基于单片机设计的红外线遥控器毕业设计论文.docx
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基于单片机设计的红外线遥控器毕业设计论文
学生毕业设计（论文）报告
设计（论文）题目：
基于单片机设计的红外线遥控器
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
毕业设计（论文）任务书
一、课题名称：
基于单片机设计的红外线遥控器
二、主要技术指标：
1.遥控距离：
0～10m
2.额定工作电压：
直流3V（普通5号干电池2节）；红外光平均辐照度≥40μW/cm2；指向性（辐照度为20μW/cm2）≥30度
3.欠压条件下（直流2.4v）：
红外光平均辐照度≥20μW/cm2，指向性（辐照度为10μW/cm2）≥30度
三、工作内容和要求：
1.以AT89C2051单片机作为核心，综合应用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识，应用红外光的优点
2.遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别不同的操作
3.遥控接收器通过对红外光接收频率的识别，判断出控制操作，来完成整个红外遥控发射、接收过程
四、主要参考文献：
[1]梅丽凤，王艳秋，张军等.单片机原理及接口技术，北京：
清华大学出版社，2004年.
[2]戴峻峰，付丽辉.多功能红外线遥控器的设计，传感器世界.2002,8（12）:
16～18．
[3]李光飞，楼然苗，胡佳文等.单片机课程设计实例指导，北京：
北京航空航天出版社，
2004年．
[4]苏长赞.红外线与超声波遥控，北京：
人民邮电出版社.1995年.
学生（签名）2010年5月7日
指导教师（签名）2010年5月10日
教研室主任（签名）2010年5月10日
系主任（签名）2010年5月12日
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目
基于单片机设计的红外线遥控器
一、选题的背景和意义：
随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的遥控系统开始进入了人们的生活。
传统的遥控器采用专用的遥控编码及解码集成电路，这种方法虽然制作简单、容易，但由于功能键数及功能受到特定的限制，只实用于某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。
而采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样、操作码个数可随便设定等优点。
二、课题研究的主要内容：
本设计主要应用了AT89C2051单片机作为核心，综合应用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识，应用红外光的优点。
遥控操作的不同，遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别不同的操作。
遥控接收器通过对红外光接收频率的识别，判断出控制操作，来完成整个红外遥控发射、接收过程。
三、主要研究（设计）方法论述：
我选择了基于单片机的红外线遥控器这个题目后，去图书馆查阅有关红外线、单片机的书籍，上网检索资料，去探究红外线遥控器的基本原理。
遥控器分为发射器和接收器两部分，我先研究
遥控发射器，遥控发射器发射电路采用红外发光二极管发出经过调制的红外光波；再研究遥控接收器，接收器将红外发射器发射的红外光波转换为相应的电信号，再送放大器处理还原成信号。
最后对遥控器进行总结。
四、设计（论文）进度安排：
时间（迄止日期）
工作内容
2010.5.4~2010.5.6
确定任务书的要求，准备开题
2010.5.8~2010.5.20
根据选题方向查资料，确定基本框架和设计方法
2010.5.21~2010.6.7
完成初稿,完成中期检查表并上交
2010.6.7~2010.6.25
在老师的指导下设计并完善论文
2010.6.26~2010.8.10
在老师指导下反复修改，完成设计
五、指导教师意见：
指导教师签名：
2010年5月10日
六、系部意见：
系主任签名：
2010年5月11日
基于单片机的红外线遥控器
摘要
Abstract
第1章绪论…………………………………………………………………………1
1.1红外概述……………………………………………………………………1
1.2外遥控的功能与特点………………………………………………………1
1.3选择红外遥控的原因………………………………………………………2
1.4红外的简单发射接收原理…………………………………………………2
第2章设计方案论述……………………………………………………………3
2.1设计目的与原理……………………………………………………………3
2.2单片机红外遥控发射器设计原理…………………………………………3
2.3单片机红外遥控接收器设计原理…………………………………………4
第3章遥控器硬件电路设计……………………………………………………5
3.1单片机AT89C2051介绍……………………………………………………5
3.1.1简介……………………………………………………………………5
3.1.2引脚介绍………………………………………………………………5
3.2红外线遥控电路设计………………………………………………………5
3.2.1信号发射电路…………………………………………………………6
3.2.2信号接收电路…………………………………………………………8
