单片机红外

基于单片机的红外遥控电路设计 1 引言引言 红外遥控器已被广泛使用在各种类型的家电产品上 它的出现给使用家器提供了很多 的便利 红外遥控系统一般由红外发射装置和红外接受设备两大部分组成 红外发射装置 又可由键盘电路 红外编码芯片 电源和红外发射电路组成 红外接收设备可由红外接收 电路 红外解码芯片 电源和应用电路组成 通常为了使信号能更好的被传输发送端将基 带二进制信号调制为脉冲串信号 通过红外发射管发射 本设计采用 Atmega8 作为红外 发射编码和接收解码芯片 2 系统功能分析系统功能分析 一个完整的照明灯的红外遥控电路应具有以下功能 按下任意一个开关能使相应的灯实现亮灭的功能 按下总开关实现所有灯的亮灭 按 下相应的定时关闭键能实现电灯在设定的时间内关闭 3 系统硬件的实现方案系统硬件的实现方案 3 1 系统原理图系统原理图 通用红外遥控系统由调制 发射和接收三大部分组成 本系统以 ATmega8 单片机作 为红外发射编码和接收解码芯片 另外再以 HS5104 作为发射编码芯片 5 个键盘输入模 块中的三个用于给 3 路电灯分别进行亮灭操作 一个键盘输入模块用于操作所有灯的亮灭 最后剩下的一个键盘输入模块用于实现电灯在设定的时间内关闭的功能 红外遥控系统如 图 1 所示 图 1 红外遥控系统 1 发射系统 发射系统 发射系统一般用电池供电 这就要求芯片的功耗要很低 芯片大多都设计成可以处于 休眠状态 当有按键按下时才工作 这样可以降低功耗 红外线通过红外发光二极管 LED 发射出去 红外发光二极管内部材料和普通发光二极管不同 在其两端施加一定 电压时 它发出的是红外线而不是可见光 图 2a 简单驱动电路 图 2b 射击输出驱动电路 如图 2a 和图 2b 是 LED 的驱动电路 图 2a 是最简单电路 选用元件时要注意三极 管的开关速度要快 还要考虑到 LED 的正向电流和反向漏电流 一般流过 LED 的最大正 向电流为 100mA 电流越大 其发射的波形强度越大 图 2a 电路有一点缺陷 当电池电压下降时 流过 LED 的电流会降低 发射波形强度 降低 遥控距离就会变小 图 2b 所示的射极输出电路可以解决这个问题 两个二极管把 三级管基极电压钳位在 1 2V 左右 因此三级管发射极电压固定在 0 6V 左右 发射极电 流 IE 基本不变 根据 IE IC 所以流过 LED 的电流也基本不变 这样保证了当电池电压 降低时还可以保证一定的遥控距离 2 接收系统 接收系统 红外信号接收系统的典型电路如图 3a 所示 图 3a 红外线接收头内部电路 该电路包括红外监测二极管 放大器 限副器 带通滤波器 积分电路 比较器等 红外监测二极管监测到红外信号 然后把信号送到放大器和限幅器 限幅器把脉冲幅度控 制在一定的水平 而不论红外发射器和接收器的距离远近 交流信号进入带通滤波器 带 通滤波器可以通过 30khz 到 60khz 的负载波 通过解调电路和积分电路进入比较器 比 较器输出高低电平 还原出发射端的信号波形 注意输出的高低电平和发射端是反相的 这样的目的是为了提高接收的灵敏度 以上电路被集成在一个元件中 成为一体化红外线接收头 如图 3b 所示 图 3b 红外线接收头 红外线接收头的种类很多 引脚定义也不相同 一般都有三个引脚 包括供电脚 接 地和信号输出脚 根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头 红外线接收头内部放大器的增益很大 很容易引起干扰 因此在接收头的供电脚上须 加上滤波电容 一般在 22uf 以上 有的厂家建议在供电脚和电源之间接入 330 欧电阻 进一步降低电源干扰 3 调制 调制 红外遥控发射数据时采用调制的方式 即把数据和一定频率的载波进行 与 操作 这样可以提高发射效率和降低电源功耗 