 的低電平開始，不同的是高電平的寬度不同，“ 0”為 ,“ 1”為 ,所以必須根據高電平的寬度區別“ 0”和“ 1”。如果從 低電平過后，開始延時， 以后，若讀到的電平為低，說明該位為“ 0”，反之則為“ 1”，為了可靠起見，延時必須比 長些，但又不能超過 ,否則如果該位為“ 0”，讀到的已是下一位的高電平，因 此取（ +） /2= 最為可靠，一般取 左右即可。 根據紅外編碼的格式，程序應該等待 9ms 的起始碼和 的結果碼完成后才能讀碼。 單片機把解碼所得的二進制存入相應的存儲單元，這樣就完成了某一按鍵的紅外解碼 操作，同樣地，按此可以實現其它按鍵的 紅 外解 碼 ，最后形成遙控器按鍵相應的鍵值表。就這樣單片機程序就可以識別遙控器相應的功能鍵，通過遙控器向單片機發出相應的命令，單片機接收到命令后通過驅動電路使繼電器動作從而實現用電設備的開關。 相關器件 簡介 本章將對 設計中所 涉及到的單片機 STC90C516RD+、紅 外遙控接收頭 PC83MAX23 USB 接口 線 以及 電磁 繼電器進行簡單介紹。 8 STC90C516RD+ STC90C516RD+單片機是宏晶科技推出的新一代超 /高速 /低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統 8051 單片機， 12時鐘 /機器周期，內部集成 MAX810 專用復位電路，時鐘頻率在 12MHz 以下時，復位腳可直接接地。 （ 1） STC90C516RD+的特點 ○ 1 增強型 12 時鐘 / 機器周期 8051 CPU； ○ 2 工作電壓： （ 5V 單片機） ； ○ 3 工作頻率范圍： 040MHz，相當于普通 8051 的 0～ 80MHz； ○ 4 用戶應用程序空間 61K； ○ 5 片上集成 1280 字節 RAM； ○ 6 通用 I/O 口 32 個，復位后為 :P1/P2/P3 是準雙向口 / 弱上拉（普通 8051 傳統I/O 口）， P0 口是開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需 加上拉電阻 ； ○ 7 ISP（在系統可編程） /IAP（在應用可編程），無需專用編程器 / 仿真器可通過串口（ ）直接下載用戶程序， 8K 程序 3 5 秒即可完成一片 ； ○ 8 EEPROM 功能 ； ○ 9 看門狗 ； ○10 內部集成 MAX810 專用復位電路，外部晶體 12M 以下時，可省外部復位電路，復位腳可直接接地 ； ○11 共 3 個 16位定時器 /計數器，其中定 時器 0還可以當成 2 個 8 位定時器使用 ； ○12 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發中斷方式喚醒 ； ○13 通用異步串行口（ UART），還可用定時器軟件實現多個 UART； ○14 工作溫度范圍： 075℃（商業級） ； （ 2） STC90C516RD+的 DIP 封裝 40 引腳分布 STC90C516RD+單片機的 DIP 封裝擁有 40 個引腳，其中 P0\P1\P2\P3 四組 I/0口， 總共 32 個 I/O 口 引腳 ， 另外包括 一個電源 VCC 引腳，兩個晶振引腳一個接地端引腳，一個復位引腳，以及 EA 引腳、 ALE 引腳、 PSEN 引腳 ，總共 40 個引腳 ， 引腳分布如圖 所示。 9 圖 單片機 STC90C516RD+DIP 封裝 引腳 圖 紅外接收頭 PC838 紅外接收電路一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機識別的 TTL 信號，這樣大大簡化了接收電路的復雜程度和電路的設計工作，方便使用。 在本 設計 中 采用紅外一體化接收頭 PC838， 在用小功率發射管發射信號情況下，其接收距離可達 15m。它能與 TTL、 COMS 電路兼容 ， 接收紅外信號頻率為 38 kHz,同時能對信號進行放大、檢波、整形，得到 TTL 電平的編碼信號。三個管腳分別是地 (GND)、＋ 5 V 電源 (VCC)、解調信號輸出端 (接單片機外部中 斷 )。 紅外一體化接收頭的測試 ：可以 在 PC838 的電源端與信號輸出端之間接上一只二極管及一只發光二極管后，再配上規定的工作電源（為＋ 5V），當手拿遙控器對著接收頭按任意鍵時，發光二極管會閃爍，說明紅外接收頭和遙控器工作都正常；如果發光二極管不閃爍發光，說明紅外接收頭和遙控器至少有一個損壞。只要確保遙控器工作正常，很容易判斷紅外接收頭的優劣。 