毕业设计红外遥控家电集空器的设计.doc

i i 毕业设计毕业设计 设计题目 红外遥控家电集空器的设计 系 别 技术工程系 年级专业 09 届应用电子技术 学 号 200902013409 姓 名 指导教师 职 称 副教授 2012 年 03 月 01 日 ii ii 毕业设计任务书 系 别 技术工程系 指导教师陈淑芳职 称学生 学 生 姓 名 专业 班级 09 应电 4 班 设 计 题 目 红外遥控家电集控器的设计 设计内容 和目标 设计要求 进度安排 教研室审核 签名 年 月 日 系审核 签名 年 月 日 说明 此表一式两份 系和学生本人各一份 iii iii 指指 导导 过过 程程 记记 录录 指导 教师 定稿 意 见 指导教师 签名 年 月 日 次数指 导 意 见 第 一 次 年 月 日 第 二 次 年 月 日 第 三 次 年 月 日 第 四 次 年 月 日 iv iv 毕毕 业业 设设 计计 评评 审审 表表 指 导 教 师 评 语 成绩评定等级 指导教师 签名 年 月 日 教 研 室 初 审 意 见 签名 年 月 日 系 复 审 意 见 盖章 年 月 日 教 务 处 终 审 意 见 盖章 年 月 日 v v 目目 录录 内容摘要 1 关键词 1 引言 4 一 系统设计 4 一 系统设计要求 4 二 设计思路 4 三 方案论证 5 1 cpu 主控模块 5 2 电源方案的选择 6 3 键盘的选择 6 4 时钟模块 6 5 温度模块 7 6 红外模块 8 二 系统硬件设计 8 一 主要硬件电路设计 8 1 红外发射接收电路 8 2 参数计算及器件选择 9 3 时钟模块 9 4 参数计算及器件选择 9 5 温度模块 9 6 继电器控制电源开关模块 10 7 显示模块 10 二 单片机复位电路 11 1 复位要求 11 2 按键复位电路 12 三 电源电路设计 12 四 闹钟电路设计 12 三 系统软件计 13 一 红外接收控制软件设计 13 二 程序流程图 14 1 主程序流程图 14 2 红外解码控制流程图 15 3 时钟 ds1302 部分流程图 16 4 温度传感器 ds18b20 部分流程图 17 结论 18 vi vi 参考文献 20 红外遥控家电集控器的设计红外遥控家电集控器的设计 内容摘要内容摘要 本文介绍了一种基于at89s52单片机的简易红外遥控家电电源开关 它具 红外无线遥控家电电源 时钟 温度 lcd显示等功能 采用nec红外遥控协议编码和解码 通过单 片机实现遥控各类家电电源开关 实现简易智能化控制 通过lcd显示当前时钟与温度可以使人看 到当前的时间及室内温度等信息 时钟采用专用时钟芯片ds1302 使得时钟精确 关键词关键词 红外遥控 nec红外遥控协议 时钟 温度 引言引言 随着电子技术 计算机技术和制造的飞速发展 人们的生活水平不断的提高人们 想随心所欲的控制家里的电器 一切就只要坐在沙发上轻轻的一按 就解决了所有问 题 这给人们的现代生活带来了极大的方便 红外线遥控是目前使用最广泛的一种通 信和遥控手段 由于红外线遥控装置具有体积小 功耗低 功能强 成本低等特点 因而 继彩电 录像机之后 在录音机 音响设备 空凋机以及玩具等其它小型电器 装置上也纷纷采用红外线遥控 工业设备中 在高压 辐射 有毒气体 粉尘等环境 下 采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰 因此 遥控加智能的 技术研究 应用都是非常有意义而且有很高的市场价值的 红外遥控 是无线遥控的一种 是一种以通信控制电子为背景 涵盖控制 协议 识别 传感技术 电子 电气 计算机 机械等多学科的科技创意性设计 一般主要 由红外发射 红外接收为主要模块模块组成 本次课题准备设计一种能够以遥控代替 传统家电的机械操作及时钟显示提醒功能的家电电源开关集中控制器 7 7 一 系统设计一 系统设计 本节系统介绍本次设计的设计要求 设计思路和方案论证 并在方案论证这部分内容 中详细介绍各个电路模块设计中曾经探讨比较的几种方案以及最终方案的选定原因 一 系统设计要求 一 系统设计要求 