基于单片机的智能遥控器毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的智能遥控器毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

遥控、 GSM 通信等方面。 需要研究的内容主要包括 : 矩阵按键键盘硬件设计以及软件功能设计 液晶指示以及与按键功能关联显示设计 红外线发射电路硬件电路设计以及软件编码发射程序设 计 王刚：基于单片机的智能遥控器 4 红外接收信号的 硬件电路设计及 软件解码程序设计 遥控编码的存储电路及程序设计 GSM 通信模块的硬件与软件设计 远程监控以及远程遥控的软件设计及编码设计 四川理工学院本科毕业设计 5 第二章 智能红外遥控器方案设计 总体方案设计 本设计的硬件结构是由 51 单片机、按键模块、红外发射模块、红外接收模块、液晶显示模块，存储模块， GSM 通信模块等七大部分构成，如图所示： 图 21 遥控总体设计结构 整个单片机系统设计需要对两个部分进行通信，分别为上位机设计和下位机设计，上位机为用于远程控制的手机，主要进行远程控制，比如开启空调、电视等等。 下位机就是安装在被控端的红外接收模块及其外围器件，主要作用是用来获取遥控信息，实时等待遥控信息，并通过一些外围电路来驱动家庭设备开始或停止工作。 具体机构框架如图所示： A T 8 9 C 5 1显 示 模 块存 储 模 块G S M 通 信 模 块红 外 接 收 模 块红 外 发 射 模 块复 位 及 晶 振 电路键 盘 模 块王刚：基于单片机的智能遥控器 6 手 机智 能 遥 控 器受 控 端 1红 外 线 通 信受 控 端 2 受 控 端 3GSM通信上 位 机下 位 机受 控 端 4 图 22 工作流程总体设计结构 遥控体系三大组成部分方案设计 其中 51 单片机是整个电路的核心，它作为控制芯片是用来控制各部分模块协调工作，完成任务，同时肩负着将红外发射编码通过软件加载到 38KHz 的载波上，以及将 HS0038 接收的红外信号通过软件解码将其解码成遥控码，然后将它们全部存储到 24C02C 的外部存储器 EEPROM 中，用来永久保存编码信息的重大任务。 更重要的是要完成众多编码信息的解码，以及解码后根据编码信息去对应处理相应功能。 所以单片机中存储大量系统运行的程序。 （ 1）采用了外部中 0 断来检测按键，防止按键指令不能及时地送到单片机进行处理，同时采用定时中断来设定按键时间，当在一定时间内，按键会被识别为连续按键，比如说：按下 1 再按 3 再按 5 就会被识别为 135。 当超过一定时间后，按键就会被重置，如：再按下 8，就只能识别为 8。 （ 2）红外线发射程序采用定时器来完成将按键编码载到 38KHz的载波上来发送数据，具体过程为当发射数据 1 时，定时器每到 26us 就将 T0 口取反一次，四川理工学院本科毕业设计 7 实现数据 1 的发送。 当发送 0 时，就让 T0 口一直为 0，现实数据 0 的发射，重复这样的过程就可以通过红外线将数据全部发送出去了。 （ 3）红外线接收程序是以 HS0038 的工作方式为准， 因为在无信号输入时，HS0038 输出高电平，当有信号输入时输出低电平，所以用外部中断 1 采取下降沿检测方式来检测红外信号，可以及时处理红外信号。 （ 4）液晶显示程序，采用及时按键及时刷新液晶的思路，最快地看到按键信息。 （ 5） GSM 通信程序是使用 AT 指令进行单片机与 GSM 模块通信，从而再与远程手机端进行通信，现实远程控制。 按键模块采用矩阵按键模式，用最少的 I/O 口实现最多的按键数目以增加遥控器的功能输入键。 我矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组，在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。 在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。 这样，一个端口（如 P1 口）就可以构成 4*4=16 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成 20 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（ 9键）。 由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是最好的。 矩阵键盘主要实现接收外部控制指令的输入，同时将按键信息传给单片机。 