智能红外电风扇遥控系统设计

智能红外电风扇遥控系统设计摘要：本设计以51单片机为核心芯片，利用红外遥控技术和手动按键对电风扇进行控制。系统分遥控发射模块、风扇接收控制模块。遥控发射模块包含CPU（AT89S51单片机），键盘和红外发射电路。键盘输入信号后，单片机进行信号编码及与载波的调制，最后由发射电路发射。接受电路以AT89S51单片机为CPU，配以红外接收模块，电机驱动模块，液晶显示模块，指示灯另外附加手动控制键盘。电风扇电机调速使用可控硅，采用直接PWM算法实现无级调速。对电风扇实现控制的同时，通过液晶显示器和指示灯实现人机交互。关键词：红外遥控，51单片机，红外发射，红外接收，直接PWM算法IDesignofintelligentinfraredremotecontrolsystemforelectricfansAbstract:Thisdesigntakes51Microcontrollersasthecorechip,usestheinfraredremotecontroltechnologyandthemanualkeypresskeytocontroltheelectricfan.Thesystemcontainstheremotetransmittingmoduleandthereceivingmoduleofthefanreceivecontrolmodule.RemotecontrolmodulecontainsCPU（AT89S51microcontroller）,keyboardandinfraredtransmittercircuit.Afterthekeyboardinputtingthesignal,thesinglechipmicrocomputerwillcodethesignalandmodulatecarrierwhicharetransmittedbythetransmitter.ThereceivingcircuittakestheAT89S51microcontrollerasCPU,includingandtheinfraredreceivingmodule,themotordrivermodule,theLCDmodule,theindicatorlight，themanualcontrolkeyboard.ThemotorspeedoftheelectricfanmotorusesSCR,andthesteplessspeedregulationisrealizedbydirectPWMalgorithm.Itcontrolselectricfanwhilerealizingthehuman-computerinteractionthroughtheLCDandtheindicatorlight.Keywords:infraredremotecontrol,51Microcontrollers,infraredemission,infraredreceiver,directPWMalgorithmII目录1.前言.11.1.课题背景.11.2.行业发展现状.11.3.课题研究方向.22.系统总体方案设计.32.1.红外遥控简介.32.2.方案比较论证.52.2.1红外遥控信号的产生、调制及发射方案的选择.52.2.2电机调速方案的选择.52.3系统框图.73.硬件设计.93.1.红外遥控信号发射模块.93.1.1.遥控器按键识别.93.1.2.红外信号调制及发射.103.1.3.红外信号的传输协议.113.1.4.遥控器最小系统图.133.2.CPU处理模块.133.2.1.AT89S51的功能描述及选择.143.2.2.单片机的最小系统电路连接.153.2.3.工作原理.153.3.红外接收模块.163.4.显示模块.173.4.1.液晶显示模块电路连接.183.5.电机驱动模块.193.6.按键控制模块.203.7.电源模块.214.系统软件设计.224.1.遥控信号发射部分软件设计.22III4.2.遥控信号接收及控制部分软件设计.245.总结.28附录1.电路原理图.31附录2.程序代码.3501.前言1.1.课题背景电风扇是我们日常生活中非常常见的电器，与电视机、洗衣机一样，早已经走入了每一个人的生活中。