智能红外遥控暖风机设计

毕 业 设 计学生姓名： 学 号： 学 院： 信息学院 专 业： 通信工程 题 目： 智能红外遥控暖风机的设计 指导教师： 评阅教师： 2012 年 6 月毕 业 设 计 中 文 摘 要近年来，红外遥控技术得到了迅猛发展，并且出现了许多红外遥控装置，广泛应用于家电和电子领域。红外遥控装置主要包括发射系统和接收系统。发射系统包括 51 单片机、操作键盘、编码芯片、红外发射电路等模块，单片机把待发送的数据转换成一定格式的脉冲，然后驱动红外发射管向外发送数据，通过发射电路对数据进行调制，将已调信号通过红外发射管进行发射；接收系统包括 51 单片机、红外接收头、指示灯、数码管显示以及暖风机的定时、调温控制等模块，接收头对已调信号进行接收、放大、解调，还原成与同步发射格式相同的脉冲信号，最后通过解码把脉冲信号转换成数据，从而实现信号的传输。系统软件设计采用汇编语言，实现了红外遥控器的编码、解码，暖风机的基本功能。最后利用Proteus 软件对系统进行了仿真。关键词 红外遥控 单片机 编码 解码 暖风机本 科 毕 业 设 计 第 0 页 共 39 页0第 页 共 页目 录1 引言 .111 红外遥控技术简介 .112 红外遥控的发展及现状 .213 设计任务 .32 系统总体设计 .33 系统硬件电路设计 .431 单片机系统电路 .432 遥控器键盘电路 .833 红外遥控发射电路 .934 红外遥控接收电路 .1135 暖风机控制电路 .1236 红外遥控暖风机总电路 .144 系统软件程序设计 .1541 Keil 软件 .1542 红外遥控发射系统程序设计 .1643 红外遥控接收系统程序设计 .175 系统仿真 .1951 Proteus 软件 .1952 Proteus 仿真过程 .2053 Proteus 仿真结果 .20结 论 .23致 谢 .24参 考 文 献 .25附录 A 程序清单 .26本 科 毕 业 设 计 第 1 页 共 39 页11 引言11 红外遥控技术简介红外遥控技术是红外技术、红外通讯技术和遥控技术的结合。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其他电器设备。由于红外线在频谱上位于可见光之外，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。红外遥控技术近年来得到了迅猛发展，在家电和其他电子领域都得到了广泛应用。随着生活水平的提高，人们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。111 红外技术红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为 0.01m1000m。根据波长的不同可分为可见光和不可见光，波长为 0.38m0.76m 的光波为可见光，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。光波为 0.01m0.38m 的光波为紫外光（线） ，波长为 0.76m1000m 的光波为红外光（线） 。红外光按波长范围分为近红外、中红外、远红外、极红外 4 类。红外技术的优点：1）隐蔽性好，不易被干扰；2）环境适应性好，在夜间和恶劣天气下的工作能力优于可见光；3）红外系统的体积小，重量轻，功耗低；4）成本低、速度快，而且带宽几乎不受限制；5）由于是靠目标和背景之间目标各部分之间的温度形成的红外辐射差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光。112 红外通讯技术红外通讯技术利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种。红外通讯技术不需要实体连线，简单易用且实现成本较低，因而广泛应用于小型移动设备互换数据和电器设备的控制中，例如笔记本电脑、移动电话之间进行数据交换，电视机、空调、暖风机的遥控等。红外通讯技术一般采用红外光波段内的近红外线，波长在 0.75m 至 25m 之间。由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力较差，所以红外通讯技术更适合应用在本 科 毕 业 设 计 第 2 页 共 39 页2短距离无线通讯的场合。目前，红外通讯主要应用于数据通信和遥控这两方面。数据通信具有数据传输量大，传输速率高等特点，但距离较近，至多可达到 1m；红外遥控所需传输的数据量较小，一般仅为几个至几十个字节的控制码，传输距离相对较远（小于 10 米） 。113 遥控技术到底是谁发明了第一个遥控器已无可考证了。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，采用红外线的遥控方式逐渐取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，并且成为当今时代的主流。由于红外线在频谱上位于可见光之外，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，取到信息从信息的可靠传输来说，后一种方法更好，这就是目前大多数红外遥控器所采用的方法。12 红外遥控的发展及现状红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式，在车载影音导航系统也被广泛的应用。红外遥控的特点是不影响周边环境不干扰其他电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。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，现在红外遥控在家用电器近距离（小于 10 米）遥控中得到了广泛的应用。自 2005 年起，台湾与中国大陆遥控设备产量约占全球总产量的 80%，且受海外市场对家用自动化与娱乐应用产品需求的快速增长的刺激，其出口总值仍在上升。近年来，随着遥控制造产业的不断成熟，遥控器市场竞争十分激烈，遥控器的价格也出现下滑趋势，但高端产品的价格上升势头较好，因此，在未来一两年内，国内供应商主要生产中低端红外产品，而技术较强的台湾同行则将把重点集中在高端红外线或转向射频遥控器。由于国内及香港供应商可提供多种规格的红外线遥控器，而台湾制造商则转向采用更新的技术，因此，中国制造商可为海外买家提供各种规格的遥控器。本 科 毕 业 设 计 第 3 页 共 39 页3国内自身的需求量十分巨大。就拿福建省来说，福建是国内的电子大省之一，厦华、厦新、万利达和灿坤等电子厂商对红外遥控设备需求量十分巨大，而福建省内主要的红外遥控设备厂商是厦门华联，其每年对红外遥控芯片的需求量在两千万以上。由此可见，发展红外遥控技术，不但有巨大的市场前景，促进整个相关行业的发展。