【正文】 ................. 8 電路設(shè)計(jì) .................................................... 9 4 軟件部分設(shè)計(jì) ..................................................... 14 遙控碼的信息協(xié)議 ........................................... 14 程序設(shè)計(jì) ................................................... 16 5 最后總結(jié) ......................................................... 20 6 主要參考文獻(xiàn) ..................................................... 21 皖西學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 基于單片機(jī)的電器遙控器設(shè)計(jì) 摘 要 ： 遙控，即控制對(duì)象的遠(yuǎn)程控制，使其根據(jù)指令執(zhí)行動(dòng)作。而如今隨著科技的飛速發(fā)展遙控控制在生產(chǎn)生 活中起到了越來(lái)越重要的作用?；趩纹瑱C(jī)的遙控器設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)為核心處理器，設(shè)計(jì)分為發(fā)射電路與接收處理電路 2 個(gè)部分。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種智能型紅外遙控器，可以對(duì)發(fā)出的紅外信號(hào)進(jìn)行識(shí)別與處理。 receiving side transmits an infrared signal decoded by the decoder to identify the transmitting end corresponding to the further control level for controlling the controlled object output from the microcontroller AT89C51. The design is based on the design of a microcontroller as the core of intelligent infrared remote control that can be emitted by the infrared signal recognition and treatment. Keywords: Remote control。 infrared signal。電器使人們的生活更加便捷舒適，而如今電器產(chǎn)品所著重的不僅僅是功能上的全面、能耗上的性價(jià)比還有操作上的便利。如通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用戶可以在任意時(shí)間任意地點(diǎn)完成對(duì)聯(lián) 網(wǎng)電器的操作。 1 控制信息的傳遞方式 無(wú)線電遙控方式 無(wú)線電遙控電路比較復(fù)雜實(shí)現(xiàn)難度比較大，但是無(wú)線電的控制范圍廣，近從零點(diǎn)幾米遠(yuǎn)則可以突破地球到達(dá)外太空！無(wú)線電遙控發(fā)射電路模塊是由電路廣泛接受，當(dāng)接收器接收由發(fā)射器控制電子開關(guān)的工作發(fā)射的無(wú)線電波。脈沖發(fā)射有調(diào)頻、調(diào)幅、數(shù)字脈沖發(fā)射三種；從開關(guān)來(lái)說(shuō)分有單通道遙控和多通道遙控。所以依據(jù)各國(guó)的無(wú)線電管理?xiàng)l列（如 中華人民共和國(guó)無(wú)線電管理?xiàng)l例 ），無(wú)線電的使用被嚴(yán)格劃分。國(guó)家也對(duì)于用無(wú)線電業(yè)余愛(ài)好者，留下了了特定的波段。但是因?yàn)闊o(wú)線電的使用受到了管制（發(fā)射功率、工作頻率），我們只能從提高接受靈敏度、加強(qiáng)電路抗干擾能力入手改進(jìn)電路。并且用無(wú)線電傳送控制指令還要有一定的安全性問(wèn)題（指令的正確收發(fā)）。 綜上所述，使用無(wú)線電遙控本身實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，并且無(wú)線電的使用受到了國(guó)家法律法規(guī)的約束。 基于單片機(jī)的電器遙控器設(shè)計(jì) 紅外遙控方式 紅外遙控是用紅外線發(fā)光 LED，發(fā)射波長(zhǎng) 940nm 的紅外不可見(jiàn)光，來(lái)傳送信號(hào)。 因?yàn)榧t外光譜中的可見(jiàn)光以外，所以抗干擾性的紅外傳輸。信息可以被調(diào)制的紅外光透射，而長(zhǎng)波紅外波長(zhǎng)小于無(wú)線電波，以便不干擾的紅外線遙控器等電氣設(shè)備，也不會(huì)影響到相鄰的無(wú)線電設(shè)備。 方式 Wifi 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可為計(jì)算機(jī)，便攜式設(shè)備（手機(jī)，平板）等終端以無(wú)線方式互相連接的技術(shù)。雖然這樣做加大了控制范圍，但是成本上還是相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高昂。 從上所述， ZigBee 單純的性能 以及成本方面來(lái)考量似乎是最優(yōu)的選擇。而解決此問(wèn)題可以考慮在設(shè)備之間的控制核心上編寫一套簡(jiǎn)單的通信協(xié)議來(lái)處理信息沖突。 方式選擇 對(duì)以上幾種信息傳遞方式的對(duì)比與選擇后，確定本設(shè)計(jì)使用紅外遙控的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行遙控。 