在日常生活中，电风扇我们生活中习惯的简称为电扇，电风扇本质上是不可以产生凉风的，而是利用电扇扇叶的旋转，加速室内空气的流通，利用流通的空气降低人体的体表温度。在炎炎夏日，深受人们的欢迎。电风扇以其突出的优点，在生活中各种场所广泛应用。日常生活中的电风扇具有很多突出的优点，例如价格低和耗电量小，因此拥有着庞大的目标消费群。同时其缺点也很明显，例如现在市面上，大多的电风扇只能通过主控板上的按键来实现风扇的控制，并且控制方式基本以模拟调控为主要控制手段，功能简单。在现在个性化突出的时代，越来越多的人将个性化作为自己的选择中很重要的一个标准。然而，现在的电风扇，在智能化和便捷性上远远跟不上现代人的生活需求。现如今，电风扇大有被空调取代的趋势。因此，电风扇的技术改革势在必行！1.2.行业发展现状最早的电风扇是由美国的詹姆斯拜伦与1830年发明的。他从钟表的机构中受到了启发。1882年，纽约的技师休伊斯卡茨霍伊拉发明了真正的商业化的电风扇。一百多年过去了，随着科技及社会的进步，电风扇成为了与老百姓日常生活紧密相关的家用电器。随着科技进步与时代的发展，人们生活的需求也越来越丰富，电风扇也分化出了很多不同的类型，比如有家庭常用的台扇，公共场所常用的吊扇以及壁扇，还有地扇等其他不同类型的风扇电风扇发展至今经历了许多次的改革，从最初的呆板的纯机械控制，到半智能的机械控制，如定时功能的出现，再到如今社会上出现的单片机控制的智能风扇。这些不仅仅是技术的革新，更是对人性的尊重，是一次次思维的巨大飞跃。1但是市场是不断发展的，消费者审美习惯也在不断的转移，同时随着绿色节能的观念不断的深入人心，电风扇也必须在功能和外观等方面随着时代的潮流做出改变。美观、时尚、便捷是现在人们选择产品的重要参考。在目前的市场上，遥控电风扇是开发比较早的一种，深受人们的喜爱。由此可见，未来的电风扇，不仅仅要完成传统的驱热解暑的功能，更要成为一款家庭艺术品。1.3.课题研究方向传统的风扇的电机，多是采用多轴头交流电机。直接通过手动控制轴头的选择来达到调速的目的，这种传统的控制方式不仅电路复杂、操作不便而且其效率也不高。在这样的背景下，无极调速进入了人们的视线，这是一种通过控制可控硅的导通角，来达到调节电机转动速度的控制方式，而全部的控制过程均可由单片机来完成，这也为电风扇的未来发展提供了一种新的思路，而这种遥控电风扇也必将在消费市场上得到广泛的推广及应用。本论文将详细地介绍红外遥控电风扇系统。重点介绍红外遥控信号的产生、发射、接收、应用的原理以及特性。本文中，首先提出了几种可行的方案，并对项目的可行性进行分析，再选择合适的方案，然后就该方案入手，本论文先后介绍了硬件、软件电路的设计。最后，进行项目设计的总结。本论文将尽力使读者明白项目设计的过程，设计中由于时间的仓促以及本人水平的局限，项目设计难免有不足之处，恳请各位老师、同学能够给予指正。22.系统总体方案设计让用户界面更加人性化以及使用方式更加方便自然，是家用电器发展的一个重要方向。电风扇作为传统的家用电器，以其突出的优势，在百姓日常生活中有着极其重要的地位。但是，就目前市面上的电风扇而言，大多数仍然以机械旋钮或者简单的红外遥控方式为主，更没有较好的人机界面。多方面考虑之下，本人采用了51单片机作为这款智能电风扇的主控元器件，增加了液晶显示界面、16档风速选择、红外遥控功能，力求使电风扇控制更为简单及人性化，并且与用户的交互性更为直观方便。单片机作为一种集成电路芯片，其功能相较于数字和模拟芯片的任意一种都要强大的多，并且随着单片机技术多年的发展，编程也更加简单。其强大的功能可以将许多任务的执行集于一身，不仅大大的简化了硬件电路的复杂程度，降低了产品设计的难度，且也降低了设计的成本。综上所述，本次设计选用单片机来实现对电动机转速的控制。本设计研究的目的，就是通过对交流电机转速的控制，实现对模拟电风扇的控制；掌握单片机硬件以及相关软件的综合设计方法。其中硬件部分包括有键盘输入部分、单片机最小系统、外接电机驱动部分、输出显示部分、红外发送接收部分，软件部分包括有初始化状态、控制输出显示、信号产生与调制部分、占空比控制、中断控制、键盘输入部分。本设计是使用红外信号发射器实现对风扇的遥控功能，当接收端接收到红外遥控信号后，经过解调和译码之后，得到相应的码值，然后做出相应的动作，例如开关机、加减速等动作。并且在电风扇工作的过程中，LCD液晶显示器可以显示此时的工作状态。以下是本设计总体方案在形成中的具体比较、论证分析。