【文章內(nèi)容簡介】 9 的控制指令信號。為了提高電路的抗干擾能力，把指令信號調(diào)制在 38kHz 的載波上再發(fā)射出去。與非門 C、與非門 D、電阻 R電容 C2 等組成頻率為 38kHz的方波 振蕩器。指令信號通過與非門 C 的一個輸入端對此振蕩器進(jìn)行調(diào)制，由與非門 D 輸出的脈沖 調(diào)制 信號 直接 驅(qū)動紅外發(fā)光二極管 VD1 發(fā)射紅外信號。電阻 R2 的作用是平時使與非門 A 的輸入為低電平，經(jīng)四級反相后與非門 D 的輸出仍為低電平，故平時未按下 S1~S4 時， VD1 沒有工作 ，整個發(fā)射電路的靜態(tài)工作電流小于 1 A? 。 圖 紅外發(fā)射機(jī)電路原理圖 紅外發(fā)射機(jī)電路原理圖通過 Protues 軟件仿真后的仿真圖 如 圖 所示 ，圖中示波器的 A、 B、 C、 D 四個通道分別顯示的是 A 與非門輸入端、 A 與非門輸出端、 B 與非門輸出端、紅外發(fā)射管 VD1 正極的波形 。 圖 紅外發(fā)射機(jī)仿真圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 接收及控制 電路 紅外接收 及控制 電路 如 圖 所示 ，電路由接收部分和處理控制部分組成。 圖 接收及控制電路 R C1 組成單片機(jī)的復(fù)位電路，接通電源瞬間，由 R1 對 C1 的充電過程，單片機(jī) STC89C52 的復(fù)位端 9 腳獲得一個高電平復(fù)位脈沖，使單片機(jī)進(jìn)入程序所設(shè)定的初始狀態(tài)，其引腳 ~ 均輸出 低電平。 HS0038 是紅外線專用接收集成電路，它由紅外線接收管、帶通放大器、檢波和脈沖整形電路等部分組成，其內(nèi)部帶通濾波器的中心頻率為 38kHz。 當(dāng)HS0038 沒有接收到發(fā)射機(jī)發(fā)射的紅外信號時，其 3 腳一直輸出高電平，當(dāng)芯片接收到發(fā)射機(jī)發(fā)射的紅外信號后，其 3 腳 即輸出經(jīng)過解調(diào)之后的指令信號到單片機(jī)的 。 單片機(jī)根據(jù)輸入的 信號的 頻率決定改變引腳 ~，具體地說就是 400Hz 對應(yīng) 、 600Hz 對應(yīng) 、 800Hz 對應(yīng) 、 1000Hz 對應(yīng) 。 控制部分的軟件 仿真如圖 所示，通過觸點(diǎn)開關(guān)在單片機(jī)的 腳輸入固定 頻率 的信號，如 400Hz（或者 600Hz、 800Hz、 1000Hz） ，以此來模擬接收元件輸入接收到的指令信號，在單片機(jī)中加載預(yù)先編寫好的相應(yīng)控制程序，打開仿真按鈕，然后可以看到當(dāng)按下不同的開關(guān)時相應(yīng)的輸出口電平會發(fā)生改變。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 控制部分電路仿真圖 受控電路 受控電路部分主要包括雙向晶閘管、發(fā)光二極管以及用以提供模擬交流電源的單片機(jī)，如圖 所示。電路中雙向晶閘管 Q1~Q4 用作電源開關(guān)來取代傳統(tǒng)的機(jī)械式電源開關(guān)，通過 發(fā)光二極管 VD1~VD4 的亮與滅來體現(xiàn)雙向晶閘管的通與斷，用以驗證雙向晶閘管可以用作家庭電路的電源開關(guān)。單片機(jī) IC3 用來提供模擬家庭電路的交流電， 同時讓雙向晶閘管作為電源開關(guān)能正常工作。 圖 受控電路 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 電路工作過程 以第一通道為例說明電路的工作過程：打開發(fā)射機(jī)和 接收機(jī)的電源 開關(guān) ， 將發(fā)射機(jī)的紅外發(fā)射頭對準(zhǔn)接收機(jī)的接收元件后 按一下發(fā)射機(jī)的按鈕 S1，接收元件接收到發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號，解調(diào)出來后將指令信號輸入單片機(jī)的 腳，此時單片機(jī)內(nèi)軟件開始定時并同時對輸入的 指令信號進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)計時結(jié)束后，程序開 始對計數(shù)值進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果對 腳進(jìn)行置電平（由低電平變?yōu)楦唠娖剑?