通0213高峻楠.docx

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通0213高峻楠

基于单片机的红外遥控开关设计

设计总说明

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。

本设计主要应用了STC89C52RC单片机作为核心，应用了单片机中断系统、红外解码原理等知识。

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。

其优点在于硬件电路简单，软件功能完善，性价比较高等特点。

本文给出了系统的硬件组成和硬软件设计方法，介绍了解码程序的基本结构和程序框图，为达到准确控制，将发射脉冲分为连接段、控制段和结束段等3部分，并再接收端进行校验。

整个系统由发射和接收两个部分组成。

发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括LED红外光、解调、解码电路。

系统在实际实用后，证明其方便、可靠并具有实用价值。

关键词：

单片机；遥控电路；红外发射；红外接收

Thedesignofinfraredremotecontrolswitchbasedonsinglechipmicrocomputer

DesignDescription

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。

Withthedevelopmentofsocialdevelopment,scienceandtechnologyandpeople'slivingstandardsgraduallyimproved,avarietyofconvenientremotecontrolsysteminlifebegintoenterpeople'slife.Thetraditionalremotecontrolleradoptspecialremotecontrolcodeandthedecodingintegratedcircuit,althoughthismethodissimple,easy,butbecausethefunctionkeysandfunctionsubjecttocertainlimitations,onlyappliestoaspecialelectricalproducts,scopeofapplicationislimited.ApplicationofSCMusedforthedesignofremotecontrolsystem,programmingisflexible,theoperationcodenumbercanbeeasilysetetc..

本设计主要应用了STC89C52RC单片机作为核心，应用了单片机中断系统、红外解码原理等知识。

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。

其优点在于硬件电路简单，软件功能完善，性价比较高等特点。

ThisdesignmainlyusesSTC89C52RCSCMasthecore,usingMCUinterruptsystem,infrareddecodingprincipleknowledge.Theremoteoperation,remotecontroltransmitterthroughthecontroloftheinfraredemissionfrequencytodistinguishbetweendifferentoperations.Remotecontrolreceiverthroughtheidentificationofinfraredreceivingfrequency,todeterminethecontroloperation,tocompletetheinfraredremotecontroltransmitter,receivingprocess.Theutilitymodelhastheadvantagesofsimplehardwarecircuit,thesoftwarefunctionisperfect,withhigherprice.

本文给出了系统的硬件组成和硬软件设计方法，介绍了解码程序的基本结构和程序框图，为达到准确控制，将发射脉冲分为连接段、控制段和结束段等3部分，并再接收端进行校验。

整个系统由发射和接收两个部分组成。

发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括LED红外光、解调、解码电路。

系统在实际实用后，证明其方便、可靠并具有实用价值。

Thispaperpresentsthehardwarecompositionofthesystemandthehardwareandsoftwaredesignmethods,thispaperintroducesthebasicstructureanddecodeprogramblockdiagram,inordertoachieveaccuratecontrol,thetransmittedsignalisdividedintoconnectingsection,thecontrollingsectionandtheendingsection3section,thenthereceiverwillverify.Thewholesystemconsistsoftwoparts:

transmittingandreceiving.Thetransmittingpartcomprisesakeyboardmatrix,codedmodulation,theLEDinfraredtransmitter;receivingpartcomprisesaLEDinfraredlight,demodulation,decodingcircuit.Systemintheactualutility,provedthatitsconvenient,reliableandpractical.关键词：

单片机，遥控电路，红外发射，红外接收

Keywords:

