【正文】 rol therelay to control the other household electrical appliances. Keywords: single chip。 infrared receiver。 DS18B20。 Relay。 LCD1602 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 課題背景及其意義 現(xiàn)代的自動(dòng)控制裝置，存在電路的電子電路的電連接到彼此的問(wèn)題，一方面，如果控制信號(hào)的電子電路，能夠控制執(zhí)行電路部件（電機(jī)，電磁鐵，照明燈等），在另一方面也為電子線路的電器電路提供良好的電隔離，以保護(hù)電子電路和人身安全。電子繼電器將是作為一個(gè)橋梁，能夠發(fā)揮這種作用。 采用單片機(jī)進(jìn)行遙控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，具有編程靈活多樣，操作個(gè)數(shù)可以隨意設(shè)定等優(yōu)點(diǎn)，并且能以弱點(diǎn)控制強(qiáng)電，方便運(yùn)用。而紅外遙控不影響周邊環(huán)境、不干擾電氣設(shè)備；電路調(diào)試簡(jiǎn)單，只要按給定電路連接無(wú)誤，一般不需任何調(diào)試 即可投入工作；編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控，在室內(nèi)近距離遙控中得到了廣泛的應(yīng)用；目前，市場(chǎng)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，但是由于功能受到特定的限制，只適合于某一專用電器產(chǎn)品的應(yīng)用，應(yīng)用范圍受到限制。本設(shè)計(jì)正是應(yīng)用紅外遙控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多路開(kāi)關(guān)的控制。 遙控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 遙控技術(shù)是在自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。遙控系統(tǒng)既可傳送離散的控制信息（例如開(kāi)關(guān)的通斷），也可傳送連續(xù)的控制信息（例如汽車油門的大?。? 最早的遙控器之一，是一個(gè)叫尼古拉特斯拉（ Nikola Tesla）（ 1856— 1943）的發(fā)明家在 1898 年時(shí)開(kāi)發(fā)出來(lái)的（美國(guó)專利 613809 號(hào)） 。 到了六十年代初，一些發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始研究民用產(chǎn)品的遙控技術(shù)，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制，遙控技術(shù)發(fā)展很緩慢。七十年代末，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，遙控技術(shù)才得到快速發(fā)展。在遙控方式上大體經(jīng)歷了從有線到無(wú)線的超聲波、從振動(dòng)子到紅外線、再到使用總線的微機(jī)紅外遙控這樣幾個(gè)階段。無(wú)論采用何種方式，準(zhǔn)確無(wú)誤地傳輸信號(hào)，最終達(dá)到滿意的控制效果是非常重要的，最初的無(wú)線遙控裝置采用的是電磁波傳輸信號(hào)，由于電磁波容易產(chǎn)生干擾，也容 易受干擾，因此逐漸廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 采用超聲波和紅外線媒介來(lái)傳輸信號(hào)。與紅外線相比，超聲波傳感器頻帶窄，所能攜帶的信息量少，易受干擾而引起誤動(dòng)作，較為理想的是光控制方式，采用紅外線的遙控方式逐漸取代了超聲波遙控方式，出現(xiàn)了紅外線多功能遙控器，并且成為當(dāng)今時(shí)代的主流。 而從各國(guó)將遙控技術(shù)在航天、工業(yè)等方面得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展后， 遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發(fā)展到現(xiàn)在的單片微型計(jì)算機(jī)，智能化程度大大提高。 尤其是紅外遙控技術(shù)在這十年得到了迅猛發(fā)展，在家電和其他電子領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，隨著生活水平的提高， 人們對(duì)產(chǎn)品的追求是使用更方便、更智能化，紅外線遙控技術(shù)正是一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向 。 