，此時由 腳控制的 Q1 雙向晶閘管由于控制極具有高電平而處于導(dǎo)通狀態(tài)，使 其所在 回路的發(fā)光二極管 VD1 發(fā)光。 當(dāng)再次按下 S1 按鈕時，單片機(jī)再次通過定時計數(shù)以及判斷數(shù)值后對相應(yīng)的 腳置電平（由高電平變?yōu)榈碗娖剑?，此時由 腳控制的雙向晶閘管 Q1 由于控制極處于低電平，所以在其回路中的模擬交流電源電壓處于過零狀態(tài)時 Q1 將變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，與之相連的發(fā)光二極管 VD1 將由發(fā)光變?yōu)橄纾?其余三個通道的工作過程以此類推。當(dāng)控制每一通道的電 源工作 狀態(tài)時，其他三個通道的工作狀態(tài)不受影響，即每一通道均可獨(dú)立控制 [4]。 整個電路即是通過這樣的工作原理來驗證設(shè)計要求中的遙控、電源電壓可調(diào)以及由雙向晶閘管作為電源開關(guān)的設(shè)計要求 軟件設(shè)計 程序工作原理 控制部分的 程序流程圖 如 圖 所示 。程序采用 C 語言編寫，初始化時~ 口 置低電平， 口置高電平，將定時器 T0 設(shè)定為計數(shù)器， 定時器T1 和 T2 設(shè)定為定時器， 腳 為 T0 計數(shù)器外部 計數(shù)脈沖的輸入端。接下來程序 不斷的 檢測 腳是否 出現(xiàn)低 電平，在發(fā)射機(jī)不發(fā)射紅外線信號時 腳始終為高電平，程序處于等待狀態(tài)；一旦發(fā)射機(jī)發(fā)射紅外信號后 腳就會出現(xiàn)低電平，程序檢測到后即向下執(zhí)行， 首先由一個 10ms 的延時語句來用作軟件消抖，然后開啟 T0 計數(shù)器和 T1 定時器，由 T0 計數(shù)器 對 腳輸入的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)。計數(shù)的閘門時間必須小于一般人習(xí)慣按發(fā)射機(jī)按鍵的時間，否則不能對輸入脈沖進(jìn)行正確計數(shù)，這里定為 100ms（即 T1 定時器的定時時間為 100ms） ，當(dāng)輸入脈沖的頻率為 400Hz 時，計數(shù)值為 40，即計數(shù)值是頻率的十分之一。計數(shù)結(jié)束后程序?qū)τ嫈?shù)值進(jìn)行篩選，由于發(fā)射機(jī)采用了 RC 振蕩器 ，其頻率穩(wěn)定性較差，為了提高電路工作的可靠性，在篩選時允許脈沖頻率有一定的誤差，當(dāng)計數(shù)值在 30~50 之間時改變 腳 的輸出狀態(tài)（即將 取反），當(dāng)計數(shù)值在 50~70武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 之間時改變 的輸出狀態(tài)，當(dāng)計數(shù)值在 70~90 之間時改變 的輸出狀態(tài)，當(dāng)計數(shù)值在 90~110 之間時改變 的輸出狀態(tài)。篩選結(jié)束后程序在 50ms 的時間內(nèi)檢測 腳的電平，如果在 50ms 的時間內(nèi) 腳出現(xiàn)低電平，則重新進(jìn)行 50ms 的檢測。進(jìn)行這項檢測的目的是防止發(fā)射機(jī)一次按鍵引起接收機(jī)的重復(fù)動作，只有在按鍵松開后程序能返 回到初始狀態(tài) [8]。 開始 初始化 =0？ N 100ms 計數(shù) Y 計數(shù)值輸入 A A30？ A50？ A70？ A90？ A110？ 50ms 內(nèi) =0？ 取反 取反 取反 取反 N N N N N N Y Y Y Y Y Y 10ms 延時去 抖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 控制部分程序流程圖 模擬交流電源 部分的程序流程圖如圖 所示，初始化時 ~ 都置低電平，然后經(jīng)過一個 10ms 的延時之后再將 ~ 分別取反，依次不停的循環(huán)下去，這樣 ~ 就會輸出周期為 20ms 的方波，頻率剛好為 50Hz，用來模擬交流電給雙向晶閘管和發(fā)光二極管供電。 