【本科优秀毕业设计】基于单片机的红外遥控开关设计

毕业设计（论文）设计（论文）题目基于单片机的红外开关设计学院名称通信与信息工程学院摘要随着人们生活水平的不断提高，科技的不断进步。人们对生活的享受也越来越看重了。作为家庭最不可或缺的电灯，也正在随着科技的进步改变其带给人们的舒适度。最基本的照明已经不能满足人们在现代生活的要求了。因此一盏能遥控并且能随意改变其亮暗程度的灯是十分重要的。本次毕业设计的就是基于单片机的红外开关控制，能有效的便捷的通过红外线来控制家庭普通照明灯的开关和控制照明灯的亮度了，这样一来人们就可以根据房间的亮度需求和氛围来控制灯光了。本设计是对等的开关进行红外遥控控制，总的系统分为红外遥控发射端和接收端，中间涉及到进行红外的编码与解码，矩阵键盘，电源电路，可控硅调光电路，过零检测的设计，数码管显示的设计。发射端和接收端都是采用89C51单片机作为核心芯片。通过各种论证和仿真最后实现了对对8路小灯的开关进行控制，对其中一个小灯进行了调光控制，可以改变8种亮度，方便人们的需求。遥控和接收端都设置了显示按键值得数码管，方便人们知道当前控制的是哪个灯。这种红外开关在人们的日常生活中使用性是比较好的，也是比较可靠的，能满足人们对生活方便，快捷，使用性的追求。【关键词】单片机红外遥控编解码灯ABSTRACTWITHTHECONTINUOUSIMPROVEMENTOFPEOPLESLIVINGSTANDARDS,TECHNOLOGICALPROGRESSPEOPLEENJOYLIFEMOREANDMOREATTENTIONTOITASMOSTINDISPENSABLEHOUSEHOLDLAMPS,ALSOWITHADVANCESINTECHNOLOGYTOBRINGPEOPLETOCHANGETHEIRCOMFORTTHEMOSTBASICLIGHTINGCANNOTMEETPEOPLEINMODERNLIFEDEMANDSITTHUSONECANREMOTECONTROLANDCANARBITRARILYCHANGETHEIRLIGHTORDARKLIGHTISVERYIMPORTANTTHISGRADUATIONDESIGNISBASEDONSINGLECHIPINFRAREDSWITCHCONTROL,ANDCONVENIENTTOBEABLETOEFFECTIVELYCONTROLTHEBRIGHTNESSOFORDINARYHOUSEHOLDLIGHTINGSWITCHESANDCONTROLSTHROUGHANINFRAREDILLUMINATOR,SOTHATPEOPLECOULDBEBASEDONTHENEEDSANDATMOSPHEREOFTHEROOMBRIGHTNESSCONTROLLIGHTSUPTHISDESIGNISTHEEQUIVALENTINFRAREDREMOTECONTROLSWITCH,THETOTALSYSTEMISDIVIDEDINTOINFRAREDREMOTECONTROLTRANSMITTERANDRECEIVER,THEMIDDLEINFRAREDINVOLVESENCODINGANDDECODING,MATRIXKEYBOARD,POWERSUPPLYCIRCUITS,SCRDIMMINGCIRCUITS,ZEROCROSSINGDETECTIONOFDESIGN,DIGITALDISPLAYDESIGNTRANSMITTERANDRECEIVERAREUSED89C51MICROCONTROLLERASTHECORECHIPFINALLY,THROUGHAVARIETYOFDEMONSTRATIONANDSIMULATIONTOACHIEVETHE8PAIRSOFSMALLLIGHTSWITCHCONTROLSONESMALLLAMPONADIMMERCONTROL,YOUCANCHANGETHEEIGHTKINDSOFBRIGHTNESS,EASYTOPEOPLESNEEDSREMOTECONTROLANDRECEIVERARESETTODISPLAYBUTTONSWORTHOFDIGITALCONTROL,EASYFORPEOPLETOKNOWTHECURRENTCONTROLWHICHLIGHTSTHISINFRAREDSWITCHINPEOPLESDAILYLIVESISABETTERUSABILITY,BUTALSOMORERELIABLE,EASYTOMEETPEOPLESLIVES,FAST,USABILITYPURSUIT【KEYWORDS】MICROPROCESSORINFRAREDREMOTECONTROLENCODINGANDDECODINGLIGHT目录前言1第一章单片机与红外线概述2第一节单片机系统简介2一、发展历史和发展趋势2二、单片机结构2第二节红外线简介3一、红外线简介3二、红外线发射原理3第二章系统总体设计6第一节方案选择6一、功能需求6二、方案论证6第二节总的遥控设计7第三章系统硬件设计9第一节硬件介绍9一、定时器计数器9二、键盘开关12三、数码管13四、CD4511译码器14五、可控硅15第二节电路设计15一、发射电路15二、接收电路16三、电源电路17四、过零检测电路18五、亮度控制电路19第四章系统软件设计21第一节发射和接收部分的工作原理21一、发射部分工作原理21二、接收部分工作原理21第二节遥控发射及接收程序控制流程图21一、发射部分流程图22二、接收部分流程图26结论31致谢32参考文献33附录34一、英文原文34二、英文翻译40三、工程设计图纸46四、源程序48前言随着科技的不断发展，单片机技术，红外线技术也在飞速发展。