單片機(jī)的概念與發(fā)展 單片機(jī)在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了計(jì)算機(jī)的所有基本功能部件，包括中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器計(jì)數(shù)器和串行通信接口電路等，因此，單片機(jī)只需要與適當(dāng)?shù)能浖斑m當(dāng)?shù)耐獠吭O(shè)備相結(jié)合，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機(jī)誕生于 20 世紀(jì) 70 年代，作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。如果將 8 位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個(gè)階段： （ 1） 第一階段（ 19761978）：?jiǎn)纹瑱C(jī)探索階段 （ 2） 第二階段（ 19781982）：?jiǎn)纹瑱C(jī)完善階段 （ 3） 第三階段（ 19821990）：微控制器形成階段 （ 4） 第四階段（ 1990 至今）：微控制器全面發(fā)展階段 隨著單片機(jī)的各個(gè)領(lǐng)域全面深入的發(fā)展和應(yīng)用，導(dǎo)致單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是向 CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。 研究的目標(biāo)及內(nèi)容 由于在工業(yè)、航空以及儀器儀表等紅外控制當(dāng)中通常需要使用專用的配對(duì)編、解碼芯片 ,組成紅外發(fā)射和接收電路 ,完成對(duì)設(shè)備或電器的遠(yuǎn)程控制。使用專用的配對(duì)編、解碼芯片來(lái) 組成紅外發(fā)射電路和紅外接收電路 ,在控制路數(shù)較少時(shí)矛盾并不突出。20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 但是當(dāng)控制路數(shù)較多時(shí) ,其接口的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)就顯得比較繁瑣。此外編、解碼芯片通常是專用配對(duì)使用的 ,即某種解碼芯片只能識(shí)別某種編碼芯片的編碼 ,對(duì)其他型號(hào)的編碼芯片的編碼則不能識(shí)別。因此 ,不同的編、解碼芯片幾乎沒(méi)有互換性。 為了解決上述專用編解碼芯片配對(duì)的局限性，本文意在研究一種基于基于單片機(jī)的紅外解碼控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅線外解碼并完成后置繼電器電路的開(kāi)關(guān)控制功能。 設(shè)計(jì)一個(gè)多路紅外遙控開(kāi)關(guān)，利用市售遙控器發(fā)送遙控器鍵盤數(shù)字信號(hào)，通過(guò)以STC89C52 單片 機(jī)為核心的控制器接受數(shù)字信號(hào)并解碼，然后通過(guò)控制器控制相應(yīng)的繼電器通斷，使得后置電路工作并實(shí)現(xiàn)各自相關(guān)功能，本文所涉及研究?jī)?nèi)容如下： （ 1）紅外解碼思路及紅外解碼原理的分析。 （ 2）設(shè)計(jì)相關(guān)控制電路、接收電路、以及被控功能電路。 （ 3）采用 C程序語(yǔ)言進(jìn)行相關(guān)程序的模塊化編程并調(diào)試。 （ 4）通過(guò)電路設(shè)計(jì)圖進(jìn)行實(shí)物焊接并調(diào)試，實(shí)現(xiàn)紅外開(kāi)關(guān)控制功能。 廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理及要求 在進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要保證的便是整個(gè)系統(tǒng)的功能性與穩(wěn)定性，將各個(gè)硬件電路模塊進(jìn) 行認(rèn)真仔細(xì)的分析，在通電之前，需要排除斷路與短路現(xiàn)象的存在，以保證系統(tǒng)調(diào)試安全性，避免上述問(wèn)題造成的硬件系統(tǒng)損壞等的不良結(jié)果，同時(shí)還需考慮到成本的客觀因素，以使本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂而又經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 功能一：遙控器發(fā)出的紅外遙控信號(hào)經(jīng)紅外接收器接收轉(zhuǎn)化成 TTL 信號(hào)后送給STC89C52 的中斷口 1，單片機(jī)采集到這些數(shù)據(jù)后產(chǎn)生外部中斷，進(jìn)入解碼程序，對(duì)其進(jìn)行紅外解碼處理并獲得對(duì)后置電路所需的控制信息，這些控制信息可直接從 I/O 口輸出，當(dāng) I/O 輸出高電平是，使得本設(shè)計(jì)電路中的三極管 9013 導(dǎo)通，繼電 器線圈導(dǎo)通形成磁場(chǎng)，吸住彈片，常閉斷開(kāi)，常開(kāi)閉合，連通后置電路中的供電電源。