基于单片机的红外遥控开关设计本科毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的红外遥控开关设计本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

制电路、 驱动电路 、发射电路等几部分组成。 当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定的指令编码信号。 接收电路 一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路 (机构 )等几部分组成。 接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。 指令译码器 将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制（机构）。 如图 、编码调制、 LED 红外发送器，接收部分包括光电转换放大、解调、解码电路，而整个接收部分将完全由上述的 PC838 红外一 体化收头来完成 ，本设计的发射部分采用成品遥控器来发送控制信号。 图 红外遥控系统框图 遥控发射器及其编码 遥控发射器专用芯片很多 ，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以 WD6122 遥控发射器专用芯片组成发射电路 为例说明编码原理 ，该 芯片类型的 遥控发射器成品键码值如图。 红外遥控器 键盘接收、放大、检波 、整形 编码和调制 红外接收头 光电放大 解调 解码单 片机 6 图 本设计使用的成品遥控器键码图 当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。 这种遥控码具有以下特征： 采用脉宽调制的串行码，以脉宽为 、间隔 、周期为 的组合表示二进制的“ 0”；以脉宽为 、间隔 、周期为 的组合表示二进制的“ 1”，其波形如图 所示。 图 遥控编码 的“ 0”和“ 1” 上述“ 0”和“ 1”组成的 32 位二进制码经 38kHz 的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。 然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。 WD6122 产生的遥控编码是连续的 32 位二进制码组，所发射的一帧码含有一个引导码， 16 位用户编码和八位数据编码，数据编码的反码也同时被传送，编码结构如图 所示： 图 遥控器发射的 32 位码组图 7 引导码由一个 9ms 的载波波形和一个 的关断时间构成，它作为随后发射码的引导码，这样当接收系统是由微处理器构成的时候，能更有效的处理码的接受与检测及其他各项控制之间的时序关系。 编码采用脉冲位置调制方式（ PPM），利用脉冲之间的时间间隔来区分“ 0”和“ 1”。 每次 8 位的码被传送之后，他的反码也被传送，减少了系统的误 码率 ，这也为后续的 解码程序的编写提供了 自行检测是否误码的手段。 红外解码思路 遥控器将按键信息进行编码后调制到红外线的某个频率通过 发光二极 管发射出去，红外接收管接收到发射管发出的红外信号后对该信号进行解调原始编码信息，红外遥控接收头解调出的编码是串行二进制码，包含着遥控 按键 信息，但它还不便于 CPU读取识别，因此需要先对这些二进制码进行解码。 当遥控器上任意一个按键按下超过 36ms 时， 控制 芯片的振荡器使芯片激活，将发射一个特定的同步码头，对于接收端而言就是一个 9ms 的低电平 ,和一个 的高电平 ，这个同步码头可以使程序知道从这个同步码头以后可以开始接收数据。 解码的关键是如何识别“ 0”和“ 1”，从位的定义我们可以发现“ 0”、“ 1”均以 的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“ 0”为 ,“ 1”为 ,所以必须根据高电平的宽度区别“ 0”和“ 1”。 如果从 低电平过后，开始延时， 以后，若读到的电平为低，说明该位为“ 0”，反之则为“ 1”，为了可靠起见，延时必须比 长些，但又不能超过 ,否则如果该位为“ 0”，读到的已是下一位的高电平，因 此取（ +） /2= 最为可靠，一般取 左右即可。 根据红外编码的格式，程序应该等待 9ms 的起始码和 的结果码完成后才能读码。 单片机把解码所得的二进制存入相应的存储单元，这样就完成了某一按键的红外解码 操作，同样地，按此可以实现其它按键的 红 外解 码 ，最后形成遥控器按键相应的键值表。 就这样单片机程序就可以识别遥控器相应的功能键，通过遥控器向单片机发出相应的命令，单片机接收到命令后通过驱动电路使继电器动作从而实现用电设备的开关。 相关器件 简介 本章将对 设计中所 涉及到的单片机 STC90C516RD+、红 外遥控接收头 PC83MAX23 USB 接口 线 以及 电磁 继电器进行简单介绍。 8 STC90C516RD+ STC90C516RD+单片机是宏晶科技推出的新一代超 /高速 /低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机， 12时钟 /机器周期，内部集成 MAX810 专用复位电路，时钟频率在 12MHz 以下时，复位脚可直接接地。 （ 1） STC90C516RD+的特点 ○ 1 增强型 12 时钟 / 机器周期 8051 CPU； ○ 2 工作电压： （ 5V 单片机） ； ○ 3 工作频率范围： 040MHz，相当于普通 8051 的 0～ 80MHz； ○ 4 用户应用程序空间 61K； ○ 5 片上集成 1280 字节 RAM； ○ 6 通用 I/O 口 32 个，复位后为 :P1/P2/P3 是准双向口 / 弱上拉（普通 8051 传统I/O 口）， P0 口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需 加上拉电阻 ； ○ 7 ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专用编程器 / 仿真器可通过串口（ ）直接下载用户程序， 8K 程序 3 5 秒即可完成一片 ； ○ 8 EEPROM 功能 ； ○ 9 看门狗 ； ○10 内部集成 MAX810 专用复位电路，外部晶体 12M 以下时，可省外部复位电路，复位脚可直接接地 ； ○11 共 3 个 16位定时器 /计数器，其中定 时器 0还可以当成 2 个 8 位定时器使用 ； ○12 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发中断， Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 ； ○13 通用异步串行口（ UART），还可用定时器软件实现多个 UART； ○14 工作温度范围： 075℃（商业级） ； （ 2） STC90C516RD+的 DIP 封装 40 引脚分布 STC90C516RD+单片机的 DIP 封装拥有 40 个引脚，其中 P0\P1\P2\P3 四组 I/0口， 总共 32 个 I/O 口 引脚 ， 另外包括 一个电源 VCC 引脚，两个晶振引脚一个接地端引脚，一个复位引脚，以及 EA 引脚、 ALE 引脚、 PSEN 引脚 ，总共 40 个引脚 ， 引脚分布如图 所示。 