皖西學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 2 總體設(shè) 計(jì)方案 方案一：最簡(jiǎn)紅外遙控電路 在僅僅需要控制單一受控目標(biāo)的情況下，使用一般集成電路組成單通道紅外遙控電路。 紅外發(fā)射端示意圖： 產(chǎn) 生 震 蕩 頻 率 紅 外 發(fā) 射 圖 最簡(jiǎn)紅外發(fā)射端 考慮到該程序是一個(gè)簡(jiǎn)單的單通道遙控器，可以直接產(chǎn)生一個(gè)合適頻率再通過(guò)紅外 LED 發(fā)射。 方案二：紅外遙控開關(guān)電路（簡(jiǎn)單控制） 紅外線發(fā)射 /接收電路均采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸出控制方式可選擇，實(shí)用性強(qiáng)。 紅外接收端示意圖： 紅 外 接 收受 控 目 標(biāo)單 片 機(jī)控 制 方 式開 關(guān) 圖 簡(jiǎn)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(jī)處理以 后，對(duì)相應(yīng)的受控目標(biāo)進(jìn)行控制。 紅外發(fā)射端示意圖： 按 鍵 控 制 單 片 機(jī) 紅 外 發(fā) 射 圖 復(fù)雜控制紅外發(fā)端 皖西學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 按下相應(yīng)的單片機(jī)控制脈沖的按鈕，用紅外發(fā)射出去。 方案比較 以上三套方案中，方案一功能簡(jiǎn)單過(guò)于單一，沒(méi)有才用單片機(jī)控制，只能對(duì)一路電器進(jìn)行簡(jiǎn)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(jī)電路，該電路比較簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。而方案三則不僅實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電器的控制還能對(duì) LED 進(jìn)行亮度的調(diào)節(jié)。 3 硬件部分設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)所采用的單片機(jī)選擇用 AT89C51 來(lái)實(shí) 現(xiàn)。 AT89C2051 是閃存 2K 字節(jié)微控制器的可擦可編程只讀存儲(chǔ)器?；趩纹瑱C(jī)的電器遙控器設(shè)計(jì) 該設(shè)備采用了高密度非易失性存儲(chǔ)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。 AT89C51 單片機(jī)的靈活、高效、廉價(jià)，使它成為嵌入式行業(yè)內(nèi)常用的單片機(jī)主控芯片。這 2 種顯示器成本低廉，配置靈活與單片機(jī)的 I/O 接口方便。對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)用 LED 表示控制目標(biāo)的受控狀態(tài)就夠了，故沒(méi) 必要使用LCD。光電耦合 器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換 器件 。本設(shè)計(jì)使用 PS2022 光電耦合器。 紅外發(fā)射管與接收頭的選擇 LF5038 是一種無(wú)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。LF0038F 具有 3 個(gè)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(shí)一般需要外接一個(gè)大于 20KΩ的電阻。 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(shí)， LF0038F 的最小接收距離為 15m、接收角度的范圍為上下 45176。 電路設(shè)計(jì) 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(hào)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。發(fā)射過(guò)程示意圖： 指令鍵指令編碼調(diào)制驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射 圖 遙控發(fā)射過(guò)程 紅外發(fā)射電路的載波、數(shù)字基帶信號(hào)的產(chǎn)生 因?yàn)橐惑w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(lái)發(fā)射信號(hào)。為了是單片機(jī)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(lái)生成 38KHZ 的載波信號(hào)。數(shù)字基帶信號(hào)使用單極性非歸零（ NRZ）的形式編碼，通過(guò)單片機(jī)自帶的定時(shí)器生成特殊頻率的方波信號(hào)，并由 端口輸出。 基于單片機(jī)的電器遙控器設(shè)計(jì) 下圖為輸出 L 和 OUT 的波形圖： 圖 和 OUT 波形 發(fā)射管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 因?yàn)檩敵龅碾娏鞯淖?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。紅外發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)電路主要有： NPN 管構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路和 PNP 管構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路。 下圖為 2 種驅(qū)動(dòng)電路圖： 圖 發(fā)射驅(qū)動(dòng)管電路 皖西學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 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(hào)。 