【正文】 上的紅外線遙控裝置一般采用專用的遙控編碼及解碼集成電路， 但編程靈活性較低，且產(chǎn)品多相互綁定， 不能復(fù)用，故應(yīng)用范圍有限。而本文 采用單片機(jī)進(jìn)行遙控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，遙控裝置將同時(shí)具有編程靈活、控制范圍廣、體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，因此采用單片機(jī)的紅外遙控技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景 。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 2 概述 基于單片機(jī)的紅外遙控 系統(tǒng)概述 當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與日俱增，人們生活水平也是日益提高，為了減少人們的工作量，所以對(duì)各種家用電器、電子器件的非人工控制的要求越來越高，針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)出一種集成度比較高的控制體系是必然的?，F(xiàn)代科技的飛速發(fā)展在許多危險(xiǎn)、不可近場(chǎng)合也對(duì)遠(yuǎn)程控制提出了越來越高的要求。 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí) 集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機(jī)的集成度很高，它體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化、使用方便等突出特點(diǎn)，尤其耗電少，又可使供電電源體積小、質(zhì)量輕。所以特別適用于“電腦型產(chǎn)品”，它的應(yīng)用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科研、教育以及日常生活用品（家電、玩具）等各種領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。單片機(jī)特別適合把它做到產(chǎn)品的內(nèi)部，取代部分老式機(jī)械、電子零件或元器件?？墒巩a(chǎn)品縮小體積，增強(qiáng) 功能，實(shí)現(xiàn)不同程度的智能化。 紅外線是一種光線，具有普通光的性質(zhì)，可以以光速直線傳播，強(qiáng)度可調(diào)，可以通過光學(xué)透鏡聚焦，可以被不透明物體遮擋等等。特別制造的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，可以發(fā)出特定波長(zhǎng)（通常是近紅外）的紅外線，通過控制二極管的電流可以很方便的改變紅外線的強(qiáng)度，以達(dá)到調(diào)制的目的，因此，在現(xiàn)代電子工程應(yīng)用中，紅外線常常被用做近距離視線范圍內(nèi)的通訊載波 。 使用紅外線做信號(hào)載波的優(yōu)點(diǎn)很多：成本低、傳播范圍和方向可以控制、不產(chǎn)生電磁輻射干擾，也不受干擾等等。因此被廣泛地應(yīng)用在各種技術(shù)領(lǐng)域中。 由于紅外線為不可見光， 因此對(duì)環(huán)境影響很小，再由紅外光波動(dòng)波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于無線電波的波長(zhǎng)，所以紅外線遙控不會(huì)影響其他家用電器，也不會(huì)影響臨近的無線電設(shè)備。最典型的應(yīng)用就是家電遙控器。 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(duì)象的能力，所以，在設(shè)計(jì)家用電器的紅外線遙控器時(shí)，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(huì)隔墻控制或干擾鄰居的家用電器 )。 同類產(chǎn)品的紅外線遙控器， 也 可以有相同的遙控頻率或編碼，而不會(huì)出現(xiàn)遙控信號(hào)“串門”的情況。這對(duì)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。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 本設(shè)計(jì)主要研究并設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的紅外發(fā)射及接收 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)四 路開關(guān)的 隔離 控制 并對(duì)工作狀態(tài)設(shè)備計(jì)數(shù) 。控制系統(tǒng)主要是由 MCS51 系列單片機(jī)、電源電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、 LED 顯示電路等部分組成，單片機(jī)編碼發(fā)射遙控信號(hào)經(jīng)紅外接收處理傳 送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)不同的信息碼控制四 路 LED 發(fā)光二極管各個(gè)狀態(tài)，并完成相應(yīng)的狀態(tài)指示 （如圖 1） 。 圖 1 紅外線遙控系統(tǒng)框圖 本設(shè)計(jì)方案思路 本設(shè)計(jì)主控芯片 采用目前比較通 用的 MCS51 系列單片機(jī)。此 類 單片機(jī)的運(yùn)算能力強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，市場(chǎng)上比較多見 ， 價(jià)格便宜且技術(shù)比較成熟容易實(shí)現(xiàn)。 紅外傳輸 利用載波對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制從而減少信號(hào)傳輸過程中的光波干擾 ,提高數(shù)據(jù)傳輸效率。 由 單片機(jī) AT89S51 定時(shí)器 T0 產(chǎn)生周期性的 的矩形脈沖 ,即每隔 13us，定時(shí)器 T0 產(chǎn)生中斷輸出一個(gè)相反的信號(hào)使輸出端產(chǎn)生周期的 38KHz 脈沖信號(hào)。 