【文章內(nèi)容簡介】 遙控、 GSM 通信等方面。需要研究的內(nèi)容主要包括 : 矩陣按鍵鍵盤硬件設(shè)計以及軟件功能設(shè)計 液晶指示以及與按鍵功能關(guān)聯(lián)顯示設(shè)計 紅外線發(fā)射電路硬件電路設(shè)計以及軟件編碼發(fā)射程序設(shè) 計 王剛：基于單片機的智能遙控器 4 紅外接收信號的 硬件電路設(shè)計及 軟件解碼程序設(shè)計 遙控編碼的存儲電路及程序設(shè)計 GSM 通信模塊的硬件與軟件設(shè)計 遠程監(jiān)控以及遠程遙控的軟件設(shè)計及編碼設(shè)計 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 5 第二章 智能紅外遙控器方案設(shè)計 總體方案設(shè)計 本設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)是由 51 單片機、按鍵模塊、紅外發(fā)射模塊、紅外接收模塊、液晶顯示模塊，存儲模塊， GSM 通信模塊等七大部分構(gòu)成，如圖所示： 圖 21 遙控總體設(shè)計結(jié)構(gòu) 整個單片機系統(tǒng)設(shè)計需要對兩個部分進行通信，分別為上位機設(shè)計和下位機設(shè)計，上位機為用于遠程控制的手機，主要進行遠程控制，比如開啟空調(diào)、電視等等。下位機就是安裝在被控端的紅外接收模塊及其外圍器件，主要作用是用來獲取遙控信息，實時等待遙控信息，并通過一些外圍電路來驅(qū)動家庭設(shè)備開始或停止工作。具體機構(gòu)框架如圖所示： A T 8 9 C 5 1顯 示 模 塊存 儲 模 塊G S M 通 信 模 塊紅 外 接 收 模 塊紅 外 發(fā) 射 模 塊復(fù) 位 及 晶 振 電路鍵 盤 模 塊王剛：基于單片機的智能遙控器 6 手 機智 能 遙 控 器受 控 端 1紅 外 線 通 信受 控 端 2 受 控 端 3GSM通信上 位 機下 位 機受 控 端 4 圖 22 工作流程總體設(shè)計結(jié)構(gòu) 遙控體系三大組成部分方案設(shè)計 其中 51 單片機是整個電路的核心，它作為控制芯片是用來控制各部分模塊協(xié)調(diào)工作，完成任務(wù)，同時肩負著將紅外發(fā)射編碼通過軟件加載到 38KHz 的載波上，以及將 HS0038 接收的紅外信號通過軟件解碼將其解碼成遙控碼，然后將它們?nèi)看鎯Φ?24C02C 的外部存儲器 EEPROM 中，用來永久保存編碼信息的重大任務(wù)。更重要的是要完成眾多編碼信息的解碼，以及解碼后根據(jù)編碼信息去對應(yīng)處理相應(yīng)功能。所以單片機中存儲大量系統(tǒng)運行的程序。 （ 1）采用了外部中 0 斷來檢測按鍵，防止按鍵指令不能及時地送到單片機進行處理，同時采用定時中斷來設(shè)定按鍵時間，當(dāng)在一定時間內(nèi)，按鍵會被識別為連續(xù)按鍵，比如說：按下 1 再按 3 再按 5 就會被識別為 135。當(dāng)超過一定時間后，按鍵就會被重置，如：再按下 8，就只能識別為 8。 （ 2）紅外線發(fā)射程序采用定時器來完成將按鍵編碼載到 38KHz的載波上來發(fā)送數(shù)據(jù)，具體過程為當(dāng)發(fā)射數(shù)據(jù) 1 時，定時器每到 26us 就將 T0 口取反一次，四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 7 實現(xiàn)數(shù)據(jù) 1 的發(fā)送。當(dāng)發(fā)送 0 時，就讓 T0 口一直為 0，現(xiàn)實數(shù)據(jù) 0 的發(fā)射，重復(fù)這樣的過程就可以通過紅外線將數(shù)據(jù)全部發(fā)送出去了。 （ 3）紅外線接收程序是以 HS0038 的工作方式為準(zhǔn)， 因為在無信號輸入時，HS0038 輸出高電平，當(dāng)有信號輸入時輸出低電平，所以用外部中斷 1 采取下降沿檢測方式來檢測紅外信號，可以及時處理紅外信號。 （ 4）液晶顯示程序，采用及時按鍵及時刷新液晶的思路，最快地看到按鍵信息。 （ 5） GSM 通信程序是使用 AT 指令進行單片機與 GSM 模塊通信，從而再與遠程手機端進行通信，現(xiàn)實遠程控制。 按鍵模塊采用矩陣按鍵模式，用最少的 I/O 口實現(xiàn)最多的按鍵數(shù)目以增加遙控器的功能輸入鍵。我矩陣鍵盤是單片機外部設(shè)備中所使用的排布類似于矩陣的鍵盤組，在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如 P1 口）就可以構(gòu)成 4*4=16 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是最好的。矩陣鍵盤主要實現(xiàn)接收外部控制指令的輸入，同時將按鍵信息傳給單片機。特別需要注意的是按鍵消抖，防止錯誤信息輸入。 紅外發(fā)射模塊主要是紅外發(fā) 射管以及其外圍電路組成。紅外線發(fā)射管（ IR LED）也稱紅外線發(fā)射二極管，屬于二極管類。