单片机诞生于1971年，随之得到飞速发展，被运用在各种领域，工业、农业、国防、科研、机关、教育、商业以及家电等。红外遥控也是20世纪70年代才开始逐渐发展起来的一种远程控制技术，原理是利用红外线来传递信号，对控制对象进行远距离控制。经过几十年的发展，遥控器已经出现在了我们生活中的每一个角落。我们会发现，在我们当今的生活中已经离不开遥控器了，家用电器都配有一个遥控器。这样一来我们会发现，我们家中随处都是遥控器，如电视，电风扇，空调，冰箱等的遥控器。但是带有遥控器的照明灯还没有流行起来，虽然市场上也有很多这样的照明灯。也正是这样我触发我想对这以课题的研究，如果我们能把家用的所有遥控器都解码出来，用一个遥控器来控制较多电器，这样我们就不需控制家用电器的时候到处找相应的遥控器了，这个技术在目前市场上还没有流行起来，中间还存在许多技术难题，也许在将来会进入我们的家庭生活。本次设计主要是用遥控器来控制家庭的多路开关，能用一个遥控器来控制家中较多的电器电源开关。主要是针对家庭照明灯来设计的，由于我们家中电灯是比较多的，每一个灯都需要设计专门的电路开关来控制，这样以来，浪费了很多电路设计也不利于家庭整体设计的美观。而且每一个灯的亮度都是固定死了的，我们主要是设计一个遥控器来控制我们家中的电灯，并且可以通过可控硅调控电灯的亮度。根据市场需求，这种设计在当今生活中需求性是很高的，其实用价值也是很高的。第一章单片机与红外线概述第一节单片机的发展历史及趋势一、单片机的发展过程单片机诞生于20世纪70年代末,单片机的发展历史可划分为以下几个阶段第一阶段1974年1976年为单片机初级阶段,即SCM单片微型计算机SINGLECHIPMICROCOMPUTER阶段。主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。第二阶段1976年1978年为低性能单片机阶段,即单片机的控索阶段。以INTEL公司的MCS48为代表。MCS48的推出是在工控领域的控索,参与这一控索的公司还有MOTOROLA、ZILOG等,都取得了满意的效果。“单片机”一次由此得来。此时的单片机由一块芯片构成,但性能低、品种少。第三阶段1978年1982年单片机的完善阶段。INTEL公司在MCS48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS51。第四阶段1982年1990年8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,是单片机向微控制器发展的阶段。INTEL公司推出的MCS96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。第五阶段1990年微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位16位32位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。二、单片机的发展趋势90年代后期至今单片机的发展可以说是进入了一个新的阶段,单片机正朝着高性能和多品种方向发展,发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。其发展趋势主要有以下几个方面制作工艺CMOS化。更小的光刻工艺提高了集成度，使芯片更小、成本更低、工作电压更低、功耗更低。CPU的改进。采用双CPU结构增加数据总线的宽度，提高数据处理的速度和能力。增大存储容量。提高并行口驱动能力，以减少外围驱动芯片。以串行方式为主的外围扩展。外围电路的内装化。和互联网连接已是一种明显的走向。可靠性及应用水平越来越高第二节红外线简介一、红外线的认识红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为001UM1000UM根据波长的不同可分为可见光和不可见光，波长为038UM076UM的光波可为可见光，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。光波为001UM038UM的光波为紫外光线，波长为076UM1000UM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。红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为076UM15UM。用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件红外发光管与红外接收器件光敏二极管、三极管及光电池的发光与受光峰值波长一般08UM094UM，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。二、红外线的发射原理红外编码有很多种方式，下面列举两种实现方案方案一脉宽调制的串行码。家用电器如电视机、VCD,DVD等的遥控器都是用这种编码方式。但是本次设计不采用这种编码方式，因为这种编码方式要用到专用的集成电路芯片来进行编解码，不是很方便。但是原始想法还是采用这种编码方式的，在此也简单的介绍下这种编码方式。