再由單片機(jī)將鍵盤信息及系統(tǒng)識(shí)別碼等數(shù)據(jù)調(diào)制在紅外載波上經(jīng)紅外發(fā)射頭發(fā)射出去。接收方由紅外一體化接收頭實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)的放大解調(diào)并還原為數(shù) 據(jù)流，經(jīng)由單片機(jī)解碼后對(duì)相關(guān) IO 口進(jìn)行操作 （如圖 1） 。 研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵 （ 1）合理設(shè)計(jì)硬件電路，使各模塊功能協(xié)調(diào)； （ 2）紅外發(fā)射信號(hào)的脈沖波形； （ 3）紅外發(fā)射信號(hào)的編解碼； （ 4）單片機(jī)對(duì) IO 口的操作； 主要技術(shù)指標(biāo) （ 1） 遙控距離 4 到 6m （ 2） 遙控路數(shù)為 4 路，即可對(duì) 4 個(gè)受控設(shè)備同時(shí)進(jìn)行開關(guān)控制； （ 3） 工作頻率為 38KHz，即紅外發(fā)射和接收的載頻為 38KHz； （ 4） 接收端可顯示受控狀態(tài)。 按鍵 編碼 和調(diào)制 紅外發(fā)射 紅外接收 解碼并響應(yīng) 紅外遙控 紅外接收 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 3 總體設(shè)計(jì) 紅外遙控系統(tǒng)是集中集 光、電于一體的系統(tǒng)。其工作 原理是用戶按鍵信號(hào)經(jīng)單片機(jī)編碼處理后轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，經(jīng)由紅外發(fā)射頭發(fā)送出去；接收端 由紅外一體化接收頭實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)的放大解調(diào)并還原為數(shù)據(jù)流，經(jīng)由單片機(jī)解碼后對(duì)相關(guān) IO 口進(jìn)行操作 ，從而完成整個(gè)遙控操作。 整個(gè) 系統(tǒng)主要是由電源電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、 LED 顯示電路等部分組成。 系統(tǒng)硬件由以下幾部分組成：紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路，鍵盤采用 普通按鍵 鍵盤， 按鍵統(tǒng)一接在單片機(jī) P0 口 。整體設(shè)計(jì)思路為：根據(jù)掃描到不同的按鍵值對(duì)發(fā)射脈沖編碼賦值 后 AT89S51 將按照數(shù)據(jù)處理要求從 輸出控制脈沖與 T0 產(chǎn)生的 8KHz 的載波（周期是 26us）進(jìn)行調(diào)制，經(jīng) NPN 三極管對(duì)信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管將控制信號(hào)發(fā)送出去。紅外數(shù)據(jù)接收則是采用 HS38B 一體化紅外接收頭，內(nèi)部集成紅外接收、數(shù)據(jù)采集、解碼的功能，只要在接收端 INT0 檢測(cè)頭信號(hào)低電平的到來，就可完成對(duì)整個(gè)串行的信號(hào)進(jìn)行分析得出當(dāng)前控制指令的功能。然后根據(jù)所得的指令去操作相應(yīng)的用電器件工作，如圖 2 所示。 圖 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 紅外遙控發(fā)射部分 紅外遙控發(fā)射部分系統(tǒng)框圖見圖 3。 發(fā)送端采用單 片機(jī) 的定時(shí)中斷功能，由定時(shí)器 T0 產(chǎn)生周期 為 26us 的矩形脈沖 ,即每隔 13us 定時(shí)器 T0 產(chǎn)生中斷輸出一個(gè)相反的信號(hào)使 單片機(jī) 輸出端產(chǎn)生周期 為 38KHz 的脈沖信號(hào)。脈沖圖如圖 4 所示。 系統(tǒng) 通過直連單片機(jī)的按鍵獲取用戶遙控信息，經(jīng)按鍵掃描確認(rèn)，然后交由遙控按鍵 編碼 單片機(jī) 紅外 發(fā)射管 紅外傳輸 紅外 一體化 接收頭 解碼 單片機(jī) 執(zhí)行部分 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 單片機(jī)對(duì)將要發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行整理， 將待發(fā)送的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制在 38kHz 脈沖基波上，生成脈沖發(fā)射 信號(hào) ,最后 通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。 圖 3 紅外遙控 發(fā)射 電路框圖 圖 4 38KHz 載波信號(hào) 紅外遙控接收部分 紅外遙控接 收電路框圖見圖 5。 紅外接收端普遍采用價(jià)格便宜 ,性能可靠的一體化紅外接收頭 (HS38B , 它接收紅外信號(hào)頻率為 38KHz ,周期約 26μ s)。 它 能同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形 ,得到 TTL 電平的編碼信號(hào) 。紅外接收頭收到信號(hào)后單片機(jī)立即產(chǎn)生中斷，開始 接收紅外信號(hào) 。 接收到的信號(hào) 經(jīng)單片機(jī)解碼 得到用戶遙控信息 并 轉(zhuǎn)至 IO 口 執(zhí)行 ,同時(shí)單片機(jī)還完成對(duì) 處于工作狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)行計(jì)數(shù) 并顯示。 圖 5 紅外遙控接收電路框圖 紅外 編碼標(biāo)準(zhǔn) 本設(shè)計(jì)中采用 不同的脈寬寬度來實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制信號(hào)的編碼 ,編 碼 由發(fā)送單片機(jī)來完成。 以間隔 、 脈寬為 、 周期為 的組合表示二進(jìn)制的驅(qū)動(dòng) 按鍵部分 單片機(jī) 89S51 編碼 紅外發(fā)射 電源 5V 5V 紅外接收 單片機(jī) 89S51 解碼 設(shè)備數(shù)顯示 受控設(shè)備 電源 9V 光電隔離 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 “ 1”； 以 間隔 、 脈寬為 、 周期為 的組合表示二進(jìn)制的“ 0”，其波形如圖 6所示。 