單片機紅外遙控系統(tǒng)設計資料,單片機,紅外,遙控,系統(tǒng),設計,資料 單片機紅外遙控系統(tǒng)設計 摘要：本文設計了一種基于AT89S52單片機的紅外遙控系統(tǒng)，可用于控制多種電器的開關(guān)，交流電機的轉(zhuǎn)速及啟停等方面。闡述了發(fā)射部分和接收部分的設計原理和工作過程，介紹了一種紅外遙控解碼程序的實現(xiàn)方法，并用流程圖表示了程序的設計過程。 1 引言 紅外線波長遠小于無線電波的波長，所以紅外遙控不會干擾其他無線設備的工作；其次其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾；再次紅外線電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作，并且編解碼容易，可進行多路遙控；另外紅外遙控器作為控制系統(tǒng)的輸入設備，具有成本低、靈活方便的特點。紅外遙控的這些優(yōu)點可為用戶提供方便的操控手段，因此該技術(shù)被廣泛應用于各種家電產(chǎn)品、娛樂設施、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。 單片機集CPU，RAM,ROM,I/O口、中斷和定時器于一體，具有體積小，重量輕，控制靈活方便，價格低廉等優(yōu)點，廣泛應用于工業(yè)自動化、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。采用單片機進行紅外遙控系統(tǒng)設計，具有編程靈活多樣，操作碼數(shù)可隨意設定等優(yōu)點。單片機經(jīng)過不斷地更新?lián)Q代，其性能也在不斷的提升，其中ATMEL公司生產(chǎn)的閃速存儲器單片機芯片AT89S52是一種低功耗，高性能的CMOS8位微控制器，本設計以AT89S52單片機為核心，附以相應的外圍電路，構(gòu)成基于單片機控制的紅外遙控系統(tǒng)。 2 系統(tǒng)硬件設計 本文所設計的紅外遙控系統(tǒng)分為兩個部分：即遙控發(fā)射部分和接收控制部分（整個系統(tǒng)原理框圖如圖１，圖２所示）。整個系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題是實現(xiàn)紅外信號的有效發(fā)射與接收，本設計將采用脈沖個數(shù)編碼，和單片機軟件解碼的方式來實現(xiàn)紅外遙控器對繼電器的開和關(guān)，從而控制電器設備。 單片機（１） AT89S52 矩陣 鍵盤 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（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、矩陣式操作鍵盤、紅外發(fā)射電路和電源部分組成。實現(xiàn)一旦有鍵按下，單片機進行鍵盤查詢，并由查詢的鍵號控制紅外發(fā)射管發(fā)射相應的脈沖。 ２．１．１AT89S52單片機 遙控電路的核心控制芯片采用AT89S52單片機，它具備8KB可重編程Flash存儲器，1000次擦寫周期，32個可編程I/O口線，3個16位定時器/計數(shù)器，8個中斷源，看門狗定時器，2個數(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。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 ２．１．２矩陣式鍵盤 矩陣式鍵盤即行列式鍵盤，用Ｉ／Ｏ線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設置在行列的交電上，行列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩圖3: 遙控發(fā)射部分的電路原理圖 端，按鍵中有無按鍵按下是由列線送入掃描字，行線讀入行線狀態(tài)來判斷的。本設計中的４＊４矩陣鍵盤掃描時先 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的定時器0調(diào)制成38KHZ的紅外線載波信號，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、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)射的信號經(jīng)紅外接收處理傳遞給單片機，單片機根據(jù)不同的信息碼進行相應的繼電器的控制，并完成相應的現(xiàn)實功能。 2．２．１AT89S52單片機 　AT89S52(2)單片機為控制核心，外加12MHZ的晶振。 2．２．２紅外接收電路 紅外光波不可見，峰值波長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，黑色的樹脂封裝將700nm以下波長的光線濾除。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，具有體積小，密封性好，靈敏度高，價格低廉等優(yōu)點。