3.3CPU时钟电路………………………………………………………………9
3.4独立式按键结构……………………………………………………………10
3.5掉电保护与低功耗设计……………………………………………………10
3.5.1低功耗的实现方法……………………………………………………10
3.5.2掉电保护与低功耗设计………………………………………………11
3.6系统完整电路设计图………………………………………………………13
3.6.1红外发射电路图………………………………………………………13
3.6.2红外接收电路图………………………………………………………14
第4章遥控器软件设计…………………………………………………………15
4.1遥控发射器程序设计………………………………………………………15
4.2遥控接收器程序设计………………………………………………………20
第5章结束语……………………………………………………………………25
答谢辞
参考文献
摘要
本设计主要应用了AT89C2051单片机作为核心，综合应用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识，应用红外光的优点。
文章首先介绍了红外遥控的基本原理和应用范围，再对AT89C2051单片机的结构和性能给出简单的说明，接着给出了遥控器的编码格式，及遥控发射器，遥控接受器的电路设计。
对于遥控操作的不同，遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别不同的操作；遥控接收器通过对红外光接收频率的识别，判断出控制操作，来完成整个红外遥控发射、接收过程。
最后分别详细介绍遥控系统的发射部分和接收部分的电路原理图和程序流程图。
关键词：
单片机；红外线；发射；接收
Abstract
ThedesignhasusedAT89C2051microprocessorascore,intergratelyapplytheinterruptivesystem,timer,counter,etc.mainlytodesignoriginallyandalsotaketheadvantageoftheinfraredlight.Firstly，thefundamentalprincipleandapplicationrangesofinfraredremotecontrolareintroduced．Secondly，thestructureandperformanceofAT89C2051singlechiparesimplygivenout．Next，thecodeformofremotecontrollerisgivenhere．Theremotecontrollauncherdistinguishesdifferentoperationthroughthecontrolonfrequencyofinfraredemissionoflight.Theremotecontrolreceiverjudgescontroloperationbyadoptingthediscernedfrequencyofthereceivedinfraredlighttofinishthewholelaunchingandreceivingcourse.Itsadvantageisthatthehardwarecircuitissimple,thesoftwareiswithperfectfunction,havecertainuseandreferencevalue.Lastly,boththetransmittingandreceivingpartsareexplained,includingparticularcircuitandprogramflowchartrespectively．
Keywords:
Single-ChipMicrocomputer；Infraredray；launch；receive
第1章绪论
红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。
由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。
工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。
1.1红外概述
从光学的角度而言，红外光是频率低于红色光的不可见光，在无线光谱的整个频率中占有很小一个频率段，波长为0.75—100微秒之间，其中0.75—3微秒之间的红外光称为近红外，3—30微秒之间的红外光称为中红外，30—100微秒之间的称为远红外。
红外光就其性质而言很简单，与普通光线的频率特性没有很大的区别，但是，由于任何有热量的物体均有能量产生，所以红外的利用非常广泛，而且不可取代，能否检测红外、能测到多少红外或者红外检测的技术是否可以应用于任何自然的或想象的场合是红外应用技术的关键。
当今红外技术的一个重要分支是红外通信技术的应用，这个应用的发展非常迅速，尤其是红外通信应用于计算机设备中，近几年的发展已经表现出其非常成熟的特性。
1.2红外遥控的功能与特点
红外遥控技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。
它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。
红外遥控是利用波长为0.76μm-1.5μm之间的近红外线来传递控制信号的。
它具有以下特点：
1．由于为不可见光，因此，对环境影响很小。
