【正文】 統(tǒng)的要求，來對硬件電路 圖進行設計。 ⑥對系統(tǒng)的實現(xiàn)功能的重要程序進行分析。 下面就根據(jù)系統(tǒng)的基本要求和基本原則來確定本系統(tǒng)的方案。 總體方案的確定 提到總體方案的確定，就要符合本課題的要求： 它是一個室內用的燈光控制系統(tǒng)。 要求人們手持遙控器就可以對室內的燈光進行控制。 要求能夠在室內簡便的安裝，應用。 在設計本系統(tǒng)中，成本是必須考慮的條件。要求成本不能太高， 使一般家庭都能夠承擔的起費用。 本系統(tǒng)為基于單片機的無線燈光控制系統(tǒng)，人們通過手中的遙控器對室內燈 6 光進行控制。要實現(xiàn)無線控制功能，就要設計一系列的硬件電路。首先要對 無線模塊進行設計，其中這部分的模塊就要設計發(fā)送信號和對信號的接收，就要對這部分的電路進行設計。在對信號接收之后，要能使對系統(tǒng)燈光進行控制，就要設計一調光控制電路，從而對每一盞燈具進行開啟關閉和調亮調暗的控制。要驅動調光電路，就要通過單片機相應的程序來控制調光電路。在發(fā)送電路中，其中也要通過單片機的相應程序對按鍵進行掃描處理等。 在系統(tǒng)設計中，要使單片機能夠正常實現(xiàn)其功能，就必須為其提供相應的直流電壓，而我們一般的家用電壓中都是 220V，所以我們就要設計一個電源電路，為單片機提供正常的工作的電壓。 以上就是我 對本系統(tǒng)設計的總體方案，下面我們就對總體方案中每一部分進行一一設計。下圖 1 為本設計的一個總體設計框圖。 圖 1 系統(tǒng)的設計總框圖 按 鍵 單片機掃描按鍵 單片機調制頻率 對信號進行放大 通過紅外線發(fā)射二極管發(fā)射信號 紅外線接收器 信號輸入單片機 調光控制電路 7 第 3 章 無線模塊的設計 要實現(xiàn)系統(tǒng)的遙控功能，就必須進行無線模塊的設計，從而來實現(xiàn)對系統(tǒng)信號的發(fā)送與接收，實現(xiàn)系統(tǒng)燈光控制的第一步。 無線遙控方案的選擇 系統(tǒng)要求只要人們手持遙控器就可以控制室內所有燈光，所以我們就需要一種遙控傳輸信號的方式，要求使系統(tǒng)信號傳輸快，傳輸信號準確，成本比較低。無線遙控就是信號的傳 輸是利用無線方式進行的，為了使遠方的被控對象按照要求去動作，控制端必須向被控端發(fā)出一個動作信號或如何工作的命令，這個命令就是遙控指令。例如，調整電機的啟動與停止、正反向、升速與降速等指令。遙控指令又分連續(xù)指令和斷續(xù)指令。數(shù)值連續(xù)變化的指令為連續(xù)指令，如控制石油管道流量和壓力的指令；數(shù)值斷續(xù)的指令叫做斷續(xù)指令，如照明電燈的開與關的指令。 無線通信的實現(xiàn)有三種方案：藍牙通信、紅外無線遙控、使用短距離無線數(shù)傳器件。對于藍牙方案，雖然此技術在當今社會有很大的發(fā)展，有很多優(yōu)點，由于成本一直偏高，所以本系統(tǒng)將不考慮藍牙 方案。紅外線通信技術適合于低成本、跨平臺、點對點高速數(shù)據(jù)連接，尤其是嵌入式系統(tǒng)。由于紅外線遙控器具有結構簡單、制作方便、成本低廉、抗干擾能力強、工作可靠性高等一系列優(yōu)點，是近距離遙控，特別是室內遙控的首選方式。因此本人選擇紅外線的無線通信方案。 紅外線遙控的特性主要有幾點。紅線遙控具有獨立性，由于紅外線為不可見光，因此對環(huán)境影響很小紅外線的波長遠小于無線電波的波長，所以，紅外遙控不會干擾其他家用電器，也不會影響鄰近的無線電設備。特性與可見光相似性，由于靠近可見光的紅外線邊緣，它的直線傳播、反射、折射、和被物 質吸收等物理特性與可見光非常相似。無穿透障礙物的能力。具有較強的隱蔽性，因紅外線為不可見光，具有很強的隱蔽性。外線遙控的距離，一般為幾米至幾十米或更遠一點。 紅外線遙控的基本原理 要使用紅外線遙控來實現(xiàn)信號傳輸，我們就有必要來了解下紅外線遙控的基本原理。紅外線遙控就是利用紅外線（又稱紅外光）來傳遞控制信號，實現(xiàn)對控制對象的遠距離控制。具體來講，就是由發(fā)射器發(fā)出紅外線指令信號，由接收器接收下來并對信號進行處理，最后實現(xiàn)對控制對象的各種功能的遠距離控制。 