系統(tǒng)框圖如圖 所示： 圖 功能二：溫度傳感器 DS18B20 接受到當(dāng)前環(huán)境溫度，默認(rèn)上限溫度為 38 度，當(dāng)環(huán)境溫度低于 38 度的時(shí)候，繼電器關(guān)閉，超過(guò) 38 度，繼電器打開(kāi)，可通過(guò)按鍵進(jìn)行溫度上下限的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了利用溫度來(lái)控制繼電器的開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)框圖如圖 所示 圖 繼電器 控制模塊 遙控發(fā)射模塊 單片機(jī)解碼模塊 紅外接收 模塊 繼電器 控制模塊 溫度傳感器 液晶 顯示 單片機(jī)接收到信號(hào) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 功能三：利用近距離繼電器控制，使用 3 位獨(dú)立鍵盤進(jìn)行繼電器近距離開(kāi)關(guān)，控制原理與紅外遙控相似，區(qū)別在于遠(yuǎn)距離與近距離，因此功能簡(jiǎn) 單，這里不做詳細(xì)介紹。 總體系統(tǒng)框架原理圖如圖： 圖 系統(tǒng)框架原理圖 紅外遙控的基本原理 紅外遙控的發(fā)射電路是采用 紅外發(fā)光二極管 來(lái)發(fā)出經(jīng)過(guò)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)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，再送后置放大器。 發(fā)射機(jī) 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(dòng)電路 、發(fā)射電路等幾部分組成。當(dāng)按下指令鍵或推動(dòng)操作桿時(shí)，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號(hào)，指令編碼信號(hào)對(duì)載波進(jìn) 行調(diào)制，再由驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定的指令編碼信號(hào)。 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(dòng)電路、執(zhí)行電路 (機(jī)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(hào)接收下來(lái)，并進(jìn)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(hào)解調(diào)出來(lái)，即還原為編碼信號(hào)。指令譯碼器將編碼指令信號(hào)進(jìn)行譯碼，最后由驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路實(shí)現(xiàn)各種指令的操作控制（機(jī)構(gòu)）。 如圖 所示發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、 LED 紅外發(fā)送器，接收部分包括光電轉(zhuǎn)換放大、解調(diào)、解碼電路， 而整個(gè)接收部分將完全由上述的 PC838 紅外一體化收頭來(lái)完成，本設(shè)計(jì)的發(fā)射部分采用成品遙控器來(lái)發(fā)送控制信號(hào)。 紅外遙控器 溫度傳感器 獨(dú)立鍵盤 單 片 機(jī) 液晶 1602 4 路繼電器 廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 紅外遙控系統(tǒng)框圖 遙控發(fā)射器及其編碼 遙控發(fā)射器專用芯片很多，這里我們以運(yùn)用比較廣泛，解碼比較容易的一類來(lái)加以說(shuō)明，現(xiàn)以 WD6122 遙控發(fā)射器專用芯片組成發(fā)射電路為例說(shuō)明編碼原理，該芯片類型的遙控發(fā)射器成品鍵碼值如圖 所示。 圖 本設(shè)計(jì)使用的成品遙控器鍵碼圖 當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)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(diào)制的串行碼，以脈寬為 、間隔 、周期為 的組 紅外遙控器 鍵盤接收、放大、檢波、整形 編碼和調(diào)制 紅外接收頭 光電放大 解調(diào) 解碼單 片機(jī) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 合表示二進(jìn)制的“ 0”；以脈寬為 、間隔 、周期為 的組合表示二進(jìn)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(jìn)制碼經(jīng) 38kHz 的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達(dá)到降低電源功耗的目的。然后再通過(guò)紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。 