这种编码采用的是0和1来编码，遥控器按键按下后，便有遥控码发出，按键不同，遥控编码也不同。它是以脉宽0565MS，间隔位056MS，周期为1125MS来表示0；以脉宽0565MS，间隔1685MS，周期225MS表示二进制1。波形如图图21串行码编码遥控器发射信号由一串的0和1二进制代码组成，由于芯片的不同，对0和1的编码也不同。TC9012采用的是脉冲宽度调制。在编写解码程序时，通过判断脉冲的宽度便可得到0和1UPD6121G产生的遥控编码是连续32位二进制码，其中前16为码为用户识别码，其特点是能区别不同电器设备，防止不同遥控码的相互干扰。这种芯片的用户识别码为固定的十六进制01H；后16位为8位操作码和其反码。当遥控器按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108MS。按键的编码当我们按下遥控器的按键后，遥控器发出如图2的一串二进制代码。根据各部分的功能。它们可分为5部分引导码、用户识别码、用户识别码反码、数据码、数据反码。遥控器发射代码时都是低位在前，高位在后。由图3可以得到引导码高电平为45MS，低电平为45MS，当接收到此码时，表示一帧数据的开始。单片机便可以准备接收下面的数据了。用户识别码是由8位二进制组成，共256种图中地址码重发了一次，主要是为了加强遥控器的可靠性如果两次地址码不相同，则说明本帧数据出错，应丢弃。不同的设备可用户识别码也是不同的由于地址码的不同，不同设备间是不会产生相互干扰的。同一个遥控器中，所有按键发出的地址码是相同的。数据码为8位，可编码256种状态，代表用户所按下的键。数据反码是数据码的求反，通过比较数据码与数据反码，便可判断接收的数据是否正确。若数据码与数据反码不是相反的关系则本次遥控接收有错，数据应丢弃。由于其编码和解码方式很复杂，故不选用这种方案。方案二码分制。采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的被控对象，最小为2个脉冲。为了使接收可靠，第一位码宽为3MS，其余为1MS，遥控码数据帧间隔大于10MS，如图22所示。图22码分制编码波形图本设计采用方案二，码分制编码编程非常简单，在按键较少的情况下优势明显，实用性比较强。在简单的红外遥控器设计中，用的按键并不是很多，所以没必要用串行码来编码，虽然串行编码的稳定性和保密性比较高，但是这些要求我们并不是很需要。我们只是做家用电灯开关的控制，如果能做到最简单，成本越低这样越实用。不需要像专业领域那样，比如一个品牌的遥控器就必须有他们自己的编码方式。综合各方面考虑，最终决定用码分编码来设计遥控器。电器0的遥控输出码电器1的遥控输出码第二章单片机系统总的设计第一节方案选择一、功能需求我们来设计红外遥控开关，首先得有一个遥控信号输出端，也得有一个专门的接收端，来根据遥控信号做专业的处理。所以就必须得用到单片机，我用一个单片机片控制发射端，另外一个单片机控制接收端。遥控器最基本的组成就得有很多按键，来作为我们人为信号的输入，像单片机输入信号，从简单的角度出发，易操作，易实行，我选用44矩阵键盘，这样便可以控制16路电器的开关，但是我实际只用到8个按键开关，另外8个开关按键本次设计中没用到，用法其实都一样，这里暂且不用，可以作为需要时的扩展处理。要对电灯开关控制，仅仅只有遥控器也是不行的，必须在灯的控制端设计专门的遥控设计处理设备，这里是用单片机作为主要控制芯片，外接单片机电源电路，灯光亮度调节电路，这样我们就能有效的来控制我们的家用电灯了。二、方案论证目前市场上一般都是采用的专用的遥控编码及解码集成电路。此方案具有制作简单易行的特点。本次设计单片机遥控应用系统采用红外线脉冲个数编码，具有编码灵活，操作码个数可随意设定的优点实现对8个小灯的开关控制，其中一路为一个交流电灯，可以进行亮度遥控。其设计原理框图如图21。图21红外开关系统组成遥控发射端的数据输入是我们人来控制遥控器上面的按键，通过按键的电平变化来指示单片机，我们此时是按的哪个键。单片机接收到我们按键信号，再根据我们向单片机置入的程序，根据程序来进行相应的脉冲编码，通过红外发射管向空间发射脉冲信号。接收端，首先红外接收器不停的对空间的红外信号进行检查，一旦检测到与我们人为要求相符合的脉冲信号时，此时通知单片机，进行信号检测，如果是我们需要的信号，此时便进行信号接收。然后单片机对接收到的信号进行处理，然后根据我们向单片机置入的程序进行相应的子程序操作。最后便进行灯光亮灭和灯光亮度控制。本系统设计了对小灯的亮度进行调节，使小灯能在07这8个亮度间随任务调节而改变。这里我初期有两个选择一是用PWM调光原理来进行调光控制；二是用物理的可控硅进行调光控制。1PWM调光控制调光脉宽调制（PWM）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制来对一个具体模拟信号的电平进行编码。简单的说就是占空比越大，平均电压越大，灯也就越亮，占空比越小，平均电压越小，灯也就越暗。这种调光技术的优点在于应用简单、效率高、精度高，且调光效果好，确定是由于一般LED驱动器都基于开关电源原理，如果PWM调光的频率在20020KHZ之间时，LED驱动器周围的电感和输出电容容易产生人耳听得见的噪声。2可控硅调光可控硅调光是目前白炽灯调光应用中最普遍的一种调光方式。其原理是将输入电压的波形通过导通角切波之后，产生一个切向的输出波形。