【正文】 般集成電路組成單通道紅外遙控電路。這種簡單的控制電路并不需要專門配置譯碼器，所以成本比較低。 紅外發(fā)射端示意圖： 產(chǎn)生震蕩頻率 紅外發(fā)射 圖 最簡紅外發(fā)射端 考慮到該程序是一個簡單的單通道遙控器，可以直接產(chǎn)生一個合適頻率再通過紅外 LED 發(fā)射。 紅外接收端示意圖： 紅 外 接 收 解 調(diào) 控 制 受 控 目 標(biāo) 圖 紅外接收端 當(dāng)紅外接收端接收到控制頻率時，由一個附加電路對其進行解調(diào)并產(chǎn)生相對應(yīng)的控制功能。 方案二：紅外遙控開關(guān)電路（簡單控制） 紅外線發(fā)射 /接收電路均采用單片機來實現(xiàn)，輸出控制方式可選擇，實用性強。 紅外發(fā)射端示意圖： 皖西學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 遙 控 按 鈕 單 片 機 紅 外 發(fā) 射 圖 簡單紅外發(fā)射端 當(dāng)按下遙控按鍵時，單片機發(fā)出對應(yīng)的控制脈沖，由紅外 LED 發(fā)射出去。 紅外接收端示意圖： 紅 外 接 收受 控 目 標(biāo)單 片 機控 制 方 式開 關(guān) 圖 簡單紅外接收端 當(dāng)紅外接收端接收到控制脈沖后，由控制方式 選擇開關(guān)模式是“互鎖”還是單路控制，再由單片機處理以后，對相應(yīng)的受控目標(biāo)進行控制。 方案三 ：利用紅外遙控開關(guān)電路（復(fù)雜控制） 使用單片機制作一個紅外電器遙控器，可以控制最多 5 個電器的電源開關(guān)，和一個發(fā)光 LED 的開關(guān)，并且可以對發(fā)光 LED 的亮度進行調(diào)節(jié)。 紅外發(fā)射端示意圖： 按 鍵 控 制 單 片 機 紅 外 發(fā) 射 圖 復(fù)雜控制紅外發(fā)端 基于單片機的電器遙控器設(shè)計 按下相應(yīng)的單片機控制脈沖的按鈕，用紅外發(fā)射出去。 紅外接收端示意圖： 紅 外 接 收受 控 目 標(biāo) 電 源開 關(guān)L E D調(diào) 光 電 路單 片 機顯 示 器 圖 復(fù)雜紅外接收端 當(dāng)控制接收通過微控制器發(fā)送的紅外 脈沖將解析到顯示器上的控制對象的信息，并確定 LED 是否調(diào)光，調(diào)光，如果需要調(diào)光跳躍處理的調(diào)光電路的功能。 方案比較 以上三套方案中，方案一功能簡單過于單一，沒有才用單片機控制，只能對一路電器進行簡單的開關(guān)遙控； 方案二和方案三的紅外遙控發(fā)射器 /接收器使用單片機電路，該電路比較簡單，實用性強。 不過，方案二雖然實現(xiàn)了對多個電器的控制但是只能進行簡單的開關(guān)變換，功能上來說還是比較單薄。而方案三則不僅實現(xiàn)了多個電器的控制還能對 LED 進行亮度的調(diào)節(jié)。所以相比較而言本設(shè)計使用方案三。 3 硬件部分設(shè)計 單片機 的選擇 本設(shè)計所采用的單片機選擇用 AT89C51 來實現(xiàn)。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)FLASH 存儲器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位 微處理器 ，俗稱 單片機 。 AT89C2051 是閃存 2K 字節(jié)微控制器的可擦可編程只讀存儲器。單片機的 EEPROM 可擦除重復(fù) 1000 次。皖西學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 該設(shè)備采用了高密度非易失性存儲器 ATMEL 公司的制造技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。