閩南師范大學畢業(yè)論文（設(shè)計）基于單片機的紅外遙控繼電控制研究A Study on Infrared Remote Control of Relay Control Based on Single Chip Microcomputer姓 名： 學 號： 系 別： 物理與信息工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 年 級： 2013級 指導教師： 2016年 12 月 25 日閩 南 師 范 大 學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)閩南師范大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于1、保密，在_年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密。（請在以上相應方框內(nèi)打“”）作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名：日期： 年 月 日摘 要對于無線遙控技術(shù)，當前基本上通過以下幾種方法實現(xiàn)：紅外遙控方式無線電遙控方式，超聲波遙控方式。紅外技術(shù)出現(xiàn)比較早，成本低價格也具有優(yōu)勢。紅外遙控具有以下優(yōu)點：控制內(nèi)容多，抗干擾能力強，不會發(fā)生任何誤動作，響應速度快，不會對其他電器產(chǎn)生干擾從而影響用戶使用。通過對設(shè)計要求的認真分析和研究，拿出了幾種可行方案，最終選定了一個最佳方案。發(fā)送端由遙控器發(fā)射出紅外信號；接收端主要有STC89C52單片機，紅外接收電路，狀態(tài)指示電路組成。我們所設(shè)計的電路可以遙控3個繼電器的開關(guān)，并且對紅外信號進行解碼將碼值顯示在LCD1602上和用LED燈的暗滅表示出來。關(guān)鍵詞：紅外遙控器；繼電器；單片機；LCD1602 全套圖紙加扣 3012250582AbstractIn wireless remote control technology, recently we basically apply several ways in the following:Infrared Remote,wireless remote control, and ultrasonic control.Infrared remote technology appears earlier than others.Moreover, it is superior to them in lower cost price. Infrared remote has several advantages.For example, it can control a variety of content;It has the stronger anti-interference ability;It doesnt make any incorrect procedure.The speed of its response is fast.In addition, It will not influence other electrical equipment to affect the application of the users. Analyzing and researching carefully on design requirements, we selected the best available option in the end from several types of feasible alternatives.The transmitting end is transmitted by the remote control signal; the receiving end is composed of STC89C52 chip, infrared receiving circuit, and the state indicating circuit.The circuit designed by us can be controlled by the switch of the 3 relay.And the infrared signal is decoded and then the code value is displayed on the LCD1602 and the LED.Keywords：Infrared remote controller；Electric relay；SCM；LED160目錄中英文摘要I1引言11.1選題背景及實際意義11.2國內(nèi)外發(fā)展概況21.3 研究內(nèi)容22 系統(tǒng)總體設(shè)計32.1 設(shè)計要求32.2 設(shè)計思路32.3 方案比較與論證32.3.1 主控CPU芯片的選擇32.3.2 驅(qū)動與開關(guān)模塊42.3.3 紅外接收探頭的選取42.3.4 顯示屏的選取43 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 單片機最小系統(tǒng)63.2 紅外模塊63.2.1紅外發(fā)射電路63.2.2紅外接收電路73.2.3紅外解碼過程83.3顯示屏模塊103.4 繼電器模塊113.5電源模塊123.6蜂鳴器模塊134系統(tǒng)軟件設(shè)計144.1顯示屏LCD1602的程序編寫144.2紅外模塊外部中斷過程145 系統(tǒng)調(diào)試檢測175.1 調(diào)試前準備工作175.2 硬件單元電路調(diào)試175.3 紅外解碼軟件程序調(diào)試175.4調(diào)試心得體會216結(jié)束語22參考文獻23致謝24附錄25附錄一：原理圖25附錄二：PCB27附錄三：實物圖28附錄四：程序清單29III1引言1.1選題背景及實際意義當今社會科學技術(shù)發(fā)展情況是日新月異，人們的生活水平也是不斷的提高，提高人們的生活品質(zhì)，為了減少人們的日常工作量，所以人們對各種家用電器的非手動控制的要求也是越來越高，針對這種情況，設(shè)計出一種控制度比較高的控制體系是必然的。單片機的集成度高，體積小、功率損耗低、控制能能力強、擴展方便、微型化、使用方便等優(yōu)點，尤其是耗電量少，可以使供電電源更加簡單、體積更小、質(zhì)量輕。