SCM,remotecontrolcircuit,infraredemission,infraredreceiver

目录

1绪论1

1.1红外通信技术概述1

1.1.1红外概述1

1.1.2遥控技术的发展与现状1

1.1.3选择红外遥控的原因2

1.3研究的目的和内容2

2系统硬件部分设计4

2.1系统硬件设计原理及要求4

2.1.1系统工作原理4

2.2设计的方案和比较5

2.3单片机主控电路设计6

2.3.1STC89C52RC的简介6

2.3.2STC89C52RC芯片的管脚、引线与功能7

2.4红外遥控发射模块设计8

2.4.1红外的简单发射接收原理8

2.4.2红外传输编码方式10

2.4.3红外遥控发射器遥控方式11

2.4.4发射电路设计11

2.5红外遥控接收模块设计13

2.5.1红外接收头PC83813

2.5.2解码芯片PT227214

2.5.3红外解码方式14

2.5.4接收电路设计15

2.6复位电路16

2.7电源电路设计17

2.7.1直流稳压电源的设计17

2.7.2USB供电17

3系统软件设计19

3.1遥控发射器程序设计19

3.1.1程序总体结构19

3.1.2初始化程序20

3.1.3中断服务程序22

3.2遥控接收器程序设计23

3.2.1程序总体结构23

3.2.2初始化程序25

3.2.3计数值比较程序26

3.2.4定时器1中断服务程序26

4系统调试28

4.1不加电源检查28

4.2静态检测与调试28

4.3动态检测与调试28

4.4调试注意事项28

5总结与展望30

致谢31

参考文献32

附录133

附录235

1绪论

1.1红外通信技术概述

随着电子技术的发展和人们生活水平的不断提高，越来越多的电子产品走进人们的日常生活，而这些电器，绝大多数是采用红外遥控方式，遥控器的使用给人们的日常生活和生产带来了极大的便利。

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安全可靠而且能有效地隔离电气干扰。

红外遥控不影响周边环境、不干扰电气设备；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，在室内近距离遥控中得到了广泛的应用；而采用单片机进行遥控开关的设计，具有编程灵活多样，操作个数可以随意设定等优点[1]。

目前，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，但是由于功能受到特定的限制，只适合于某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。

本设计正是应用红外遥控系统上述特点，实现了对多路开关的控制。

1.1.1红外概述

从光学的角度而言，红外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[2]。

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。

1.1.2遥控技术的发展与现状

遥控技术是在自动控制技术和通信技术基础上发展起来的。

遥控系统既可传送离散的控制信息（例如开关的通断），也可传送连续的控制信息（例如汽车油门的大小）。

最早的遥控器之一，是一个叫尼古拉·特斯拉（1856—1943）的发明家在1898年时开发出来的（美国专利613809号）[3]。

到了六十年代初，一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术，但由于当时技术条件限制，遥控技术发展很缓慢。

七十年代末，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，遥控技术才得到快速发展。

在遥控方式上大体经历了从有线到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控这样几个阶段。

无论采用何种方式，准确无误地传输信号，最终达到满意的控制效果是非常重要的，最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也容易受干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号[4]。

与红外线相比，超声波传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作，较为理想的是光控制方式，采用红外线的遥控方式逐渐取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，并且成为当今时代的主流。

而从各国将遥控技术在航天、工业等方面得到广泛应用和发展后，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。

尤其是红外遥控技术在这十年得到了迅猛发展，在家电和其他电子领域都得到了广泛应用，随着生活水平的提高，人们对产品的追求是使用更方便、更智能化，红外线遥控技术正是一个重点发展方向。

1.1.3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。

1.3研究的目的和内容

由于在工业、航空以及仪器仪表等红外控制当中通常需要使用专用的配对编、解码芯片，组成红外发射和接收电路,完成对设备或电器的远程控制[5]。

使用专用的配对编、解码芯片来组成红外发射电路和红外接收电路，在控制路数较少时矛盾并不突出。

但是当控制路数较多时,其接口的设计和实现就显得比较繁琐。

此外编、解码芯片通常是专用配对使用的,即某种解码芯片只能识别某种编码芯片的编码,对其他型号的编码芯片的编码则不能识别。

因此，不同的编、解码芯片几乎没有互换性。

为了解决上述专用编解码芯片配对的局限性，本文意在研究一种基于基于单片机的红外解码控制系统，实现对红线外解码并完成LED显示电路电路的开关控制功能。

设计一个多路红外遥控开关，利用市面上销售的遥控器发送遥控器键盘数字信号，通过STC89C51RC接收数字信号并解码，然后通过控制器控制相应的LED显示电路，使得后置电路工作并实现各自相关功能，本文所涉及研究内容如下：