8 紅外線發(fā)射器由指令鍵、信號產生電路 、調制電路、驅動電路及紅外線發(fā)射器件組成，如圖 2所示。當指令鍵按下時，指令信號產生電路便產生所需要的控制指令信號。這里的控制指令信號是以某些不同的特征來區(qū)分的。常用的區(qū)分指令信號的特征是頻率特征和碼組特征，即用不同的頻率或不同的編碼的電信代號代表不同的指令。這些不同的指令信號由調制電路進行調制后，最后由驅動電路驅動紅外線發(fā)射器件，發(fā)出紅外線遙控指令信號。 圖 2 紅外線發(fā)射的組成 紅外 接收器由紅外線接收器件、前置放大電路、調節(jié)電路、指令信號檢出電路、記憶及驅動電路、執(zhí)行電路組成，如圖 3。當紅外線接收器件接收到發(fā)射器的紅外線指令信號時，它將紅外光信號變?yōu)殡娦盘柌⑺腿肭爸梅糯笃鬟M行放大，再經(jīng)解調器后由指令信號檢出電路將指令信號檢出，最后由記憶及驅動執(zhí)行電路，實現(xiàn)各種操作。 圖 3 紅外線接收器的組成 指令按鍵 產生信號 調制解調 驅動電路 紅外發(fā)射 紅外接收 前置放大 頻率選擇 驅動記憶 執(zhí)行環(huán)節(jié) 被控對象 9 系統(tǒng)的遙控功能實現(xiàn)方法的設計 頻分制與碼分制的選擇 要實現(xiàn)系統(tǒng)的遙控功能，就必 須先選擇信號指令傳送的方式。根據(jù)遙控的方式和使用者場合不同，可以把這些控制信號特征進行各種組合編碼。如電壓極性的組合方式，電信號相位的組合方式，電信號幅值的組合方式，頻制的組合方式，脈沖的寬度、相位、幅度等參數(shù)的組合方式及脈沖編碼組合方式等。在實際應用中，以頻率和脈沖組合方式應用最多。 頻率組合方式分為單音頻指令和多音頻指令。單音指令每個指令內容由單個音頻信號組成，抗干擾能力差，只能用在要求不高的遙控系統(tǒng)中。多音頻指令由兩個或兩個以上音頻信號組成，它不僅可以增加容量，還具有保密功能。 脈沖編 碼組合方式具有指令容量大，抗干擾能力強，保密性好及便于用邏輯電路來實現(xiàn)等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。 脈沖編碼遙控中常用恒比碼作為指令。恒比碼指令即每個指令中“ 1”和“ 0”的個數(shù)保持相同的比例，可根據(jù)此比例關系是否被破壞來判斷遙控指令在傳送過程中是否產生了錯誤。奇偶校驗法是利用碼組里的“ 1”的奇偶性來監(jiān)督碼組是否正確，它可以在發(fā)送端組成奇偶監(jiān)督碼，在接收端進行校驗。例如接收端校驗結果是奇數(shù)，就向發(fā)送端返回一個長脈沖；若校驗結果是偶數(shù)，就向發(fā)送端返回一個短脈沖。這樣發(fā)送端就能檢測出傳送指令的錯誤。 紅外線 遙控系統(tǒng)按照產生、區(qū)分控制指令的方法和和特征來分類，主要可 分頻分制和碼分制紅外線遙控。頻分制紅外線遙控是指令信號產生不同頻率的指令電信。接收器中指令信號檢出對應發(fā)射器不同指令信號頻率選擇電路，簡稱選頻電路。對應于每一個指令，就要有一個選頻電路。紅外發(fā)射、接收器件發(fā)射與接受波長為 ～ ，因此，一般情況下頻分制紅外遙控的發(fā)射器中不用調制解調電路，不同頻率的指令信號直接加至驅動電路，驅動紅外發(fā)射器件發(fā)射不同頻率的近紅外光信號。由于每一個指令信號，接收電路就要有一個選頻電路相對應，當系統(tǒng) 的通道數(shù)目較多時 ,電路將會變得非常復雜和龐大 ,且各通道見可能會產生串路干擾 ,因此當通道數(shù)目較多時 ,一般采用碼分制紅外遙控電路。 經(jīng)過分析，如果選擇頻分制，那么由于本系統(tǒng)要控制 14盞燈具，若要全部控制，則需要相當多的頻率來控制，電路就會非常的復雜和龐大，所以我覺得碼分制的紅外線遙控更適合本系統(tǒng)，所以本系統(tǒng)將采用碼分制的紅外線遙控。下面就對碼分制紅外線遙控進行分析。 10 碼分制紅外遙控是指令信號產生電路以不同的脈沖編碼代表不同的指令。如圖 4。當不同的指令鍵被按下時，指令信號產生電路將產生不同脈沖編碼的指令信號，也就 是進行編碼，然后經(jīng)調制電路調制，變?yōu)榫幋a脈沖調制信號，再由驅動電路驅動紅外發(fā)射器件發(fā)射紅外光信號。 