【正文】 選題背景及意義 單片機自 20 世紀 70 年代問世以來，以其極高的性價比，受到人們的重視和關(guān)注，應用很廣，發(fā)展很快。單片機具有體積小、重量輕、抗干擾能力強、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易等特點。目前單片機 應用到各個領域 ，導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡等 。 這些都離不開單片機 ， 更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了 ， 因此 ，單片機的學習、開發(fā)與應用極其重要 。 紅外線又稱紅外光波，在電磁波譜中，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。 紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、 功能強、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設備、空調(diào)機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾，且價格便宜，市場上非常容易買到。而且通過使用遙控器，操作時可以實現(xiàn)人與設備的分離，從而更加方便使用。 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)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應的電信號，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 紅外遙控風扇 2 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，指令編碼信號對載波進行調(diào)制，再由驅(qū)動電路進行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定的指令編碼信號。 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)）。 目前傳統(tǒng)風扇市場受到空調(diào)的嚴重沖擊，空調(diào)的遙控便捷性是傳統(tǒng)風扇無法企及的，但是同樣風扇的價格優(yōu)勢也是空調(diào)無法比擬的。價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單的風扇更加容易進入 人們 的家庭。為了使風扇能夠像空調(diào)一樣遠距離的控制，使人們的生活更加方便，我們可以采用基于單片機的紅外遙控系統(tǒng)對風扇進行遙控，這樣風扇也能像空調(diào)一樣進行遙控。 紅外遙控的設計思路 本次設計在于研究紅外線遙控工作原理及實現(xiàn)方式，以及紅外發(fā)射管和接收器的工作原理和使用方法。采用 TC9012 發(fā)射集成 電路， AT89C51 單片機， 455kHz晶體振蕩器，紅外發(fā)射管， HS0038 紅外接收頭，按鍵組成紅外線遙控系統(tǒng)對風扇進行遙控，實現(xiàn)風扇的五級轉(zhuǎn)速遙控。 本次設計分為硬件設計和軟件設計兩個部分，硬件部分又分為系統(tǒng)發(fā)射電路原理、系統(tǒng)接收電路原理，系統(tǒng)發(fā)射電路由 TC9012 發(fā)射集成電路實現(xiàn)，系統(tǒng)接收電路由 AT89C51 實現(xiàn)。軟件部分又分為解碼程序和接收程序。 紅外遙控系統(tǒng)發(fā)射電路采用編 /解碼專業(yè)集成電路芯片來進行控制操作，控制部分包括鍵盤矩陣，編碼調(diào)制， LED 紅外發(fā)送器。 接收電路包括解調(diào)，解碼電路。 紅外通信的基 本原理實質(zhì) 就是指利用紅外線來作為載體傳送信息， 把單片機等產(chǎn)生的編碼控制信號，經(jīng)由調(diào)制電路調(diào)制為 32～ 40 KHz的方波信號（提高發(fā)射效率、降低功耗）。在經(jīng)由驅(qū)動電路驅(qū)動紅外發(fā)光二極管（ IRLED）發(fā)出紅外遙控信號， 在接收端使用與發(fā)送端相配對的紅外光電二極 管，接收含有控制信號的紅外信號，在將該紅外信號解調(diào)為電信號后， 送入單片機進行解碼，以得到相應的控制信號，從而完成紅外信息的傳送。 本紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)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。當不同的指令 紅外遙控風扇 3 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)TC9012 芯片進行調(diào)制從而產(chǎn)生不同的編碼信號，再由驅(qū)動電路驅(qū)動紅外發(fā)射器發(fā)射紅外信號。 紅外接收電路是紅外遙控系統(tǒng)中的指令信號及檢出電路，通過一體化紅外接收頭HS0038（集成 紅外線的接收、放大、解調(diào) ， 不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與 TTL電平信號兼容的所有工作 ）然后將接收到的信號發(fā)送給 AT89C51, 然后 AT89C51 通過內(nèi)部程序?qū)λ邮招盘栠M行判斷，然后就驅(qū)動相應的外部設備進行相應的動作。