【正文】 磁 波 譜中 ， 光 波 的波 長 范 圍 為~1000um。根據(jù)波長的不同可分為可見光和不可見光，波長為~ 的光波可為可見光，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色。光波為 ~ 的光波為紫外光 (線 )，波長為 ~1000um的光波為紅外光 (線 )。紅外光按波長范圍分為近紅外、中紅外、遠紅外、極紅外 4 類。紅外線遙控是利用近紅外光傳送遙控指令的，波長為~。用近紅外作為遙控光源，是因為目前紅外發(fā)射器件 (紅外發(fā)光管 )與紅外接收器件 (光敏二極管、三極管及光電池 )的發(fā)光與受光峰值波長一般為 ~，在近紅外光波段內(nèi)，二者的光譜正好重合，能夠很好地匹配， 可以獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。 紅外遙控的發(fā)射電路是采用 紅外發(fā)光二極管 來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射雕紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，再送后置放大器。 發(fā)射機一般由指令鍵 (或操作桿 )、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動電路、發(fā)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(chǎn)生所需的指令編碼信號，指 令編碼信號對載體進行調(diào)制，再由驅(qū)動電路進行功 2 率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定指令編碼信號。 接收電路一般由接收電路、放大電路、調(diào)制電路、指令譯碼電路、驅(qū)動電路、執(zhí)行電路 (機構(gòu) )等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調(diào)制的編碼指令信號接收下來，并進行放大后送解調(diào)電路，解調(diào)電路將已調(diào)制的指令編碼信號解調(diào)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(qū)動電路來驅(qū)動執(zhí)行電路實現(xiàn)各種指令的操作控制（機構(gòu)）。 由于紅外線遙控不具有像 無線電遙控 那樣穿過障礙物去控制被控對象的能力，所以，在設(shè)計家用電器的 紅外線遙控器 時，不必要像無線電遙控器那樣，每套 (發(fā)射器和接收器 )要有不同的遙控頻率或編碼 (否則，就會隔墻控制或干擾鄰居的家用電器 )，所以同類產(chǎn)品的紅外線遙控器，可以有相同的遙控頻率或編碼，而不會出現(xiàn)遙控信號 “ 串門 ” 的情況。這對于大批量生產(chǎn)以及 在家用電器上普及紅外線遙控提供了極大的方面。由于紅外線為不可見光，因此對環(huán)境影響很小，再由紅外光波動波長遠小于無線電波的波長，所以紅外線遙控不會影響其他家用電器，也不會影響臨近的無線電設(shè)備。 目前紅外遙控、遙測技術(shù)在彩電、錄像機、音響設(shè)備、空調(diào)、玩具、門鈴、遙控汽車路牌以及防盜等其它小型裝上得到了廣泛的應(yīng)用。采用紅外線做通信媒介 , 經(jīng)實驗證明 , 在沒有阻礙的有限范圈內(nèi)（例如一個房間 , 車間或?qū)嶒炇遥┚哂袩o線電無法比擬的優(yōu)勢。所以對本課題的研究是很有必要的。 本次設(shè)計的主要任務(wù)是利用單片機技術(shù)，結(jié)合紅外發(fā)射、 接收電路，并將數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)和紅外學(xué)相關(guān)知識相結(jié)合，設(shè)計一款可以實現(xiàn)燈泡的開關(guān)和調(diào)光（或者電機啟動和調(diào)速）控制的紅外遙控電路。通過設(shè)計紅外遙控電路來 鞏固和加 強對四年來所學(xué) 的理論知識和 鍛煉自己的動手能力， 熟悉和掌握以單片機為核心的電路設(shè)計的基本方法和技術(shù)，熟悉傳感器的使用 ，提高電子電路的設(shè)計和 動手 能力，加深對單片機軟硬 件 知識的理解，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 對于無線遙控技術(shù)，當前基本上通過以下幾種方式實現(xiàn)：紅外遙控方式，無線電遙控方式，超 聲波遙控方式。紅外技術(shù)出現(xiàn)比較早，成本低，價格也西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 具有優(yōu)勢。紅外遙控具有以下優(yōu)點：控制內(nèi)容多，抗干擾能力比較強，不會發(fā)生任何誤動作；響應(yīng)速度快，不會對其他電器產(chǎn)生干擾從而影響用戶使用；體積小，成本低，功耗小，與其他方式比可以降低功耗 90%。 超聲波遙控方式中的超聲傳感器頻帶窄，能攜帶的信息量少，易于瘦干擾而引誤動作，同時該種方式作用距離短，通用性強可以互換因而不適合在燈具遙控中運用。聲音遙控方式通用性強，作用距離短，聲音攜帶的信息量少，具有繞射和穿透特性，只要在有效工作范圍之內(nèi)，無線設(shè)備就可以不受角度，方向和障 物的限制而自由使用。