【正文】 引言智能學習型遙控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)第 41 頁( 共 42 頁)系統(tǒng)綜述1 引言1 引言 11. 11選題背景 22 系統(tǒng)綜述 2 3 3 3 系統(tǒng)及需求分析 4 主要功能 4 可行性分析 4 遙控器設計背景 6 遙控器功能簡介 6 紅外信號產(chǎn)生發(fā)送功能 6 紅外信號接收整形功能 6 紅外信號學習功能 6 復合MACRO功能 6 操作蜂鳴提示功能 7 系統(tǒng)開發(fā)目標 73 系統(tǒng)分析 7 硬件結構圖 7 功能模塊圖 74 系統(tǒng)設計 8 硬件模塊結構設計 8 總電路圖 8 蜂鳴器提示部分設計 10 軟件設計 13 譯碼原理 13 主體程序流程圖 16 譯碼程序流程圖 175 系統(tǒng)實現(xiàn) 18 硬件部分的實現(xiàn) 18 軟件的實現(xiàn) 20 譯碼信號發(fā)送程序的實現(xiàn) 21 對蜂鳴器鳴叫控制程序的實現(xiàn) 266 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境及測試分析 26 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 26 系統(tǒng)測試分析 27 硬件測試分析 27 程序測試分析 27 全系統(tǒng)測試 28 用戶驗收測試 287 總結 291選題背景隨著科學技術的迅猛發(fā)展，我國電子市場在不斷增大，電子產(chǎn)品走進千家萬戶。而在眾多電子產(chǎn)品中紅外線的應用相當廣泛，一些家用電器控制幾乎都是用紅外遙控器完成。紅外線遙控是目前應用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控器具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點。因此，彩電、錄像機、音響設備、空調、玩具、門鈴以及遙控汽車路牌等其它小型裝置上也紛紛采用紅外線遙控。紅外線是一種光線，具有普通光的性質，可以以光速直線傳播，強度可調，可以通過光學透鏡聚焦，可以被不透明物體遮擋等等。特別制造的半導體發(fā)光二極管，可以發(fā)出特定波長的紅外線，通過控制二極管的電流可以很方便地改變紅外線的強度，達到調制的目的。因此，在現(xiàn)代電子工程應用中，紅外線常常被用做近距離視線范圍內的通訊載波，最典型的應用就是家電遙控器。隨著社會科學技術的發(fā)展與俱增，人們的生活水平也是益提高，為了減少人的工作量，所以是對各種家用電器、電子器件的非人工控制的要求也是越來越高，針對與這種情況，設計出一種集成度比較高的控制體系是必然的。帶紅外遙控器的家電給我們的生活帶來極大的方便，但遙控器多了很容易弄混，如果有一種可對家中各種紅外遙控器發(fā)射的控制信號進行識別、存儲和再現(xiàn)的智能型紅外遙控器，用這樣一個遙控器控制家中所有電器該有多好。為此，我們試著設計一種以單片機為核心的智能型遙控器。經(jīng)指導老師同意，確定了此畢業(yè)設計的題目。2 系統(tǒng)綜述本智能學習型遙控系統(tǒng)是將紅外發(fā)送與接收技術應用在遙控系統(tǒng)上，它完全可以替代普通的遙控器，而且可以集多個遙控器于一身，解決了日常生活中由于遙控器過多造成的許多不便。本遙控系統(tǒng)將紅外傳送遙控系統(tǒng)智能化，可使產(chǎn)品縮小體積，增強功能，并且能夠學習和控制各種不同類型的紅外遙控設備。本系統(tǒng)所涉及的技術主要包括：紅外載波數(shù)據(jù)傳輸技術、單片機控制技術、紅外遙控系統(tǒng)編碼及譯碼技術、脈寬調制控制技術、電路PCB設計與制作技術等。 本系統(tǒng)中使用的紅外遙控發(fā)射電路SC6122。它是一塊用于紅外遙控系統(tǒng)中的專用發(fā)射集成電路，采用CMOS工藝制造，可以在2．0V至5．5V的低電壓下工作，它通過SEL選擇管腳，可支持128+6條指令碼，用戶編碼可自由選擇。接64個按鍵，其中有三組雙重按鍵。SC6122所發(fā)射的一幀碼含有一個引導碼，16位的用戶編碼和8位的鍵數(shù)據(jù)碼。鍵數(shù)據(jù)碼的反碼也同時被傳送。，它作為隨后發(fā)射的碼的引導。這樣，當接收系統(tǒng)是由微處理器構成的時候，能更有效地處理碼的接收與檢測及其它各項控制之間的時序關系。編碼采用脈沖位置調制方式(PPM)。