调制载波频率一般在 30khz 到 60khz 之间 大多数使用的是 38kHz 占空比 1 3 的方波 如图 3 4 所示 这是由发射端所使用的 455kHz 晶振决定的 在发射端要对晶振 进行整数分频 分频系数一般取 12 所以 455kHz 12 37 9 kHz 38kHz 图 4 载波波形 图 5a 为系统发射硬件方框图 图 5a 发射系统方框图 图 5b 为系统接受硬件方框图 图 5b 接收系统方框图 3 2 各模块电路原理图各模块电路原理图 1 ATMEGA8MCU 介绍介绍 系统的控制核心 Atmega8 单片机 是 Atmel 公司推出的基于 AVR RICS 低功耗 CMOS 8 位高性能单片机 由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间 ATmega8 的数据吞吐率高达 1MIPS MHz 从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的 矛盾 图 6 为其引脚排列图 图 6 Atmega8 引脚排列图 在本设计中的发射电路中 Atmega8 单片机的 PC6 PD0 PD3 口用于键盘输入 PB1 口接红外发光二极管以及发射指示灯 在接受电路中 Atmega8 单片机的 PB1 PB3 用于接三路电灯 PD5 PD7 PB0 PB6 PB7 接六路指示灯 PD2 接红外接受头 2 hs5104 红外遥控编码发射电路红外遥控编码发射电路 本设计中 还另外采用了编码器 BA5104 组成红外发射电路 K1 K8 与地构成按键 开关电路 这里只用了 K1 K5 其指令经三极管 放大 驱动 红外发射管发射出经 编码后的红外遥控信号 HS5104 引脚排列图如图 7 所示 图 7 HS5104 引脚排列图 脚位说明 3 其他电路 其他电路 红外发射二极管的接法如图 8 所示 图 8 红外发射二极管连接原理图 3 3 系统电路原理图系统电路原理图 发射电路硬件原理图如图 9a 和 9b 所示 图 9a 发射电路 M8 硬件原理图 图 9b 发射电路 hs5104 硬件原理图 接收电路硬件原理图如图 9c 所示 4 系统软件的实现方案系统软件的实现方案 4 1 系统总流程图系统总流程图 本设计采用的 BASCOM 编程 是 MCS 公司开发的以 BASIC 高级程序设计语言为平 台的 AVR 单片机开发软件 它简要清晰 易于理解 掌握 软件设计流程图如图 10a 和 图 10b 所示 图 10a 发送程序流程图 图 10b 接收程序流程图 5 系统软硬件的调试系统软硬件的调试 5 1 系统硬件调试系统硬件调试 在电脑上仿真以后按照硬件电路图连接好电路 将编写的程序写入单片机之前先校验 下载线是否接通 然后再写入 调试时 先连接好下载线与上位机 目标板 给单片机系 统供电 芯片选择 ATMEGA8 它的下载环境如图 11 所示 图 11 智峰下载软件界面图 5 2 系统软件调试系统软件调试 本系统使用的软件开发环境是 BASCOM AVR IDE 它是 MCS 公司开发的以 BASIC 高级程序设计语言为平台的 AVR 单片机开发软件 该软件具有可视化图形界面 是与 VB QB 高度兼容的结构化 BASIC 语言 简要清晰 易于理解 掌握 除了有专门为 AVR 单片机串行和并行接口 外围器件开发的语句外 另外还扩充了许多通用的单片机外部设 备的专用语句 调用各种硬件资源更加得心应手 在 BASCOM AVR IDE 中 程序经过编译之后 编译产生的 hex 文件 供下载之用 同时也可进入 BASCOM AVR IDE 提供的软件仿真窗口进行仿真运行 从实物图形化的 硬件仿真平台上 可以直观地进行实验操作 图 12 为 BASCOM AVR IDE 的开发环境主 界面 图 12