由于供電電源存在干擾，應該對電源端進行濾波處理，處理方法為：電源端與接地端之間連接一個 100Ω 左右 的電阻以及一個 47uF 左右的電容，本設計采用 電容濾波同樣能 夠滿足設計要求 。 PC838 的經典應用原理圖 如圖 所示 ： 10 OUTPUT 單片機 I/O 口 GND C1 VCC（ +5V） R2 圖 PC838 的經典應用電路 MAX232 MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS232 標準串口設計的單電源電平轉換芯片，使用 +5V 單電源供電 ， RS232 接 口為 異步傳輸 標準接口 ， 因此一般用于 20m 以內的通信 ，其引腳分布 如圖 所示： 圖 MAX232 引腳分布圖 （ 1） 引腳介紹 第一部分是電荷泵電路。由 6 腳和 4 只電容構成。功能是產生+12v 和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 第二部分是數據轉換通道。由 1 1 1 14 腳構成兩個數據通道。其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數據通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數據通道。 TTL/CMOS 數據從 T1IN、 T2IN 輸入轉換成 RS232 數據從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數據從 R1IN、 R2IN 輸入轉換成 TTL/CMOS 數據后從R1OUT、 R2OUT 輸出。 第三部分是供電。 15腳 GND、 16腳 VCC（ +5v）。 （ 2） MAX232 的主要特性 PC838 11 ○ 1 符合所有的 RS232C 技術標準 ○ 2 只需要單一 的 +5V 電 源供電 ○ 3 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產生 +10V 和 10V 電壓 V+、 V ○ 4 功耗低，典型供電電流 5mA ○ 5 內部集成 2 個 RS232C 驅動器 ○ 6 高集成度，片外最低只需 4 個電容即可工作。 （ 3） MAX232 的標準應用電路 其中 C C C C4 四個電容 按下圖方式 連接 用來 產生 +12V 以及 12V 兩個電源，供 RS232 串口電平的需要，而電容 C5 用來濾除 MAX232 的 +5V 供電電源的噪聲干擾 ，其連接電路如圖 所示 。 圖 MAX232 標準應用電路 USB 接口 本 設計采用的是 USB 接口來對整個遙控系統進行適配供電，從而使得本設計的電源部分穩定且對電路實現了最大簡化，相比較的單片機傳統供電系統來說更為節能，成本更節約。 12 （ 1） USB 接口的簡介 USB 是英文 Universal Serial BUS（通用串行總線）的縮寫，而其中文簡稱為“ 通串線，是一個外部總線標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通訊。是應用在PC 領域的接口技術。 USB 接口支持設備的即插 即用和熱插拔功能。 USB 是在 1994 年底由英特爾、康柏、 IBM、 Microsoft 等多家公司聯合提出的 ， 引腳分布 如圖 ： 圖 USB 接 口 引腳 分布圖 （ 2） 選擇 USB 接口為本設計供電的原因及 注意事項 由于 USB 供電可以提供每個 U 口 最大為 500MA 的 電流 ，供電電壓為 5V， 與單片機的供電系統相適配，能滿足本設計絕大部分元器件的供電要求 ，而且本設計過程中并不存在大功率元器件 ，所以本設計選用 USB 作為整個紅外遙控系統的供電電源，但是為了 防 止 電路上短路燒壞電腦的 USB 接口 ， USB接口 應加 自恢復保 險 。 本設計只需要利用 USB 的 VCC 電源端（ +5V），以及 GND（接地端）對設計中所涉及的元器件進行供電，而其余兩腳為數據傳送端口 無 需利用， 因此 空置便可 ，在設計過程中需要先用萬用表電壓檔測量 USB 接口的 VCC 端以及 GND 端口，避免連接電路時候將電源極性接反而造成不必要的后果 。 （ 3） USB 接口的選型 USB 接口的型號多種多樣，對于供電電路來說，采用普通的 A 型或者 B型接口就可以了，本設計使用的是 A型 USB 接口，如圖 ： 圖 USB 接口實物圖 13 電磁繼電器 要實現遙控開關，需要選 擇繼電器配合單片機以及紅外遙控實現遙控開關的功能，本設計選用的是 5V 額定電壓的電磁繼電器。 （ 1） 電磁繼電器的介紹 繼電器是一種電控制 器件 。它具有控制系統（又稱輸入回路）