即是通过改变可控硅导通角来改变灯光亮度的。本次设计采用的便是可控硅调光技术。可控硅调光是一种物理的调光，PWM调光是通过脉冲调光，其原理不一样。因为我们选择家用白炽灯进行调光对象，选可控硅调光更佳。PWM调光技术一般是针对直流LED灯。而白炽灯灯是交流灯，选用可控硅控制比较好，具体优点有如下两点调节精度高、效率高可控硅调光器电路简单，可以对白炽灯进行调光，而且可以把电路的体积做很小，其电路中加入过滤器后可以使得通过电路的电流更加稳定，调节的灯光柔和稳定，无频闪现象。在光的强度调节过程中，光线的强弱会平稳调节，调节准确、效率高。开机亮度记忆如今的调光器除了具有调节精度高、体积小等优点外，还具备开机亮度记忆功能。这个功能可以记住上一次开灯时灯光的亮度，将照明亮度稳定在一个舒适的程度，不必每次打开电灯时都重新调节。可以避免脉宽调光过程中产生的大量噪声和高次谐波。第二节总的遥控设计首先本次设计题目基于单片机的红外控制，核心控制芯片便是AT89C51单片机，然后便是用到红外线，设计到红外线的编码解码。发射端遥控设计如图22，矩阵键盘是必须的硬件用于输入数据，5V电源电压是由普通电池来提高，发射端的结构很简单。图22为发射遥控设计图接收端的遥控设计如图23。5V电源是由220V交流电变压转换而来的，因为单片机是需要5V电源电压来驱动的，而此时接收端是与电灯结合在一起的，我们就没必要和发射端那样，用电池来驱动，直接可以用家用交流电变压而得到，这样更方便安装和控制，所以我设计了一个专门的5V电源电压电路。50HZ交流过零检测电路也是由220V交流电提供的，用来控制可控硅。红外接收电路用来接收发射端发射的脉冲信号，经单片机处理后，控制8个小灯的电源开关和一个交流灯的亮度，同时对按键值进行显示。具体硬件电路和软件程序设计在后面章节进行详细叙述。图23为接收遥控设计图。第三章系统硬件设计第一节硬件介绍一、定时器计数器它的组成是由两个16位的定时器TO和T1，以及他们的工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON等组成。定时器/计数器T0和T1都是由两个8位特殊功能寄存器THO、TLO、TH1、TL1构成的。工作方式寄存器TMOD是用于设置定时器的工作模式和工作方式；控制寄存器TCON是用于启动和停止定时器的计数，控制定时器的状态。当单片机复位时，两个寄存器的所有位都被清0。AT89C51单片机的定时器/计数器的结构如图31图3189C51定时器/计数器结构图（1）工作方式寄存器TMOD定时器/计数器工作方式寄存器TMOD的各位定义如如表31。标31定时器/计数器工作方式寄存器TMOD位序号D7D6D5D4D3D2D1D0位符号GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0如表，TMOD的高4位用于设置定时器1，低4位用于设置定时器0，对应的4位符号含义如下GATE门控制。GATE0，定时器/计数器启动与停止仅受TCON寄存器中TRX（X0，1）来控制；GATE1，定时器/计数器启动与停止受TCON寄存器中TRX（X0，1）和外部中断引脚（TNT0或TNT1）上的电平状态来共同控制。C/T定时器模式和计数器模式选择位。C/T1为计数器模式，计数脉冲为外部引脚T0或T1的引入的外部脉冲信号；C/T0，为定时器模式，计数脉冲由内部提供，计数周期等于机器周期。M1M0工作方式选择位（2）控制寄存器TCON定时器/计数器控制寄存器TCON如表33表32定时器/计数器控制寄存器TCON位序号D7D6D5D4D3D2D1D0位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTF1定时器1溢出标志位。当定时器1计满溢出时，由硬件使TF1置1，并且申请中断。进入中断服务程序后，由硬件自动清0TR1定时器1运行控制位。由软件清0关闭定时器1当GATE1，且INT1为高电平时，TR1置1启动定时器1；当GATE0时，TR1置1启动定时器1TF0定时器0溢出标志，其功能及操作方法同TF1。TR0定时器1运行控制位，功能及操作方法同TR1。IE1外部中断1请求标志。当IT10时，为电平触发方式，每个机器周期的S5P2采样INT1引脚，若INT1脚为低电平，置1，否则IE1清0当IT11，表示外部中断1正在向CPU申请中断。当CPU响应中断，转向中断服务程序时，该位由硬件清0（3）4种工作方式每个定时器/计数器都有4种工作方式，它们由MIM0设定，对应关系如表31。表33定时器/计数器4中工作方式M1M0工作方式00方式0，为13位定时器/计数器01方式1，为16为定时器/计数器10方式2,8位初值自动重装的8位定时器/计数器11方式3，仅实用于T0，分成两个8为计数器，T1停止计数在这里简单介绍下定时器/计数器工作方式0和2方式0通过设置TMOD寄存器中的M1M0位为00选择定时器方式0，方式0的计数位数是13位，对T0来说，由TL0寄存器的低5位（高3位没用）和TH0的8位组成。TL0的低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。其逻辑结构框图如图32。图32定时器方式0逻辑结构框图由于定时器方式0为13位计数器，最多能装载的数为8192个，当TL0和213TH0的初值为0时，最多经过8192个机器周期该计数器就会溢出一次，向CPU申请中断。