2.1.红外遥控简介远程遥控技术又称为遥控技术（remotecontroltechnology），是对受控对象进行远距离控制的技术。遥控技术不仅仅在尖端科技领域应用广泛，例如航天航空领域，而且也在工业领域以及家电等与生活密切相关的领域广泛应用。红外遥控是3一种无线、非接触控制技术，目前这种技术发展已经很成熟，并且具有很多优点，例如抗干扰能力强，信息传输比较可靠，功耗低，成本低，易实现，因此被诸多电子设备应用，特别是家用电器更是广泛采用，并越来越多的应用到了计算机系统中。红外光又称为红外光波。在中学物理中，我们学习过光根据其波长的不同可以分为可见光和不可见光两种。可见光我们每个人都很熟悉，有红橙黄绿蓝靛紫七种颜色。它们的光波波长分布在0.38um到0.76um之间。在波谱中，可见光波的两侧分别是紫外线和红外线，紫外线的光波为0.01um到0.38um，红外线的光波波长为0.76um到1000um。这是广义上的红外光，专业学术中，红外光按照光波的波长还可以分为四种，分别为近红外、中红外、远红外、极红外。其中本次设计中要使用的就是近红外。近红外的波长为0.76um到1.5um，而目前的红外发射器件和红外接收器件的发光和收光的峰值波长都在近红外的光波段内，大约为0.8um到0.94um，光谱的重合使得它们能够更好的匹配，也更有利于提高遥控信号传输的可靠性和传输的效率。红外线是无线局域网的传输方式之一，具有信号稳定，受限制低的优点。红外数据协会成立后（IRDA），规范了红外通信，制定了相关的协议，限定了红外通信使用光波的波长范围，为800nm到900nm。这样就使得不同厂商的红外产品都能够得到最佳的通讯效果。要发射的红外光波要先进行调制，经调制的光波要由红外发射电路来发射出去，其中红外发光二极管是红外发射电路的核心器件，红外光波就是通过红外发光二极管来发射；在另一端的接受电路会接收红外发射电路发射的红外光波，对应的有红外接收二极管，接收到信号后将其转换为相应的电信号。发射部分一般由指令按键、指令编码系统、编码调制电路、驱动电路、限号发射电路等几部分组成。当按下指令按键时，相应的电路指令编码电路就会工作，相应的指令编码信号就会随之生成，调制载波之后，驱动电路会进行功率放大，最后由发射电路将经过调制的指令编码信号向外发射出去。接收电路一般由接收电路、放大电路、解调电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路等几部分组成。接收电路的工作过程为，首先将发射端发射的已被调制的编码指令信号接收下来，然后进行放大，之后送到解调电路，解调电路的作用就像4是调制电路的逆作用，可以将调制后的指令编码信号还原。再将还原的编码信号交给指令译码器进行译码，最终，驱动电路会完成相应操作控制。2.2.方案比较论证2.2.1红外遥控信号的产生、调制及发射方案的选择方案一：采用外部芯片提供载波信号，例如使用RC振荡器或者桥式振荡器等都可以。本次设计使用38KHZ载波，因此要接施密特触发电路，然后才可以得到比较标准的38KHZ。键盘发生按键动作后，产生按键信号，两个信号在外部进行相与便可以得到调制波。这是一种比较传统的方法，虽然成本比较低，但是比较繁琐。方案二：将载波的产生和信号的采集、编译以及载波的调制都用单片机完成。然后将调制波通过外接的整形放大电路之后再发射出去。虽然这种方法相较于方案一成本稍高，但是其设计灵活，保密性也相对较好，并且拥有较强的可扩展性。综合考虑之下，本次设计选用了方案二。方案二虽小幅提高了成本，但其优势却更加突出，不仅简化了硬件电路，并且具有更强的可扩展性。时下许多行业内的人士曾预言，软件无线电未来将会成为一种趋势。仔细斟酌筛选后，根据本次设计产品设计的定位，本次设计在红外信号的产生、调制及发射的方案选择中，选择了方案二。这样，信号的载波产生以及载波与信号的调制都可由软件来实行，而硬件仅需要完成信号的保持及功率放大即可。此方案不仅保密性好，设计也灵活并且可扩展性也比较强，这在现在飞速发展的社会中尤为重要。2.2.2电机调速方案的选择电机调速的方法有很多种，这里本次设计中根据设计的需求，列出了三种方法5并从中选出了一种。方案一：这种方法是比较传统的，使用多轴头的交流电动机，仅仅通过改变轴选用头，便可以改变电机线圈从而改变电机转速，这种方法一般是直接手动就可以控制，也可以使用可控硅进行控制。