基于单片机的电器遥控器设计.docx
《基于单片机的电器遥控器设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的电器遥控器设计.docx（45页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于单片机的电器遥控器设计
设计题目：
基于单片机的电器遥控器的设计
一、主要内容及基本要求
设计并制作一电器遥控器。
该装置要求：
能控制电器数目；6，其中5个用于控制电器的电源开关、一个用于对电灯进行亮度控制；遥控距离：
不小于20米；遥控角度：
不小于120度。
该电器遥控器由发射器和接收器两部分组成，其中接收器部分要有调光灯的亮度等级数码显示，电器电源采用继电器控制，其线包驱动电流不小于5mA。
二、重点研究的问题
数控调频发射。
三、进度安排
各阶段完成的内容
起止时间
1
查阅资料、熟悉设计内容
05年1月~3月中
2
总体方案设计及单元电路设计并提出元器件清单
3月中旬~4月1号
3
单元电路组装与调试
4月2号~4月15号
4
系统软件设计、软件调试及仿真
4月16号~4月30号
5
整机联调与参数测试
5月1号~5月20
6
整理资料、拟写设计报告
5月21号~6月5号
7
修改设计报告，准备答辩
6月6号~6月10号
四、应搜集的资料及主要参考书
1、查阅国内外该类仪器的相关资料，写出关于该类仪器目前的现状及动态综述。
2、主要参考书：
1）、《电子测量》蒋焕文等编著，中国计量出版社，北京，1998.5，第二版
2）、《单片机原理与应用》杨恢先等主编，国防科大出版社，2003.3，
3）、《51系列单片机设计实例》褛然苗等编著，北京航空航天大学出版社，2003，
4）、《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编，华中理工大出版社。
湘潭大学
毕业论文（设计）鉴定意见
学号**********学生姓名：
徐波专业：
电子信息工程
毕业论文（设计说明书）38页图表19张
论文（设计）题目：
基于单片机的电器遥控器设计
内容提要：
通过对设计要求地认真分析和研究，拿出了几种可行方案，最终选定
了一个最佳方案。
该方案是采用先进的单片机技术实现遥控的主要手段。
我们所
设计的遥控器能控制5个电器的电源开关，并且可对一路电灯进行亮度的调节。
设计说明书从硬件设计，系统的功能实现方法，遥控的发射及接收控制流程
及软件设计上具体介绍了该电路的详细情况，并给出了电路硬件和软件的调试以
及测试结果。
指导教师评语
徐波同学在毕业设计过程中能服从老师安排，积极主动的工作。
在规定的时间内基本上完成了老师下达的任务。
毕业设计选题符合专业要求，所做设计有一定的新颖性。
毕业设计说明书文字叙述清楚、公式推断正确、图纸和元件清单提供齐全、格式符合要求，同意参与答辩。
指导教师姓名（职称）：
年月日
答辩简要情况及评语
徐波同学在答辩过程中，语言较流畅、表述一般，且能回答出老师提出的较容易的问题。
综合设计报告和所做设计情况，经答辩小组商定一致推荐该生毕业设计成绩为及格。
答辩小组组长：
成员：
、、
年月日
答辩委员会意见
评定成绩
答辩委员会主任：
年月日
湘潭大学毕业论文（设计）评阅表
院（系）信息工程学院专业电子信息工程学号**********姓名徐波
论文（设计）题目：
基于单片机的电器遥控器设计
评阅人姓名（职称）：
评阅日期：
评价项目
评价内容
选题
1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当。
能力
1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；
2.是否有综合运用知识的能力；
3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；
4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；
5.工科是否有经济分析能力。
论
文
质
量
1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表是否完备、整洁、正确，引文是否规范；
2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；
3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。
工作量
工作量是否饱满，含论文篇幅、图纸等是否达到规定要求。
综合评价
徐波同学的毕业设计选题符合培养目标，体现了学科、专业特点和教学计划的基本要求，能达到综合训练的目的，且难度适中，分量足。
所做设计，结构合理，装配一般，且基本达到了设计要求。
设计说明书，文字通顺，图表齐全，格式符合要求。
综合各方面的情况可见，该生具有一定的查阅文献、综合归纳资料的能力和综合运用知识的能力，以及具备有一定的外文与计算机应用能力。
基于单片机的电器遥控器设计
摘要：
通过对设计要求地认真分析和研究，拿出了几种可行方案，最终选定了一个最佳方案。
该方案是采用先进的单片机技术实现遥控的主要手段。
我们所设计的遥控器能控制5个电器的电源开关，并且可对一路电灯进行亮度的调节。
关键字：
遥控电路，红外发射，红外接收，单片机
ADesignabouttheTele-controllerBasedonSCM
【abstract】Afteranalyzingandresearchingontherequestofthedesign,wetakeseveralblueprintandweselectedthebestoneintheend.TheprojectmakeuseofadvancedSCMtorealizetheremotecontrol.Remotecontrollerwedesignedcandominate5electricalsourceswitchesandadjustthebrightnessofonelight.
