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家电原理课程设计报告课题——红外线家电遥控设备学号：1030610121班级：10306101姓名：包照兴学院：机电学院指导老师：谢勇勤2012年1月1日基于单片机的电器遥控器设计基本思路：设计的遥控器能控制5个电器的电源开关，并且可对一路电灯进行亮度的调节。通过对设计要求地认真分析和研究，拿出了几种可行方案，最终选定了一个最佳方案。该方案是采用先进的单片机技术实现遥控的主要手段。该方案采用模块化设计，主要分为两个模块：红外发射模块和红外接收模块。红外发射模块中的单片机受开光控制，通过红外发射管对另一单片机发出指令信号，红外接收模块中的单片机受红外接收管收到的信号控制，可对发光二极管的亮灭进行控制。文章详细地讨论了实现上述红外遥控过程的硬件组成及软件设计。并给出了电路硬件和软件的调试以及测试结果。红外线遥控设计理念红外遥控的功能与特点：红外遥控技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它是把红外线作为载体的遥控方式。由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用红外遥控方式时，不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。红外遥控是利用波长为0.76μm-1.5μm之间的近红外线来传递控制信号的。它具有以下特点：1．由于为不可见光，因此，对环境影响很小。红外线的波长远小于无线电波的波长，所以，红外遥控不会干扰其它家用电器，也不会影响近邻的无线电设备。2．红外线为不可见光，具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗，警戒等安全保卫装置中也得到了广泛的应用。3．红外线遥控的遥控距离一般为几米至几十米或更远一点。4．红外线遥控具有结构简单，制作方便，成本低廉，抗干扰能力强，工作可靠性高等一系列优点，特别是室内遥控的优先遥控方式。同时，由于采用红外线遥控器件时，工作电压低，功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛。它在技术上的主要优点是：1.无需专门申请特定频率的使用执照；2．具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点；3．传输速率适合于家庭和办公室使用的网络；4．信号无干扰，传输准确度高；它的缺点是：由于它是一种视距传输技术，采用点到点的连接具有方向性，两个设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物;而且通讯距离较短，此外红外LED不是一种十分耐用的器件。红外遥控的发展过程：60年代初，一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术，但由于受当时技术条件的限制，遥控技术发展很缓慢。70年代末，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，遥控技术才得到快速的发展。在遥控方式上大体经历了从有线到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控这样几个阶段。无论采用何种方式，准确无误传输信号，最终达到满意的控制效果是非常重要的。最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。较为理想的是光控方式，逐渐采用红外线的遥控方式取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，成为当今时代的主流。由于红外线在频谱上居于可见光之外，所以抗干扰性强，具有光波的直线传播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。信息可以直接对红外光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的强弱进行传输，也可以用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进调制，接收端再去掉载波，取到信息。。由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用红外遥控方式时，不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。同时，由于采用红外线遥控器件时，工作电压低，功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛。3.红外遥控的发展趋势红外遥控技术在这十年来得到了迅猛发展，尤其在家电领域如彩电、DVD、空调等，也在其它电子领域得到广泛应用，随着人们生活水平的提高，对产品的追求是使用更方便、更具智能化，红外遥控技术正是一个重点的发展方向。为了提高对红外遥控产品的开发效率以及生产厂家的检测手段等，重点推出该套红外遥控编码分析仪，她犹如一台示波器，并且利用最先进的电脑技术，对红外遥控信号进行全面的分析，显示详尽的数据，编码、解码信息，使开发人员对编、解码情况一目了然，以便设计人员提高工作效率，增加产品的稳定性、可靠性。红外遥控信号分析仪采用MCS-51系列单片机为外部采样处理控制器，并与微机通信完成整个处理过程，并由微机完成作图、数据管理等等。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。因此，现在红外遥控在加用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。随着红外光电器的大量出现,红外遥控已经广泛应用在家用电器,安全保卫,及人们的日常生活中的应用就更加广泛了。