如下图。图2.1多轴头交流电机调速电路图优缺点：成本低，应用广泛，但控制不方便。方案二：通过控制可变电阻的阻值来间接的控制可控硅的导通角，从而控制电机的开关与转速，这种方案中，选用单相交流电动机或者直流电动机均可。电路如下图。6图2.2可变电阻控制可控硅导通角调速电路图优缺点：可实现无极调速，但控制不够精确。方案三：直接通过单片机来控制可控硅的导通角，从而达到控制电动机速度的目的。为了使电路更加安全，本次设计用光耦将强电隔离开来。电路如下图。图2.3单片机控制可控硅导通角调速电路图优缺点：不仅可实现无极调速，并且相较于方案二，精度可以得到很大的控制，但成本稍高。综合考虑下，在电机调速方案的选择中，本次设计选择了方案三。单片机直接控制可控硅的导通角，达到调节电动机速度的目的，同时用光耦将强电隔离开，保证电路的安全。不仅实现了无级调速，也使控制的精确性得到了很大的提高。2.3系统框图7根据以上两个模块方案的选择，随即确定了总体方案。以下是总体方案框图。图2.4总体方案框图以下开始说明本设计的具体内容。按键遥控芯片整形、放大、发射电路一体化红外接收头主控芯片显示模块按键电机驱动电路单相交流电机83.硬件设计本次设计将分别对红外遥控信号发射部分、红外遥控信号接收部分和红外遥控信号控制部分进行介绍。而硬件构造则主要是由红外信号调制及发射模块、红外信号接收模块、CPU处理模块及显示模块组成。以下论文中将分别具体阐述每一个模块的具体设计。3.1.红外遥控信号发射模块为了实现对电风扇的远程控制，本次设计采用红外遥控。本设计中，遥控器上的按键电路以及控制芯片通过对按键信号灯的识别，再把信号通过38KHZ载波发生器将按键信号调制在38KHZ载波信号上，再通过三极管放大后发送出去。本设计采用38KHZ载波，因发射端使用的是455KHZ晶振，分频系数一般为12,因455KHZ/12得到37.9KHZ，接近38KHZ，因此选用38KHZ载波。3.1.1.遥控器按键识别本次设计在遥控器按键上设计了三个按键，分别控制电风扇开关、加减档。如下图中所示，三个按键分别为K5、K6、K7，通过发光二极管连接到P32外部中断0的引脚处。这样的设计可以使任意一个按键发生动作时，触发外部中断，然后通过外部中断子程序读取键值信息。这种设计不仅程序简明，并且可以在睡眠状态下唤醒CPU，节约遥控器电池的电量。9图3.1遥控器按键电路图表3.1遥控器按键功能、键值表K5K6K7按键功能开/关加档减档键值01H02H03H在没有按键发生动作的情况下，10s后会进入空闲状态，这样系统就会处于低功耗模式。当按键再次发生动作时，才会触发外部中断0产生中断，唤醒CPU，进入工作状态。这样也简化了硬件电路的设计，降低了设计难度。3.1.2.红外信号调制及发射设计中，本次设计用到了几款元器件，下面论文将就器件的选择依据进行阐述。CD40106：由6个施密特触发器电路组成，红外信号发射前要对信号的波形进行整形，将任意波形整成方波的形式。市面上CD40106应用比较广泛，因此本次设计10选用了这款波形整形器。三极管S9013：红外信号的发射，要对信号进行放大，这就需要一个放大电路，需要一个放大器件，S9013就是这样的一款用于放大电路的三极管。选择三极管型号时，本次设计同样考虑到了这一款器件的使用广泛，因此选用了S9013。红外发射头TSAL6200：在红外通信中，一般选用波长为940nm到950nm的红外发射二极管，而TSAL6200的波长为940nm。且TSAL6200是一种高效率的发光二极管，市面应用非常广泛，因此本次设计选用了这款红外发射头。下面，论文将阐述红外信号的调制及发射过程。首先，遥控器芯片要对按键信号进行识别、编码并且与生成的载波进行调制。然后再通过P33口发送到CD40106，经过整形后再发送到三极管S9013进行放大，最后再由红外发射头TSAL6200把遥控信号发射出去，这样就完成了红外遥控信号的发射。图3.2红外遥控信号整形、放大、发射电路图113.1.3.红外信号的传输协议红外信号灯的传输协议有许多，协议规定了红外信号的载波频率、编码方式等信息，确保了数据在发送和接收两端能够准确的传输。这里，本次设计采用了Philips公司的SAA3010T的编码解码协议。采用PPM脉冲位置调制。这种调制方式的脉冲位置是根据被调信号的变化而变化的，也就是用不同时间位置的脉冲来表示0和1。