特别需要注意的是按键消抖，防止错误信息输入。 红外发射模块主要是红外发 射管以及其外围电路组成。 红外线发射管（ IR LED）也称红外线发射二极管，属于二极管类。 它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件。 普通的的红外线发射管外形和一般的可见光 LED 相似，但却是发出红外线。 其管压一般降约 ，工作电流一般小于 20mA。 为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。 发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。 为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高 峰值 Ip，就能增加红外光的发射距离。 提高 Ip 的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度 T，一些彩电红王刚：基于单片机的智能遥控器 8 外遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约为 1/31/4；一些电器产品红外遥控器，其占空比是 1/10。 减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。 红外接收模块由一体化的红外接收装置 HS0038 构成，红外接收电路一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的 TTL 信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。 在本系统中采用 红外一体化接收头 HS0038，外观图如图 3所示： 图 23 红外线接收器 采用中断方式来检测红外遥控信号，当由红外信号时输出低电平，当没有红外信号时输出高电平，所以用下降沿来触发外部中断，完成红外信号的接收。 液晶显示模块采用 LCD1602 两行显示字符， LCD 液晶显示器本身不发光，其通过调节光的亮度来达到显示效果，这是一种被动显示器。 液晶显示模块是以LCD 液晶屏为核心，配合一定的控制电路，以达到方便使用显示组件的目的。 LCD主要利用液晶的扭曲 向列效应制成，这是一种电场效应。 设置液晶显示主要是为了能够直观地看到发射的指令，以检测控制结果是否正确。 存储模块采用 AT24C02， AT24C02 是一个 2K 位串行 CMOS E2PROM， 内部含有 256 个 8位字节， CATALYST 公司的先进 CMOS 技术实质上减少了器件的功耗。 AT24C02 有一个 8字节页写缓冲器。 AT24C02 支持 I2C，总线数据传送协议 I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。 任何从总线接收数据的器件为接收器。 但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，由于 A0、 A1四川理工学院本科毕业设计 9 和 A2 可以组成 000~111 八种 情况，即通过器件地址输入端 A0、 A1和 A2可以实现将最多 8个 AT24C02 器件连接到总线上，通过进行不同的配置进行选择器件。 存储器主要是用来存储红外遥控编码信息的。 红外接收装置接收到的红外信号，送到单片机进行解码，然否单片机将接吗后的编码送至存储器中存储起来。 当遥控按键按下时，单片机收集按键信息，根据按键信息读取对应键值所对应的编码。 GSM模块，采用 TC35i，德国 SIEMENS（西门子）公司的一款双频 900/1800MHZ高度集成的 GSM 模块。 在 GSM 网络日臻完善的今天， TC35i 秉承了西门子一贯的优秀品质，它易于集成，使用它您可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。 在远程监控和无线公话以及无线 POS 终端等领域您都能看到 TC35i无线模块在发挥作用，使用它是产品质量和性能的保证。 这些产品可以很容易向GPRS 领域过度，您将会发现花费较少的成本就能享受到 GPRS 技术带给您的方便快捷。 TC35i 新版西门子工业 GSM 模块是一个支持中文短信息的工业级 GSM 模块 ,工作在 EGSM900 和 GSM1800 双频段 ,电源范围为直流 ～ ,电流消耗 ——休眠状态为 ，空闲状态为 25mA，发射状态 为 300mA(平均 )， 峰值；可传输语音和数据信号 , 功耗在 EGSM900(4 类 )和 GSM1800(1 类 )分别为 2W和 1W ,通过接口连接器和天线连接器分别连接 SIM 卡读卡器和天线。 