它是可以將電能直接轉(zhuǎn)換成近紅外光（不可見光）并能輻射出去的發(fā)光器件。普通的的紅外線發(fā)射管外形和一般的可見光 LED 相似，但卻是發(fā)出紅外線。其管壓一般降約 ，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，一些彩電紅王剛：基于單片機的智能遙控器 8 外遙控器，其紅外發(fā)光管的工作脈沖占空比約為 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。 紅外接收模塊由一體化的紅外接收裝置 HS0038 構(gòu)成，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)中采用 紅外一體化接收頭 HS0038，外觀圖如圖 3所示： 圖 23 紅外線接收器 采用中斷方式來檢測紅外遙控信號，當(dāng)由紅外信號時輸出低電平，當(dāng)沒有紅外信號時輸出高電平，所以用下降沿來觸發(fā)外部中斷，完成紅外信號的接收。 液晶顯示模塊采用 LCD1602 兩行顯示字符， LCD 液晶顯示器本身不發(fā)光，其通過調(diào)節(jié)光的亮度來達到顯示效果，這是一種被動顯示器。液晶顯示模塊是以LCD 液晶屏為核心，配合一定的控制電路，以達到方便使用顯示組件的目的。 LCD主要利用液晶的扭曲 向列效應(yīng)制成，這是一種電場效應(yīng)。 設(shè)置液晶顯示主要是為了能夠直觀地看到發(fā)射的指令，以檢測控制結(jié)果是否正確。 存儲模塊采用 AT24C02， AT24C02 是一個 2K 位串行 CMOS E2PROM， 內(nèi)部含有 256 個 8位字節(jié)， CATALYST 公司的先進 CMOS 技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02 有一個 8字節(jié)頁寫緩沖器。 AT24C02 支持 I2C，總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議 I2C，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，由于 A0、 A1四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 9 和 A2 可以組成 000~111 八種 情況，即通過器件地址輸入端 A0、 A1和 A2可以實現(xiàn)將最多 8個 AT24C02 器件連接到總線上，通過進行不同的配置進行選擇器件。存儲器主要是用來存儲紅外遙控編碼信息的。紅外接收裝置接收到的紅外信號，送到單片機進行解碼，然否單片機將接嗎后的編碼送至存儲器中存儲起來。當(dāng)遙控按鍵按下時，單片機收集按鍵信息，根據(jù)按鍵信息讀取對應(yīng)鍵值所對應(yīng)的編碼。 GSM模塊，采用 TC35i，德國 SIEMENS（西門子）公司的一款雙頻 900/1800MHZ高度集成的 GSM 模塊。在 GSM 網(wǎng)絡(luò)日臻完善的今天， TC35i 秉承了西門子一貫的優(yōu)秀品質(zhì)，它易于集成，使用它您可以在較短的時間內(nèi)花費較少的成本開發(fā)出新穎的產(chǎn)品。在遠程監(jiān)控和無線公話以及無線 POS 終端等領(lǐng)域您都能看到 TC35i無線模塊在發(fā)揮作用，使用它是產(chǎn)品質(zhì)量和性能的保證。這些產(chǎn)品可以很容易向GPRS 領(lǐng)域過度，您將會發(fā)現(xiàn)花費較少的成本就能享受到 GPRS 技術(shù)帶給您的方便快捷。 TC35i 新版西門子工業(yè) GSM 模塊是一個支持中文短信息的工業(yè)級 GSM 模塊 ,工作在 EGSM900 和 GSM1800 雙頻段 ,電源范圍為直流 ～ ,電流消耗 ——休眠狀態(tài)為 ，空閑狀態(tài)為 25mA，發(fā)射狀態(tài) 為 300mA(平均 )， 峰值；可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號 , 功耗在 EGSM900(4 類 )和 GSM1800(1 類 )分別為 2W和 1W ,通過接口連接器和天線連接器分別連接 SIM 卡讀卡器和天線。 SIM 電壓為3V/， TC35i 的數(shù)據(jù)接口 (CMOS 電平 )通過 AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù) ,可選波特率為 300b/s～ 115kb/s , 自動波特率為 ～ 115kb/s。它支持 Text和 PDU 格式的 SMS(Short Message Service,短消息 ),可通過 AT 命令或關(guān)斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。 遠程手機端設(shè)計 由于 能力有限 ，無法在安卓平臺上進行界面，程序等相關(guān)設(shè)計，所以只設(shè)計一個上位機的短信系統(tǒng)的設(shè)計。