在这种编码方式下，每一位二进制数占用的时间是一样的，差别仅仅只在于串号脉冲的位置不同。表示“1”时，空号在前面，而串号在后面，表示“0”时则正好相反。如下图所示。图3.3PPM脉冲位置编码码值示意图设计中将“0”和“1”组成的二进制码再经过38KHZ的载波二次调制后才发射，这样同时也达到了降低了电源功耗的目的。最后再由红外发射二极管发射。数据的传输分串行与并行两种，本次设计采用红外串行数据传输。并行传输虽然速度快，但其成本很高，且技术复杂，基于本次设计数据传输量小，且对传输速度没有特别的要求，设计选用了红外串行通信。下图为发射一帧的信号时，信号指令的结构图。图中读者可以看到每一帧的信号都包括着起始位，控制位，系统码和指令码。它们分别占用不同的位数。依次为2、1、5、6。只有符合这样的结构，信号才能正常的发射，数据也才能正常的传输。1110000起始位控制位系统码指令码一帧信号12图3.4一帧信号指令结构图3.1.4.遥控器最小系统图以上设计中已经就红外信号的发射的相关硬件，编码协议等做了具体的阐述，下图为遥控器的最小系统图，本次设计中，主控芯片本次设计采用了AT89S51单片机，图中除了主控芯片外，从上到下依次为复位电路、晶振电路以及电源电路。因在Proteus中，没有AT89S51单片机，所以在此本设计在画电路图时用AT89C51单片机代替。图3.5遥控器最小系统电路图133.2.CPU处理模块以上将遥控器的设计做了具体的阐述，接下来将针对电风扇部分做详细的阐述。CPU方面，本次设计采用和遥控器端一样的AT89S51单片机。这是ATMEL公司推出的一款AT89C51单片机的升级版，不仅能够向下兼容AT89C51的全部功能，并且相较于后者，AT89S51的功能要更加的强大。并且，考虑到AT89C51现已经停产，若使用AT89C51，不利于产品的后续升级。综上所述，我采用了AT89S51单片机作为主控芯片。3.2.1.AT89S51的功能描述及选择AT89S51单片机是由Atmel公司生产的一款单片机。它是经典的AT89C51单片机的升级版，能够向下兼容AT89C系列的单片机。并且，功能更加强大。AT89S51单片机是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含有4kb可擦写1000次的Flash只读程序存储器。集成了8位中央处理器和SPFlash存储单元。功能强大，在众多嵌入式控制应用系统中，AT89S51单片机可以提供更加灵活的高性价比的解决方案。AT89S51具有以下功能特点：同89C51单片机一样，89S51单片机也拥有着40个引脚，以及32个外部的双向输入/输出（I/O）端口，拥有5个中断优先级和两层中断嵌套中断，2个全双工串行通信口和2个16位的定时器/计数器且可编程。126字节的随机存取数据存储器即RAM而芯片自带的1000次可反复擦写的Flash存储器不仅方便，更是可以有效的降低成本。芯片具有低功耗的闲置和掉电模式，在空闲模式下，CPU处于停止工作的状态，但是却允许定时器/计数器、中断、串口和RAM继续工作。而在掉电模式下，芯片进入掉电保护，单片机的一切工作均停止，并且RAM的内容会被保存。直到下一个中断或者硬件的复位。14相较于AT89C51，AT89S51单片机加入了WDT也就是看门狗电路。实际上，看门狗电路是一个计数器，程序开始前，看门狗会得到一个大数，程序开始后，看门狗就会执行倒计数。正常情况下，CPU会每隔一段时间给看门狗一个指令，令看门狗重新开始倒计数，但是如果程序执行过程中出现错误，看门狗就会一直减到0，然后强制整个系统复位，保护硬件电路及芯片。在选择单片机芯片时，设计考虑到AT89C51单片机以及AT89S51单片机两款CPU。两款芯片均能够达到设计功能的要求，AT89C51单片机作为一款经典的单片机，其优势在于价格更低，且本人对其性能等方面更加熟悉。而AT89S51单片机作为AT89C51单片机的升级版，其优势也很明显，其不仅仅可以兼容AT89C51的所有功能，且加入了更多更人性化的强大功能，例如看门狗电路等。并且，AT89C51单片机目前已经停产，考虑到了设计产品的后续升级，本次设计最终选择了AT89S51单片机。3.2.2.单片机的最小系统电路连接如下图为AT89S51单片机，除了CPU以外，图中电路依次为电源电路（下）、复位电路（左上）、接口电路（右上）、晶振电路（中）。