單片機(jī)紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料,單片機(jī),紅外,遙控,系統(tǒng),設(shè)計(jì),資料 單片機(jī)紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89S52單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)，可用于控制多種電器的開(kāi)關(guān)，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速及啟停等方面。闡述了發(fā)射部分和接收部分的設(shè)計(jì)原理和工作過(guò)程，介紹了一種紅外遙控解碼程序的實(shí)現(xiàn)方法，并用流程圖表示了程序的設(shè)計(jì)過(guò)程。 1 引言 紅外線波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于無(wú)線電波的波長(zhǎng)，所以紅外遙控不會(huì)干擾其他無(wú)線設(shè)備的工作；其次其無(wú)法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會(huì)產(chǎn)生相互干擾；再次紅外線電路調(diào)試簡(jiǎn)單，只要按給定電路連接無(wú)誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作，并且編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控；另外紅外遙控器作為控制系統(tǒng)的輸入設(shè)備，具有成本低、靈活方便的特點(diǎn)。紅外遙控的這些優(yōu)點(diǎn)可為用戶提供方便的操控手段，因此該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種家電產(chǎn)品、娛樂(lè)設(shè)施、現(xiàn)代化儀器儀表和工業(yè)控制中，為現(xiàn)代家居和生產(chǎn)生活增添了一絲亮色。 單片機(jī)集CPU，RAM,ROM,I/O口、中斷和定時(shí)器于一體，具有體積小，重量輕，控制靈活方便，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、儀器儀表、家用電器、信息和通信產(chǎn)品以及軍事裝備等方面。采用單片機(jī)進(jìn)行紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有編程靈活多樣，操作碼數(shù)可隨意設(shè)定等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)經(jīng)過(guò)不斷地更新?lián)Q代，其性能也在不斷的提升，其中ATMEL公司生產(chǎn)的閃速存儲(chǔ)器單片機(jī)芯片AT89S52是一種低功耗，高性能的CMOS8位微控制器，本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)為核心，附以相應(yīng)的外圍電路，構(gòu)成基于單片機(jī)控制的紅外遙控系統(tǒng)。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本文所設(shè)計(jì)的紅外遙控系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：即遙控發(fā)射部分和接收控制部分（整個(gè)系統(tǒng)原理框圖如圖１，圖２所示）。整個(gè)系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)的有效發(fā)射與接收，本設(shè)計(jì)將采用脈沖個(gè)數(shù)編碼，和單片機(jī)軟件解碼的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外遙控器對(duì)繼電器的開(kāi)和關(guān)，從而控制電器設(shè)備。 單片機(jī)（１） AT89S52 矩陣 鍵盤(pán) 電路 紅外 發(fā)射 電路 電源電路 　　　　　　　 圖１： 遙控發(fā)射部分框圖 單片機(jī)（2） AT89S52 繼電器 控制 電路 紅外接收 電路 電源電路 數(shù)碼顯示 電路 　　　　　　　 　　　　　　　　　　圖２：接收控制部分電路 ２．１遙控發(fā)射部分（其電路原理圖如圖３）： 　　主要由AT89S52單片機(jī)、矩陣式操作鍵盤(pán)、紅外發(fā)射電路和電源部分組成。實(shí)現(xiàn)一旦有鍵按下，單片機(jī)進(jìn)行鍵盤(pán)查詢，并由查詢的鍵號(hào)控制紅外發(fā)射管發(fā)射相應(yīng)的脈沖。 ２．１．