红外遥控窗帘系统研究

1、毕业设计(论文)题 目：红外遥控窗帘系统研究系：专业班级：学生姓名：指导教师：20XX年X月II 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计（论文） 红外遥控窗帘系统研究红外遥控窗帘系统研究摘要智能化作为现代文明的体现，更是以后全球的发展方向。有了智能的设备，我们就可以按照预先设定的内容在一个独立的环境里自动完成人们所希望完成的任务。本次设计的红外遥控窗帘，采用红外接收装置驱动H桥继电器，实现窗帘的开关。本文通过设计一款无线控制窗帘控制系统，对此进行研究说明。本论文以实际设计为基础，设计一款实际的控制系统，并以此为根本，对此系统的完成过程进行说明。通过该设计我们对智能窗帘系统有了更深的理解。关键词：红

2、外线 遥控 继电器I目录第1章 绪论21.1项目背景31.2 红外遥控的发展51.3 项目背景和建设意义5第二章 几种常用红外遥控器协议62.1 NEC 协议62.2 Nokia NRC1协议72.3 Philips RC-5 协议82.4 ITT协议92.5 Sharp协议10第三章 红外遥控发射电路123.1 HT6221芯片介绍123.2 HT6221应用电路133.3 HT6221键码生成方式143.3.1 HT6221键码的形成143.3.2 代码格式15第1章 绪论1.1 项目背景21 世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。智能家居控制系统可

3、以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效的安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。系统的网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控

4、制等多种功能和手段。使生活更加舒适、便利和安全。因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。 正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使家庭实现了生活现代化、居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们的生活习惯，提高了人们的生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。智能家居控制系统的主要功能包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。随着新技术和自动化的发展，传感器的使用数量越来越大，功能也越来越强，各种传感器都已经标准化、模块化。这给智能家居控制系统的设计提供了极大方便。智能窗帘作为物联网智

5、能家居的一员,向着人性化和舒适化的方向发展，相比传统窗帘有非常多的优点。传统的窗帘，你必须手动去拉，每天早晚都要拉窗帘也是非常麻烦的一件事情，尤其是在别墅或复式房中，所以人们需要一个智能窗帘控制系统来实现窗帘的开关，方便人们的生活;因此遥控电动窗帘在最近几年发展迅速，被广泛应用于智能楼宇，高级公寓，酒店和别墅等领域。只要在遥控器上轻轻点击，就可以自动开启和关闭窗帘，非常方便。在本次设计中，我们主要研究的是利用单片机来实现无线遥控电路的设计。智能家居系统是一个大的社会系统工程，我们应当加快我国智能家居标准化进程。智能窗帘系统作为智能家居中一个很重要的部分,需要在我国智能家居这一领域快速发展,建立

6、起一个具有中国特色的新兴、健康的产业链。让智能窗帘控制系统技术在我国变得更加成熟。 当今，遥控已经很普遍，技术也非常的成熟，为了进一步满足人们高水生活的需求，家用电器产品性能也在不断的更新换代，从始初的晶体管、到电子管；由分立式元件到现在的集成电路；从普通向高性能、多功能型；红外遥控是当前远程控制的最广泛使用的装置。由于具有体积小，功耗低，功能性和低成本的的特点。因此，彩电，录像机，音响设备，空调，玩具，遥控车和门铃标志和其它小型设备都在使用红外遥控器。与此同时，窗帘作为装饰和不可缺少的一部分，它也越来越受欢迎，目前，常用的窗帘轨道是钢丝绳手拉式和滑轮式，价格非常昂贵，只有高收入家庭