SIM 电压为3V/， TC35i 的数据接口 (CMOS 电平 )通过 AT命令可双向传输指令和数据 ,可选波特率为 300b/s～ 115kb/s , 自动波特率为 ～ 115kb/s。 它支持 Text和 PDU 格式的 SMS(Short Message Service,短消息 ),可通过 AT 命令或关断信号实现重启和故障恢复。 远程手机端设计 由于 能力有限 ，无法在安卓平台上进行界面，程序等相关设计，所以只设计一个上位机的短信系统的设计。 短信系统设计就是用一些特定的 字母来表示本设计的手机命令 ，关于 其 指令与其含义的对照如下表所示： 王刚：基于单片机的智能遥控器 10 表 21 指令含义对照表 表22 手机发送指令格 式 下面简要介绍上面的指令功能：命令起始标志 yaokong 这个单词写这么长是为了能够准备无误找到短信所在地址，因为 GSM 发给单片机的信息不仅仅是短信息，还有一串指令，采用的是 strstr（）函数来取短信，如果起始指令太短，就很容易找错地方；设备号就是要遥控那个受控端；操作键就是具体是什么指令，与遥控器端的按键是一一对应的；时间就是要隔多长时间去执行这条指 令，这个主要用于关设备，比如说开启后，就发定时关闭信息，以防止忘记关闭该设备造成严重的后果。 本设计 只是简要说明本遥控器需要的受控端具体结构框架，由于受控端不是本设计的核心内容，所以不进行具体设计。 首先智能遥控器需要知道当前受控端的状态，并可以将其状态通知远程手机端，实现对家用电器的实时监控，以及当前状态的显示。 本设计 设计了 4 个受控端接口的 LED 显示，当然可以扩展更多。 下面 以窗帘受控端下模块为例，具体框图如下所示： kt cl ds wd kai guan lq zk bj aq 空调 窗帘 电视 温度 开启状态 关闭状态 窗帘拉起 窗帘没拉起 温度报警 正常温度 命令起始标志 设备号（一位数） 操作键（两位数） 时间（分钟） yaokong 1（ 3...） 01（ 0 03...） 01(0 03...) 四川理工学院本科毕业设计 11 窗帘受控端控制器红外爱命令接收器当前状态红外发射器执行系统 图 24 受控系统设计 整个工作过程有两种：一种就是让整个控制器处于待机状态，当有红外线时产生中断，判断地址是否为本器件的，如果不是则忽略，如果是，就开始接收红外编码，进行解码，最后更具解码出来的命令去执行相应的操作。 另一种就是监控受控器件的实时状态，当由状态改变时，控制器将主动将状态发送到主控端遥控器，比如说，电视机被开启，那么就可以将该状态发送给遥控器，遥控器对应的 LED 就会被点亮。 也可以将关键的状态发送给远程控制端手机，比如温度检测端检测出温度过高，此时可以将此信号通过智能遥 控器立即发送给远程手机，实时监控家里面的一些紧急状态。 受控端的设计一定要保证该器件在发射红外线前，遥控器没有红外线发射，当遥控器接收从器件的信号时进入了特定中断不会在发送红外线了。 所以避免了遥控器与从机之间的矛盾。 为了解决从机与从机之间发射红外线反馈自身信息的矛盾，一且以精简为准，预先设置成让各个受控模块在特定的一个时间内反馈自己的信息。 比如说，一个 15 分钟反馈一次，窗帘受控端设定在 0 分钟时反馈，其他设置时间也都各不相同。 这样虽然解决了从机之间的相互冲突，但当状态改变时无法及时反馈信息，严重影响了实时性， 当然状态变化才反馈信息，不变化不反馈。 有待后期改进到为先进的带有网络协议的通信设施。 王刚：基于单片机的智能遥控器 12 第三章 智能遥控器硬件设计 控制器 本设计 采用 AT89C51 单片机作为智能遥控器的控制器， AT89C51 是一个低电压，高性能 CMOS8 位单片机带有 4K 字节的可反复擦写的程序存储器（ PENROM）。 和 128 字节的存取数据存储器（ RAM），这种器件采用 ATMEL 公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与 MCS51 系列的单片机兼容。 片内含有 8 位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能 的 AT89C51 单片机能够被应用到控制领域中。 AT89C51 提供以下的功能标准： 4K 字节闪烁存储器， 128 字节随机存取数据存储器， 32 个 I/O 口， 2个 16。