例如电视机的遥控，音响设备的遥控，录象机的遥控，电风扇的遥控，安全保卫报警器，遥控空调器，自动水龙头，自动门等均可采用红外遥控技术来实现。多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。当发射端按下某一按键时，相应地接收端有不同地输出状态。接收端地输出状态大致可分为脉冲、电平、自馈、互锁、数据五种形式。“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。“电平”输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”消失。此处的“有效脉冲”和“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效；如静态时为高，则“低”为有效。大多数情况下“高”为有效。“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输出形式为“反相”。“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就属此种情况，其他如调光、调速、音响的输入选择等。“数据”输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便以后适时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。红外线遥控器总体设计方案方案一：（简易红外遥控电路）在不需要多路控制的应用场合，可以使用由常规集成电路组成的单通道红外遥控电路。这种遥控电路不需要使用较贵的专用编译码器，因此成本较低。红外发射部分：图1.1考虑到本方案电路是简单的单通道遥控器，可直接产生一个控制功能的震荡频率，再通过红外发光二极管发射出去。产生震荡频率红外发射红外接收部分：图1.2当红外接收头接收到控制频率时，由一个电路对其进行解调产生相应控制功能。方案二：（利用红外遥控开关电路）红外线发射/接收控制电路均采用单片机来实现，输出控制方式可选择，实用性强。方案结构图：红外发射部分：红外接收部分：图1.4当红外接收器接收到控制脉冲后，由控制方式选择开关选择是“互锁”还是单路控制，再由单片机处理后，对相应的受控电器产生控制。单片机遥控按钮红外发射单片机红外接收控制方式选择开关红外接收解调控制受控电器受控电器方案三：利用红外遥控开关电路用单片机制作一个红外电器遥控器，可以分别控制5个电器的电源开关，和一个电灯开关，并且可以对电灯进行亮度的调光控制。红外发射部分结构图如下：图1.5当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出去。红外接收部分结构如下：图1.6当红外接收器接收到控制脉冲后，经单片机处理由显示设备显示出当前受控电器的序号，并判断是否对电灯进行调光，如需调光则经调光电路处理后实现调光功能。单片机按键控制红外发射单片机显示红外接收受控电器电源开关调光电路电灯系统硬件电路设计2.1．红外遥控电路设计由于本设计为一红外遥控装置,根据所选择方案将其分为发射和接收两大模块进行设计。2.1.1发射电路部分2.1.1.1器件选择单片机的选择:用AT89C－51单片机来完成本设计，既方便也很实用。AT89C-51的介绍：AT89C－51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51?指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C-51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性：·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路振荡器XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。89C51的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。两种方式分别如下图所示:图2.1芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C-51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。由上可见，89C51芯片的功能强大，其震荡特性能很好的满足本设计的要求，与同类51芯片（如89C2051）相比，其引脚较多，在满足对控制方式的选择的同时，还可加入调光控制电路，这更能符合本设计的需要。因此本设计决定选用芯片89C51作为核心芯片。按键控制选择：由于本设计所控制的电器数目较少，所以不用外接扩充键盘，直接使用单片机上的接口，直接使用8个点触式开关即可。频率发生选择：可用一12M晶体震荡器发生满足要求的频率。电路设计：本遥控发射器采用码分制遥控方式，码分制红外遥控就是指令信号产生电路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。在确定选择AT89C-51作为本设计发射电路核心芯片和点触式开关作为控制键后，加上一个简单红外发射电路和12M晶体震荡器便可实现红外发射。下图为本红外遥控设计核心部分之一的发射电路原理图:图2.2其中芯片端口P1.0至P1.7接8个点触式开关,端口P1.0至P1.4用来遥控电器电源开关，端口P1.5为本遥控器的开关，端口P1.6和端口P1.7为调节电灯亮度的控制开关,其中P1.6实现对发光二极管的增亮控制,P1.7实现对发光二极管的减暗控制,端口RST为单片机的复位脚,采用简单的RC上复位电路，端口P3.5作为红外线遥控码的输出口，用于输出40kHz载波编码，端口XTAL2和端口XTAL1接12MHz晶振.晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用，本设计采用的是一个NPN型的三级管9013，为了得到更大的放大倍数，采用了类似共射级接法。因为从p3.5口出来的