圖 4 碼分制紅外遙控系統(tǒng)圖 接收器接收下來的信號經(jīng)過前置放大后，送入解調電路，對調制信號進行解調，再經(jīng)指令信號檢出電路檢出指令信號。這里的指令信號檢出電路是與發(fā)射器中編碼電路相對應的譯碼電路，通過它將指令信號譯出。 紅外線遙控系統(tǒng)中的指令產生及檢出電路，在頻分制中由多頻振蕩電路及頻率選擇電路構成；在碼分制系 統(tǒng)中則由編碼電路及譯碼電路構成，這是頻分制與碼分制紅外線遙控系統(tǒng)的分別。在碼分制中，因為碼分制系統(tǒng)編碼脈沖頻率極低，為超低頻，如果不用調制與解調電路，外界突然的光線變化可能會對接收電路造成干擾，產生誤動作，系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性就難以保證。 碼分制 遙控 功能實現(xiàn) 在上一節(jié)中分析了實現(xiàn)遙控功能的方法有頻分制和碼分制，以及他們的原理和特性。由于碼分制的方法能更好的在本燈光系統(tǒng)中實現(xiàn)，具有指令容量大，抗干擾能力強，保密性好及便于用邏輯電路來實現(xiàn)等優(yōu)點，得到了廣泛的應用，若采用頻分制的話，前面也有提到，選 頻電路會比較多，電路會比較復雜，不是很合適本系統(tǒng)。所以本系統(tǒng)將用碼分制遙控。遙控器采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的碼，最小為 2個脈沖，最大為 17個脈沖。為了使接收可靠，第一指令按鍵 前置放大 紅外接收 紅外發(fā) 射 驅動電路 調制電路 解調電路 指令編碼 記憶驅動 執(zhí)行環(huán)節(jié) 指令編碼 被控對象 11 位碼寬為 3ms,其余為 1ms,遙控數(shù)據(jù)幀間隔大于 10ms,如圖 5 所示。 在遙控碼的發(fā)射中，當某個操作鍵按下時，單片機先讀出該鍵值，然后根據(jù)鍵值設定的遙控脈沖個數(shù)，再調制成 38KHz 的方波由紅外線發(fā)射管發(fā)射出去。 端口的輸出調制波如圖 5 所示。 當紅外線接收 器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位碼的低電平將啟動中斷程序，實時接收數(shù)據(jù)幀。在數(shù)據(jù)接收時，先對第一位（起始位）碼的碼寬進行驗證。若第一位低電平碼的脈寬小于 2ms，將作為錯誤碼處理；否則認為是起始碼，累加器 A 加1。當間隔位的高電平大于 3ms 時，結束接收，然后根據(jù)累加器 A中的脈沖個數(shù)，執(zhí)行相應的輸出操作。圖 6為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。 圖 6 一幀遙控碼波形圖 燈具 1 的遙控輸入碼 燈具 2 的遙控輸入碼 燈具 5 的遙控輸入碼 3ms 1ms 圖 5 調光命令碼 10ms 1ms 10ms 停止位 第一位 3ms 1ms 12 硬件 電路的設計 要實現(xiàn)系統(tǒng)的發(fā)射和接收功能，電路是必不可少的，而要驅動電路，實現(xiàn)燈光控制系統(tǒng)的整體功能，就必須通過單片機相應的程序來完成。下面我就設計這部分的電路。 單片機的介紹 MC51系列單片機包括 803 805 8751等型號，其代表型號是 8051。其內部組成方框圖如圖 7所示。 在本系統(tǒng)中我選擇的是 51 系列的 AT89C51， AT89C51是一種帶 4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51 是一個低功耗高性能單片機， 40 個引腳 ， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內含 2個外中斷口， 2個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， AT89C51 可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理