当用定时器的方式0工作时，设机器周期为，定时器产生一次中断时间为T，那么需要计数的个数NT/，装入THX和THX的数分别为THX（8192N）/32，TLX（8192N）32计数机器周期，用12MHZ晶振时，机器周期为12X1/120000001US,如果T5MS，那么N5000/15000。方式2在定时器的方式0和方式1中，当计数溢出后，计数器变为0，因此在循环定时或循环计数时必须要用软件反复设置计数初值，这必然影响到定时的精度，同时也给程序设计带来很多麻烦。定时器方式2变可解决软件反复装初值所带来的问题。方式2被称为8位自动重装的8位定时器/计数器，THX被作为常数缓冲器，当TLX计数溢出时，在溢出标志TFX置1的同时，还自动地将THX中的常数重装入TLX中，使TLX从初值开始重新计数，这样避免了人为软件重装初值带来的时间误差，从而提高了定时的精度。定时器方式2的逻辑结构框图如图33。图33定时器方式2逻辑结构图由于定时器方式2为8位计数器，最多可以装载的数为256个，当TL0和28TH0的初值为0时，最多经过256个机器周期该计数器就会溢出，若使用12MHZ晶振，也只有256US的时间。当用定时器方式2时，设机器周期为，定时器产生一次中断的时间为T，那么需要计数的个数NT/THX256NTLX256N机器周期12X（1/12000000）1US，以1S为列，当计256个数时，需耗时1X256256US。再来计算定时1S计数器需一次多少次，即1000000/2563906。由于定时器方式2能有效降低时间误差，故本次设计采用的是方式2的工作方式。二、键盘开关键盘实际上是组按键，在单片机外围电路中，通常用到的按键都是机械弹性开关，当开关闭合时，线路导通，开关断开时，线路断开。因此键盘也能在单片机中充当数据输入的作用。单片机按键检测的原理是单片机的I/O口既可以作为输出也可以作为输入使用，当检测按键时用的是它的输入功能，我们把按键的一端接地，另外一端与单片机的I/O口相连，开始时先给I/O口赋一高电平，然后让单片机不断的检测该I/O是否变为低电平，当按键闭合时，即相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平，程序一旦检测到I/O口变为低电平则说明按键被按下，然后执行相应指令。矩阵键盘的工作原理此处用到的是44矩阵键盘如图34，将16个按键排成4行4列，一行将每个按键的一端连接在一起构成行线，第一列将每个按键的另外一端连接在一起构成列线，我们将8根线连接到单片机的8个I/O端口上，本设计接的是P3口。检测时先送一列为低电平，其余全为高电平，然后立即轮流检测各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平，便可知道被按下的是哪个键了。图3444矩阵键盘三、数码管数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个（8）可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。如图35（A）所示，一位数码管的引脚是10个，显示8字需要7个小段，另外还有一个小数点，所以其内部一共有8个小的发光二极管，最后还有一个公共端，由于其公共端，它又可以分为共阴极和共阳极，图35（B）为共阴极内部结构原理图，图35（C）为共阳极内部结构原理图。我选用的是共阴极的。对于共阴极，8个发光二极管的阴极在数码管内部全部链接在一起，他们的阳极是相互独立的，通常把阴极接地。当我们把阳极加高电平时，此时数码管就亮了。如果要让数码管按我们的想法去实现相应的显示，我们就得编写程序来控制数码管使它的8个发光二极管按要求来点亮，显示我们需要的数字。如果我们用到比较多的数码管，而单片机又没有这么多I/O接口时，就会用到锁存器来控制数码管，进行短选和位选，控制相应的数码管显示我们需要的数值。要控制数码管就必须涉及到数码管的编码。（A）引脚（B）共阴极（C）共阳极图35数码管内部原理图表34就是共阴极的数码管编码方式，不同的电路编码方式是不同的，共阴极和共阳极的编码方式也是不一样的，这里我们简单的了解下共阴极的编码方式。表21中就是不同的字符对应一个编码值，要想显示出准确的数值，就要用单片机向数码管输出其对应的编码值。表34共阴极数码管编码符号编码符号编码00X3F80X7F10X0690X6F20X5BA0X7730X4FB0X7C40X66C0X3950X6DD0X5E60X7DE0X7970X07F0X71四、CD4511译码器CD4511是一片CMOSBCD锁存/7段译码/驱动器，用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码七段码译码器。其特点是具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。其引脚图36。图36CD4511引脚图其功能介绍如下A、B、C、D为8421BCD码输入端。QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG为译码输出端，输出为高电平1有效。BI4脚是消隐输入控制端，当BI0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT3脚是测试输入端，当BI1，LT0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE锁定控制端，当LE0时，允许译码输出。