圖 模擬交流電源程序流程圖 程序代碼 控制 部分單片機(jī)及模擬交流電源部分單片機(jī) 相應(yīng) 的程序代碼 分別 見附錄 C及附錄 D。 開始 初始化 10ms 延時 ~ 電平置反 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第 4 章 實(shí)物制作與調(diào)試 發(fā)射機(jī) 部分 發(fā)射機(jī)主要組件介紹 （ 1） CD4011 圖 CD4011 圖片及引腳圖 CD4011 的圖片及引腳圖如圖 所示，其內(nèi)部集成有 4 個 CMOS 二輸入與非門。二輸入與非門的邏輯表達(dá)式為 Y=AB? ， 其真值表 如圖 所示， CD4011內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 圖 二輸入與非門真值表 (1)當(dāng) A=0、 B=0時， A 和 B 相與結(jié)果為 0，再取非之后則為 1（即 Y=1），如真值表第一行。 (2)當(dāng) A=0、 B=1時， A 和 B相與結(jié)果為 0，再取非之后則為 1，即輸出 Y=1， 如真武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 值表第二 行 。 (3)當(dāng) A= B=0時， A 和 B相與結(jié)果為 0，再取非之后則為 1，即輸出 Y=1， 如真值表第三 行 。 (4)當(dāng) A= B=1時， A 和 B相與結(jié)果為 1，再取非之后則為 0，即輸出 Y=0， 如真值表第四 行。 圖 CD4011 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （ 2） GL560 GL560 是一種紅外發(fā) 光 二極管，其圖片如圖 所示 。 圖 紅外發(fā)光二極管 常用的紅外發(fā)光二極管，其外形和發(fā)光二極管 LED 相似，發(fā)出紅外光。管壓武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 降約 ，工作電流一般小于 20mA。為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻。 發(fā)射 紅外線 去控制相應(yīng)的受控裝置時，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離，紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)，因為脈動光（調(diào)制光）的有效傳送距離與脈沖的 峰值電流 成正比，只需盡量提高峰值 Ip，就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高 Ip的方法，是減小脈沖占空比，即 壓縮脈沖的寬度T，一些彩電 紅外遙控 器，其紅外發(fā)光管的工作脈沖占空比約 1/31/4；一些電器產(chǎn)品紅外 遙控器 ，其占空比是 1/10。減小脈沖占空比還可使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。常見的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率(1mW10mW)、（ 20mW50mW)和大功率（ 50mW100mW 以上 )三大類。要使紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生調(diào)制光，只需在驅(qū)動管上加上一定頻率的脈沖電壓 [9]。 發(fā)射機(jī) 實(shí)物 制作 發(fā)射機(jī) 實(shí)物電路 正 、 反 面如圖 所示 ， IC1 選 CMOS 與非門集成電路CD4011， 其內(nèi)部集成 有四個 CMOS 二輸入與非門， VD1 選用φ 5 的紅外發(fā)光二極管，如 GL560.、 GL537 等。電容 C C2 選用穩(wěn)定性較好的 瓷片 電容 和獨(dú)石電容 ，以保證振蕩頻率的穩(wěn)定性。