圖 6 二進(jìn)制信號(hào) “ 1” 和 “ 0” 的編碼 遙控編碼脈沖信號(hào)由引導(dǎo)碼、 識(shí)別碼、識(shí)別 反碼、 控制碼、控制 反碼信號(hào)組成。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為 5ms 的高電平和寬度為 3ms 的低電平組成，用來標(biāo)志遙控編碼脈沖信號(hào)的開始。如圖 7 所示。 圖 7 信號(hào)引導(dǎo)碼圖 識(shí)別碼 也叫 系統(tǒng)碼 ，它用來指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其它遙控系統(tǒng)，防止各遙控系統(tǒng)的誤動(dòng)作 。 控制 碼也叫 功能 碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機(jī)可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。 識(shí)別 反碼與 控制 反碼分別是 識(shí)別 碼與 控制 碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對(duì)傳輸過程中數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生差錯(cuò)。脈沖位置表示的“ 0”和“ 1”組成的 32 位二進(jìn)制碼前 16 位控制指令，控制不同的紅外遙控設(shè)備。而不同的紅外家用電器又有不同的脈沖調(diào)控方式，后 16位分別是 8 位的 控制 碼和 8 位的 控制 反碼。串行 數(shù)據(jù)碼時(shí)序圖如 8 所示。 引 導(dǎo) 碼 識(shí) 別 碼 識(shí) 別 反 碼 控 制 碼 控 制 反 碼 圖 8 串行數(shù)據(jù)碼時(shí)序圖 3ms 低電平 5ms 高電平 Bit“ 1” s Bit“ 0” 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 二進(jìn)制信號(hào) 的調(diào)制 二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制仍由發(fā)送單片機(jī)來完成 ,如圖 9所示 ,A 是二進(jìn)制信號(hào)的編碼波形 ,B 是頻率為 38KHz (周期為 26μ s) 的連續(xù)脈沖 ,C 是經(jīng)調(diào)制后的間斷脈沖串(相當(dāng)于 C = A B) ,用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的波形。圖 9 中 ,待發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為 101。 圖中脈沖個(gè)數(shù)僅為示意非真實(shí)情況。 圖 9 二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制 二進(jìn)制信號(hào)的解調(diào) 二進(jìn)制信號(hào)的解調(diào)由一體化紅外接收頭 HS38B 來完成 ,它把 接 收到的 紅外信號(hào) (圖 10 中波形 D ,也是圖 9 中波形 C) 經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復(fù)原 ,在輸出腳 輸出圖10 中波形 E (正好是對(duì)圖 9 中波形 A 的取反 ) ,HS38B 的解調(diào)可理解為 :在輸入有脈沖串時(shí) ,輸出端輸出低電平 ,否則輸出高電平。可直接與單片機(jī)串行輸入口及外中斷相聯(lián)，以實(shí)現(xiàn) 隨時(shí) 接收遙控信號(hào) 并 產(chǎn)生中斷 ，然后由單片機(jī)對(duì)編碼還原 。 表 示 ‘ 1 ’表 示 ‘ 0 ’表 示 ‘ 1 ’ABCC = A * B杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 10 紅外接收頭 接收及 輸出波形 二進(jìn)制信號(hào)的解碼 二進(jìn)制信號(hào)的解碼由接收單片機(jī)來完成 ,它把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼波形通過解碼 ,還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。如圖 10 ,把波形 E 解碼還原成 原始二進(jìn)制 數(shù)據(jù)信息 101。 原 碼 ‘ 1 ’ 原 碼 ‘ 0 ’ 原 碼 ‘ 1 ’DE杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 4 硬件設(shè)計(jì) 主控芯片 AT89S51 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器 ,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中。 主要特性 ? 8031 CPU與 MCS51 兼容 ? 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 (壽命：1000 寫 /擦循環(huán) ) ? － ? 全靜態(tài)工作： 0Hz33MHz ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 ? 128*8 位內(nèi)部 RAM ? 32 條可編程 I/O 線 ? 兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 6 個(gè)中斷源 ? 全雙工串行 UART 通道 ? 可編程串行通道 ? 低功耗的閑置和掉電模式 ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 ? 低功耗空閑和掉電模式 ? 靈活的在系統(tǒng)編程（ ISP 字節(jié)或頁寫 模式） 功能概述 AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32個(gè) I／ O 口線，看門狗（ WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S51 可降至