该集控器基于52单片机 采用价格较低 性能较好的红外遥控器和红外一体化接收机 时钟芯片 温度传感器为主要外部控件 通过接收外部信号 红外通信码 时钟信号 温 度 并输入单片机 由单片机做出反应 以实现电源开关的无线控制 时钟显示 温度显 示及闹钟功能 二 二 设计思路设计思路 基于at89s52单片机的简易红外遥控家电电源开关 它具红外无线遥控电 源 时钟 温度 lcd显示等功能 采用nec红外遥控协议编码和解码 通过 单片机实现遥控各类家电电源开关 实现简易智能化控制 通过lcd显示当前 时钟与温度可以使人看到当前的时间及室内温度等信息 时钟采用专用时钟芯 片ds1302 使得时钟精确 其实现方案的系统方框图如图1所示 图 1 实现方案的系统方框图 三 方案论证 三 方案论证 1 1 cpucpu 主控模块主控模块 方案一 选用at89s52 它有40个引脚 32个外部双向输入 输出 i o 端 口 同时内含2个外中断口 8个中断源 2个全双工串行通信口 2个读写口线 三个16位定时 计数器 片内振荡器及时钟电路 同时 at89s52可降至0hz的静 态逻辑操作 并支持两种软件可选的节电工作模式 空闲方式停止cpu的工作 8 8 但允许ram 定时 计数器 串行通信口及中断系统继续工作 掉电方式保存ram 中的内容 但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位 1 它是一种低功耗 高性能的片内8kb快闪可编程擦除只读存储器的8位cmos微控 制器 与mcs51微控制器系列产品兼容 使用高密度 非易失性存储技术制造 存 储器可循环写入或擦除1000次 at89s52的管脚与8031相同 利用内部的程序存 储器和ram 不需另外扩展就可以构成一个单片机最小系统 在本系统设计中就 充分利用了这一点 从而使得本系统与其他类似系统相比 具有成本低 体积 小 功能齐全等特点 方案二 采用16位pic单片机作为主控单片机 cpu采用risc结构 harvard双 总线结构 运行速度快 低工作电压 低功耗 较大的输入输出直接驱动能力 配有 2个功能较强 具有特色的功能模块ccp1和ccp2 分别能与tmr1和tmr2配合实现 对信号的输入扑捉 输出比较和脉宽调制pwm输出功能 2 价格低 一次性编程 小 体积 适用于用量大 档次低 价格敏感的产品 在办公自动化设备 消费电子 产品 电讯通信 智能仪器仪表 汽车电子 金融电子 工业控制不同领域都有广泛 的应用 pic系列单片机在世界单片机市场份额排名中逐年提高 方案三 采用avr系列单片机 片上资源及指令系统相当丰富 能完全满足 本系统设计的要求 但因其成本过高 又加上现库存没有此类单片机 不宜采 用 基于以上分析 本设计采用方案一 并采用成本低 取材容易的at89s52做为主控芯 片 2 2 电源方案的选择 电源方案的选择 方案一 采用开关电源 这种电源稳定性好 体积小 重量轻 又可以提 供较大的电流 但是制作比较麻烦 成本相对还比较高 本系统所用到的功率 不大 不需用到大电流 故不采用 方案二 采用三端稳压集成芯片 如采用7805得到所需要的电源 成本低 取材容易 工作电压稳定可靠 基于以上分析 选择方案二 采用三端稳压芯片得到所需电源 3 3 键盘的选择键盘的选择 方案一 采用独立键盘 使用这种键盘 优点就是接口简单 程序控制也 比较简单 但不足之处在于独立键盘占用的单片机的i o口过多 每一个按键占 用一个单片机的i o口 故造成i o口资源的浪费 只有在一些简单的单片机系 统中使用这种独立键盘的方法 3 方案二 采用矩阵键盘 在键盘中按键数量较多时 为了减少i o口的占用 通常将按键排列成矩阵形式 每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通 而是 9 9 通过一个按键加以连接 这样 一个端口 如p1口 就可以构成4 4 16个按键 比之直接将端口线用于键盘多出了一倍 而且线数越多 区别越明显 基于以上分析 因为本设计需要用到编码的按键数较少 所以选择方案一 采用独立 