【正文】 強、成本低、易于控制和使用方便等特點，適用于近距離遙控，具有較好的推廣應用價值。 （請在以上相應方框內(nèi)打“ √”） 作者簽名： 年 月 日 導師簽名： 年 月 日 摘 要 隨著社會的進步和生活水平的提高，人們對物質(zhì)生活的要求也越來越高。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學士論文評選機構(gòu)將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。武漢理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 可調(diào)遙控電源開關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn) 學院（系） ： 專業(yè)班級 ： 學生姓名： 指導教師 ： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或 集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 作者簽名： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保障、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關(guān)學位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 本學位論文屬于 保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書 不保密囗 。近年來 ,紅外線遙控技術(shù)在日常生活中應用越來越廣泛。 本文介紹的是一種可調(diào)的遙控電源開關(guān)，在設(shè)計中使用的便是紅外線作 為遙控傳輸?shù)拿浇椋瑫r使用了雙向晶閘管作為電源開關(guān)來取代傳統(tǒng)的機械式電源開關(guān)，從而避免了傳統(tǒng)機械式電源開關(guān)存在的接觸電阻大、易磨損、可靠性低等缺點。本次設(shè)計中使用了STC89C52單片機作為控制處理系統(tǒng)，采用了軟件控制硬件的設(shè)計思路，使得整個系統(tǒng)變得簡單明了，并且其造價低廉 ,制作簡單 ,故非常實用。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(shè)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。 從光學的角度而言，紅外光是頻率低于紅色光的不可見光，在無線光譜的整個頻率中占有很小一個頻率段 ，波長為 — 100 微秒之間，其中 — 3微秒之間的紅外光稱為近紅外， 3— 30 微秒之間的紅外光稱為中紅外， 30— 100 微秒之間的稱為遠紅外。 當今紅外技術(shù)的一個重要分支是紅外通信技術(shù)的應用，這個應用的發(fā)展非常迅速，尤其是紅外通信應用于計算機設(shè)備中，近幾年 的發(fā)展已經(jīng)表現(xiàn)出其非常成熟的特性。它是把紅外線作為載體的遙控方式。 紅外遙控是利用波長為 m 之間的近紅外線來傳遞控制信 的。紅外線的波長遠小于無線電波的波長，所以，紅外遙控不會干擾其它家 用電器，也不會影響近鄰的無線電設(shè)備。 3．紅外線遙控的遙控距離一般為幾米至幾十米或更遠一點。同時，由于采用紅外線遙控器件時，工作電壓低，功耗小，外圍電路簡單，因此它在日常工作生活中的應用越來越廣泛。而且通訊距離較短，此外紅外 LED 不是一種十分耐用的器件 [2]。 遙控器主要由形成遙控信號的微處理器芯片、晶體振蕩器、放大晶體管、紅外發(fā)光二極管以及鍵盤矩陣組成。遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發(fā)展到現(xiàn)在的單片微型計算機，智能化程度大大提高。 在當今社會科學技術(shù)的發(fā)展與日俱增，人們是生活水平也是日益提高，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(shè)計出一種集成度比較高的控制體系是必然的。所以特別適用與“電腦型產(chǎn)品”，它的應用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科研、教育以及日常生活用品 (家電、玩具 )等各種領(lǐng)域?？墒巩a(chǎn)品縮小體積，增強功能，實現(xiàn)不同程度的智能化 [3]。特別制造的半導體發(fā)光二極管，可以發(fā)出特定波長（通常是近紅外）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(diào)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(nèi)的通訊載波，最典型的應用就是家電遙控器。因此被廣泛地應用在各種技術(shù)領(lǐng)域中。為此，我們試著 設(shè)計一種以單片機為核心的智能型遙控器。在設(shè)計過程中使我們能夠把專業(yè)知識系統(tǒng)的，有條理的連接起來 [4]。 在遙控方式上大體經(jīng)歷了從有線到無線的超聲波、從振動子到紅外線、再到使用總線的微機紅外遙控這樣幾個階段 。 最初的無線遙控裝置采用 的是電磁波傳輸信號 ， 由于電磁波容易產(chǎn)生干擾 ， 也易受干擾 ， 因此逐漸采用超聲波和紅外線媒介來傳輸信號 。 較為理想的是光控方式，逐漸采用紅外線的遙控方式取代了超聲波遙控方式，出現(xiàn)了紅外線多功能遙控器，成為當今時代的主流。信息可以直接對紅外光進行調(diào)制傳輸，例如，信息直接調(diào)制紅外光的強弱進行傳輸，也可以用紅外線產(chǎn)生一定頻率的載波 ，再用信息對載波進調(diào)制，接收端再去掉載波， 收 到信息。由于紅外線的波長遠小于無線電波的波長，因此在采用紅外遙控方式時，不會干擾其他電器的正常工作，也不會影響臨近的無線電設(shè)備。 國內(nèi)外的 研究現(xiàn) 狀 紅 外通信由來已久 ,但是 進 入 90年代 ,這 一通信技 術(shù) 又有新的 發(fā) 展 ,應 用范 圍更加廣泛。 現(xiàn) 在 約 有 120 家以上的廠商支持 紅 外通信 標 準。 紅 外數(shù)據(jù) 協(xié) 會開 發(fā) 的 這 種新的無 線 通信 標 準 還 得到 PC機 產(chǎn)業(yè) 的有力支持。 此外， 紅 外通信的 連 通性已用在大多數(shù)新的筆 記 本 計 算機中，并成 為 一種最具成 本效益和便于使用的無 線 通信技 術(shù) 而 問 鼎市 場 。價格低廉，編碼簡單，近距離的遙控使用紅外遙控非常有優(yōu)勢。紅外遙控系統(tǒng)主要由紅外遙控發(fā)射裝置、紅外接收設(shè)備、遙控微處理機等組成。 目前國內(nèi)紅外遙控電子元器件的競爭很激烈，導致了價格的低廉，表面上有利于消費者，可是長 期惡性競爭，互相壓價格，必將導致產(chǎn)品質(zhì)量的下降，最終損害的只能是消費者。 