本設計采用SM0038一體化接收頭，其解調(diào)頻率為38KHZ，當接收到38KHZ的紅外脈沖信號時輸出為低電平，反之輸出高電平。經(jīng)其解調(diào)后的信號輸入單片機的中斷和串行接收口。通過單片機的中斷查詢可進行下一步操作。 2．２．３數(shù)碼顯示電路 為方便識別發(fā)射的按鍵號碼，以及顯示受控制的電路，在接收部分設置數(shù)碼顯示電路。顯示電路主要由顯示驅(qū)動器4511和數(shù)碼管LED組成。CD4511是7段譯碼器，與其它驅(qū)動器不同的是，它顯示數(shù)碼‘6’和‘9’時沒有拖尾現(xiàn)象，它所驅(qū)動對象是共陰極LED數(shù)碼管。CD4511的四個信號輸入端用單片機P1端口中的四位來實現(xiàn)。 2．２．４繼電器控制電路 繼電器控制電路可由單片機的P0和P2口輸出，一共可以有16個支路，即可以控制16個電器，而這16個支路的電路形式完全相同，在本次設計模型中，可選擇其中的一個或幾個支路來演示。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 ，使整個控制部分接到交流電器中。當P2.1輸出低電平時，三極管導通，繼電器吸合，對應的電器設備電源接通，設備開啟工作；否則P0或P2口相應引腳輸出為高電平，三極管截止，繼電器斷開，對應的電器設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)軟件設計 本設計的軟件分為發(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，進入主程序循環(huán)狀態(tài)。調(diào)用鍵盤掃描處理子程序，當無按鍵按下時，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；當有按鍵按下時，系統(tǒng)通過按鍵檢查子程序，檢查按鍵號并轉(zhuǎn)入相應的發(fā)射子程序。（鍵掃描程序流程圖如圖５）　 在發(fā)射子程序中，利用定時器０將待發(fā)射信號調(diào)制成38KHZ的載波信號，經(jīng)三極管放大后驅(qū)動紅外發(fā)射管，發(fā)射調(diào)制脈沖信號。發(fā)射信號采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的編碼，最小為２個脈沖，其它信息碼的脈沖個數(shù)逐個遞增。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。遙控器上每一個按鍵都有唯一的一個鍵號，ＣＰＵ通過查詢得到的鍵值發(fā)射事先設定個數(shù)的脈沖。（紅外發(fā)射程序流程圖如圖6） START 有鍵按下嗎？ N 鍵碼計算 鍵掃描 由鍵號轉(zhuǎn)至發(fā)射程序 Y N START 裝載發(fā)射脈沖個數(shù) 發(fā)3ms首脈沖 停發(fā)1ms碼間距 發(fā)射脈沖個數(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，對單片機的INT1口進行檢測，當其為高電平時，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；當其為低電平時，將啟動中斷服務程序。紅外接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位碼的下降沿觸發(fā)中斷程序，實時接收數(shù)據(jù)幀，并對第一位碼的碼寬進行驗證。若第一位的低電平碼的脈寬小于2ms,將作為錯誤幀處理。當間隔位的高電平脈沖寬大于3ms時，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器A中的脈沖數(shù)，在單片機P1．O—P1．3口輸出相應的二進制數(shù)據(jù)，經(jīng)譯碼器的譯碼后驅(qū)動數(shù)碼顯示管顯示相應按鍵，同時P0或P2口的某一對應引腳輸出控制信號，使繼電器原有狀態(tài)發(fā)生改變，此時即完成一次數(shù)據(jù)的接收處理。 4 結(jié)束語 本設計采用紅外發(fā)射和接收的方式，保證了信號傳輸?shù)目煽啃裕⑶铱刂坪唵?、實施方便，成本低廉。通過接收發(fā)射端的控制信號，在接收部分實現(xiàn)了相應的控制。但是，由于受紅外線定向性和傳輸距離的限制，該系統(tǒng)只適應于短距離的遙控控制(10 m以內(nèi))，而且操作時遙控器要有一定的角度，如果中間有墻、門窗等障礙物時，紅外線將無法穿透。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： 紅外編碼的格式多種多樣，本設計只是選取了其中的一種。 參考文獻： （1）李廣弟《單片機基礎》北京航空航天大學出版社 2001年第2版，2003年9月第6次印刷， P11-37,P200-203 （2）劉東漢《基于微處理器解碼多功能遙控系統(tǒng)的設計》<現(xiàn)代電子技術(shù)>2006年第8期，P27-29 （3）朱光忠《基于單片機的紅外遙控開關(guān)控制器》<計算機工程與設計>2006年第11期，P2097-2099