并且采用特定的編碼解碼技術(shù)可以防止無線電波的相互干擾，抗干擾能力強。 紅外通信由來已久 ,但是進入 90 年代 ,這一通信技術(shù)又有新的發(fā)展 ,應(yīng)用范圍更加廣泛。 1995 年，一個由部件、計算機系統(tǒng)、外圍設(shè)備和電信廠商組成的大型集團 —— 紅外數(shù)據(jù)協(xié)會 (IrDA)就紅外通信的一套標準達成一致?，F(xiàn)在約有120 家以上的廠商支持紅外通信標準。其中的許多廠商已推出符合紅外通信標準并支持 Windows 95 的產(chǎn)品。 紅外數(shù)據(jù)協(xié)會開發(fā)的這種新的無線通信標準還得到 PC 機產(chǎn)業(yè)的有力支持。主要的開發(fā)廠商，如微軟、蘋 果、東芝和惠普公司，已推出了在計算機之間采用這種高速紅外數(shù)據(jù)通信的 PC 機、筆記本計算機、打印機和手持式個人數(shù)字助理 (PDA)設(shè)備。 此外，紅外通信的連通性已用在大多數(shù)新的筆記本計算機中，并成為一種最具成本效益和便于使用的無線通信技術(shù)而問鼎市場。 課題研究內(nèi)容和研究方法 主要研究內(nèi)容：設(shè)計一款紅外遙控電路，該遙控電路可以實現(xiàn)燈泡的開關(guān)和調(diào)光（或者電機啟動和調(diào)速）控制。該遙控電路結(jié)構(gòu)簡單 ,分為兩部分：發(fā)射電路和接收電路。發(fā)射電路以 AT89C2051 為控制中心發(fā)射信號 , 接收電路以 AT89C51 為控制 中心接收信號 ,驅(qū)動雙向晶閘管實現(xiàn)電燈的開關(guān)及亮度的控制。 設(shè)計方案及思路：目前市場 —— 一般設(shè)備系統(tǒng)采用專用的遙控編碼及 4 解碼集成電路。此方案具有制作簡單、容易等特點，但由于功能鍵數(shù)及功能受到特定的限制，只適合用于某一專用電器產(chǎn)品的應(yīng)用，應(yīng)用范圍受到限制。而采用單片機進行遙控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計，具有編程靈活多樣、操作碼個數(shù)可隨意設(shè)定等優(yōu)點。本單片機遙控應(yīng)用采用紅外線脈沖個數(shù)編碼、單片機軟件解碼實現(xiàn)了對電燈的開關(guān) /亮度調(diào)節(jié)。 本設(shè)計要求紅外遙控電路實現(xiàn)以下功能： （ 1）利用紅外接收和發(fā)射探頭發(fā)送和接收紅外線； （ 2）該遙控系統(tǒng)可以實現(xiàn)燈泡的開關(guān)和調(diào)光（或者電機啟動和調(diào)速）控制； （ 3）能夠按鍵啟動 /停止，使用單片機進行設(shè)計或者純數(shù)字模擬電路設(shè)計 。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 二 章 紅外遙控系統(tǒng) 組成以及工作原理 紅外遙控系統(tǒng) 組成 紅外遙控系統(tǒng)由紅外發(fā)射部分和紅外接收部分組成， 發(fā)射 電路 部分主要實現(xiàn)紅外信號的編碼產(chǎn)生以及發(fā)射，接收 電路 部分主要實現(xiàn)紅外信號的接收、解碼以及控制可控調(diào)光電路 ，完成燈泡的開關(guān)及亮度調(diào)節(jié)。 發(fā)射 電路組成 紅外遙控電 發(fā)射器 主要由單片機、操作鍵盤和紅外發(fā)射電路三部分組 成。 紅外發(fā)射部分結(jié)構(gòu)圖如圖 所示： 圖 紅外遙控電路發(fā)射設(shè)計原理框圖 當按下遙控按鈕時，單片機產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。 控制系統(tǒng)采用 3V 電源電壓，并具有低功耗空閑和掉電方式控制。 紅外遙控電 發(fā)射器 主要由單片機、 指示電路 和紅外 接收 電路三部分組 成。 紅外電路發(fā)射部分是按鍵信號轉(zhuǎn)化為紅外信號的電路，它是通過利用單片機的匯編實現(xiàn)的紅外編碼技術(shù)，來完成的。紅外編碼通過紅外電路發(fā)射部分，將不同的按鍵信號轉(zhuǎn)化為不同的紅外信號，并由紅外發(fā)送端口發(fā)送出去，它發(fā)出的紅外信號嚴格遵守紅外發(fā)送 /接收 協(xié)議，而且在沒有障礙物阻礙的情況下，可以直線傳播。 接收 電路組成 紅外 接 收部分結(jié)構(gòu) 如圖 所 示： +3V 電源 紅外發(fā)射電路 單片機 鍵盤輸入 發(fā)射指示燈 6 圖 紅外遙控電路接收設(shè)計原理框圖 當紅外接收器接收到控制脈沖后，經(jīng)單片機處理由顯示設(shè)備顯示出當前受控電器的序號，并判斷是否對電燈進行調(diào)光，如需調(diào)光則經(jīng)調(diào)光電路處理后實現(xiàn)調(diào)光功能。系統(tǒng)采用 5V單電源電壓供電，能滿足低功耗空閑狀態(tài)，并具有掉電記憶控制功能。 工作原理 紅外發(fā)射 電路采用 3V 電池供電，單片機平時都處于低功耗空閑狀態(tài)，當有按鍵被按下，遙控器信息碼由 AT89C2051 單片機的 定時器 1 中斷產(chǎn)生 38KHZ 的紅外線信號，由 口輸出 — ，經(jīng)過三極管 9013 放大，由紅外發(fā)射管發(fā)送。