利用脈沖之間的時間間隔來區(qū)分“0”和“1”。每次8位的碼被傳送的同時，它們的反碼也被傳送，以大大減少系統(tǒng)的誤碼率。 采樣控制理論中有一個重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。脈寬調制（PWM）控制技術就是以該結論為理論基礎，對半導體開關器件的導通和關斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率脈寬調制是一種調制或改變某個方波的簡單方法。方波占空比基本形式是隨輸入信號變化的。占空比是指方波的高電平時間和低電平時間之比。一個50%占空比的波形會具有50%的高電平時間和50%的低電平時間，而一個10%占空比的波形則具有10%的高電平時間和90%的低電平時間。 系統(tǒng)及需求分析 主要功能通過對生活中經(jīng)常用到的遙控系統(tǒng)的了解以及調查，本系統(tǒng)基本要實現(xiàn)以下功能：（1） 紅外信號產(chǎn)生發(fā)送功能。在遙控系統(tǒng)接通電源后，就處于工作準備好狀態(tài)，可以通過遙控器上的矩陣按鍵，就可以發(fā)送紅外信號。（2） 紅外信號學習功能。在遙控器進入學習狀態(tài)后，可以按下遙控器的矩陣按鍵，紅外接收頭就會采集到對方發(fā)送的紅外信號，并將電信號轉換成數(shù)字信號將其存儲。從而實現(xiàn)學習功能。（3） 復合MACRO功能。該功能能夠實現(xiàn)一個按鍵可以實現(xiàn)多個按鍵的功能。（4） 數(shù)據(jù)存儲功能。在對遙控系統(tǒng)在學習狀態(tài)下獲取到信號轉換成數(shù)字信號的時候，就需要將數(shù)字信號保存到存儲模塊當中。 可行性分析要完成本系統(tǒng)功能，主要需要解決三大方面的內容：第一個就是對紅外信號的譯碼問題，通過查找具體型號遙控器的技術資料，了解其編碼規(guī)則，并在存儲式示波儀上觀察其具體波形，在以上基礎上還可直接用單片機將數(shù)據(jù)通過串口傳到PC機上進行具體分析；第二個就是通過按鍵發(fā)送相應的數(shù)據(jù)功能的實現(xiàn)，通過單片機譯出各按鍵的鍵碼值，然后通過紅外發(fā)送頭發(fā)送信號。第三個就是數(shù)據(jù)存儲功能的實現(xiàn)，將接收后轉換得到的數(shù)字信號存儲在存儲器中。在技術難度方面，由于有指導老師的指導和相關參考文獻，因此完全可以實現(xiàn)。在系統(tǒng)中使用的單片機是AT89S52，AT89S52是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機,片內含8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造,兼容標準MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構,芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S52具有如下特點：40個引腳,8k Bytes Flash片內程序存儲器,256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）,32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,看門狗（WDT）電路,片內時鐘振蕩器。該單片機可組成獨立系統(tǒng)，并且成本低，運行速度快，其強大的功能是完全可以實現(xiàn)該系統(tǒng)的。紅外信號譯碼的實現(xiàn)本系統(tǒng)最重要的就是譯碼的準確性，為了做到這一點最主要的是要對紅外接收頭輸出信號的徹底分析，主要是通過輸入到存儲式示波儀上觀察其波形，記錄其波形規(guī)則及具體的維持時間，也可以通過單片機對紅外接收頭輸出的信號通過對高低電平計數(shù)的方式通過串口輸入到PC機上，觀察單片機對信號接收的誤差，再有針對性的進行比較準確的譯碼。在對遙控器發(fā)碼規(guī)則搞清楚的基礎上，就可以在單片機程序上下功夫進行譯碼了，當紅外線信號由低跳高或由高跳低的時候啟動定時計數(shù)器，并對計數(shù)結果進行保存，再對一系列的數(shù)據(jù)分析判斷其屬于哪個范圍，若屬于編碼規(guī)則“0”的范圍則譯碼“0”，若屬于編碼規(guī)則“1”的范圍則譯碼“1”。然后再對譯碼產(chǎn)生二進制位進行組合區(qū)分，以分離開客戶碼和按鍵碼等，得到鍵碼值就可以了。