發(fā)射電路設(shè)計(jì) 在確定使用 AT89C51 作為核心芯片和點(diǎn)觸式開關(guān)作為控制 按鍵以后，加上簡(jiǎn)單的紅外發(fā)射電路和 12M 晶體振蕩器就可以實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射。 接一個(gè) 74LS92 和一個(gè)門電路用來(lái)計(jì)數(shù)發(fā)射的脈沖數(shù)；計(jì)數(shù)完成后由 三級(jí)管發(fā)光二級(jí)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(jìn)行放大，解調(diào)，信號(hào)還原。 因?yàn)閺? 口出來(lái)的為高電壓，而三級(jí)管 9013 不能承受此電壓，所以采用了一個(gè)阻值較大 的電阻來(lái)起分壓作用，從而緩沖了加到三級(jí)管上的電壓。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(jiǎn)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 。并且因?yàn)榇a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(guò)程。 接收過(guò)程圖： 皖西學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 紅外接收放大信號(hào)解調(diào)指令解碼驅(qū)動(dòng)執(zhí)行 圖 接收過(guò)程 紅外接收電路電源的要求 因?yàn)殡娐分惺褂盟芰戏庋b完畢的一體化紅外接頭接收數(shù)據(jù)，所以對(duì)電源要求比較苛刻。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(dòng)接收模塊電路。設(shè)計(jì)出如下電路基于單片機(jī)的電器遙控器設(shè)計(jì) 圖 接收端完整電路圖 從上圖可知：?jiǎn)纹瑱C(jī)第 1 號(hào)端口到第 8 號(hào)端口接 8 位數(shù)碼管，用來(lái)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(shí)最亮然后逐級(jí)遞減到 0 最暗。其中第 34 號(hào)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(hào)端口為 50HZ 交流電（市電）相位基準(zhǔn)輸入，第 12 號(hào)端口是中斷輸入，第 11 號(hào)端口是用來(lái)接收紅外線遙控碼信號(hào)。為了確保傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性，我們?cè)O(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。下圖為 15 號(hào)端口發(fā)送器電路的輸出調(diào)制波 形： 圖 15 號(hào)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(shí)，第一位碼的低電平將啟動(dòng)中斷程序，實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)幀，在接收數(shù)據(jù)幀是，會(huì)對(duì)啟事位碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)間隔位的 高電平脈沖位寬大于 3ms 時(shí)，結(jié)束接受，然后由累加器 A 中的脈沖個(gè)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(jì) 發(fā)射端程序設(shè)計(jì) 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(yùn)行就關(guān)閉紅外輸出這兩步。初始化設(shè)置默認(rèn)不允許開 T0 中斷，并且也不允許啟動(dòng) T0。單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)， 4 個(gè)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(shí)必須強(qiáng)制 引腳輸出低電平使紅外輸出處于關(guān)閉的狀態(tài)。 開 始硬 件 、 程 序 初始 化按 鍵 掃 描 模 塊 圖 發(fā)射程序流程 皖西學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 按鍵掃描模塊：先判斷按鍵是否被按下，如果有按鍵被按下則循環(huán)掃描，按照 P 口值查找按下的鍵號(hào)。以上為一個(gè)完整的發(fā)射過(guò)程。如果采用調(diào)頻或者調(diào)幅發(fā)射接收碼，可有效提高遙控的范圍，并且屏蔽了角度的影響。 程序流程圖如下： 皖西學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 開 始初 始 化按 照 顯 示 亮 度設(shè) 置 調(diào) 光 脈 沖延 時(shí) 值P 3 . 0 = 0調(diào) 延 時(shí) 程 序P 2 . 7 端 口 輸 出調(diào) 光 脈 沖YN 圖 接收程序流程 接收端中斷過(guò)程：首先判斷低電平脈寬度是否大于 2ms，如果脈寬不到 2ms，則中斷返回；如果低電平大于 2ms，則接收并基數(shù)低電平脈沖個(gè)數(shù)，然后判斷高電平脈寬度是否大于 3ms，如果小于 3ms，則返回上一階段計(jì)數(shù)過(guò)程；如果大于3ms，則按照脈沖個(gè)數(shù)找到對(duì)應(yīng)的功能程序，此時(shí)中斷 返回。通過(guò)對(duì)比紅外傳遞、無(wú)線電電波傳遞、 wifi、 zigbee 等方式，從中選擇了最合適于本課題的紅外線傳遞控制信息的方式。運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)的