待發(fā)送完畢，單片機再次處于低功耗空閑狀態(tài)。電路采用 LED 發(fā)光二極管來實現(xiàn)按鍵的操作指示。 遙控器采用按鍵中斷掃描方式（按鍵部分電路圖如圖 ）。按鍵 K1 控制開燈與關(guān)燈；當按下按鍵 K2 時，燈光將調(diào)到第一檔 (最亮 )；當按下按鍵 K3 時，燈光將調(diào)到第四檔；當按下按鍵 K4 時，燈光將調(diào)到第二檔；當按下按鍵 K5 時，將燈光調(diào)到第五檔；當按下按鍵 K6 時，燈光將調(diào)到第三檔。 當紅外接受接收到遙控器發(fā)射的信號后，將信號傳給 AT89C2051 單片機，AT89C2051 單片機根據(jù)收到的信息碼的不同，完成相應(yīng)的調(diào)光操作以及進行相應(yīng)的狀態(tài)指示。 紅外遙控系統(tǒng) 特點 目前紅外遙控器已經(jīng)在各類電器上得到了廣泛應(yīng)用。市場上一般設(shè)備系統(tǒng)均采用專用的遙控編碼及解碼集成電路，具有制作簡單等特點，但由于這些芯片價格較貴，功能鍵數(shù)及功能受到特定的限制，且相互之間采用的遙控編碼格式互不220V AC 單片機 +5V 電源電路 紅外接收電路 接通檢測 對一路電燈開光控制及亮度調(diào)節(jié) 狀態(tài) 指 示電路 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 兼容。所以各機型的遙控器通常只能針對各自的遙控對象而無法通用，只適用于某一專用電器產(chǎn)品的應(yīng)用，應(yīng)用范圍受到限制。采用單片機進行遙控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計，具有硬件接口簡單方便。 編程靈活多樣，操作碼個數(shù)可隨意設(shè)定等優(yōu)點。此方案不僅可用控制鍵實現(xiàn)對電器的控制，而且可對一路電燈進行亮度控制，方便實用。且本設(shè)計用到的元器件較少，電路相對簡單實用。 8 第 三 章 紅外遙控 系統(tǒng)硬 件部分方案設(shè)計 紅外發(fā)送電路 單片機遙控發(fā)射器原理圖如圖 所示，單片機遙控發(fā)射器主要由AT89C2051 單片機、操作鍵盤和紅外發(fā)射電路等組成。 RST123XTAL24XTAL156789GND10VCC20181716151413111912U1AT89C20511 2Y112M30pFC230pFC3100ΩR847ΩR6R710KR1R2D1LEDD3LED10uFC1Q1+3VQ2+3VK1SK2SK3SK4SK5SK6S+3V104pFC5100UFC4B110KR410KR3+3V紅外90129013D2IN4048D4IN4048D5 IN4048D6IN4048D7IN4048D8IN4048K1S 圖 紅外發(fā)射原理圖 單片機部分主要完成遙控發(fā)射器發(fā)射過程的控制、鍵盤掃描的管理和顯示。其中 P3． 3 用于輸出控 制紅外發(fā)射電路的工作的信號， 到 連接鍵盤，用于接受鍵盤的信號。電路采用 3V 電池供電，單片機平時都處于低功耗空閑狀態(tài)，當有按鍵被按下，遙控器信息碼由 AT89C2051 單片機的定時器 1 中斷產(chǎn)生38KHZ 的紅外線信號，由 口輸出 — ，經(jīng)過三極管 9013 放大，由紅外發(fā)射管發(fā)送。待發(fā)送完畢，單片機再次處于低功耗空閑狀態(tài)。電路采用 LED 發(fā)光二極管來實現(xiàn)按鍵的操作指示。 由電路特點，應(yīng)選擇單片機 AT89C2051，原因如下。 AT89C2051 是一個功能強大的單片機，但它只有 20 個引腳， 15 個雙向輸入/輸出（ I/O）端口，其中 P1 是一個完整的 8 位雙向 I/O 口，兩個外中斷口，兩個16 位可編程定時計數(shù)器 ,兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器。 同時 AT89C2051 的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有 RAM、定時 /計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi) RAM 將被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運行。 主要功能特性： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 2k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） Flash ROM 15 個雙向 I/O 口 6 個中斷源 兩個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 的寬工作電壓范圍 時鐘頻率 024MHz 128x8bit 內(nèi)部 RAM 兩個外部中斷源 兩個串行中斷 可直接驅(qū)動 LED 低功耗睡眠功能 內(nèi)置一個模擬比較放大器 可編程 UARL 通道 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 由上可見， 89C2