键盘 4 4 时钟模块时钟模块 方案一 时钟的实现可以采用专用的时钟芯片 专用于提供时钟信号的产 生 不用于其他方面的应用 采用集成专用时钟芯片 ds1302 4 利用单片机 串行读写完成对时钟芯片的读数据和写数据 从而高效的完成时钟的操作 ds1302 是美国 dallas 公司推出的一种高性能 低功耗的实时时钟芯片 附 加 31 字节静态 ram 采用 spi 三线接口与 cpu 进行同步通信 并可采用突发 方式一次传送多个字节的时钟信号和 ram 数据 实时时钟可提供秒 分 时 日 星期 月和年 一个月小与 31 天时可以自动调整 且具有闰年补偿功能 工作电压宽达 2 5 5 5v 采用双电源供电 主电源和备用电源 可设置备用 电源充电方式 提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力 集成时钟芯片 ds1302 外部封装及其引脚图如图 2 所示 方案二 at89s52内部三个16位定时 计数器 片内振荡器及时钟电路 采 用单片机内部定时计数器来完成时钟操作 由于采用方案一的专用时钟芯片ds1302来完成时钟操作不仅时钟精确还不用占用单片 机的太多的资源寄存器 具有掉电记忆功能不用因为重启而再次进行调时电路应极其简单 图 2 ds1302 封装引脚图 10 10 而方案二采用单片机内部定时计数器不用外接电路但应单片机使用的晶体振荡器的不同而 不易实现时钟操作 误差比较大 因此方案一符合要求故我们采用方案二 5 5 温度模块温度模块 方案一 采用没有内部a d转换的温度传感器 再用一个外部a d转换芯片 转换成数字信号为单片机提供温度的数字信息 方案二 采用内部集成a d转换器的专用温度传感器 ds18b20数字温度计 5 提供9位 二进制 温度读数 指示期间的温度 信息经过单线接口送入 ds18b20或从ds18b20送出 因此从主机cpu到ds18b20仅需一条线 和地线 ds18b20的测量范围从 55 到 125 增量值为0 5 可在1s 典型值 内把 温度变换成数字 上述方案中采用方案二电路简单价格实惠 程序编写简单 6 6 红外模块红外模块 采用 nec 的编解码格式 6 nec 红外码应用普遍 多数电视遥控都采用 nec 协议 匹配遥控器简单 nec 以红外载波的占空比代表 0 和 1 为了 节省能量 一般发射载波时间固定 通过改变不发射的时间来改变占空比 其 0 为载波发射时间 0 56ms 不发射 0 56ms 1 为载波发射时间 0 56ms 不发射 1 68ms 该协议的红外数据比特图如图 3 所示 nec 格式特征 1 使用 38khz 载波频率 2 引导码的间隔是 9ms 4 5ms 3 使用 16 位各户代码 4 使用 8 位数据代码和 8 位取反的数据代码 上述方案器件匹配简单 市场上很多 加上学习过nec红外协 议 故而选择该方案 三 三 系统硬件设计系统硬件设计 本节主要介绍各个硬件模块的功能和工作原理 包括at89s51 图 3 nec 红外数据比特图 r0 1k vcc 3 int0 1 gnd 2 jp1 res2 c3 4 7u 5 int0 图 4 红外接收 11 11 单片机外围电路的典型接法 外部控制电路 红外发射接收电路 时钟温度电路 显示 电路 一 一 主要硬件电路设计主要硬件电路设计 1 1 红外 红外发射接收电路发射接收电路 7 7 红外发射采用 nec 协议 6 8 的常用电视及其他遥控器即可不 多阐述 红外接收电路采用红外一体化接收机电路原理图如图 4 所 示 一体化红外接收器 9 10 集红外接收 解调和放大于一体 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 红外数据接收采用 外部中断 0 来实现和单片机的通信解码的 11 2 2 参数计算及器件选择参数计算及器件选择 一体化接收不需要大量的外接电路只要在工作电压端加上 rc 滤波滤除电压 的交流成分即可 3 3 时钟模块时钟模块 12 13 12 13 时钟模块电路原理图如图 5 所示 ds1302 