按鍵發(fā)送數(shù)據(jù)信號的實現(xiàn)在遙控器上有按鍵矩陣和學習按鍵，當在按鍵矩陣中的任意一個鍵按下時，遙控器進入發(fā)送信號狀態(tài)，紅外發(fā)送頭會將該按鍵的相關信息發(fā)出。如果按下學習按鍵，遙控器進入學習狀態(tài)，然后按下矩陣按鍵中的任意一個，遙控器進入等待紅外信號的接收，接收成功后，當再次按下矩陣中的那個按鍵后，遙控器又將進入發(fā)送信號狀態(tài)。復合MACRO功能的實現(xiàn)在遙控系統(tǒng)學習狀態(tài)中，復合MACRO功能能夠使一個鍵的集成多個按鍵的功能。在一些單片機系統(tǒng)中，一鍵多功能的技術，在AT89S52單片機的P1端口接有四個發(fā)光二極管，上電的時候，當每一次按下開關SP1的時候，再按下開關SP1的時候，再按下開關SP1的時候，再按下開關SP1的時候，又輪到L1在閃爍了，如此輪流下去。這樣就實現(xiàn)了具有一鍵多功能的按鍵識別技術。操作聲音提示的實現(xiàn)在本系統(tǒng)中，通過按鍵對系統(tǒng)操作或按鍵發(fā)送信號的時都會有蜂鳴音的提示，蜂鳴是通過和CPU來控制的，其蜂鳴時間長度和頻率都是通過程序控制的。 遙控器設計背景以方便人們生活對電器的控制為宗旨，以減輕工人的勞動負擔為主要目的。采用先進的技術和方法，依靠高素質的科研人員和高水平的檢測檢驗隊伍，提供分析監(jiān)控服務，同時進行監(jiān)控技術和方法的研究。給人們的日常生活帶來更多的方便，建立智能學習型遙控系統(tǒng)，對電器進行遙控，還可以學習其它遙控器的按鍵功能，操作的同時還有蜂鳴聲音提示。無論何時何地，都能在你的手中遙控著。 遙控器功能簡介本系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下各功能：紅外信號產(chǎn)生發(fā)送功能、紅外信號接收整形功能、紅外信號學習功能、復合MACRO功能、操作時蜂鳴提示功能。 紅外信號產(chǎn)生發(fā)送功能本紅外遙控系統(tǒng)運行后，并不立刻發(fā)送數(shù)據(jù)，必須要按下按鍵矩陣中的任何一個鍵后才會發(fā)送信號，若持續(xù)按鍵時間超過一定時間將會自動默認你已經(jīng)松開按鍵，發(fā)送頭將按正常情況發(fā)送信號。 紅外信號接收整形功能當遙控系統(tǒng)進入學習狀態(tài)下的時候，當外界有相應的紅外信號發(fā)送過來，紅外接收頭將會接收到該信號并將該信號轉換成數(shù)字傳輸給單片機。 紅外信號學習功能當單片機收到紅外接收頭傳送來的數(shù)字信號的時候靜態(tài)穩(wěn)定高亮顯示，用來顯示系統(tǒng)所處狀態(tài)。 復合MACRO功能復合MACRO功能就是能夠人那個單片機的學習功能更加強大，減小遙控器的體積，復合MACRO功能就是一個鍵可以學習多個功能，即可以發(fā)送多種不同的信號。 操作蜂鳴提示功能在本系統(tǒng)中只要按鍵就發(fā)出不同的蜂鳴提示。在系統(tǒng)剛接通時，蜂鳴器會連續(xù)鳴叫兩聲，表示系統(tǒng)已經(jīng)準備好工作。在按鍵矩陣任意按下鍵時，蜂鳴器都會鳴叫一聲，表示信號發(fā)送成功。 系統(tǒng)開發(fā)目標（1）開發(fā)出滿足上述功能的系統(tǒng)；（2）努力使該系統(tǒng)具有穩(wěn)定、耐用、可靠度高、使用方便等特點；（3）盡量降低成本、優(yōu)化系統(tǒng)；（4）改進設計以適合廣泛應用。系統(tǒng)分析3 系統(tǒng)分析 硬件結構圖本系統(tǒng)的功能設計電路應該包括以下幾個基本電路。其電路組成圖如下：MCU按 鍵 矩 陣 LED 指示電路紅外發(fā) 射電路功率放大電路EEPORM存儲放大電路紅外接收傳 感 器 圖1 智能學習型遙控系統(tǒng)結構圖 功能模塊圖根據(jù)本系統(tǒng)設計思想，本系統(tǒng)具有紅外信號產(chǎn)生發(fā)送功能、紅外信號接收整形功能、紅外信號學習識別功能、復合MACRO功能、數(shù)據(jù)存儲功能。其功能框圖如下：智能學習型遙控系統(tǒng)紅外學習識別功能紅外信號發(fā)射功能紅外信號接收功能復合MACHO功能數(shù)據(jù)存儲功能圖2 智能學習型遙控系統(tǒng)功能圖系統(tǒng)設計4 系統(tǒng)設計 硬件模塊結構設計在該設計中，電路的設計都是經(jīng)過再三斟酌的，并且用Protel畫出電路圖，為以后做PCB以及焊接電路做好準備。 總電路圖 本系統(tǒng)電路包括電源部分電路、紅外接發(fā)送與接收