15图3.6AT89S51的最小系统电路图3.2.3.工作原理在工作中，当RESET复位输入时，振荡器要复位器件，此时RET引脚会保持两个周期的高电平。而在设计中，P0口则一口多用，分别作为输入口和输出口。Flash编程时，P0口是作为原码的输入口工作，然而当Flash进行校验的时候，P0口则作为输出口工作，当P0口作为输出口工作时，P0外部电平会被拉高。3.3.红外接收模块红外遥控信号的传输是一个很复杂的过程，大体可以分为发射和接收两个部分。在红外信号发射的时候，单片机会将准备发射的二进制信号编码调制在特定频率的载波上，这里本次设计选用38KHZ的载波。然后再交由红外发光二极管发射出去。这样可以避免发射的红外遥控信号受到其他红外信号的干扰。而在接收部分，过程基本上是发射端的逆过程，接收端要对红外遥控信号进行解码，也就相当于是信号调制的逆过程。解调时，要对信号进行放大、检波、整形。本次设计采用一款红外接收头HS0038，这一款接收头可以一体化完成红外遥控信号的接收以及解调。大大简化了设计的接收端的电路。HS0038将红外遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，更重要的是，它可以输出单片机可识别的TTL信号，大大简化了接收端电路的复杂程度和设计难度。下图为HS0038的外观图，图中可以看到，它有三个管脚，分别为地、+5v电源、解调信号输出端。16图3.7一体化红外接收头HS0038在本次设计中，HS0038在接收到红外信号并且经过调制后，会将信号从P33端口传送到CPU，外部中断1也会在此时被触发，在外部中断1的服务子程序中，便可以获得接收到的码值。在单片机接收到中断的命令之后，计数器便开始工作，开始计数。并且按照规定的时间间隔来读取接收到的码值，按照这样的过程循环，接收到14个码值并存储，之后在进行解码最后根据接收到的码来做出相应的动作，这样就完成了红外信号的接收的全部工作。图3.8红外遥控信号接收电路图3.4.显示模块作为一款家电，人机交互占据着极其重要的地位，人机交互的设计好坏直接关系到用户使用是否方便，体验是否完美。为了提高产品的美观、使用的方便度以及产品后期的升级，设计采用了液晶显示的方法。本次设计，采用的是LCD1602液晶显示器。LCD1602液晶是一种工业字符型液晶，可以显示32个字符，即16*2，是一种专17门用来显示字母，数字，字符的点阵型液晶，它也可以显示汉子，根据本次设计的现实需求，显示的内容为电机转速，选用LCD1602比较合适，不仅功能满足，价格也比较适宜。下图为LCD1602液晶显示器的外观图。图3.9LCD1602液晶显示器外观图3.4.1.液晶显示模块电路连接显示芯片的数据输入、输出口D0到D7与单片机P0口相连。寄存器选择输入端RS与单片机P25脚相连，读写控制输入端与单片机P26脚相连，使能信号输入端E与单片机P27脚相连。18图3.10液晶显示模块电路图3.5.电机驱动模块本次设计中，采用了可控硅来对电机进行无级调速。单片机输出的信号经过PWM调制后得到特定的脉宽，通过脉宽控制可控硅的导通角来控制电机的转速。并且用光耦将强电隔离开，这样可以保护电路的安全。设计中，采用光耦MOC3023和可控硅BT136这两款器件。下图为可控硅BT136的外观图。图3.11可控硅BT136外观图论文中提到了PWM算法。软件产生PWM波形的算法有很多种，例如采样SPWM法、均值PWM法、直接PWM法等。这里，本次设计采用直接PWM法。核心的内容就是先要产生一个基准频率的方波，配合定时器通过控制方波的占空比来控制可控硅的导通角，从而控制电机的转速。如下图，图中是电机调速的流程图。图3.12电机调速实现流程图以下是电机驱动模块的电路图。基准频率的方波调整占空比输入控制占空比输出PWM波控制电机调速可控硅的导通角改变19图3.13电机驱动模块电路图3.6.按键控制模块同遥控器的键盘按键类似，本次设计设置了三个按键分别是K2、K3、K4。按键都分别于发光二极管相连，通过发光二极管再连接到P32外部中断0的引脚。这样，外部中断会被任意的一个按键触发，随后就会启用外部中断服务子程序来读取键值。下图为按键控制电路图。20图3.14按键控制电路3.7.电源模块下图为电源电路。