（1）红外解码思路及红外解码原理的分析。

（2）设计相关控制电路、接收电路、以及被控功能电路。

（3）采用C程序语言进行相关程序的模块化编程并调试。

（4）通过电路设计图进行实物焊接并调试，实现红外开关控制功能。

2系统硬件部分设计

2.1系统硬件设计原理及要求

在进行系统硬件设计时，首先需要保证的便是整个系统的功能性与稳定性，将各个硬件电路模块进行认真仔细的分析，在通电之前，需要排除断路与短路现象的存在，以保证系统调试安全性，避免上述问题造成的硬件系统损坏等的不良结果，同时还需考虑到成本的客观因素，以使本设计简单易懂而又经济实用。

本设计采用STC89C52RC作为主控制系统；采用LCD灯显示作为显示部分；采用315M超再生接收模块作为红外接收模块；采用USB串口进行供电组成供电系统。

图2-1红外遥控设计整体原理图

2.1.1系统工作原理

遥控器发出的红外遥控信号经315M超再生接收模块[6]的接收转化成TTL信号后送给STC89C51RC的断口，单片机采集到这些数据后产生外部中断，进入解码程序，对其进行红外解码处理并获得对显示电路所需的控制信息，这些控制信息可直接从I/O口输出，对电路进行控制。

系统框图如下图所示：

图2-2系统框架原理图

遥控发射模块：

在本设计中应用到的是普通的成品遥控发射器，用来发射含有键码值的红外线，供红外接收头接收。

红外接收模块：

接收遥控器发射含有键码值信息的红外线，经过接收、放大、整形之后转化成可供单片机识别的TTL电平信号，并送往单片机并被单片机解码。

单片机解码模块：

单片机对红外接收头传递来的TTL电平信号进行解码处理，得到遥控器的键码值，从而执行电路的控制功能。

显示模块：

利用LED灯的亮灭进行红外遥控显示。

2.2设计的方案和比较

根据毕业设计的要求，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。

图2-3方案一红外发射部分示意图

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。

图2-4方案一红外接收部分示意图

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）

用单片机制作一个红外电器遥控器，可以分别控制4个LED灯的电源开关。

图2-5方案二红外发射部分示意图

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2-6方案三红外接收部分示意图

当红外接收器接收到控制脉冲后，经单片机处理达到预期的遥控效果。

方案比较

综上所述通过比较两套方案，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。

2.3单片机主控电路设计

2.3.1STC89C52RC的简介  

STC89C52RC是一种低功耗，高性能的CMOS8位微处理器，内部有8K字节的闪速PEROM，该芯片采用ATMEL公司高密度、非挥发性存储器工艺制成且与工业标准的MCS-51系列的引脚及指令兼容，FLASH系列存储器为快速擦写存贮器[7]。

相对于MCS-51系列芯片而言，其特点如下：

可擦写1000次 

全静态操作：

0Hz～33MHz  

32根可编程I/O口线 

内部RAM为256字节 

三个16位的定时/计数器 

8个中断源 

STC89C52RC有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，STC89C52RC可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程[8]。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

2.3.2STC89C52RC芯片的管脚、引线与功能 

引脚信号介绍：

Vcc：

电源电压+5V

GND：

接地

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线服用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时要求外接上拉电阻。

P1口：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

P2口：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

P3口：

P3口是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O，P3的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部的上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，见表3.2所示：

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

WDT溢出将使引脚输出高电平，设置SFRAUXR的DISRT0（地址8EH）可打开或关闭该功能。

DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。

ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存器允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

PSEN：

程序存储允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲[9]。

当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。

EA/VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需要注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

STC89C52单片机的结构如下图所示:

图2-7STC89C52单片机引脚图

2.4红外遥控发射模块设计

2.4.1红外的简单发射接收原理

红外遥控就是把红外线作为载体的遥控方式[10]。

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。

常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。

遥控发射具有键盘矩阵，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在38kHz的截波上，激励红外光二级管产生具有脉冲串的红外波，通过空间的传送到受控机内的遥控接收器。

在接收过程中，红外波信号通过光电二级管转换为38kHz的电信号，此信号经过放大、检波、整形、解调、送到解码与接口电路，从而完成相应的遥控功能。

图2-8红外遥控原理图

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940nm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[11]。

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MC373H、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