红外线的波长远小于无线电波的波长，所以，红外遥控不会干扰其它家用电器，也不会影响近邻的无线电设备。
2．红外线为不可见光，具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗，警戒等安全保卫装置中也得到了广泛的应用。
3．红外线遥控的遥控距离一般为几米至几十米或更远一点。
4．红外线遥控具有结构简单，制作方便，成本低廉，抗干扰能力强，工作可靠性高等一系列优点，特别是室内遥控的优先遥控方式。
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。
它在技术上的主要优点是：
1．无需专门申请特定频率的使用执照；
2．具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点；
3．传输速率适合于家庭和办公室使用的网络；
4．信号无干扰，传输准确度高；
它的缺点是：
由于它是一种视距传输技术，采用点到点的连接具有方向性，两个设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物;而且通讯距离较短，此外红外LED不是一种十分耐用的器件。
1.3选择红外遥控的原因
无线遥控方式可分为无线电波式、声控式、超声波式和红外线式。
由于无线电式容易对其它电视机和无线电通讯设备造成干扰，而且，系统本身的抗干扰性能也很差，误动作多，所以未能大量使用。
超声波式频带较窄，易受噪声干扰，系统抗干扰能力差以及声控式识别正确率低，难度大而未能大量采用。
红外遥控方式是以红外线作为载体来传送控制信息的，同时随着电子技术的发展，单片机的出现，催生了数字编码方式的红外遥控系统的快速发展。
另外，红外遥控具有很多的优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器易于小型化且价格低廉；采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。
所以现在很多无线遥控方式都采用红外遥控方式。
1.4红外的简单发射接收原理
红外的简单发射接收原理如图1-1所示。
其中发射电路采用红外发光二极管发出经过调制的红外光波，如图1-1（a）所示；接收电路由红外接收二极管三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光波转换为相应的电信号，再送放大器处理还原成信号，如图1-1（b）所示。
（a）红外发射（b）红外接收
图1-1红外的简单发射接收原理
第2章设计方案论述
2.1设计目的与原理
目前市场上一般采用的遥控编码及解码集成电路。
此方案具有制作简单、容易等特点，但由于功能键数及功能受到特定的限制，只适合用某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。
而采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样、操作码个数可随意设定等优点。
本单片机遥控应用系统采用红外线发射频率的不同，来识别不同的遥控功能。
当我们按下某一个按键的时候，由单片机识别出该按键后，由CPU向接有红外发射管的端口发射一定频率的脉冲，该脉冲与38KHz左右的载波脉冲进行调制，然后将已调制的脉冲进行缓冲放大，激励红外发光二极管将电能转化为光能，使得红外发光二极管发射出一定频率的红外线，当接收控制系统接收到该红外光后，由单片机内定时/计数器得到该红外光的频率，然后将该频率送往CPU，由CPU对该信号进行反编码，识别出控制信号，从而对控制电路实施控制功能,完成整个遥控功能。
2.2单片机红外遥控发射器设计原理
单片机红外遥控发射器主要有单片机、行列式键盘、低功耗空闲方式控电路、红外管发射电路以及单片机的一些电源、复位、震荡子电路组成。
单片机不工作时一直处于低功耗状态，采用了空闲节电工作方式。
当遥控器的某一按键被按下以后，外部中断1产生中断，唤醒单片机进入工作状态，查询键盘按下的是哪一个按键，当确认按键后，控制软件启动定时器T0、T1，T1作为发射时间控制器，T0作为红外线发射频率控制器，T0定时溢出时中断程序使红外管接口电平反转一次，写入定时器的初值不同，在输出端口就得到不同的发射频率。
T1定时溢出时中断程序关闭T0定时器，停止红外线发射。
其设计原理框图如图2-1。
图2-1单片机遥控发射器设计原理图
2.3单片机红外遥控接收器设计原理
单片机红外遥控接收器主要有单片机、红外遥控接收电路、状态指示电路、控制电路以及单片机的一些外围电路组成。
利用单片机中的T0作为红外脉冲计数器，T1作为计数时间控制器。
当电路中红外接收管接收到第一个红外脉冲时，外部中断1被触发，启动计数器T0和定时器T1。
定时溢出，中断程序关闭计数器T0，读入计数值并进行判断，确定操作对象（遥控按键）对其进行反转操作，控制电路对所控制的负载进行开或关。
还可对接收电路实行上锁功能，对控制电路上锁后，遥控器不能对控制电路实施遥控功能。
其设计原理方框图如图2-2。
图2-2红外接收遥控电路原理框图
第3章硬件电路设计
3.1单片机AT89C2051介绍
3.1.1简介
AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS8位单片机。
片内含有2KB可反复擦写的只读存储器（EPROM）和128B的随机存取存储器（RAM），器件采用ATMEL的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储器，功能强大。