【keyword】RemotecontrollingcircuitInfraredemissionInfraredreceiving,SCM
文献综述
随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使遥控技术有了日新月异的发展。
遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。
近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。
一．遥控技术的种类
电动常见的遥控电路一般有如下几种类型：
声控、光控、无线电遥控、红外遥控等等。
1.声控方式
声控就是用声音去控制对象动作，一般采用驻极体话筒或压电陶瓷片作为传感元件来拾取声音，通过电路放大驱动后级电子开关动作。
为防止外界音频干扰，可以采用超声波控制，但也有故意选用声频来进行控制的，比如用小孩发出的声音频率去控制声控玩具娃娃的哭笑动作等。
2.光控方式
简单的单通道光控电路是利用光敏管受光以后内阻发生变化使电子开关的状态发生变化，传感器有光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光敏电池等等（早期生产的玻璃壳封制晶体管，刮掉外面黑色遮光油漆后就是一个不错的光敏管。
）。
这个光源既可以是可见光，也可以是红外线等不可见光源，不同的光敏元件有着不同的光谱。
复杂一些的光控电路则能够完成多通道开关或模拟量变化控制，应用极其广泛，可以说家家都有。
因为带遥控的电视机、功放音响、VCD录像机等家用电器的遥控器都是利用红外线光源进行遥控的典例。
上海现在有许多居民楼的走廊照明灯都采用了光控与声控相结合的电路，利用路过的人发出的脚步声、谈话声或其他声音去触发照明灯的声控电子开关，用光控电路使得照明灯在白天自动关闭停止响应。
3.无线电遥控方式
无线电遥控电路比起声控或光控电路复杂多了，但控制距离也更远是它的主要特点，光控、声控电路一般仅有几米到十几米的作用距离，而无线电遥控视不同的应用场合近可以是零点几米，远则可以超越地球到达太空！
它由发射电路和接收电路2部分组成，当接收机收到发射机发出的无线电波以后驱动电子开关电路工作。
所以它的发射频率与接收频率必须是完全相同的。
根据其发射的高频波形有等幅、调幅、调频、数字脉冲发射机，根据其控制的开关数目有单通道遥控和多通道遥控等。
等幅发射只能用于单通道控制，线路简单发射效率高但是抗干扰性极差。
用固定的音频频率[/b]去调制高频发射波的[b]幅度（所谓调制，就是使发射的高频电波随着音频频率的变化而产生相应变化的过程。
），使发射的高频电波幅度随着音频频率的变化而产生相应变化，这就是调幅发射。
它可以用不同的音频频率去控制不同的开关通道，所以可以做成遥控多通道控制电路。
由于调幅波的高频发射功率不能被全部利用，所以高频发射效率比较低，但是因为它采用了音频调制的方法，所以大大提高了抗干扰的能力。
如果用固定频率的音频去调制高频发射波的频率，使得高频发射频率随着音频频率产生相应的频率偏移，这就是调频发射。
因为调频发射发送的是高频等幅波（高频全功率发射），充分利用了高频发射功率，所以在发射机的高频发射功率相同的情况下，控制距离比调幅波远得多。
由于自然界里的干扰电波多数是调幅波，所以调频波的抗干扰性能也远远优于调幅波，缺点是调频接收电路相对调幅接收电路来说比较复杂一些。
如果用于调制的音频不是固定频率，而是直接用人的话音频率去调制高频发射波，那就是无线电对讲机了，发送接收的基本道理都一样。
如果用数字信号去调制高频发射电波，那发射的就是高频脉冲波了。
接收电镀虽然更复杂，但是各项技术指标均有提高，工作的可靠性、稳定性都是其他调制方式望尘莫及的。
由于发射功率过大会干扰和影响其他电子设备的正常工作（飞机上不允许乘客使用手机，就是怕手机的高频发射电波会干扰驾驶舱电子仪器的正常运行而产生事故。
），所以每个国家都有专门的无线电管理委员会进行监督管理，对在不同场合、不同工作性质下使用的无线电波发射功率、发射频率均有严格的限制和规定。
对于业余无线电爱好者，开辟有专门的业余波段提供使用。
遥控有效距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。
但由于上述发射功率、工作频率受到各种限制，一般可以从提高接收灵敏度、改善接收电路的抗干扰性能等方面入手去改进接收电路。
最初级的无线电遥控电路，接收采用简单的超再生电路，会产生“沙沙……”的电路特有噪声，当接收到发射机发出的与接收频率相同的高频等幅波时，噪声立刻被抑制，使后级的低频放大电路的输入状态改变而驱动电子开关动作。
由于它只有在打开或关闭发射机时产生对应的开关信号，所以只能工作在单通道遥控方式。
而且当遥控距离拉长后，由于接收到的高频电波减弱，电路噪声将不能被完全抑制，此时的电子开关就处于极不稳定的临界状态，或开或关，这可是遥控电路的大忌！
所以此遥控电路应用范围很小。
调幅接收机接收到经过音频调制的高频调幅信号以后，通过检波级将音频信号截下送往后级放大电路。
如果是多通道的接收机，一般用磁罐制作精密电感组成多级不同谐振频率的LC音频滤波电路，每级只允许与该级谐振频率相同的音频频率通过，经过处理转换成直流电平驱动后面的电子开关。
接收机视遥控场合的不同要求可以是直放式、高放式、外差式等电路组合，抗干扰要求高的重要场所还可以增加二次变频电路加强安全系数。
无线电遥控电路的重点就是抗干扰和稳定性问题，所以电路里为了安全可能会设置了许多的附加电路。
毕竟无线电遥控电路与无线电对讲机在安全要求方面大不一样，对讲机一句话没听清楚可以要求对方再说一遍，说错了还可以纠正，用于重要场合的遥控器要是开关动作错了，也许就是人命关天的后果！
4.红外遥控方式
红外遥控就是把红外线作为载体的遥控方式。
由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用红外遥控方式时，不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。
同时，由于采用红外线遥控器件时，工作电压低，功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛。