因為 CPU8 和多功能組合在 單個閃速存儲器芯片中， ATMEL AT89 C51 是用于單片機一種高 效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C51 單片機的靈活、高效、廉價，使它成為嵌入式行業(yè)內(nèi)常用的單片機主控芯片。 顯示器的選擇 單片機系統(tǒng)使用中應(yīng)用最多的顯示器主要有 LED 和 LCD（液晶顯示器）。這 2 種顯示器成本低廉，配置靈活與單片機的 I/O 接口方便。不過它們之間的使用也是各有特點： LED 接口簡單不需要專門的驅(qū)動程序； LCD 顯示的字體比較豐富，也清楚，但是 LCD 的接口復(fù)雜要想顯示文字還要自己造字庫，難度比較大。對于 本設(shè)計來說用 LED 表示控制目標(biāo)的受控狀態(tài)就夠了，故沒必要使用LCD。 調(diào)光器的選擇 本設(shè)計中用到的調(diào)光功能只是調(diào)節(jié) LED 等的亮暗，因此不用使用復(fù)雜的調(diào)光控制系統(tǒng)，使用一個光電耦合器就可以完成。光電耦合 器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換 器件 。光電耦合器具有體積小、使用壽命長、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強．無觸點且輸入與輸出在電氣上完全隔離等。本設(shè)計使用 PS2019 光電耦合器。 按鍵的選擇 本設(shè)計所控制的電器數(shù)目比較少，因此沒必要外加鍵盤，直接使用單片機上的控制接口，使用 8 個點觸式開關(guān)就夠了。 紅外發(fā)射管與接收頭的選擇 LF5038 是一種無色透明已經(jīng)封裝完畢的紅外線發(fā)射管， LF0038F 是鼻梁狀的一體化紅外接收頭。 LF5038 有 2 個引腳，“ A”和“ K”是它的陽極和陰極。LF0038F 具有 3 個引腳： GND 為接地端； VCC 為輸入電源端，正常的工作電壓范圍在 之間； OUT 為數(shù)據(jù)輸出端，默認(rèn)未接受狀態(tài)為輸出高電平，使用時一般需要外接一個大于 20KΩ 的電阻。 LF5038 主要參數(shù)為：峰值波長 940nm；正向工作電壓值為 ，最大電壓基于單片機的電器遙控器設(shè)計 值為 ；一般來收正向工作電流越大 LF5038 的發(fā)射距離越遠(yuǎn)。 LF0038F 的載波頻率的值為 28kHZ；當(dāng)紅外線發(fā)射管的正向電流為 300mA時， LF0038F 的最小接收距離為 15m、接收角度的范圍為上下 45176。；當(dāng)無信號接收時 LF0038F 的靜態(tài)工作電流為 ；若以寬度為 600us 發(fā)射脈沖，在 5m的范圍內(nèi)，取 50 次平均值得到 LF0038F 的接收脈沖寬度范圍是 500700us。 電路設(shè)計 發(fā)射電 路部分 遙控發(fā)射 本遙控發(fā)射器采用碼分制遙控方式，碼分制紅外遙控就是指令信號產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼（不同的脈沖數(shù)目及組合）代表不同的控制指令。當(dāng)不同的指令鍵被按下時，指令信號電路產(chǎn)生不同脈沖編碼的指令信號，也就是進行編碼，然后經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制，變?yōu)榫幋a脈沖編碼脈沖調(diào)制信號，再由驅(qū)動電路驅(qū)動紅外發(fā)射器發(fā)射紅外信號。發(fā)射過程示意圖： 指令鍵指令編碼調(diào)制驅(qū)動紅外發(fā)射 圖 遙控發(fā)射過程 紅外發(fā)射電路的載波、數(shù)字基帶信號的產(chǎn)生 因為一體化接收頭的載波頻率為 38KHZ，所以發(fā)射模塊需要以 38KHZ 的載波來發(fā)射信號。