基于51单片机的红外遥控LED灯控制系统设计与实现

郑州科技学院《单片机原理及应用》课程设计题目基于单片机的红外遥控LED灯控制设计学生姓名XX专业班级XXXX学号XXXXX院（系）信息工程学院指导老师XXXXX完成时间2015年9月20日目录0.引言........................................................................................................................11.设计方案....................................................................................................................21.1系统方案选择...................................................................................................31.2系统构成框图...................................................................................................52.系统设计.....................................................................................................................62.1硬件原理..........................................................................................................82.1.1硬件组成介绍.......................................................................................82.1.2电路各部分功能原理.........................................................................132.2软件流程........................................................................................................152.3实验与仿真....................................................................................................212.4实物图............................................................................................................23结论............................................................................................................................24参考文献........................................................................................................................25附录1原理图................................................................................................................26附录2源程序...............................................................................................................261基于单片机红外遥控LED灯控制系统设计与实现0.引言随着国民经济的快速发展和社会进步，教育在全社会愈加被关注和重视，校园规模也随着受教育者的数量增加而不断扩大，教室的数量也大幅度增加。为使师生有舒适的教学和学习的环境，无论是教室的面积、设施和照度，校方在力所能及的范围内，都付出了十分的努力。但由于学校开放型的管理模式，以及全员的节能意识的淡薄，高校的教室在白天室内照度很高的情况下，仍然普遍存在开灯作业；即使室内无人或人数很少的情况下，也是全部开启室内照明。夜间许多教室，即使仅有几个学生在教室自习，但室内照明全部开启，绝不会有师生因为只有少数人而仅开几盏灯。LED被认为是21世纪的照明光源。LED发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而且能耗低，同样亮度下，LED能耗为白炽灯的10％，荧光灯的50％。LED寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。用LED替代白炽灯或荧光灯，环保无污染。使用安全可靠，便于维护。我国照明用电占总发电量的12％。目前，公共建筑的照明灯具控制大多采用手动开关，经常出现没有及时开关的现象，从而造成大量的能源浪费和使用上的不便。另外，不必要的使用，也会缩短灯具的使用寿命。本文阐述了一套LED智能照明控制系统设计方案，可以根据工作环境中是否有人员和环境补光亮度等来自动控制照明的开关和亮度。采用本系统具有提高用电效率，节约电能和缓解了用电高峰的电力供双重作用。2单片机的出现至今已经有30多年的历史了。微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到广泛渗透到社会经济、军事、交通、通信等相关行业，而且也深入到家电、娱乐、艺术、社会文化等各个领域，并掀起了一场数字化技术革命。