二、红外遥控技术的研究现状和成果
常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。
发射部分的主要元件为红外发光二极管。
它实际上是一只特殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。
目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940mm左右，外形与普通φ5发光二极管相同，只是颜色不同。
红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。
判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样；用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。
红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉锯法来粗略判判定。
接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。
在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。
红外发光二极管一般有圆形和方形两种。
由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。
前些年常用Μpc1373H、CX20106A等红外接收专用放大集成电路。
最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。
成品红外接收头的封装大致有两种：
一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。
均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。
红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。
成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。
但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。
红外遥控常用的载波频率为38kHz这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。
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≈37.9kHz≈38kHz。
也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。
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。
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。
由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。
因此，现在红外遥控在加用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。
多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。
当发射端按下某一按键时，相应地接收端有不同地输出状态。
接收端地输出状态大致可分为脉冲、电平、自馈、互锁、数据五种形式。
“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。
“电平”输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”消失。
此处的“有效脉冲”和“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效；如静态时为高，则“低”为有效。
大多数情况下“高”为有效。
“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来低电平变为高电平。
此种输出适合用作电源开关、静音控制等。
有时亦称这种输出形式为“反相”。
“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。
电视机的选台就属此种情况，其他如调光、调速、音响的输入选择等。
“数据”输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。
一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便以后适时地来取数据。
这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。
除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。
所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。
参考文献：
[1]李建华.实用遥控器原理与制作.北京:
人民邮电出版社,1996
[2]苏长赞.红外线与超声波遥控.北京:
人民邮电出版社,1995
[3]舒经文.最新彩电机芯及其遥控系统的原理与维修.北京:
电子工业出版社,1993
[4]王明亮等.广播.电视调频发送技术,上、下册.北京:
中国广播电视出版社,1993
[5]梁延贵.遥控电路可控硅触发电路语音电路分册北京:
科学技术文献出版社,2002
[6]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京:
航天航空大学出版社,1999
[7]康光华,陈大钦.电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社.1999.6.