使用 AT89C51 單片機可以很簡單的產(chǎn)生這種載波信號，但是需要使用單片機自帶的一個定時器資源。為了是單片機的利用更加效率，提高性能，我們使用石英晶體多謝振蕩器來生成 38KHZ 的載波信號。 紅外發(fā)射的數(shù)字基帶信號也可以用單片機產(chǎn)生。數(shù)字基帶信號使用單極性非歸零（ NRZ）的形式編碼，通過單片機自帶的定時器生成特殊頻率的方波信號，并由 端口輸出。數(shù)字基帶信號和載波信號經(jīng)過“與非”門輸出以后成為紅外發(fā)射端的控制信號。 皖西學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 下圖為輸出 L 和 OUT 的波形圖： 圖 和 OUT 波形 發(fā)射管驅(qū)動電路設(shè)計 因為輸出的電流的最大值能達(dá)到 25Ma,但是紅外發(fā)射的有效距離由紅外發(fā)射管 IF 的數(shù)值決定。所以為了增加有效距離必須要重新設(shè)計驅(qū)動電路。紅外發(fā)射管的驅(qū)動電路主要有： NPN 管構(gòu)成的驅(qū)動電路和 PNP 管構(gòu)成的驅(qū)動電路?？紤]到三極管的最大集電極電流要大于紅外發(fā)射管的 IF，三極管 9012 和 9013 都能符合技術(shù)要求。 下圖為 2 種驅(qū)動電路圖： 圖 發(fā)射驅(qū)動管電路 基于單片機的電器遙控器設(shè)計 從以上分析可知： L 恒定輸出高電平作為紅外發(fā)射管的關(guān)斷信號。因此發(fā)射端電路使用 NPN 電路。 發(fā)射電路設(shè)計 在確 定使用 AT89C51 作為核心芯片和點觸式開關(guān)作為控制按鍵以后，加上簡單的紅外發(fā)射電路和 12M 晶體振蕩器就可以實現(xiàn)紅外發(fā)射。 圖示為核心電路圖： 圖 發(fā)射端核心電路 圖中第 9 腳（ RST）所接的是一個最簡單的 RC 上電復(fù)位電路（用來替代看門狗）。 接一個 74LS92 和一個門電路用來計數(shù)發(fā)射的脈沖數(shù)；計數(shù)完成后由 三級管發(fā)光二級管利用紅外光為介質(zhì)，將控制信以紅外光脈沖的形式發(fā)射去，由接收電路再進行放大，解調(diào)，信號還原。 晶體三極管主要用于放大電路中起放大用，本設(shè)計采用的是一個 NPN 型的三級管 9013， 為了得到更大的放大倍數(shù)，采了類似共射級接法。 因為從 口出來的為高電壓，而三級管 9013 不能承受此電壓，所以采用了一個阻值較大 的電阻來起分壓作用，從而緩沖了加到三級管上的電壓。 皖西學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 發(fā)射電路完整電路圖 圖 發(fā)射端完整電路 上圖為發(fā)射電路完整電路圖，圖中第 1 腳到第 7 腳接 7 個點觸式開關(guān)。其中第 1 到第 5 腳控制電器的開關(guān)，第 6 腳為可調(diào) LED 7 腳與第 8 腳為控制 LED 燈亮度的開關(guān)，按下 7 腳燈變亮，按下 8 腳燈變暗，第 9 腳為復(fù)位腳，使用簡單的RC上電復(fù)位電路 ， 15 腳為紅外線遙控碼的輸出端口，輸 出 40KHZ 載波編碼，第 1 19 腳接 12MHZ 晶振。 接收電路部分 接收部分 紅外遙控系統(tǒng)中的指令信號以及檢出電路，在碼分制系統(tǒng)中由編碼電路和解碼電路組成。并且因為碼分制系統(tǒng)編碼脈沖的頻率很低，為超低頻，所以需要有調(diào)制和解調(diào)的過程。否則就有可能因為外界的光線突變造成對接收電路的干擾，產(chǎn)生誤響應(yīng)，系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性就較差。 