7、的一部分用户使用电动遥控轨道，不具有普遍性。所以，现在的重点是如何研制出功能全、造价省的家用自动控制装置。所以本设计中将探讨如何能研究出功能强大且成本很低的智能遥控窗帘控制系统。 1.2国内外现状 在欧美等发达国家，电动窗帘已经被广泛的应用了，技术也比较的成熟。在十年前电动窗帘就已经进入我国，但是没有得到很好的推广，最近几年由于电控技术的快速发展和成本的不断下降，电动窗帘热在我国又卷土重来，据了解我国已经有170多种电动智能窗帘获得了国家专利。尽管遥控智能窗帘系统在我国还是一个新兴的产业，但是他的发展十分迅速，在智能窗帘引进我国的短短的几年内，它以丰富的功能，人性化的控制被

8、人们慢慢接受并喜欢。在未来的几年内，技术的成熟性有望超过国外。 随着自动遥控窗帘热潮在世界范围内的日渐兴起，随着中国电子技术的快速发展、人们生活水平的不断提高，智能电子技术在生活中被广泛应用 ,自动窗帘已经成为未来家居装饰潮流发展的最新方向,在不久的将来,没有自动窗帘系统的住宅肯定不合潮流。从目前的发展趋势来看,在未来的20年时间里,自动窗帘行业将成为中国的主流行业之一,其市场的发展前景是非常广阔的。1.3 课题意义随着社会的发展，科技的进步，生活水平的提高，人们对家庭生活的舒适性有了更深层次的认知。以往的窗帘仅仅是起到遮光的效果，智能化与人性化程度较低，只能通过人们手动去

9、拉动，给居家生活造成了一定的不便，尤其是对于一些应用大型窗帘的会议厅、歌舞厅、酒店等来讲，传统式窗帘的功能已显得极为单调，不能再满足人们各方面的需求。于是遥控电动窗帘在最近几年得到迅速发展，红外遥控的智能窗帘，不但能够解决手拉开关窗帘的难题，而且能够使人们的生活更加便捷，更加人性化，使人们深切体验到智能化时代带来的生活层面的满足。第二章 系统方案选型2.1 无线遥控方案选型2.1.1 红外遥控方案介绍红外辐射俗称红外线或红外光，它是人眼看不见的光线，具有强烈的热作用，故又称热辐射。红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为0.01um1000um。根据波长的不同可分为可见光和不可见光，

10、波长为0.38um0.76um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0.01um0.38um的光波为紫外光(线)，波长为0.76um1000um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0.76um1.5um。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为0.8um0.94um，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。 1  

11、;红外遥控简介 红外遥控系统主要由遥控发射器、一体化接收头、单片机、接口电路组成，遥控器用来产生遥控编码脉冲，驱动红外发射管输出红外遥控信号，遥控接收头完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲。遥控编码脉冲是一组串行二进制码，对于一般的红外遥控系统，此串行码输入到微控制器，由其内部CPU完成对遥控指令解码，并执行相应的遥控功能。 2 红外遥控现状 目前家电中用的最多的遥控方式是红外遥控，红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。价格低廉，编码简单，近距离的遥控使用红外遥控非常有优势。 由于红外一体化接收头的出现，大大降低

12、了红外遥控的成本和技术难度，目前不仅在家电领域，在玩具、安防等领域也有广泛的应用。红外遥控系统主要由红外遥控发射装置、红外接收设备、遥控微处理机等组成。因此，遥控系统是一个涉及单片机的数字系统。 目前国内红外遥控电子元器件的竞争很激烈，导致了价格的低廉，表面上有利于消费者，可是长期恶性竞争，互相压价格，必将导致产品质量的下降，最终损害的只能是消费者。 红外遥控是单工的红外通信方式，整个通信中，需要一个发射端和一个接收端。发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。红外接收端普遍采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头接收红外

13、信号，它同时对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并控制相关对象。3红外遥控系统特点 红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。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。因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。目前红外遥控器已经在各类电器上得到了广泛应用。市场上一般设备系统均采用专用的遥控编码及解码集成电路，具有制作简单等特点，但由于这些芯片价格较贵，功能键数及功能