是美国 dallas 公司推出的一 种高性能 低功耗的实时时钟芯片 附加 31 字节静态 ram 采用 spi 三线接 口与 cpu 进行同步通信 并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和 ram 数据 实时时钟可提供秒 分 时 日 星期 月和年 一个月小与 31 天时可以自动调整 且具有闰年补偿功能 工作电压宽达 2 5 5 5v 采用双电 源供电 主电源和备用电源 可设置备用电源充电方式 提供了对后背电源进 行涓细电流充电的能力 4 ds1302 有关日历 时间的寄存器共有 12 个 其中 有 7 个寄存器 读时 81h 8dh 写时 80h 8ch 是存放秒 分 小时 日 月 年 周数据的 存放的数据格式为 bcd 码形式 vcc2 1 x1 2 x2 3 gnd 4 rst 5 i o 6 sclk 7 vcc1 8 jp1 ds1302 5 y2 32k c3 30p c4 30p p3 4 p3 6 p3 7 i1 3 6v 图 5 时钟电路模块 12 12 4 参数计算及器件选择参数计算及器件选择 由于晶体振荡器开始要起振怕自身开始不能起振接上两个 30pf 的电容 通过两个电容 的开始充电来帮助晶振起振 给时钟芯片提供时钟振荡源 5 5 温度模块温度模块 测温电路如图6所示 ds18b20数字温度计提供9位 二进制 温度读数 指示期间的温度 信息经过单线接口送入ds18b20或 从ds18b20送出 因此从主机cpu到ds18b20仅需一条线 和地 线 ds18b20的测量范围从 55 到 125 增量值为0 5 可 在1s 典型值 内把温度变换成数字 6 6 继电器控制电源开关模块继电器控制电源开关模块 14 14 继电器控制电路如图 7 所示 本设计由同图 7 所示 8 路相同的电路构成的 8 路家电电源开关控制器 当单片机的 i o 口输出高电 平是光耦前级的发光二极管发光 后级的感光三极管就导通 后接的三极管就 导通 继电器通电吸合 指示 led 灯亮 当单片机输出低电平时 光耦截止 三极管也截止 继电器无通电流返回常态 led 灯也熄灭 从而实现对外接家 电电源的开或关的功能切换 光耦起隔离作用 防止控制端三极管击穿的逆向 大电流烧坏整个系统 a 1 k 2 c 3 e 4 u1 opt oiso 1 e 2 c 3 b 1 q1 pnp r1 1k r2 10k r3 2 2k d1 diode d2 led 12 12 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 k1 relay spdt p1 0 gnd1 7 7 显示模块显示模块 显示电路如图 8 所示 显示采用 myj1602 液晶显示器 15 1602 为字符型 液晶 能够同时显示 16x02 即 32 个字符 每个字符 7 8 矩阵显示 16 列 2 行 1602 液晶模块内部的字符发生存储器 cgrom 已经存储了 160 个不同的点阵 图 6 测温电路原理 vcc 3 dq 2 gnd 1 jp3 ds18b20 5 r84 7k p1 4 图 7 继电器控制电源开关 13 13 字符图形 这些字符有 阿拉伯数字 英文字母的大小写 常用的符号 和日 文假名等 每一个字符都有一个固定的代码 比如大写的英文字母 a 的代码 是 01000001b 41h 显示时模块把地址 41h 中的点阵字符图形显示出来 我 们就能看到字母 a 二 二 单片机复位电路单片机复位电路 1 1 复位要求复位要求 单片机的复位是很重要的 复 位操作可以完成单片机的初始化 也可使处于死机状态的单片机重新 开始运行 单片机复位的原理是 在时钟电路开始工作后 在单片机 rst 引脚施加 24 个时钟振荡脉冲以 上的高电平 单片机便可以实现复 位 在复位期间 单片机的 ale 引 脚和 psen 引脚均输出高电平 当 rst 引脚从高电平跳变为低电平后 单片机便从 0000h 单元开始执行程 序 p1 0 1 p1 1 2 p1 2 3 p1 