短信系統(tǒng)設(shè)計就是用一些特定的 字母來表示本設(shè)計的手機命令 ，關(guān)于 其 指令與其含義的對照如下表所示： 王剛：基于單片機的智能遙控器 10 表 21 指令含義對照表 表22 手機發(fā)送指令格 式 下面簡要介紹上面的指令功能：命令起始標(biāo)志 yaokong 這個單詞寫這么長是為了能夠準(zhǔn)備無誤找到短信所在地址，因為 GSM 發(fā)給單片機的信息不僅僅是短信息，還有一串指令，采用的是 strstr（）函數(shù)來取短信，如果起始指令太短，就很容易找錯地方；設(shè)備號就是要遙控那個受控端；操作鍵就是具體是什么指令，與遙控器端的按鍵是一一對應(yīng)的；時間就是要隔多長時間去執(zhí)行這條指 令，這個主要用于關(guān)設(shè)備，比如說開啟后，就發(fā)定時關(guān)閉信息，以防止忘記關(guān)閉該設(shè)備造成嚴(yán)重的后果。 本設(shè)計 只是簡要說明本遙控器需要的受控端具體結(jié)構(gòu)框架，由于受控端不是本設(shè)計的核心內(nèi)容，所以不進行具體設(shè)計。首先智能遙控器需要知道當(dāng)前受控端的狀態(tài)，并可以將其狀態(tài)通知遠程手機端，實現(xiàn)對家用電器的實時監(jiān)控，以及當(dāng)前狀態(tài)的顯示。 本設(shè)計 設(shè)計了 4 個受控端接口的 LED 顯示，當(dāng)然可以擴展更多。下面 以窗簾受控端下模塊為例，具體框圖如下所示： kt cl ds wd kai guan lq zk bj aq 空調(diào) 窗簾 電視 溫度 開啟狀態(tài) 關(guān)閉狀態(tài) 窗簾拉起 窗簾沒拉起 溫度報警 正常溫度 命令起始標(biāo)志 設(shè)備號（一位數(shù)） 操作鍵（兩位數(shù)） 時間（分鐘） yaokong 1（ 3...） 01（ 0 03...） 01(0 03...) 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 11 窗簾受控端控制器紅外愛命令接收器當(dāng)前狀態(tài)紅外發(fā)射器執(zhí)行系統(tǒng) 圖 24 受控系統(tǒng)設(shè)計 整個工作過程有兩種：一種就是讓整個控制器處于待機狀態(tài)，當(dāng)有紅外線時產(chǎn)生中斷，判斷地址是否為本器件的，如果不是則忽略，如果是，就開始接收紅外編碼，進行解碼，最后更具解碼出來的命令去執(zhí)行相應(yīng)的操作。另一種就是監(jiān)控受控器件的實時狀態(tài)，當(dāng)由狀態(tài)改變時，控制器將主動將狀態(tài)發(fā)送到主控端遙控器，比如說，電視機被開啟，那么就可以將該狀態(tài)發(fā)送給遙控器，遙控器對應(yīng)的 LED 就會被點亮。也可以將關(guān)鍵的狀態(tài)發(fā)送給遠程控制端手機，比如溫度檢測端檢測出溫度過高，此時可以將此信號通過智能遙 控器立即發(fā)送給遠程手機，實時監(jiān)控家里面的一些緊急狀態(tài)。 受控端的設(shè)計一定要保證該器件在發(fā)射紅外線前，遙控器沒有紅外線發(fā)射，當(dāng)遙控器接收從器件的信號時進入了特定中斷不會在發(fā)送紅外線了。所以避免了遙控器與從機之間的矛盾。為了解決從機與從機之間發(fā)射紅外線反饋自身信息的矛盾，一且以精簡為準(zhǔn)，預(yù)先設(shè)置成讓各個受控模塊在特定的一個時間內(nèi)反饋自己的信息。比如說，一個 15 分鐘反饋一次，窗簾受控端設(shè)定在 0 分鐘時反饋，其他設(shè)置時間也都各不相同。這樣雖然解決了從機之間的相互沖突，但當(dāng)狀態(tài)改變時無法及時反饋信息，嚴(yán)重影響了實時性， 當(dāng)然狀態(tài)變化才反饋信息，不變化不反饋。有待后期改進到為先進的帶有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的通信設(shè)施。 王剛：基于單片機的智能遙控器 12 第三章 智能遙控器硬件設(shè)計 控制器 本設(shè)計 采用 AT89C51 單片機作為智能遙控器的控制器， AT89C51 是一個低電壓，高性能 CMOS8 位單片機帶有 4K 字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲器（ PENROM）。和 128 字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），這種器件采用 ATMEL 公司的高密度、不容易丟失存儲技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與 MCS51 系列的單片機兼容。片內(nèi)含有 8 位中央處理器和閃爍存儲單元，有較強的功能 的 AT89C51 單片機能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。 AT89C51 提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)： 4K 字節(jié)閃爍存儲器， 128 字節(jié)隨機存取數(shù)據(jù)存儲器， 32 個 I/O 口， 2個 16