接收過程圖： 基于單片機的電器遙控器設(shè)計 紅外接收放大信號解調(diào)指令解碼驅(qū)動執(zhí)行 圖 接收過程 紅外接收電路電源的要求 因為電路中使用塑料封裝完畢的一體化紅外接頭接收數(shù)據(jù)， 所以對電源要求比較苛刻。因此在接收電路中，使用直流穩(wěn)壓電源或者 3 節(jié) 干電池串聯(lián)供電比較適用。但是不適合使用波紋大的開關(guān)電源，以及和發(fā)射模塊使用同一電源驅(qū)動接收模塊電路。 下圖為紅外接收模塊電源電路圖： 圖 電源電路圖 接收電路設(shè)計 在確定發(fā)射電路的硬件構(gòu)成，本著盡量使用相同原件的原則。設(shè)計出如下電路皖西學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 接收端完整電路圖 從上圖可知：單片機第 1 號端口到第 8 號端口接 8 位數(shù)碼管，用來顯示被控制 LED 發(fā)光 2 極管的亮度，數(shù)碼管顯示范圍從 0 到 8，顯示 8 時最亮然后逐級遞減到 0 最暗。第 25 號端口到第 39 號端口接作為 5 個電器的電源控制輸出。其中第 34 號端口是可以調(diào)節(jié)光暗的電燈，第 28 端口是電耦合器調(diào)光等的調(diào)光脈沖輸出，第 10 號端口為 50HZ 交流電（市電）相位基準(zhǔn)輸入，第 12 號端口是中斷輸入，第 11 號端口是用來接收紅外線遙控碼信號。 4 軟件部分設(shè)計 遙控碼的信息協(xié)議 本設(shè)計中遙控器主機與從機（發(fā)射端與接收端）之間的信息交換格式采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的碼，最大為 9 脈沖，最小為 2 脈沖。為了確保傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性，我們設(shè)置第一位碼寬為 3ms 其余為 1ms，遙控碼數(shù) 據(jù)幀間隔大于 10ms。以第 10 號端口輸出波形為例： 基于單片機的電器遙控器設(shè)計 圖 10 號端口輸出波形 遙控碼的發(fā)射 當(dāng)控制開關(guān)被激活時，單片機讀取所述第一密鑰，然后根據(jù)脈沖數(shù)鍵值設(shè)置遠(yuǎn)程控制代碼，然后調(diào)制為 40KHZ 的方波，通過一個紅外發(fā)光二極管發(fā)射的信號。下圖為 15 號端口發(fā)送器電路的輸出調(diào)制波 形： 圖 15 號端口輸出挑吃波形 數(shù)據(jù)幀的處理 當(dāng)紅外線接收端輸出脈沖幀數(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，在接收數(shù)據(jù)幀是，會對啟事位碼的碼寬進行驗證。如果第一位低皖西學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 電平碼 的脈沖位寬小于 2ms，將其作為錯誤碼處理。當(dāng)間隔位的高電平脈沖位寬大于 3ms 時，結(jié)束接受，然后由累加器 A 中的脈沖個數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)額輸出口的操作，圖示為紅外線接收端輸出一幀遙控碼的波形： 圖 紅外接收器的一幀遙控碼波形 程序設(shè)計 發(fā)射端程序設(shè)計 紅外端發(fā)射的初始化代碼應(yīng)該包含初始化 T0 和系統(tǒng)一上電運行就關(guān)閉紅外輸出這兩步。初始化 T0，使 T0 用作為定時器并使其處于模式一工作狀態(tài)。初始化設(shè)置默認(rèn)不允許開 T0 中斷，并且也不允許啟動 T0。只有鍵盤的狀態(tài)變化才能決定是否開 T0 中斷并且啟動 T0。單片機上電復(fù)位時， 4 個并行 I/O 端口默認(rèn)輸出為高電平，所以當(dāng)系統(tǒng)上電時必須強制 引腳輸出低電平使紅外輸出處于關(guān)閉的狀態(tài)。 圖示為發(fā)射端程序