13 设计任务1）以单片机为核心设计一个红外遥控系统并进行仿真；2）用红外遥控器对暖风机进行控制，实现暖风机的开/关，定时，温度高低的转换等功能；3）遥控距离可达 89 米。单片机的工作电压为 5V，遥控器的工作电压为 4.5V，可用三节电池代替。2 系统总体设计本设计是以单片机为控制器，利用红外遥控来控制暖风机的开关及运行。其红外遥控装置主要包括红外发射系统和红外遥控接收系统。发射系统实际就是由单片机控制的一个遥控器，把待发送的数据转换成一定格式的脉冲，然后驱动红外发射管向外发送数据，通过发射电路对数据进行调制，将已调信号通过红外发射管进行发射；接收电路的接收头对已调信号进行接收、放大、解调，还原成与同步发射格式相同的脉冲信号，最后通过解码把脉冲信号转换成数据，从而实现信号的传输。数据的编码和解码由 AT89S51 的内部定时器和外部中断功能实现。发射系统包括 51 单片 机、操作键盘、编码芯片、红外发射电路等模块，如图 1。其中核心器件是单片机 AT89S51，该芯片主要完成红外遥控编码，按键采用 44 矩阵式编码，发射电路主要元件为红外发光二极管，发射指示灯用来表示红外遥控码已经发出。51单片机发射指示灯红外发射按键矩阵键盘扫描图 1 红外遥控发射系统本 科 毕 业 设 计 第 4 页 共 39 页4接收部分包括 51 单片机，一体化红外接收头、指示灯、数码管显示以及暖风机的定时、调温控制等模块，如图 2。其中核心器件是单片机 AT89S51，用来红外遥控解码，并且对暖风机的定时、指示灯以及调温进行控制，一体化红外接收头为集成模块。红外遥控基本原理框图如图 3：图 3 红外遥控基本原理图3 系统硬件电路设计系统电路主要由发射电路和接收电路组成。发射电路由单片机，矩阵键盘，红外线发射电路组成；接收电路由单片机，指示灯，暖风机控制部分组成。下面对各个模块逐一分析。31 单片机系统电路此系统采用通用的 51 系列单片机，即 AT89S51。它是一种低功耗、高性能 CMOS8位单片机，其内存为 4KB，它是由 ATMEL 公司生产的，该单片机兼容 MSC-51 指令系统及 80C51 引脚结构。这种单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大，市场上比图 2 接收控制系统发射部分接收部分时钟振荡指示灯定时按键开关红外接收调温控制51单片机单片机复位暖风机控制按键 编码 调制 红外发射红外接收解调解码功能控制载波 38kHz本 科 毕 业 设 计 第 5 页 共 39 页5较多见，价格便宜,技术比较成熟且容易实现。311 AT89S51 的特点MCS-51 产品指令系统完全兼容32 个可编程 I/O 口线2 个 16 位定时/计数器全双工串行 UART 通道6 个中断源中断唤醒省电模式看门狗（WDT）及双数据指针灵活的在系统编程（ISP 字节或页写模式）4K 字节在系统编程（ISP）Flash 闪速存储器4.0V5.5V 的工作电压范围1000 次擦写周期时钟频率 0Hz33MHz3 级加密1288 字节内部 RAM 低功耗空闲和掉电模式 中断可从空闲模唤醒系统 看门狗（WDT）及双数据指针电标识和快速编程特性 灵活的在系统编程（ISP 字节或页写模式）312 引脚功能AT89S51 的引脚图如图 4，各引脚功能如下：Vcc：电源电压，芯片供电输入端子GND：地P0 口：是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。内部无上拉电阻，需要外接。在作为一般 I/O 输出口时，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路；在扩充外部数据存储器时，分时输出数据和低 8 位地址；在 F1ash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口:是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。Pl 口作输出时，可带 4 个 TTL逻辑门电路。作输入口使用时，必须先向该引脚写 1。P2 口：是一个有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。做一般 I/O 口时，用法同图 4 单片机引脚本 科 毕 业 设 计 第 6 页 共 39 页6P1。扩充外部存储器时，做高 8 位地址。P3 口：除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表 1 所示。P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。端口引脚 第二功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外中断 0）P3.3 INT1（外中断 1）P3.4 T0（定时/计数器0外部输入）P3.5 T1（定时/计数器1外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。正常工作时，该引脚必须加低电平，若加两个机器周期以上的高电平，则单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 PSEN：是外部程序存储器的读选通信号线。当 AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的 PSEN 信号。 /VPP：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H-EAFFFFH） ，EA 端必须保持低电平（接地） 。XTALl：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。313 时钟电路AT89S51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTALl 和 XTAL2分别是该放大器的输入端输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，本系统振荡电路均采用内部振荡，如图 5 所示：表 1 P3 口第二功能本 科 毕 业 设 计 第 7 页 共 39 页7外接石英晶体或陶瓷谐振器及电容 C1、C2 接在放大器的反馈回路中构成并联谐振电路。在使用石英晶体时，电容一般使用 30pF10pF，而使用陶瓷谐振器一般使用40pF10pF。本系统采用石英晶体谐振器。314 复位电路AT89S51 复位引脚 RST/VP 通过片内一个施密特触发器(抑制噪声作用)与片内复位电路相连，施密特触发器的输出在每一个机器周期由复位电路采样一次。当振荡电路工作，并且在 RST 引脚上加一个至少保持