電阻 R6 的阻值 ，可用電阻串聯(lián)或并聯(lián)的方式獲得此阻值，也可以用 ，這時四通道的頻率變?yōu)?1050Hz，對電路的正常工作沒有影響。 S1~S4 選用 觸點(diǎn) 開關(guān) 。 圖 發(fā)射機(jī)正、反面圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 接收 控制及受控 部分 主要組件介紹 （ 1） HS0038 HS0038 是與紅外發(fā)光二極管相對應(yīng)的紅外接收元件 ，其圖片和 引腳圖如圖 所示 。 圖 HS0038 圖片及引腳圖 紅外接收 電路 一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機(jī)識別的 TTL 信號，這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計工作， 方 便使用。在本系統(tǒng) 中我們采用紅外一體化接收頭 HS0038，外觀圖如圖 所示。 HS0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達(dá) 35m。它能與 TTL、 COMS 電路 兼容。 HS0038 為直立側(cè)面收光型。它接收紅外 信號頻率 為 38 kHz,周期約 26 μs，同時能對信號進(jìn)行放大、檢波、整形，得到 TTL 電平的編碼信號。三個管腳分別是地、＋ 5 V 電源、解調(diào)信號輸出端 [10]。 HS0038 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ： PIN： PIN 光敏二極管 光敏二極管工作時加有反向電壓，沒有光照時，其反向電阻很大，只有很微弱的反向飽和電流（暗電池）。當(dāng)有光照時，就會產(chǎn)生很大的反向電流（亮電流），武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 光照越強(qiáng)，該亮電流就越大。光敏二極管是一種光電轉(zhuǎn)換二極管，所以又叫光電二極管； （ 1） PN結(jié)光敏二極管由于相應(yīng)速度慢，不能再通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用 。 （ 2） PIN 光敏二極管 就是在 PN結(jié)中間夾入一層輕摻雜本征半導(dǎo)體 。 （ 3） PIN 光敏二極管特點(diǎn)：響應(yīng)時間短、暗電流小，入射光量與輸出電流的直線性良好； （ 4） PIN 光敏二極管的主要用途：遙控，傳真機(jī)，光通信（短距離）。 AGC(Automatic Gain Control)：自動增益控制（放大器） （ 1） 增益表示放大器功率放大倍數(shù) ,以輸出功率同輸入功率比值的常用對數(shù)表示 ,單位為分貝。 （ 2） 它是輸出限幅裝置的一種，是利用線性放大和壓縮放大的有效組合對輸出信號進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)輸入信號較弱時，線性放大電路工作，保證輸出信號的強(qiáng)度；當(dāng)輸 入信號強(qiáng)度達(dá)到一定程度時，啟動壓縮放大線路，使輸出幅度降低，滿足了對輸入信號進(jìn)行衰減的需要。也就是說， AGC功能可以通過改變輸入輸出壓縮比例自動控制增益的幅度，它能夠在輸入信號幅度變化很大的情況下，使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化，不至于因為輸入信號太小而無法正常工作，也不至于因為輸入信號太大而使接收機(jī)發(fā)生飽和或堵塞。 Band Pass（ bandpass filter)：帶通（濾波器） 帶通濾波器是指能通過某一頻率范圍內(nèi)的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器。 Demodulator：解調(diào)器 解調(diào)是將模擬信號 轉(zhuǎn)化為 數(shù)字信號。 HS0038 對數(shù)據(jù)格式的要求 :(The data signal should fullfill the following condition:） 載波頻率接近 3