[8]李建华.实用遥控器原理与制作.北京:
人民邮电出版社,1996
[9]苏长赞.红外线与超声波遥控.北京:
人民邮电出版社,1995
[10]焦李成.电流模式信号处理的进展与展望.电子学报.1992.20（7）：
87－92
第1章总体设计方案
根据任务书的要求，利用单片机设计一个遥控开关电路，可以拟定以下的几种方案。
方案一：
（简易红外遥控电路）
在不需要多路控制的应用场合，可以使用由常规集成电路组成的单通道红外遥控电路。
这种遥控电路不需要使用较贵的专用编译码器，因此成本较低。
红外发射部分
图1.1
考虑到本方案电路是简单的单通道遥控器，可直接产生一个控制功能的震荡频率，再通过红外发光二极管发射出去。
红外接收部分
图1.2
当红外接收头接收到控制频率时，由一个电路对其进行解调并产生相应的控制功能。
方案二：
（利用红外遥控开关电路）
红外线发射/接收控制电路均采用单片机来实现，输出控制方式可选择，实用性强。
方案结构图：
红外发射部分：
图1.3
当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出去。
红外接收部分：
图1.4
当红外接收器接收到控制脉冲后，由控制方式选择开关选择是“互锁”还是单路控制，再由单片机处理后，对相应的受控电器产生控制。
方案三：
利用红外遥控开关电路
用单片机制作一个红外电器遥控器，可以分别控制5个电器的电源开关，和一个电灯开关，并且可以对电灯进行亮度的调光控制。
红外发射部分结构图如下：
图1.5
当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出去。
红外接收部分结构如下：
图1.6
当红外接收器接收到控制脉冲后，经单片机处理由显示设备显示出当前受控电器的序号，并判断是否对电灯进行调光，如需调光则经调光电路处理后实现调光功能。
方案比较
综上所述通过比较三套方案，方案一未采用单片机控制，功能过于单一，仅能对一路电器进行简单的遥控；方案二和方案三的红外线发射/接收控制电路采用单片机来实现，电路简单，实用性强。
方案二虽可虽可控制多个电器，但控制功能过于单调，仅能实现电器开关的控制，实用价值不大；方案三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。
所以本设计采用方案三作为设计蓝本
第2章系统硬件电路设计
2.1器件选择
2.1.1单片机的选择
本设计所用的单片机可以用C－31,AT89C－51,羚羊单片机等多种单片机来实现。
但是C－31没有内部存储器，本设计需要编写程序，那么就要用外部扩展，比较麻烦。
本设计所编写的程序比较简单，功能也比较少，如用羚羊单片机过于麻烦，大材小用，本设计所用到的输入输出端口也不是很多，所以我们决定用AT89C－51单片机来完成本设计，及方便也很实用。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51?
指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
主要特性：
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
·全静态工作：
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
2.1.2显示器件选择
在单片机应用系统中,使用的显示器主要有LED（发光二极管）和LCD（夜晶显示器）。
这两种显示器成本低廉，配置灵活，与单片机接口方便。
但是他们也是各有特点的：
LED接口非常简单，不需要专用的驱动程序，在设计程序时也非常的简单；LCD显示的字比较丰富，也比较清楚，给人的感觉很好，但是他接口复杂，且要自己造字库，难度不小。
对于万用表来说，在配置一些指示灯的前提下，只显示数字就够了，故没必要采用LCD，用LED就够了。
2.1.3调光器件选择
因为本设计所用到的调光功能仅仅是调节电灯的亮暗，所以无需使用复杂的调光控制系统，可直接使用一个光电藕合器，来实现此功能。
光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强。
无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，因而在各种电子设备上得到广泛的应用。
光电耦合器可用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路中。
光电耦合器的种类较多,但在家电电路中,常见的只有4种结构:
1.第一类,为发光二极管与光电晶体管封装的光电耦合器,结构为双列直插4引脚塑封,内部电路见表一,主要用于开关电源电路中。
2.第二类,为发光二极管与光电晶体管封装的光电耦合器,主要区别引脚结构不同,结构为双列直插6引脚塑封,内部电路见表一,也用于开关电源电路中。
3.第三类,为发光二极管与光电晶体管（附基极端子）封装的光电耦合器,结构为双列直插6引脚塑封,内部电路见表一,主要用于AV转换音频电路中。
4.第四类,为发光二极管与光电二极管加晶体管（附基极端子）封装的光电耦合器,结构为双列直插6引脚塑封,内部电路见表一,主要用于AV转换视频电路中。
本设计采用的就是第二类的一个型号为PS2019。
2.1.4按键控制方式选择
由于本设计所控制的电器数目较少，所以不用外接扩充键盘，直接使用单片机上的接口，直接使用8个点触式开关即可。
2.2.电路设计：
用单片机制作一个红外电器遥控器，可以分别控制5个电器的电源开关。
并且可以对其中一路电灯进行亮度的调节控制。
2.2.1．发射电路部分
2.2.1.1遥控发射器遥控方式
本遥控发射器采用码分制遥控方式，码分制红外遥控就是指令信号产生电路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。
当不同的指令键被按下时，指令信号电路产生不同脉冲编码的指令信号，也就是进行编码，然后经调制电路调制，变为编码脉冲编码脉冲调制信号，再由驱动电路驱动红外发射器发射红外信号。
整体过程如下：
图2.1
2.2.1.2发射电路的设计
本发射电路采用一个12M的晶体振荡器，产生相对应受控开关的脉冲频率，通过红外发射管发射出去。
发射电路图如下：
图2.2
其中第9脚（RST）所接的是一个最简单的RC上电复位电路。
P3.5接一个三级管发光二级管利用红外光为介质，将控制信以红外光脉冲的形式发射出去，由接收电路再进行放大，解调，信号还原。
晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用，本设计采用的是一个
升级会员 