14、受到特定的限制，且相互之间采用的遥控编码格式互不兼容。所以各机型的遥控器通常只能针对各自的遥控对象而无法通用，只适用于某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有硬件接口简单方便。编程灵活多样，操作码个数可随意设定等优点。此方案不仅可用控制键实现对电器的控制，而且可对一路电灯进行亮度控制，方便实用。且本设计用到的元器件较少，电路相对简单实用。4红外遥控系统原理 红外遥控系统是集光、电于一体的系统。系统电路分遥控发射电路和遥控接收电路和控制电路三大部分。遥控发射电路采用红外线脉冲个数编码，将编码信息通过红外线发射出去，遥控接收电路接收到信息后，先进行

15、软件解码，然后对一外接设备进行开启等功能控制。本课题主要研究被控对象通过控制器发送指令进行控制，控制器发送一个指令到微处理器，再由微处理器控制被控对象，而这个距离是无线连接的。而完成这个过程，信号要完成编码、发送、译码，再进行控制。2.1.2 2.4G遥控方案选型2.4G无线射频技术作为无线领域的年轻人；还有很多路要走。但是潜力是无限的那些陈腐技术所不能比拟的总体来说，总结：一项技术的幼稚肯定会经历一系列的过程。目前采用2.4G技术的无线对讲在功能及音质上已经有很好地表现，如何用户不追求过高的HiFi音质，还是非常值得购买此类产品的 都通过2.4G实现的无线。从理论上来讲，说到2.4

16、G将用户带入了全新的无线时代。无线鼠标、键盘甚至对讲机、门铃。2.4GHz工作在ISM频段的一个频段。 科学和医用频段。一般来说世界各国均保留了一些无线频段，ISM频段是工业。以用于工业，科学研究，和微波医疗方面的应用。应用这些频段无需许可证，只需要遵守一定的发射功率（一般低于1W并且不要对其它频段造成干扰即可。ISM频段在各国的规定并不统一。2.4GH为各国共同的ISM频段。因此无线局域网（IEEE802.11b/IEEE802.11g蓝牙，ZigBe等无线网络，均可工作在2.4GHz频段上。并且搭载有跳频技术和数据加密。所以，稳定性强：2.4GHz无线射频技术由于采用了专用的数据

17、通道。呈现相似频段的可能性大大降低，从而减少了信号之间的干扰，保证了传输的稳定性。这一点和蓝牙、FM调频等方式相比，还是特点十分鲜明的 无线耳机具备多种功能 采用2.4GHz无线射频技术的音频产品在出厂的时候就已经内置了配对码，操作简单：和蓝牙的配对方式不同。这样，用户在使用时也不需要刻意地去配对，只需打开设备即可完成连接。不得不说，这是无线设备的一次小小进步。 所以理论上2.4G可以达到无损传输；2.4G耳机具备 耳麦双向工作能力音质逊色：物理层定义了工作在2.4GHzISM频段传输方式总数据传输速率设计为2Mbit/而CD级音质仅有1.4M每秒左右。 这一点是同为数字传输方式的蓝牙所不能比

18、拟的采用2.4G无线射频传输的耳机在播放时间上可以轻松达到9个小时，2.4G对讲对发射功率要求不高。方便用户节约本钱，保证了通讯的继续性。2.1.3 无线遥控方案确定虽然2.4G无线遥控具有非常优异的性能，但是由于2.4G设备价格较红外遥控要高出很多，同时2.4G无线收发需要有单片机进行处理，因此开发难度较大，因此本设计基于红外遥控作为遥控控制的信号源，进行系统的开发。2.2 红外信号接收方案选型2.2.1 单片机信号处理方案采用单片机驱动红外接收管，接收红外遥控值，是一个较为常见的方案。下图为典型应用之一。该电路中，核心处理器为一款430单片机，该单片机实时读取红外接收头接收到的红外遥控键值