根据其功能，可以分为变压和稳压两部分。图中的右半部分中的LM7805稳压器件，是固定稳压电路，在1、3两个输入脚常常接电容，用来进行滤波稳定。LM7805使用外接元件，可以得到比较稳定的电压和电流。起到了很大的作用。而电路的左半部分则为变压电路，由图可以看出，它是由桥式整流电路构成的，可以将家用的220v交流电降压到12v，为LM7805提供输入电流。21图3.155V稳压电路224.系统软件设计软件的设计分为遥控信号发射部分和遥控信号接收及控制部分，下面论文将对这两部分的软件设计进行详细的介绍。4.1.遥控信号发射部分软件设计对于遥控发射部分来说，首先要先确定其主要功能。顾名思义，遥控发射部分就是要当键发生动作时，将相应的键值及时的、正确的以红外信号发射出去，保证接收端能够及时的接收到正确的信号并及时做出相应的动作。在这个过程中，发射部分要完成许多工作，例如键盘信号的读取、载波的产生以及编码的调制、整形、放大和最后的发射这些工作。本次设计对于软件的设计是以一个整体来设计的，每一步都是环环相扣的。在设计当中，本次设计多次用到了单片机的中断功能。当遥控器的按键发生动作时，就会产生外部中断1，之后外部中断1会读取键盘，随后定时器0中断服务子程序会进行编码，而定时器1中断服务子程序则会产生载波并且将信号与产生的载波进行调制，最后再将调制后的调制波经引脚P33发射出去。整个过程的思路都很清楚，每一步都是至关重要的。当没有任何按键按下时，主程序会延时10s，之后CPU进入休眠状态，这样就大大节省了电池电能。如下图所示，图中为主程序和外部中断1、定时器0、1中断程序流程图。23是否否是单片机初始化主程序进入外部中断1子程序等待10S，是否有键按下待机，是否有键按下开始24图4.1遥控信号发射部分主程序流程图图4.2遥控信号发射部分外部中断0服务子程序流程图外部中断0子程序延时消抖获取键值打开定时器0、1中断返回25图4.3遥控信号发射部分定时器0中断服务子程序流程图图4.4遥控信号发射部分定时器1中断服务子程序流程图4.2.遥控信号接收及控制部分软件设计和遥控信号发射端一样，遥控信号的接收及控制部分同样采用中断来进行。这样不仅简化了程序设计，也使得程序的设计更加的清晰。当有红外信号输入时，外中断0来相应输入，和定时器0配合一起完成接收工作。当键盘有信号输入时，则在外部中断1当中来完成键盘的读取工作。定时器0中断程序重设计数器编码并移位，获取要发送的码值中断返回定时器1中断程序产生载波载波与信号调制中断返回26下面是主程序流程图。否初始化主程序延时显示信息是否有中断产生相应中断程序是图4.5接收及控制部分主程序流程图外部中断0（键盘输入）和外中断1（红外接收）服务子程序流程，其主要功能是根据输入（红外输入或键盘输入），控制系统的一些控制参量比如风扇叶片的转速，开关机等。键值为0x03键值为0x02键值为0x01外中断0（键盘）开/关机加档减档中断返回延时取得键值图4.6外中断0程序流程图27码值为0x03码值为0x02码值为0x01外中断1（红外）开/关机加档减减中断返回与定时器配合取得码值图4.7外中断1程序流程图定时器0主要用做红外接收时的计时，定时器1主要用来产生PWM波控制电机转速。其程序流程图如下。图4.8定时器中断0程序流程图是否定时器中断0接收红外码值接收的编码是否符合要求结束计时，关闭中断对编码进行处理，得到键值28图4.9定时器中断1程序流程图定时器中断1根据当前时间调整空占比输出PWM波中断返回295.总结本论文详细的介绍了基于单片机的红外遥控电风扇的控制系统的设计，将一款智能电风扇的基本设计展现在了读者的面前。论文中在几个模块提出了多种方案，通过分析比较，选择了其中最合适的方案，选择时考虑到了方案的实施可行性和经济等方面。最后确定了总体的设计方案。接下来，论文将设计分硬件设计和软件设计两大部分向读者详细的分析介绍。其中，对于设计的核心红外遥控信号的传输部分做了重点的分析和介绍。硬件部分分别介绍了红外信号的产生及调制发射、红外控制信号的接收、CPU的处理、液晶显示、电动机的转速调整。软件部分则主要介绍了功能的软件实现流程图以及程序的编译。由于时间的仓促以及本人能力的局限，设计中难免有不尽人意的地方。希望各位老师同学及读者指正。设计的过程中，将许多平时学到的理论知识实践化，让本人对所学理论知识更加理解的基础上增加了实践的经验。