9 图 单片机 STC90C516RD+DIP 封装 引脚 图 红外接收头 PC838 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 设计 中 采用红外一体化接收头 PC838， 在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达 15m。 它能与 TTL、 COMS 电路兼容 ， 接收红外信号频率为 38 kHz,同时能对信号进行放大、检波、整形，得到 TTL 电平的编码信号。 三个管脚分别是地 (GND)、＋ 5 V 电源 (VCC)、解调信号输出端 (接单片机外部中 断 )。 红外一体化接收头的测试 ：可以 在 PC838 的电源端与信号输出端之间接上一只二极管及一只发光二极管后，再配上规定的工作电源（为＋ 5V），当手拿遥控器对着接收头按任意键时，发光二极管会闪烁，说明红外接收头和遥控器工作都正常；如果发光二极管不闪烁发光，说明红外接收头和遥控器至少有一个损坏。 只要确保遥控器工作正常，很容易判断红外接收头的优劣。 由于供电电源存在干扰，应该对电源端进行滤波处理，处理方法为：电源端与接地端之间连接一个 100Ω 左右 的电阻以及一个 47uF 左右的电容，本设计采用 电容滤波同样能 够满足设计要求。 PC838 的经典应用原理图 如图 所示 ： 10 OUTPUT 单片机 I/O 口 GND C1 VCC（ +5V） R2 图 PC838 的经典应用电路 MAX232 MAX232 芯片是美信公司专门为电脑的 RS232 标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用 +5V 单电源供电 ， RS232 接 口为 异步传输 标准接口 ， 因此一般用于 20m 以内的通信 ，其引脚分布 如图 所示： 图 MAX232 引脚分布图 （ 1） 引脚介绍 第一部分是电荷泵电路。 由 6 脚和 4 只电容构成。 功能是产生+12v 和 12v 两个电源，提供给 RS232 串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。 由 1 1 1 14 脚构成两个数据通道。 其中 13 脚（ R1IN）、 12 脚（ R1OUT）、 11 脚（ T1IN）、 14 脚（ T1OUT）为第一数据通道。 8 脚（ R2IN）、 9 脚（ R2OUT）、 10 脚（ T2IN）、 7 脚（ T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS 数据从 T1IN、 T2IN 输入转换成 RS232 数据从 T1OUT、 T2OUT 送到电脑DB9 插头； DB9 插头的 RS232 数据从 R1IN、 R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从R1OUT、 R2OUT 输出。 第三部分是供电。 15脚 GND、 16脚 VCC（ +5v）。 （ 2） MAX232 的主要特性 PC838 11 ○ 1 符合所有的 RS232C 技术标准 ○ 2 只需要单一 的 +5V 电 源供电 ○ 3 片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生 +10V 和 10V 电压 V+、 V ○ 4 功耗低，典型供电电流 5mA ○ 5 内部集成 2 个 RS232C 驱动器 ○ 6 高集成度，片外最低只需 4 个电容即可工作。 （ 3） MAX232 的标准应用电路 其中 C C C C4 四个电容 按下图方式 连接 用来 产生 +12V 以及 12V 两个电源，供 RS232 串口电平的需要，而电容 C5 用来滤除 MAX232 的 +5V 供电电源的噪声干扰 ，其连接电路如图 所示。 图 MAX232 标准应用电路 USB 接口 本 设计采用的是 USB 接口来对整个遥控系统进行适配供电，从而使得本设计的电源部分稳定且对电路实现了最大简化，相比较的单片机传统供电系统来说更为节能，成本更节约。 12 （ 1） USB 接口的简介 USB 是英文 Universal Serial BUS（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“ 通串线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。 是应用在PC 领域的接口技术。 USB 接口支持设备的即插 即用和热插拔功能。 USB 是在 1994 年底由英特尔、康柏、 IBM、 Microsoft 等多家公司联合提出的 ， 引脚分布 如图 ： 图 USB 接 口 引脚 分布图 （ 2） 选择 USB 接口为本设计供电的原因及 注意事项 由于 USB 供电可以提供每个 U 口 最大为 500MA 的 电流 ，供电电压为 5V， 与单片机的供电系统相适配，能满足本设计绝大部分元器件的供电要求 ，而且本设计过程中并不存在大功率元器件 ，所以本设计选用 USB 作为整个红外遥控系统的供电电源，但是为了 防 止 电路上短路烧坏电脑的 USB 接口 ， USB接口 应加 自恢复保 险。 本设计只需要利用 USB 的 VCC 电源端（ +5V），以及 GND（接地端）对设计中所涉及的元器件进行供电，而其余两脚为数据传送端口 无 需利用， 因此 空置便可 ，在设计过程中需要先用万用表电压档测量 USB 接口的 VCC 端以及 GND 端口，避免连接电路时候将电源极性接反而造成不必要的后果。 （ 3） USB 接口的选型 USB 接口的型号多种多样，对于供电电路来说，采用普通的 A 型或者 B型接口就可以了，本设计使用的是 A型 USB 接口，如图 ： 图 USB 接口实物图 13 电磁继电器 要实现遥控开关，需要选 择继电器配合单片机以及红外遥控实现遥控开关的功能，本设计选用的是 5V 额定电压的电磁继电器。 （ 1） 电磁继电器的介绍 继电器是一种电控制 器件。 它具有控制系统（又称输入回路）。