荐基于stc51系列单片机的红外遥控风扇系统设计本科毕业论文［精选整理］

荐基于stc51系列单片机的红外遥控风扇系统设计本科毕业论文［精选整理］内容摘要：

扇的的启停和调控实现红外控制，从而实现其简单的智能化。 同时，通过简单易得的装置来控制其成本，交易向市场推广。 风扇智能化研究的现状 当前家电的智能化取得了一定的发展，但是还有很多不足。 与此同时，风扇智能化的研究也有很大的进步，但是其中也存在很多不尽人意的地方。 比如，有人设计的带有温控系统的智能风扇，加入温度传感器来感知外界温度并将外界的温度传入单片机进行处理，通过单片机再来调控电机的转速。 即通过温度传感器感知外界温度，发出信号调整转速，以此形成一个闭环调控系统。 这样的电路设计虽然也叫简单易行，但是由于室内温度的变化比较缓慢，而且变化幅度比较小，因此若能完成整套设计地构想，需要比较灵敏的即精十分高的温度传感系统，这样的造价就十分高了，也不容易进行推广。 对于整个系统设计的实现，还有一个值得注意的问题，就是风扇的运转实际会带来整个环境温度的升高，而不是降低。 因为电流通过线圈时，由于线圈中有电阻，即不可避免的产生了热量，产生热量之后就 会向周围环境散发，致使环境温度升高。 而之所以人会感到凉爽，是因为电商带动的空气流动造成人体皮肤表层的汗液挥发，从而吸收热量。 因此，通过感应外界的温度来控制风扇的快慢的想法是不行的，本设计也没有采用这种设计。 青岛大学 本科生毕业论文（设计） 5 风扇智能化研究的意义 关于风扇智能化的研究有很重要的意义。 首先，对风扇智能化的研究是在家电智能化的基础上，即在“智能家居”的基础上。 因为无论是智能机电还是智能家居，都难以进行大规模推广的市场化。 因此为了突破这一问题，需要一步一步逐渐推进，而智能风扇的研究则是其中一个比较容易进行的项目。 本设计 所设计进行的智能风扇，应用原理简便。 就是应用红外信号进行控制，利用红外信号的发射装置发出红外信号，通过接收装置进行接收并加以处理，然后再输出进行电机调速。 这些装置简便易得，价格低廉，有一定的市场前景。 最关键的是，这是“智能家居”的以此有效尝试，将“智能家居”由概念变为实际的应用，并且能够进行市场化的推广。 智能风扇的功能描述 本设计的功能实现是通过红外通信方式来控制风扇的转速。 将遥控器上的K1键的设计实现功能设为一级转速，按下该按键后则调节风扇的转速变为最低档也就是一级转速，设定遥控器上的 K2键设 计实现功能设为二级转速，以此类推，风扇总共设计了五级转速，级数越大风速越大。 设定遥控器的 K6按下则风扇停止转动。 风扇开机则默认为一级转速，按下遥控器的 K6 键风扇停止后，按其他风速调整键则可再次启动风扇。 在这里，每一次不同的按键按下，红外遥控器将发出一组不同的红外信号，红外接收端接收信号并解码判断哪一个键按下，由单片机处理后进而由控制器执行相应的电动机的控制操作。 因此，本产品的设计思路就是通过红外信号发射器发出红外信号，由接收器接收后交由单片机进行处理并分析，得出用户所发出的指令，进行解码，并将指令通过控制 器来发应到电机那里，从而完成通过红外进行调速的一整套过程。 青岛大学 本科生毕业论文（设计） 6 第二章 主要器件介绍 单片机概述 对于单片机的基本认识 单片机是在设备上集成了 CPU 及各种 I/O 接口的芯片，这样一来，这块设备上就具有了计算机的属性，符合“计算机之父”冯诺依曼对于计算机的定义。 通俗点讲，单片机就是一块集成芯片，但是这块集成芯片因为有了计算机的构造而就有了一些特殊的功能，而它的这些功能的实现要靠我们使用者自己来编程完成。 编程时我们可以选择 C 语言进行编程，都可以使用汇编语言进行编程，即单片机即支持 C语言也支持汇编语 言的编程。 对于 STC 单片机的认识 本实验所使用的单片机是 STC89C51 单片机，如下图： 图 两者封装形式的 STC89C51 单片机 其标识解释如下： STC—— 前缀，表示芯片为 STC 公司生产的产品； 8—— 表示该芯片为 8051 内核芯片； 9—— 表示内含 FlashE178。 