提高了自己对于知识的综合运用以及知识在现实生活中的应用理解。设计的过程本身也是一个学习的过程，比如设计中不仅要考虑到元件的性能，也要考虑到元件的价格，以及产品的后续升级等各种因素，对自己来说是一个综合能力提高的过程。漫长的设计中总会遇到各种问题和困难，设计的这种过程更是锻炼了自己的毅力等精神层面的力量。本次设计中运用到了Proteus、Keil等专业的软件，自己从一窍不通慢慢摸索，慢慢学习，到使用这些软件绘制电路图以及编译软件。不断的学习新的知识，不断在了解着全新的领域（如C语言编程），经过自己的不懈努力、老师的悉心指导以及同学的帮助，设计也一步步得到了完善，期间自己不断的思考，不断的推敲，最后设计能够顺利的完成让自己的成就感十足，同时也让自己感觉到受益匪浅。当然在设计中遇到了一些问题，由于自身知识及能力的局限，有些功能的实现只能就简，某些复杂的设计也只能放弃。但是作者已经尽自己最大的努力使设计完美，虽然距离自己心里的效果有一些差距，但也基本符合自己心中的定位。也完成了毕业设计的要求。通过这次设计，作者意识到了自己知识的有限以及书本上知识的局限。在这个飞速发展的社会，每个人必须不断的学习，通过各种途径学习，不断的开阔自己的30视野，扩展自己的思维。使自己的思维不局限。在做设计的过程中，作者学会了通过各种途径获取自己需要的相关资料的能力，尤其是网络的利用，更是对作者的毕业设计的完成提供了很大的帮助。未来的生活是一个学习的过程。学会自己查阅资料的能力对每一个人未来的事业发展也是极其重要的。这次设计的过程中，作者对自己专业的现状也有了自己的一些了解，这对于马上步入社会的作者无疑是最重要的。设计的初期，作者对电风扇的现状进行了研究和思考，这样的一个过程也让作者懂得了观察生活，不断思考生活，将自己的所学知识应用到生活中的重要性。这次的设计是在张焕梅老师的悉心指导下完成的。感谢张焕梅老师这几个月里不辞辛劳的指导，对于这次设计的完成，老师提出了许多宝贵的建议。同时也要感谢我们同组的同学们，在设计的过程中给我提供了许多真诚的帮助。当我拿到这个项目时，我对这个项目就挺感兴趣。因为我是一名机械电工程专业的学生。其次，智能化是当今社会的一个发展趋势。设计的前期，我将自己的主要精力用在了查阅资料，了解电风扇的发展历史其现今的发展现状，以及电风扇未来的发展趋势。通过查阅资料，我了解到了电风扇如今的尴尬处境，随着人们生活水品的提高，空调越来越普及，人们发现电风扇慢慢的变成了可有可无的。我认真思考了许多问题，认为电风扇并没有落后于时代。电风扇的智能化是一种必然的趋势。在这样的前提下，我对这个项目更加充满了期待。在设计的过程中，遇到了许多的问题，甚至连电风扇的功能确定都成了问题。学校指导老师总能在这时给予我精心的指导。在我遇到困难时，老师总是会热情的鼓励我，给予我信心。使我在完成设计的过程中能够不气不馁、脚踏实地的前进，顺利地完成了这次设计。这次设计的实行让我受益良多，漫长的设计虽然遇到了许多问题、许多困难，但只要认真思考，仔细查阅资料，诚恳的请教老师和同学，困难和问题就总能够解决。虽然有时自己会气馁，但是在老师和同学的鼓励下，总能够重新站起来。这样的依次设计，不仅是对我大学四年知识的全方位的检验，更是多自己精神层面的一次考验。通过这次设计，我学到了很多，也感悟到了很多，学生的每一点进步，无不倾注了指导老师的心血。在此，再次向学校指导老师表示衷心的感谢。这次设计的完成，经历了漫长的时间，学院为我们提供了良好的环境和场地，没有学院的支持，自己不可能真正静下心来完成设计。通过这次设计，我认识到了个人能力的有限，团队力量的强大。如果没有老师31的耐心指导和同学们的真诚帮助，我不可能有现在的能力，也不会顺利地完成这次设计。我能够有现在的能力，离不开学院的培养，四年内让我学会了很多。在此再次真诚的对学院我的母校，我的指导老师，我的同组同学们表示感谢！32参考文献1聂诗良,李磊民.采用单片机发送并接收红外遥控信号的方法J.信息技术,2004,(2)2李剑心.基于单片机的红外发射器J.科技信息(科学教研),2006,(S5).3赵思成,郭娜.单片机红外线遥控器输入系统研究J.硅谷,2009,(1).4史瑞祥,王飞.红外线遥控照明设计J.机械管理开发,2007,(2).5张爱全.红外线遥控的基本原理和应用范围J.山西电子技术,2003,(6).6张新宇.红外遥控工作原理J.中国科技纵横,2