LE1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE0时的数值。CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻在本次设计中就用到了CD4511来驱动数码管显示交流电灯的亮度值。五、可控硅可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。家用电器中的调光灯、调速风扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、照相机、组合音响、声光电路、定时控制器、玩具装置、无线电遥控、摄像机及工业控制等都大量使用了可控硅器件。本次设计正是用它来控制交流电灯的亮度的。图37可控硅实物图与结构图第二节电路设计一、发射电路图38是发射部分的电路原理图。其组成是由一块AT89C51单片机为控制核心，5V电源电路，4X4矩阵键盘，数码管显示端和红外发射电路。其中红外发射电路如图。其工作原理是单片机的定时器1中断产生40KHZ红外方波信号，再由单片机的P34口输出，由三极管放大后向接收端发射。数码管显示的值是矩阵键盘的按键值，以让我们使用时能清楚的知道当前按下的是那个键。数码管是与单片机的P0口相接的，由于单片机P0口是没有拉高电阻的，不能正常地输出高低电平，所以此端要外接拉高电阻，一般我们选择介入10K的上拉电阻。P2作为键扫描端口，我选择了44矩阵键盘，因此可以控制16个按键，可分别控制单片机发出16种不同脉冲，执行16种操作，本次设计实际只用其中8个按键开关，另外8个作扩展用。P35XTAL218XTAL119ALE3031PSN29RST9P0/AD03901/138P02/AD23703/336P04/AD43505/534P06/AD6307/732P10/T211/2EX2P123134P145156P167178P30/RXD1031/T1P32/IN0123/IT113P34/014P37/RD1736/W1635/T115P27/A1528P20/A82121/92P2/A102323/124P24/A122525/132626/1427U1AT89C52234567891RP110KC130PFC230PFX1CRYSTALC310UR110K图38发射部分原理图二、接收电路图39是接收端的电路原理图。其主要组成有AT89C51单片机，带有CD4511的译码管的显示电路，5V电源电路，按键显示电路，过零检测电路，7个小灯和一个可以控制亮度的交流灯。接收端的红外接收管接收来自于发射端发射的红外信号，然后反馈给单片机做处理，单片机根据不同的脉冲信号个数对8个小灯做不同的处理。P0和P2端口接的是小灯，其中P27接的是可以改变亮度的交流电灯。P1端口接的是数码管显示按键值，当控制的是可以改变亮度的交流电灯的时候，数码管显示亮度的值，方便人们清晰的知道当前电灯的亮度。当控制的是其他7个小灯时由另外的数码管显示按键值。P30为50HZ的交流市电相位基准输入，50HZ交流信号由50HZ过零检测电路提供。P37P37P20P21P2P2021P2P07P35XTAL218XTAL119ALE3031PSN29RST9P0/AD03901/138P02/AD23703/336P04/AD43505/534P06/AD6307/732P10/T211/2EX2P123134P145156P167178P30/RXD1031/T1P32/IN0123/IT113P34/014P37/RD1736/W1635/T115P27/A1528P20/A82121/92P2/A102323/124P24/A122525/132626/1427U2AT89C52C430PFC530PFX2CRYSTALC610UR210KDEMODULATORIRL1IRLINKD0213D2435D4657D6879Q019118Q217316Q415514Q613712LE1O1U374HC573D10D1D12D13D14D15D16R11KR21KR31KR41KR51KR61KR71K234567891RP2A7BCD6LT3BI4LE/STB5QA13B12QC1D10QE9F15QG14U4451图39接收部分电路原理图三、电源电路图310中是本次设计用到的电源电路图。220V交流电经过变压器变压后，再经过由4个二极管组成的桥式电路整流成直流电压，再由一个极性电容来滤波。如果要想得到一个稳定的电压，需要用到比较常用的LM7805三端稳压器来稳压后再经过电容滤波和阻尼作用后才可以输出5V电源电压，用来驱动我们的单片机。图310电源电路图四、过零检测电路交流电过零检测电路如图311图311过来检查电路图本次设计用到了可控硅来控制电灯的亮度，因此必须用到过零检测电路，来使可控硅在过零点关断。过零检测电路的组成主要有桥式整流电路，和两个9013三极管。其中P30是与单片机端口相连的，向单片机输入50HZ的正旋波形。当07V时，Q2三极管导通，Q1三极管截止，B点为低电平，P30为高电平；当UAUBE0MDELAYMS1/停1毫秒ET11TR11DELAYMS1ET10TR10REMOTEOUT0/40KHZ发1毫秒DELAYMS10TX发射的脉冲用PROTUES软件波形如图45。