3 4 p1 4 5 p1 5 6 p1 6 7 p1 7 8 reset 9 p3 0 rx d 10 p3 1 t x d 11 p3 2 int 0 12 p3 3 int 1 13 p3 4 t 0 14 p3 5 t 1 15 p3 6 w r 16 p3 7 rd 17 x 0 18 x 1 19 gnd 20 p2 0 21 p2 1 22 p2 2 23 p2 3 24 p2 4 25 p2 5 26 p2 6 27 p2 7 28 psen 29 ale p 30 ea v e 31 p0 7 32 p0 6 33 p0 5 34 p0 4 35 p0 3 36 p0 2 37 p0 1 38 p0 0 39 v cc 40 ic1 at c8051 5 c5 10u c1 33p y1 12m c2 33p 5 s6 rst r1 10k 5 图 8 显示模块 14 14 c 7 104 c 5 1000u c 6 470u 12 1 2 3 vv gnd inout u2 78l12 v c c 在实际应用中 采用外部复位电路进行单片机复位一般在 rst 引脚保持 10ms 以上的 高电平 保证单片机能够可靠地复位 单片机电路可以有上电复位 按键复位 看门狗复位等 2 2 按键复位电路按键复位电路 本设计采用按键复位电路如图 9 本电路可以手动复位 又可以上电复位 这样可以 人工复位单片机系统 上电复位部分的原理是利用 rc 电路的充放电效应 当单片机系统 上电的时候 复位电路通过电容加在 rst 引脚一个短暂的高电平信号 这个高电平信号随 着电容的充电而逐渐降低 这个高电平持续的时间和 rc 电路的充放电时间有关 当按下 按键开关的时候 vcc 通过一个电阻连接到 rst 引脚 给 rst 一个高电平 按键松开的 时候 rst 引脚恢复为低电平 复位完成 三 三 电源电路设计电源电路设计 系统电源电路如图 10 所示 本设计采用 7805 和 7812 三端稳压器制作一个 5v 和 12v 的电源 以 7805 为例 为了在 7805 的输出端获得稳定的输出电压 要求 7805 输入端电压比输出端电压高 2 5v 以上 电容 c7 用于消除 7805 三端 稳压器的自激 可选用 104 的瓷片电容 c5 c6 是滤波电容 要求 c6 的容量 小于 c5 的容量 以免掉电时 c6 通过 7805 向 c5 反向充电 16 7812 同上原理 四 四 闹钟电路设计闹钟电路设计 闹钟模块如图 11 所示 单片机 i o 口通过三极管简 单的驱动蜂鸣器就可以了 三极管具有一定的电流放大 作用 r9 起限流作用 图 9 复位电路 c7 104 c5 1000u c6 470u 5 1 2 3 vv gnd inout u 78l05 v cc 图 10 电源电路 q pnp r9 1k 5 b1 beer p1 0 图 11 闹钟电路 15 15 四 四 系统软件设计系统软件设计 一 红外接收控制软件设计 一 红外接收控制软件设计 单片机外部中断 0 进行中断接收 判断低电平时间长度 再由计数器计数 判断接收的电平个数判断是否接收完毕 转由单片机控制相应的控制输出 控 制输出端接 p1 1 p1 2 p1 3 p1 5 p1 6 p1 7 p3 0 p3 1 这些 i o 控制输 出 表表 1 红外控制状态表红外控制状态表 i o电平家电电源状态电平家电电源状态 p1 10关1开 p1 20关1开 p1 30关1开 p1 50关1开 p1 60关1开 p1 70关1开 p3 00关1开 p3 10关1开 16 16 二 二 程序流程图程序流程图 1 1 主程序流程图 主程序流程图 系统主程序流程图如图 12 所示 图 12 系统主程序流程图 设置调时键 17 17 2 2 红外解码控制流程图红外解码控制流程图 系统红外解码程序流程图如图 13 所示 图 13 系统红外解码程序流程图 18 18 3 3 时钟 时钟 ds1302ds1302 部分流程图部分流程图 图 14 系统时钟程序流程图 19 19 4 4 温度传感器 温