PROM 存储器； 青岛大学 本科生毕业论文（设计） 7 C—— 表示该器件为 CMOS 产品； 5—— 固定不变 1—— 表示该芯片内部的程序存储空间的大小，而此单片机所采用的 1 即表示内部存储空间为 4KB。 在图 中展现的是两种封装类型，左面的是 DIP（ Dual InLine Package） ,即双列直插型封装，而右面的则是 PLCC（ Plastic Leaded Chip Carrier） ,即带引线的塑料芯片封装。 DIP 封装较常见，应用于绝大多数的中小规模的集成电路，本设计所使用的芯片即采用这种封装形式。 采用 DIP 封装的 CPU 芯片有两排引脚，其引脚一般不超过 100 个，需要插入具有 DIP 结构的芯片插座上。 如图 所示。 而 PLCC 型封装则作为表面贴型封装之一，具有外形尺寸小、可靠性高的优点。 如图 所示。 图 DIP 封装 图 PLCC 封装 青岛大学 本科生毕业论文（设计） 8 51 单片机的引脚图 无论是哪一种单片机，其外延的的功能都是通过引脚实现的，而不同的引脚发挥着不同的的功能，需认识不同引脚的的不同功能，再通过这些引 脚连接其他的芯片。 51 单片机的引脚如图 所示。 图 51 单片机的引脚图 下面，对图 的引脚进行简单的介绍： Vcc（ 40 脚）、 GND（ 20脚） —— 单片机上的连接外接电源的引脚，外接电压的可以是 +5V 或 +，根据具体需求而定，一般选用 +5V； XTAL1（ 19 脚）、 XTAL2（ 18 脚 )—— 外接时钟引脚。 XTAL1 引脚为单片机片内部所使用的振荡电路的一端输入端，而 XTAL2 引脚则为单片机片内部所使用的振荡电路的一端输出端， 8051 的振荡时钟工作的工作方式有两种比较常见的类型：片内时钟振荡和外部时钟，本设计实验采用的工作方式为前者； RST（ 9 脚） —— 单片机上的作为复位功能使用的复位引脚，其复位功能就是将单片机内的程序初始化； PSEN （ 29 脚） —— 该引脚的名称是单片机所应用的程 序存储器的允许输出控制端，当单片机正在读外延程序存储器时， PSEN 引脚低电平有效； PROGALE/ （ 30 脚） —— 当该位连接的是高电平时，允许地址锁存信号，青岛大学 本科生毕业论文（设计） 9 当访问外部存储器时， ALE 信号负跳变则将 P0 口上低 8位地址信号送入锁存器，当 ALE 为低电平时动作基本与高电平时一致， PROG 为编程脉冲的 输入端，写好的程序只有通过编程输入端才能写入单片机内部存储器（即 ROM）中； VppEA/ （ 31脚） —— EA 接高电平时，单片机读取内部程序存储器，当 EA为低电平时，单片机直接读取外部（ ROM）。 I/O 口引脚 —— P0 口（ 32 脚 39脚）、 P1 口（ 1 脚 8脚）、 P2口（ 21脚 28脚）和 P3口（ 10脚 17 脚），其中， P3 口除了作为输入 /输出口之外，还可以作为第二功能使用，功能如下表 所示。 表 P3 口引脚的第二功能定义 标号 引脚 第二功能 说明 10 RXD 串行输入口 11 TXD 串行输出口 12 0INT 外部中断 0 13 1INT 外部中断 1 14 0T 定时器 /计数器 0 外部输入端 15 1T 定时器 /计数器 1 外部输入端 16 WR 外部数据 存储器写脉冲 17 RD 外部数据存储器读脉冲 单片机最小系统 单片机最小系统是指单片机工作所需要的不可或缺的基本元器件和连接电路，所以单片机最小系统是最基本的单片机电路连接，主要包括三个部分，分别为： 单片机的外接电源的方法是将 40 脚接电源 VCC（也就是 +5 伏）， 20 引脚接地（ GND），如图 所示； 2 晶振电路 51 系列单片机已经在单片机的内部装了振荡电路，只要在 18脚、 19脚 连接上晶振电路即可，晶振频率可以选取 ，这个频率可以准确的得到 9600 波特率和 19200 波特率，用于串口通信。 另一个晶振频率为 12MHz，它青岛大学 本科生毕业论文（设计） 10 可以产生比较精确的微秒级延时，方便定时操作，本设计就是采用的 12KHz 的晶振，如图 所示。 