这是我们用PROTUES进行仿真，用示波器观察到的我们码分编码的脉冲波形，从波形中我们能观察到是按照我们要求来发射脉冲的，首先先是发射的3MS脉冲，然后是发射1MS脉冲。图45遥控编码输出脉冲波形二、接收部分流程图图46遥控接收控制主流程图图46是遥控接收端的主程序，首先还是要进行初始化，然后依据设定的显示亮度数据设定调光脉冲延时值。P30是来自过零检测电路提供的50HZ过零检测脉冲波形。如果P30为1则调用延时程序，P07口输出调光脉冲。这里设置的灯光亮度总共有8个档位，分别是07。在前面硬件部分已经介绍了，控制小灯亮度是通过控制可控硅的导通角来控制的，控制可控硅的导通角又是由软件延时来控制触发脉冲，达到控制可控硅的。在软件部分就必须设置触发脉冲的延时值，具体的程序如下LOOPWHILE1WHILESIN0DELAY1MSSK80DELAY1MS1K81上面一段程序是在初始化后，主函数执行的程序，首先调用了LOOP（）子程序，LOOP子程序主要功能是进行亮度显示，和延时时间的装载，程序如下LOOPSWITCHDISOUTBREAKCASE1S2BREAKCASE2S3BREAKCASE3S4BREAKCASE4S5BREAKCASE5S6BREAKCASE6S7BREAKCASE7S8BREAKDEFAULTBREAK在LOOP子程序中对不同亮度进行了延时值得设定，主程序中，当接收到过零检测信号为1时，开始执行延时程序，然后输出调光脉冲，来控制可控硅的导通时间。达到控制灯光亮度。图47遥控接收中断流程图NY图47是中断过程进入中断后，先判断接收到的低电平脉宽度是否大于2MS，若不是，直接中断返回；若低电平大于2MS了，则接收并计数器对低电平脉冲进行计数。然后判断高电平脉冲宽度是否大于3MS，若不是，则返回计数过程；若高电平脉宽大于3MS了，则按照所得脉冲个数进入相应的功能程序。此时中断返回。程序编写如下VOIDINTT0VOIDINTERRUPT0EX00KEYVOL0IFREMOTEIN0DELAY1MS1IFREMOTEIN0WHILE1WHILEREMOTEIN0KEYVOLK0WHILEREMOTEIN1DELAY1MS1KIFK3XIANSHIGOTOOOUUTT同样我们能用示波器观察到接收端的脉冲波形。波形如下图48接收到的脉冲波形由图48可以看出，接收的脉冲波形与发射的脉冲波形是相反的。由图可知，当高电平大于3MS时，我们可以判断此时接收脉冲发射已经结束。通知单片机做相应的处理，按脉冲个数做相应的操作。此处我们先进行等的开关控制，控制程序如下SWITCHKEYVOLCASE2K1K1BREAKCASE3K2K2BREAKCASE4K3K3BREAKCASE5K4K4BREAKCASE6K5K5BREAKCASE7K6K6BREAKCASE8K7K7BREAKCASE9IFDISOUT0X00DISOUT0XFFELSEDISOUTLOOPBREAKDEFAULTBREAK由程序可知，我们可以根据不同的脉冲个数来控制不同的电器开关。遥控端第一次按下按键，发送脉冲，接收端接收脉冲，根据脉冲个数进行开关控制，此时开关打开，仿真我们用LED显示，此时LED亮，如图49。当遥控端再次按下同一个按键时，接收端便关闭了电器开关，仿真中此时LED灭如图410。图49仿真中LED点亮图图410仿真中LED熄灭图图411显示流程图本次设计中用到了两个数码管进行按键值和调光灯亮度的显示。流程图如图411。当接收到的低电平脉冲值是9的时候，显示按键值得那个数码管继续显示当前的脉冲值，另外一个数码管对调光灯的当前亮度值进行显示，随按键按下进行改变，仿真图如图412和图413。如果不等于9，数码管显示按键值，显示亮度值得数码管显示当前的亮度值，不随按键改变，仿真图如图414和图415。图412显示仿真图图413显示仿真图图414显示仿真图图415显示仿真图结论本次系统设计是基于单片机的红外遥控家用电器，主要针对的是照明灯。首先是对家用电器的开关进行遥控控制。其次是对家用照明灯进行灯光亮度调节。具有控制简单、实施方便、成本低廉、实用性强等特点。有效的解决了家用照明灯开关等麻烦，开关控制电路多，亮度不能调节，室内装修不美观等问题。本单片机遥控设计方案符合绝大多数要应用到遥控的电器系统，是自行设计遥控器的理想方案。这是本次设计解决的问题，但是由于个人能力有限，还没有完全实现全部的设计思路。1、还没有完全实现用一个遥控器来控制家庭全部的电器，包括电视机，电冰箱，空调等各功能控制。2、编码方式没有用市场遥控器所采用的串行码编码，而是采用更简单的码分编码方式，这种方式编码方式简单，可行性强，但是在实际运用中存在误差，只适用于遥控按键比较少的遥控器编码。3、该系统只能适用于短距离的遥控控制（10M以内），而且红外线不能穿透墙，门等，故遥控范围受到打得限制。如果是采用调频或调幅等发射和接收编码，可大大提高遥控距离，并且不受角度影响。由于本人水平有限上述这些问题还没有得到有效解决，只有在不断学习和探索中再进行解决。致谢历时将近三个月毕业设计和毕业论文终于完成了，首先在此感谢我的指导老师朱治国老师在整个毕业设计和毕业论文的完成中给予我很大的帮助。在毕业设计初期研究方向，研究过程中遇到的各种问题，朱老师都对我提出了很多宝贵的意见，细心为我讲解遇到的各种问题。