19、，通过一定的换算，得到实际按下的键值。 图2-1 单片机红外接收方案电路图单片机程序处理流程如下所示：中断开始低电平脉宽>2ms接收并对低电平脉冲计数高电平脉宽>3ms？按脉冲个数至对应的功能程序中断返回NN Y图2-2 单片机接收方案流程图2.2.2 基于YIRX04的接收电路YIRX04红外解码芯片三叶电子科技自主研发，该芯片能兼容市面上99%以上的红外遥控器,，该芯片具有2路输出引脚，可用来驱动2路负载。该芯片引脚如下所示：表2-3 芯片引脚说明 引脚号 名称 功能 1 VCC 电源 2 OUT1输出，当MD为1时，输出为翻转，当MD为0时，输出脉冲3 BT 测试按键输入 4

20、 GND 电源地 5 OUT2 输出，当MD为1时，输出为翻转，当MD为0时，输出脉冲 6 LED 指示灯，当收到红外信号时和进入学习模式时闪烁 7 Irin 红外接收头输入 8 MD 输出模式：该引脚为高时，输出OUT为电平翻转，反之为脉冲输出 2.2.3 红外接收电路方案确定 综上所示，虽然单片机方案具有很多优异的性能，但是由于开发周期较长，并且整体造价较高。而基于专用红外接收芯片制作，成本较低，并且开发周期较短，是非常理想的方案。2.3 电机正反转控制方案2.3.1 电机正反转控制芯片方案电机驱动可以采用集成电路制作。比较常见的为L298N。 图2-3 L298N驱动电机正反转

21、电路L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。 工

22、作电压：控制信号直流5V；电机电压直流3V46V（建议使用36伏以下） 最大工作电流：2.5A 五、额定功率：25W 特点：1、具有信号指示。 2、转速可调               3、抗干扰能力强 4、具有过电压和过电流保护              &

23、#160;5、可单独控制两台直流电机               6、可单独控制一台步进电机               7、PWM脉宽平滑调速             

24、  8、可实现正反转 2.3.2 电机正反转控制芯片方案本设计中，为了能实现电机正反转控制，采用4个继电器组成了H桥驱动电路。电路如下图所示。其中，K1和K3继电器，以及K2和K4继电器，分别两两组成联动电路，两路分别使用一个触发信号，即可实现继电器同时打开，驱动电机单方向运转。由于红外接收电路一次只输出一个驱动信号，所以一次只能导通一个回路，继而电机一次只能向一个方向单向运动。2.3.3 电机正反转方案确定虽然L298N芯片具有非常优异的性能，但是由于L298N芯片需要外接提供PWM信号才可以工作，因此设计电路时需要额外提供PWM产生电路。因此，采用4个继电器组

25、成的H桥正反转控制方案，具有更方便的特点，因此本设计采用该方案。本设计选用的继电器为 HK4100F电磁继电器。图2-4 HK4100F继电器实物图该继电器主要技术参数：品牌：汇科（HUI KE） 型号：HK4100F-DC5V-SH 外形尺寸（mm）：10.5*15.5*11.8mm（W*L*H） 重量：3.5g 产地：中国宁波           触点形式：1C（SPDT） 触点负载：3A 220V&#

26、160;AC/30V DC 阻抗：100m 额定电流：3A 电气寿命：10万次 机械寿命：1000万次 线圈参数： 阻值(士10%)：120 线圈功耗：0.2W 额定电压：DC 5V 吸合电压：DC 3.75V 释放电压：DC 0.5V 工作温度：-25+70 具体电路图如下所示：图2-5 HK4100F继电器H桥驱动电路第三章 红外遥控电机控制系统总体电路3.1 红外遥控发射电路红外遥控发射电路如下所示：图3-1 红外发射电路3.2 红外遥控接收电路红外遥控接收电路如下所示：图3-2 红外接收电路3.3 继电器驱动电路继电器驱动电路如下所示：图3-3 HK4100F继电器驱动电路3.4 继电器H桥