3 复位电路 51 系列单片机的复位引脚是 9 脚， 当此引脚连接高电平超过两个机器周期时，即可产生复位动作。 为了保证使单片机所正在进行的应用程序系统准确地功能进行复位，因此在设计本设计实验所使用的复位电路进行复位时，通常的做法是使 RST 引脚始终保持在的高电平的时间要 10ms 以上。 复位电路有上电复位和手动复位两种，本例采用上电复位的形式。 电路如图 所示。 图 单片机最小系统 GND12345678RST/VPD91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/Vpp313233343536373839VCC4089C511212M10K30pF30pFGNDGND10uFVCC 红外发射芯片 TC901 红外发射芯片 TC9012 是一款专门用于日本东芝公司所生产的红外遥控系统的专用红外发射集成电路。 该款芯片在使用中可外以对外进行连接 32个按键 ，可以提供 8 种可供用户选择的用户编码，与此同时，其按键还可以具备双重按键的功能。 红外发射芯片 TC9012 的所应用的各个引脚的功能设置和所应用的外围应用线路都进行比较高度的优化，其目的是为了配合 PCB 的电气布线和价格成本低廉的要求。 TC9012 的引脚 TC9012 的引脚图如图 所示，其引脚功能定义见表。 青岛大学 本科生毕业论文（设计） 11 图 TC9012 的引脚图 表 TC9012 引脚功能 引脚号 名称 类型 描述 14 KI0KI3 IN 4 位输入引脚，用于键盘扫描输入（平时为低电平，内置下拉电阻） 5 REM OUT 带载波的遥控信号输出 6 VDD 电源正端（ ）， 3V（典型） 7 NC 空引脚 8 OSC0 OUT 晶振输出 9 OSC1 IN 晶振输入 10 VSS 电源负端（接地） 11 LMP OUT 指示灯输出 1219 KO0KO7 OUT 8 位输出引脚，用于键盘扫描输出 20 SEL IN 用户编码选择跳线（平时为高电平，内置下拉电阻） TC9012 的编码 在本设计实验所使用的 TC9012 芯片的一帧传输数据中，总共是含有了 32位码（两次 8位用户码、 8 位数据码及其反码），发射码的格式如图 所示。 青岛大学 本科生毕业论文（设计） 12 图 TC9012 的发射码格式 TC9012 共有 8 位用户码，其中 S0、 S1 和 S2 由 SEL 与 KO0KO7 的连接来确定， S3 固定为“ 1”， S S S6 和 S7固定为“ 0”。 用户码一共有 8种，利用 SEL 引脚与 KO0KO7 中的任意引脚相连接来进行选择。 TC9012 的用户码设置见表。 表 TC9012 的用户码设置 与 SEL 相连 用户码（ S2 S1 S0） 与 SEL 相连 用户码（ S2 S1 S0） KO0 000 KO4 100 KO1 001 KO5 101 KO2 010 KO6 110 KO3 011 KO7 111 红外发射芯片 TC9012 最主要的功能设置是设置了 4 个通过按键进行的功能输入端 KI0KI3 和 8个通过按键进行的功能输出端 KO0KO7，从而形成了一个矩阵键盘，而这个矩阵键盘将共有 48=32 个功能按键，由于是在同一系统下，所以这 32 个功能按键均按照同一方式进行编码，以实现特定的功能。 其使用方法是：若将 32 组按键中其中一个按键按下且保持按下的状态，那么所产生的效果就是将一帧码发完之后然后会不断的发射固定的重复码，而如果此时松开该枚按键，那么所产生的效果 就是系统在该帧码发完后会成功进入使用的低功耗模式。 用户码以及键数据码的发送顺序所应用的规律均是低位在前，高位在后。 TC9012 的工作模式 红外发射芯片 TC9012 有两种比较常用的工作模式，这两种模式分别是正常工作模式和低功耗模式。 在实际实验操作中，如果没有任何按键被按下，那么实验中的振荡器所处的状态是停振的，这样的效果是可以明显的降低功耗。 在本电路中设计了消抖功能，如果在扫描过程中检测到按键按下的的时间小于 32毫秒，则被认为是按键的抖动，而不是正常的按键，所以没有任何码发出，随之产生的效。