WD6122 產(chǎn)生的遙控編碼 是連續(xù)的 32 位二進(jìn)制碼組，所發(fā)射的一幀碼含有一個(gè)引導(dǎo)碼， 16 位用戶編碼和八位數(shù)據(jù)編碼，數(shù)據(jù)編碼的反碼也同時(shí)被傳送，編碼結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 遙控器發(fā)射的 32 位碼組圖 引導(dǎo)碼由一個(gè) 9ms 的載波波形和一個(gè) 的關(guān)斷時(shí)間構(gòu)成，它作為隨后發(fā)射碼的引導(dǎo)碼，這樣當(dāng)接收系統(tǒng)是由微處理器構(gòu)成的時(shí)候，能更有效的處理碼的接受與檢測(cè)及其他各項(xiàng)控制之間的時(shí)序關(guān)系。編碼采用脈沖位置調(diào)制方式（ PPM），利用脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)區(qū)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(tǒng)的誤碼率，這也為后續(xù)的解碼程序的編寫提供了自行檢測(cè)是否誤碼的手段。 遙控器將按鍵信息進(jìn)行編碼后調(diào)制到紅外線的某個(gè)頻率通過(guò)發(fā)光二極管發(fā)射出去，紅外接收管接收到發(fā)射管發(fā)出的紅外信號(hào)后對(duì)該信號(hào)進(jìn) 行解調(diào)原始編碼信息，紅外遙控接收頭解調(diào)出的編碼是串行二進(jìn)制碼，包含著遙控 按鍵 信息，但它還不便于 CPU讀取識(shí)別，因此需要先對(duì)這些二進(jìn)制碼進(jìn)行解碼。 廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 當(dāng)遙控器上任意一個(gè)按鍵按下超過(guò) 36ms 時(shí)， 控制 芯片的振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一個(gè)特定的同步碼頭，對(duì)于接收端而言就是一個(gè) 9ms 的低電平 ,和一個(gè) 的高電平，這個(gè)同步碼頭可以使程序知道從這個(gè)同步碼頭以后可以開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。 解碼的關(guān)鍵是如何識(shí)別“ 0”和“ 1”，從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“ 0”、“ 1”均以 的低電平開(kāi)始，不同的是高電平的寬度不同，“ 0”為 ,“ 1”為,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“ 0”和“ 1”。如果從 低電平過(guò)后，開(kāi)始延時(shí)， 以后，若讀到的電平為低，說(shuō)明該位為“ 0”，反之則為“ 1”，為了可靠起見(jiàn)，延時(shí)必須比 長(zhǎng)些，但又不能超過(guò) ,否則如果該位為“ 0”，讀到的已是下一位的高電平，因此?。?+） /2= 最為可靠，一般取 左右即可。 根據(jù)紅外編碼的格式，程序應(yīng)該等待 9ms 的起始碼和 的結(jié)果碼完成后才能讀碼。 單片機(jī)把解碼所得的二進(jìn)制存入相應(yīng) 的存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)其它按鍵的 紅 外解 碼 ，最后形成遙控器按鍵相應(yīng)的鍵值表。就這樣單片機(jī)程序就可以識(shí)別遙控器相應(yīng)的功能鍵，通過(guò)遙控器向單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的命令，單片機(jī)接收到命令后通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路使繼電器動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的開(kāi)關(guān)。 相關(guān)器件簡(jiǎn)介 本章將對(duì)設(shè)計(jì)中所涉及到的單片機(jī) STC89C5紅外遙控接收頭 PC83 MAX23USB 接口線以及電磁繼電器進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 STC89C52 STC89C52 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超 /高速 /低功耗 的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期，內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，時(shí)鐘頻率在 12MHz 以下時(shí)，復(fù)位腳可直接接地。 （ 1） STC89C52 的特點(diǎn) ○ 1 增強(qiáng)型 12 時(shí)鐘 / 機(jī)器周期 8051 CPU； ○ 2 工作電壓： （ 5V 單片機(jī)）； ○ 3 工作頻率范圍： 040MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz； 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9