１AT89S52單片機(jī) 遙控電路的核心控制芯片采用AT89S52單片機(jī)，它具備8KB可重編程Flash存儲(chǔ)器，1000次擦寫(xiě)周期，32個(gè)可編程I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，8個(gè)中斷源，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 ２．１．２矩陣式鍵盤(pán) 矩陣式鍵盤(pán)即行列式鍵盤(pán)，用Ｉ／Ｏ線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交電上，行列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩圖3: 遙控發(fā)射部分的電路原理圖 端，按鍵中有無(wú)按鍵按下是由列線送入掃描字，行線讀入行線狀態(tài)來(lái)判斷的。本設(shè)計(jì)中的４＊４矩陣鍵盤(pán)掃描時(shí)先 經(jīng)４位輸出口向４位列線輸出低電平，然后再輸入４位行線的狀態(tài)，若行線狀態(tài)皆為高電平則表明無(wú)鍵按下，若行線狀態(tài)有低電平則表明有鍵被按下。 ２．１．３紅外發(fā)射電路 　　遙控信息碼由單片機(jī)的定時(shí)器0調(diào)制成38KHZ的紅外線載波信號(hào)，由Ｐ３.4口輸出，經(jīng)三極管9013放大后由紅外發(fā)射管發(fā)射出去。 2．2接收控制部分（電路原理圖如圖4）： 主要由AT89S52單片機(jī)、紅外接收電路、數(shù)碼顯示電路、繼電器控制電路和電源電路組成。遙控器發(fā)射的信號(hào)經(jīng)紅外接收處理傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)不同的信息碼進(jìn)行相應(yīng)的繼電器的控制，并完成相應(yīng)的現(xiàn)實(shí)功能。 2．２．１AT89S52單片機(jī) 　AT89S52(2)單片機(jī)為控制核心，外加12MHZ的晶振。 2．２．２紅外接收電路 紅外光波不可見(jiàn)，峰值波長(zhǎng)940nm左右，屬紅外波段。紅外接收管將接收到的紅外線光波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，黑色的樹(shù)脂封裝將700nm以下波長(zhǎng)的光線濾除。紅外一體化接收頭是由紅外接收管和放大電路組成的，能夠接收脈沖編碼調(diào)制的紅外光信號(hào)，具有體積小，密封性好，靈敏度高，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用SM0038一體化接收頭，其解調(diào)頻率為38KHZ，當(dāng)接收到38KHZ的紅外脈沖信號(hào)時(shí)輸出為低電平，反之輸出高電平。經(jīng)其解調(diào)后的信號(hào)輸入單片機(jī)的中斷和串行接收口。通過(guò)單片機(jī)的中斷查詢可進(jìn)行下一步操作。 2．２．３數(shù)碼顯示電路 為方便識(shí)別發(fā)射的按鍵號(hào)碼，以及顯示受控制的電路，在接收部分設(shè)置數(shù)碼顯示電路。顯示電路主要由顯示驅(qū)動(dòng)器4511和數(shù)碼管LED組成。CD4511是7段譯碼器，與其它驅(qū)動(dòng)器不同的是，它顯示數(shù)碼‘6’和‘9’時(shí)沒(méi)有拖尾現(xiàn)象，它所驅(qū)動(dòng)對(duì)象是共陰極LED數(shù)碼管。CD4511的四個(gè)信號(hào)輸入端用單片機(jī)P1端口中的四位來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2．２．４繼電器控制電路 繼電器控制電路可由單片機(jī)的P0和P2口輸出，一共可以有16個(gè)支路，即可以控制16個(gè)電器，而這16個(gè)支路的電路形式完全相同，在本次設(shè)計(jì)模型中，可選擇其中的一個(gè)或幾個(gè)支路來(lái)演示。以P2.1口為例，將其連接到繼電控制電路中三極管9012的基極，三極管的射極接繼電器 ，使整個(gè)控制部分接到交流電器中。當(dāng)P2.1輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，對(duì)應(yīng)的電器設(shè)備電源接通，設(shè)備開(kāi)啟工作；否則P0或P2口相應(yīng)引腳輸出為高電平，三極管截止，繼電器斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的電器設(shè)備因斷電而不能工作。 　　　　　　　　圖４: 接收控制部分的電路原理圖 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的軟件分為發(fā)射部分和接收部分。 