在后期论文制作中，更是严格把关，认真审查，给我指出了论文中存在不足的地方，提出了很多建设性的指导意见。我能顺利完成本论文和朱老师的认真指导，辛苦批阅是离不开的。参考文献1郭天祥51单片机C语言教程M北京电子工业出版社，20132杨局义，杨尧，杨晓琴等单片机课程设计指导M北京清华大学出版社，20093谢维成杨加国单片机原理与应用及C51程序设计M北京清华大学出版社，20064谭浩强C程序设计M北京清华大学出版社，20055ONLINECOMPUTERLIBRARYCENTER，INCHISTORYOFOCLCEB/OL20000108AHTTP/WWWOCLCORG/ABOUT/HISTORY/DEFAULTHTM6郭爱民浅谈提高图书的综合质量C/王君仁主编编辑出版文集大连大连理工大学出版社，199370827陶建人动接触减振法及其应用D大连大连理工大学，1988A。附录一、英文原文PACKETDELIVERYPERFORMANCEOFSIMPLECOOPERATIVERELAYINGINREALWORLDCARTOCARCOMMUNICATIONSABSTRACTWEEVALUATETHEPACKETDELIVERYPERFORMANCEOFLOWCOMPLEXCOOPERATIVERELAYINGINCARTOCARCOMMUNICATIONSBYREALWORLDMEASUREMENTSTHERATIOANDTEMPORALCORRELATIONOFPACKETDELIVERYAREEVALUATEDFORSUBURBANANDHIGHWAYENVIRONMENTSUSINGTHREECARSEQUIPPEDWITHPROGRAMMABLERADIOSANDSERVINGASSENDER,RELAY,ANDDESTINATIONWECOMPARETHERELAYINGPERFORMANCETOTHATOFPURETIMEDIVERSITYANDSHOWHOWTEMPORALAUTOCORRELATIONOFPACKETDELIVERYISAKEYFACTORINWHETHERORNOTRELAYINGEXHIBITSBENEFITSRESULTSARERELEVANTINTHEDESIGNOFRELAYSELECTIONPROTOCOLS,ASTHEYGIVEGUIDELINESFORTHEAFFORDABLESELECTIONDELAYINDEXTERMSCOOPERATIVERELAYING,VEHICULARCOMMUNICATIONS,TIMEDIVERSITY,MEASUREMENTS,TESTBED,VANETIINTRODUCTIONANDMOTIVATIONOOPERATIVEDIVERSITYTECHNIQUESHAVEBEENDEVELOPEDTOMITIGATETHENEGATIVEEFFECTSOFSMALLSCALEFADINGCAUSEDBYMULTIPATHPROPAGATION1THEYAPPLYRELAYNODESTHATOVERHEARTRANSMISSIONSFROMASENDERTOADESTINATIONANDFORWARDTHEOVERHEARDDATATOTHEDESTINATIONSUCHCOOPERATIVERELAYINGEXPLOITSTHEBROADCASTNATUREOFTHECHANNELANDEMPLOYSTHECONCEPTOFSPACETIMEDIVERSITYAHUGEAMOUNTOFRESEARCHHASBEENDONEINTHEPASTTENYEARSTOASSESSTHEBENEFITSANDDRAWBACKSOFCOOPERATIVERELAYINGBYSIMULATIONSANDANALYTICALMEANSSEE25ANDREFERENCESTHEREINGIVENTHEGREATBODYOFPUBLICATIONSINTHISDOMAIN,ITISSURPRISINGTHATONLYFEWSTUDIESASSESSINGCOOPERATIVERELAYINGWITHREALWORLDMEASUREMENTSINREALISTICENVIRONMENTSWEREPUBLISHEDSOFAR69INPARTICULAR,THEAUTHORSOFTHISLETTERARENOTAWAREOFANYPUBLICATIONINVESTIGATINGCOOPERATIVERELAYINGINAREALENVIRONMENTFORVEHICULARADHOCNETWORKSTHISLACKOFPRACTICALRESULTSISPARTLYDUETOTHEFACTTHATIMPLEMENTATIONSOFCOOPERATIVERELAYINGREQUIRECHANGESINTHEDATALINKLAYERAND/ORPHYSICALLAYEROFTHEPROTOCOLSTACKPROGRAMMABLEHARDWAREPLATFORMSENABLINGSUCHIMPLEMENTATIONSHAVEBEENCOMMERCIALLYAVAILABLEFORREASONABLEPRICESFORJUSTAFEWYEARSTHEGOALOFOURWORKISTOCONTRIBUTETOWARDCLOSINGTHISRESEARCHGAPBASEDONANIMPLEMENTATIONOFALOWCOMPLEXCOO