AT89C2051只有20个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是完整的8位双向I/O口，两个外中断，2个16位可编程定时/计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。
此外，AT89C2051的时钟频率可为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入工作状态，省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止震荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件系统复位方可继续工作。
3.1.2引脚介绍
Vcc：
接+5V电源正端
GND：
接+5V电源地端
P1.0—P1.7：
完整的双向串行通信接口，P1.0与P1.1还有第二种功能
P3.0—P3.7：
除P3.6外，双向I/O口，除P3.7外，均有第二功能，第二功能与MCS-51系列单片机基本相同
XTAL1：
震荡器反向放大器内部工作时钟输入端
XTAL2：
震荡器反向放大器的输出端
RST：
复位引脚，震荡器工作时，该引脚上两个机器周期的高电平复位
图3.1AT89C2051引脚图
主要功能特性
●兼容MCS51指令系统
●15个双向I/O口
●两个16位可编成定时/计数器
●时钟频率0—24MHz
●两个外部中断源
●可直接驱动LED
●低功耗睡眠功能
●可编程URRL通道
●2KB可反复擦写FlashROM
●6个中断源
●2.7—6.0V宽工作电压范围
●128*8位内部RAM
●两个串行中断
●两级加密位
●内置一个模拟比较放大器
●软件设置睡眠和唤醒功能
3.2红外线遥控电路设计
3.2.1信号发射电路
发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器。
发射采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图3-2所示。
图3-2遥控码的“0”和“1”
上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。
然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。
编码器产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。
芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。
遥控信号编码波形图如图3-3所示。
图3-3遥控信号编码波形图
遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。
一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间，图3-4为遥控信号的周期性波形图。
图3-4遥控信号的周期性波形
当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms~18ms）,高8位地址码（9ms~18ms）,8位数据码（9ms~18ms）和这8位数据的反码（9ms~18ms）组成。
如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。
根据红外发射管本身的物理特性，必须要有载波信号与即将发射的信号相“与”，然后将相“与”后的信号送发射管，才能进行红外信号的发射传送，而在频率为38KHz的载波信号下，发射管的性能最好，发射距离最远，所以本设计采用38KHz的晶振产生载波信号，与发射信号进行逻辑“与”运算后，通过三极管的功率驱动到红外发光二极管上。
红外发送电路由4001MOS或非门38KHz振荡器，单片机发送控制电路和红外发送管驱动输出电路组成，当单片机P3.4口输出为“0”时，发射管不发光，当单片机P3.4口输出为“1”时，红外发送管发出38KHz调制红外线。
具体的发射波形如下图所示。
图3-6调制过程中的波形
红外线通过红外发光二极管发射出去，红外发光二极管是特殊的发光二极管，其内部材料和普通发光二极管不同，因而在其两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。
目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同。
如图3-7，为信号发射电路硬件连接图。
图3-7信号发射电路硬件连接图
3.2.2信号接收电路
红外遥控接收可采用较早的红外接收二极管加专用的红外处理电路的方法。
如CXA20106，此种方法电路复杂，现在一般不采用。
较好的接收方法是用一体化红外接收头，一体化红外线接收头是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。
它将红外接收二极管、放大、解调、整形等电路做在一起，只有三个引脚，分别是+5V电源、地、信号输出。
红外接收头的信号输出接单片机的INTO或INTl脚。
如图3-8，红外接收电路专门采用集成电路RPM6938，RPM6938有三个引脚，一个接电源一个接地，另外一个接信号端，它集光电转换，解调和放大于一体。
当收到38KHz调制红外线时，RPM6938输出为“0”，平时输出为“1”。
信号脚接到P3.3和P3.4脚上，当RPM6938收到第一个红外脉冲时，触发INT1产生中断，使单片机退出低功耗状态，进入工作状态，同时使记数器0和定时器1开始工作。
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