發(fā)射部分的工作原理為：系統(tǒng)上電初始化，進(jìn)入主程序循環(huán)狀態(tài)。調(diào)用鍵盤(pán)掃描處理子程序，當(dāng)無(wú)按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)按鍵檢查子程序，檢查按鍵號(hào)并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的發(fā)射子程序。（鍵掃描程序流程圖如圖５）　 在發(fā)射子程序中，利用定時(shí)器０將待發(fā)射信號(hào)調(diào)制成38KHZ的載波信號(hào)，經(jīng)三極管放大后驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管，發(fā)射調(diào)制脈沖信號(hào)。發(fā)射信號(hào)采用脈沖個(gè)數(shù)編碼，不同的脈沖個(gè)數(shù)代表不同的編碼，最小為２個(gè)脈沖，其它信息碼的脈沖個(gè)數(shù)逐個(gè)遞增。為了使接收可靠，第一位碼寬為３ｍｓ，其余為１ｍｓ，碼間距為１ｍｓ，遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔大于１０ｍｓ。遙控器上每一個(gè)按鍵都有唯一的一個(gè)鍵號(hào)，ＣＰＵ通過(guò)查詢得到的鍵值發(fā)射事先設(shè)定個(gè)數(shù)的脈沖。（紅外發(fā)射程序流程圖如圖6） START 有鍵按下嗎？ N 鍵碼計(jì)算 鍵掃描 由鍵號(hào)轉(zhuǎn)至發(fā)射程序 Y N START 裝載發(fā)射脈沖個(gè)數(shù) 發(fā)3ms首脈沖 停發(fā)1ms碼間距 發(fā)射脈沖個(gè)數(shù)減1等于0嗎？ 發(fā)1ms脈沖 停發(fā)1ms脈沖 鍵掃描 Y 圖5：鍵掃描程序流程圖 圖6：發(fā)射程序流程圖 接收部分工作原理為 ：系統(tǒng)上電初始化后，對(duì)單片機(jī)的INT1口進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)其為高電平時(shí)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；當(dāng)其為低電平時(shí)，將啟動(dòng)中斷服務(wù)程序。紅外接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時(shí)，第一位碼的下降沿觸發(fā)中斷程序，實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)幀，并對(duì)第一位碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。若第一位的低電平碼的脈寬小于2ms,將作為錯(cuò)誤幀處理。當(dāng)間隔位的高電平脈沖寬大于3ms時(shí)，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器A中的脈沖數(shù)，在單片機(jī)P1．O—P1．3口輸出相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，經(jīng)譯碼器的譯碼后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管顯示相應(yīng)按鍵，同時(shí)P0或P2口的某一對(duì)應(yīng)引腳輸出控制信號(hào)，使繼電器原有狀態(tài)發(fā)生改變，此時(shí)即完成一次數(shù)據(jù)的接收處理。 4 結(jié)束語(yǔ) 本設(shè)計(jì)采用紅外發(fā)射和接收的方式，保證了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，并且控制?jiǎn)單、實(shí)施方便，成本低廉。通過(guò)接收發(fā)射端的控制信號(hào)，在接收部分實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的控制。但是，由于受紅外線定向性和傳輸距離的限制，該系統(tǒng)只適應(yīng)于短距離的遙控控制(10 m以內(nèi))，而且操作時(shí)遙控器要有一定的角度，如果中間有墻、門(mén)窗等障礙物時(shí)，紅外線將無(wú)法穿透。如果采用調(diào)頻或調(diào)幅等發(fā)射接收編碼，可提高遙控距離，并且不受角度的影響。 注釋?zhuān)? 紅外編碼的格式多種多樣，本設(shè)計(jì)只是選取了其中的一種。 參考文獻(xiàn)： （1）李廣弟《單片機(jī)基礎(chǔ)》北京航空航天大學(xué)出版社 2001年第2版，2003年9月第6次印刷， P11-37,P200-203 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