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。本篇论文介绍了就是基于单片机AT89C51的室内灯光控制系统的研究和开发。本系统是以单片机为控制器的核心，本系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感器及处理电路、单片机系统及控制电路组成。工作时，光照检测电路和热释电红外线传感器采集光照强弱、室人是否有人等信息送到单片机，单片机根据这些信息通过控制电路对LED照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。1.设计方案该设计由硬件和软件共同组成。首先是硬件部分，该系统的最终实现选用的单片处理器（89S52）、键盘、LED显示、单片机的串行接口电路。因此应充分了解单片机，包括存储空间，并行口，串行口，串行通信，定时器等，掌握非编码键盘和LED的动态显示，并要在充分满足系统可实现的功能的基础上考虑到器件的价格，制版的复杂度和软件的实现难度。其次是软件部分，该系统的软件环境是S52，因此应了解S52的编程方法，常用的一些3编程技巧，调试运行程序，尽量使程序简洁，易懂，便于移植，编译效率高，健壮性好。为了用计算机解决某一具体问题或实现某一特定的功能，总要先对问题或功能要求进行分析，确定相应的算法和步骤，然后选择相应的指令，并按一定的顺序排列起来，这就构成了解决某一问题或实现某一特定功能的应用程序。编制好的程序通过仿真器进行调试，将调试成功的程序通过T写入器写入到芯片AT89S52中，最后把芯片AT89S52插入连接完毕的硬件系统中投入实际使用。1.1系统方案选择(1)红外编码和发射部分方案一:专用芯片解决方案。专用红外编码芯片种类很多，如日本三菱公司的M50426AP、PT2262、BL9148、zD6631等，此类芯片一般集载波振荡、编码、发射于一体，具有很强的抗干扰能力，外围电路简单，使用很方便，而且价格也很低。通用的遥控器上大多使用此类专用芯片。但是，专用芯片也有致命的弱点:专用芯片的应用灵活性很差，其内部编码已经固定，无法修改内部数据，不适用于经常需要改动传送数据的场合;专用芯片几乎都是面向指令型的编码遥控方式，传输效率较低;大多数的专用芯片的内部编码及技术数据已经公诸于世，会产生安全漏洞。方案二：微处理器单独解决方案。电路如图（a）所示。该方案使用微处理器的I/O口直接产生38KHZ已调波，驱动红外发光二极管，发射红外数据。38KHZ方波由CPU的定时器产生或由软件编程产生。红外编码工作由软件完成，因此，红外编4码方案可以任意设计，外部只需配接非常简单的硬件电路，大大降低了了电路的复杂性，有利于降低成本，减小遥控器的体积。由于使用软件编码方案，占用了CPU的一定的时间，CPU处理速度受到一定的影响，但是，对于遥控器这一类功能比较单一的系统来说，处理任务比较少，根本影响不了CPU的处理效率，仅仅是增加了软件编程的负担。经比较，方案二既可满足题目要求，电路又非常简单，硬件成本又很低，仅仅是增加了软件的编程负担，使得红外编码非常灵活，所以采用该方案。(2)红外接收和解码部分方案一：分立元件解决方案，电路如图2-1所示。图中RD1为红外接收管;R3、R4，VT1构成反相放大器;VT2、R5、C2构成滤波器，滤掉38KHZ的高频载波;R6、R7、VT3构成整形电路，将滤波后的波形处理为较好的方波;Cl、C3为耦合电容;R2为限流电阻，当接收到较强的信号是保护VT1。该方案最大的优点是供电电压比较低，可用两节电池3V电压供电。但是，由于电路使用分立元件构成，其稳定性和抗干扰能力不高，影响红外数据传输的准确性。图1-1低电压红外接收电路5单片机红外发射电路一体化红外接收头单片机编码调制发送接收解调解码方案二：集成电路解决方案，电路如图（b）所示。该方案使用一体化红外接收器，集红外接收和放大于一体，不需任何外接元件，就能完成从红外接收到输出与TTL电平兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样。结合设计任务书比较以上两种方案，可知，利用电子电路装置控制，其电路不是很复杂，相对来说，制作更简单一些，而且成本也相对较低，但是其可调性能差，亮灯模式少而且样式单调，不能满足当代社会对彩灯的要求，也不能达到设计任务的要求，或者说很难实现，经比较，方案二既可满足题目要求，电路又非常简单，硬件成本又很低，通过软件编程，使得红外编码非常灵活，所以采用该方案。(3)器件选择：采用12MHZ的晶振；红外接收端采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头：HSOO38；采用89S52进行控制；控制方面采用小灯进行模拟。1.2系统构成框图图1-2系统结构框图62.系统设计系统工作原理：红外遥控有发送和接收两个组成部分：发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。红外接收端普遍采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头(如HSOO38，它接收红外信号频率为38KHz，周期约26US)接收红外信号，它同时对信号进行放大、检波、整形，得到相应电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并执行，去控制相关对象。（1）二进制信号的编码本设计采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码，可由发送单片机来完成。用图2-1(a)表示二制信号中的高电平‘1’，其特征是脉冲中低电平的宽度等于0.26ms，相当于10个26us的宽度，高电平的宽度等于0.52ms，相当于20个26us的宽度；用图2-1(b)表示二进制信号中的低电平‘0’，其特征是脉冲中高电平的宽度等于0.26mS，而低电平的宽度是高电平的二倍，等于0.52ms，相当于20个26us的宽度。上述10个和20个脉冲宽度还可适当调整，以适应不同数据传输速度的需要。（