紅外遙控是單工的紅外通信方式，整個通信中，需要一個發(fā)射端和一個接收端。紅外接收端普遍采用價格便宜，性能可靠的一體化紅外接收頭接收紅外信號，它同時對信號進行放大、檢波、整形，得到 TTL電平的編碼信號，再送給單片機，經(jīng)單片機解碼并控制相關(guān)對象 [6]。該設(shè)計的接收機用單片機構(gòu)成選頻電路，通過軟件來實現(xiàn)硬件的功能，使電路變得簡單，操作方便，調(diào)試也方便。利用雙向晶閘管的導通與關(guān)斷，實現(xiàn)電源的開關(guān)，具有不產(chǎn)生電火花、安全方便、在可燃氣體等場合使用尤為安全等優(yōu)勢。此種設(shè)計難免使電路結(jié)構(gòu)復雜，且器件價格昂貴，本設(shè)計不予采用。這種電路結(jié)構(gòu)簡單可靠且容易實現(xiàn)，故本次設(shè)計采用的是此種單元電路。但是電路繁雜，價格過高，所以本文不予采用。因此我們采用 這種 實現(xiàn)容易的電路作為本設(shè)計的單元電路。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務。它具有 40引腳，片內(nèi)帶 8KB閃速存儲器 EEPROM，一般作程序存儲器；片內(nèi)帶 256KBRAM；提供 32條 I/O引腳，大部分引腳都可作數(shù)字和脈沖輸入和輸出； 3個 16位定時計數(shù)器，對外計脈沖數(shù)可使用單片機的 (T0)或 (T1)； 6個中斷源，其中直接提供外部中斷處理可使用 (INT0)或 (INT1)； 2個可編程標準串口，其引腳為 (RXD)和(TXD)；時鐘頻率可達 4～ 24MHz；具有睡眠狀態(tài)，指令系統(tǒng)與 8031指令系統(tǒng)完全兼容。故選擇 STC89C52單片機為本設(shè)計的核心是較佳的選擇。如果考慮使用電池供電，則可采用 LV系列單片機 [7]。按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，初步確定系統(tǒng)由 發(fā)射機 模塊、 接收控制 發(fā)射模塊 以及受控 模塊組成 。 控制部分按下按鈕產(chǎn)生相應頻率的待調(diào)制波經(jīng)過調(diào)制電路形成調(diào)制波，然后通過 紅外線發(fā)射機發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外控制信號，經(jīng)過紅外接收頭的接收 及解調(diào) 后，傳送給單片機，單片機分析處理信號后，輸出高低電平控制開關(guān)電路的接通或者斷開，以完成對開關(guān)電路的控制功能。 整個系統(tǒng)中發(fā)射部分的工作原理框圖如圖 所示，接收控制及受控部分的原理框圖如圖 所示 . 圖 發(fā)射機工作原理框圖 圖 接收控制及受控部分工作原理框圖 硬件電路設(shè)計 紅外發(fā)射機電路 紅外線發(fā)射機電路如圖 所示 。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。指令信號通過與非門 C 的一個輸入端對此振蕩器進行調(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。 圖 紅外發(fā)射機電路原理圖 紅外發(fā)射機電路原理圖通過 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 接收及控制電路 R C1 組成單片機的復位電路，接通電源瞬間，由 R1 對 C1 的充電過程，單片機 STC89C52 的復位端 9 腳獲得一個高電平復位脈沖，使單片機進入程序所設(shè)定的初始狀態(tài)，其引腳 ~ 均輸出 低電平。 當HS0038 沒有接收到發(fā)射機發(fā)射的紅外信號時，其 3 腳一直輸出高電平，當芯片接收到發(fā)射機發(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的 。 控制部分的軟件 仿真如圖 所示，通過觸點開關(guān)在單片機的 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，在單片機中加載預先編寫好的相應控制程序，打開仿真按鈕，然后可以看到當按下不同的開關(guān)時相應的輸出口電平會發(fā)生改變。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)。 圖 受控電路 武漢理工大學畢業(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)射機和 接收機的電源 開關(guān) ， 將發(fā)射機的紅外發(fā)射頭對準接收機的接收元件后 按一下發(fā)射機的按鈕 S1，接收元件接收到發(fā)射機發(fā)射的信號，解調(diào)出來后將指令信號輸入單片機的 腳，此時單片機內(nèi)軟件開始定時并同時對輸入的 指令信號進行計數(shù)，當計時結(jié)束后，程序開 始對計數(shù)值進行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果對 腳進行置電平（由低電平變?yōu)楦唠娖剑藭r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通狀態(tài)，使 其所在 回路的發(fā)光二極管 VD1 發(fā)光。當控制每一通道的電 源工作 狀態(tài)時，其他三個通道的工作狀態(tài)不受影響，即每一通道均可獨立控制 [4]。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。計數(shù)的閘門時間必須小于一般人習慣按發(fā)射機按鍵的時間，否則不能對輸入脈沖進行正確計數(shù)，這里定為 100ms（即 T1 定時器的定時時間為 100ms） ，當輸入脈沖的頻率為 400Hz 時，計數(shù)值為 40，即計數(shù)值是頻率的十分之一。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，則重新進行 50ms 的檢測。 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。 開始 初始化 10ms 延時 ~ 電平置反 武漢理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第 4 章 實物制作與調(diào)試 發(fā)射機 部分 發(fā)射機主要組件介紹 （ 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。 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 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。 (3)當 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 。