此設計 的遙控開關(guān)是在通用遙控的基礎上加以改進的，其實就是將紅外遙控器接收部分采用單片機 AT89C51 來控制，即當一體化紅外接收器接收到紅外遙控信號，經(jīng)放大、解碼 、 濾波后，將原編碼信號傳送 到 單片機 AT89C51 中 ， 進行信號識別編碼 ，然后進行相應的處理，以 達到控制電路的目的。 通過按下不同的按鍵 ， 紅外發(fā)射器發(fā)射不同頻率的信號波，然后通過紅外一體化接收頭接收進行相應的放大解調(diào)從而進行相應的動作操作。 紅外遙控風扇 4 第 2章 硬件設計 紅外通信，就是通過紅外線傳輸數(shù)據(jù)。在電腦技術(shù)發(fā)展早期，數(shù)據(jù)都是通過線纜傳輸?shù)?，線纜傳輸連線麻煩，需要特制接口，頗為不便。于是后來就有了紅外、藍牙、 等無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。 紅外通信技術(shù)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)。其主要應用：設備互聯(lián)、信息網(wǎng)關(guān)。設備互聯(lián)后可完成不同設備內(nèi)文件與信息的交換。信息網(wǎng)關(guān)負責連接信息終端和互聯(lián)網(wǎng)。紅外通信技術(shù)是在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺所支持其特點主要有： 。 2. 主要是用來取代點對點的線纜連接。 3. 新的通信 標準兼容早期的通信標準。 （ 30 度錐角以內(nèi)），短距離，點對點直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強。 5. 傳輸速率較高， 4M 速率的 FIR 技術(shù)已被廣泛使用， 16M 速率的 VFIR 技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。 ，可分隔性，限定物理使用性，方便集群使用：紅外線技術(shù)是限定使用空間的。在紅外不傳輸?shù)倪^程中，遇到不透光的材料，如墻面。它就會反射，這一特點，確定了每套設備之間，可以在不同的物理空間里使用。 ，安全特性高：紅外線利用光傳輸數(shù)據(jù)的這一特點確定了它不存在無線頻道資源的占用性，且安全 性特別高。在限定的空間內(nèi)使用進行竊聽數(shù)據(jù)可不是一件容易的事。 ，通用性。因為采用了光傳輸，且限定物理使用空間。紅外線發(fā)射和接收設備在同一頻率的條件下，可以相互使用。 ，綠色產(chǎn)品特性：科學實驗證明，紅外線是一種對人體有益的光譜，所以紅外線產(chǎn)品是一種真正的綠色產(chǎn)品。 此外，紅外線通信還有抗干擾性強，系統(tǒng)安裝簡單，易于管理等優(yōu)點。 紅外數(shù)據(jù)通信技術(shù)的缺點 ： ； 紅外遙控風扇 5 ； ，無法靈活地組成網(wǎng)絡等。 但 是這些缺點并沒有給 IrDA 的應用帶來致命的障礙，紅外技術(shù)已在手機和筆記本電腦等設備上得到了廣泛的應用 。 紅外通信，保密性強、信息容量大、結(jié)構(gòu)簡單，既可以在室內(nèi)使用，也可以在野外使用，具有良好的方向性。由于 紅外射束易受塵埃、雨水等物質(zhì)的吸收，所以在野外使用時應注意氣候環(huán)境的影響。 由于紅外線遙控不具有向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（包括發(fā)射器和接收器）要有不同的遙控頻率或編碼（否則，就會隔墻控制而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便。由于紅外線為不可見光，因此對環(huán)境的影響很小。紅外光的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備。 家用的家電紅外遙控器發(fā)出的一般是通過 38kHz 載波調(diào)制的紅外信號。紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實現(xiàn)等顯著優(yōu)點，被諸多電子設備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應用到計算機系統(tǒng)中。 AT89C51 芯片 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 是一種帶 2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)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， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C 單片機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。 (1)主要特性 與 MCS51 兼容 ； 紅外遙控風扇 6 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 ； 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ； 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 ； 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz ； 三級程序存儲器鎖定 ； 1288 位內(nèi)部 RAM ； 32 可編程 I/O 線 ； 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 ；