他的運用已經(jīng)深入到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、科研、教育以及家居電器等各種領(lǐng)域，幾乎所有領(lǐng)域都可以看到單片機的蹤跡。單片機特別適用于被做到產(chǎn)品的內(nèi)部，用來代替各種老式的機械、電子電子元器件。使產(chǎn)品的功能更加強大，體積更趨近小型化，智能化的程度更高。波長為0.78m1000m的光波為紅外光（線），紅外光被分為近紅外、中紅外、遠紅外、極紅外4類紅外線。紅外線遙控傳送指令一般利用波長較小的近紅外光波長為0.7m1.5m。用近紅外作為遙控光源，是因為目前的紅外接收器件（光敏二極管、三極管及光電池）與紅外發(fā)射器件（紅外發(fā)光管）的受光與發(fā)光峰值波長一般為0.8m0.94m，在近紅外光波段內(nèi)，二者的光譜如果正好重合，能夠很好的匹配，傳輸效率和可靠性都可以處在較高的水平。靈敏度高，效率高習慣上將紅外光譜進一步分為近紅外（=0.753.0m）中紅外(=3.020m)、和遠紅外(=201000m)三個區(qū)域。一般的紅外吸收光譜，主要指中紅外范圍，波數(shù)在4004000cm-1之間1。發(fā)射器一般由指令鍵（或操作桿）、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動電路、發(fā)射電路幾部分組成發(fā)射器。當指令鍵或推動操作桿被按下時，電路產(chǎn)生指令編碼信號，載體通過指令編碼信號的調(diào)制，然后進行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射已經(jīng)調(diào)制的紅外信號。接收、驅(qū)動、指令譯碼器、調(diào)制、執(zhí)行電路等幾部分組成接收電路。紅外接收頭1838T將遙控器發(fā)出的紅外遙控信號接收下來送到單片機進行解碼，單片機組成的解碼電路將已經(jīng)接收到的紅外遙控信號解碼出來還原為編碼信號。單片機將紅外信號進行譯碼最后由繼電器驅(qū)動電路來執(zhí)行各種操作指令控制。相對于無線電遙控紅外線遙控沒有穿過障礙物去控制被控制對象的能力，所以在設(shè)計紅外遙控器時遙控頻率或編碼不必每套要有不同。具有“穿墻”的能力可能會影響到鄰居的設(shè)備，而紅外遙控信號則沒有“穿墻”的功能，所以紅外遙控器可以有一樣的遙控系統(tǒng)編碼，而不會出現(xiàn)遙控信號“混戰(zhàn)”的情況，這對于被控電器上使用紅外線遙控以及紅外遙控器批量生產(chǎn)提供了極大的方便。由于紅外線人的肉眼看不見，因此對生活的影響不大，再由紅外線傳輸距離遠小于無線電波的傳輸距離，所以紅外線遙控不會影響附近的無線遙控設(shè)備。本次設(shè)計的主要任務是利用C語言和單片機技術(shù)，結(jié)合紅外紅外發(fā)射、接收電路，并將數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)相關(guān)知識相結(jié)合，設(shè)計一款可以實現(xiàn)控制3路電路的紅外線遙控系統(tǒng)并將碼值顯示在LCD1602上。通過這次的實踐提高自己的的實踐經(jīng)驗為將來工作提前做好一個準備。1.2國內(nèi)外發(fā)展概況目前所采用的無線遙控技術(shù)一般是通過以下幾種方式實現(xiàn)：紅外線遙控，無線電遙控，超聲波遙控等一些無線遙控技術(shù)。紅外遙控技術(shù)歷史比較久，制作成本低所以價格也具有優(yōu)勢。紅外遙控技術(shù)具有以下優(yōu)點：控制應用的方向多，被外部干擾的可能性低，發(fā)生誤動作的可能性很小，速動性好，因為不會對其他電器產(chǎn)生干擾所以用戶使用不會受到影響。并且采用特定的編碼解碼技術(shù)可以防止無線電波的相互干擾，抗干擾能力強。超聲波遙控方式中的頻帶窄所能攜帶的信息量不夠充裕，對外界的干擾有較小的抵抗能力容易引起誤動作，同時該種方式作用距離很近，差別性低可以互換因此不適合在家庭遙控中運用。聲音遙控方式適用范圍廣但是作用距離短所攜帶的信息量很有限，具有繞過障礙物和穿透特性，只要設(shè)備處在有效工作范圍之內(nèi)就可以工作，因此容易在設(shè)備之間相互干擾。1995年，一個由部件、計算機系統(tǒng)、外圍設(shè)備和電信廠商組成的大型集團紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（IrDA）就紅外通信的一套標準達成一致?，F(xiàn)在約有數(shù)百家的生產(chǎn)廠商支持紅外通信標準。其中的很多生產(chǎn)廠商已推出可以和紅外通信標準匹配并支持Windows95的產(chǎn)品。PC機產(chǎn)業(yè)極力支持紅外數(shù)據(jù)協(xié)會開發(fā)的這種新的無線通信標準。主要的開發(fā)商，如微軟、蘋果、東芝、和惠普公司，已經(jīng)推出了在計算機之間采用這種高速紅外數(shù)據(jù)通信的PC機、打印機、筆記本電腦和便攜式個人數(shù)字助理設(shè)備。此外，在大多數(shù)新的筆記本計算機中紅外通信的連通性已成為一種高效益和便于操作的無線通信技術(shù)而問鼎市場。1.3 研究內(nèi)容主要的研究內(nèi)容：設(shè)計一個可以將接收到的紅外遙控信號進行解碼并顯示出紅外協(xié)議的電路，該電路可以實現(xiàn)多路電路開關(guān)的控制（電燈的開關(guān)和風扇開關(guān)控制）。該遙控電路分為兩部分；發(fā)射電路和接收電路。發(fā)射電路以紅外遙控器為控制中心發(fā)射信號，接收電路以STC89C52為控制中心接收信號并對紅外遙控信號進行譯碼通過單片機控制繼電器驅(qū)動外電路實現(xiàn)家用電器的控制。設(shè)計方案及思路：目前市場一般設(shè)備的紅外遙控器的接價格低廉功能比較齊全，因此發(fā)射電路直接用車載MP3遙控器為發(fā)射信號源。接收電路通過STC89C52單片機進行解碼實現(xiàn)對各路電路的控制。2 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 設(shè)計要求本設(shè)計要求紅外遙控電路實現(xiàn)以下功能：（1） 對紅外協(xié)議進行譯碼，使之顯示在LCD1602液晶屏上并通過LED燈的亮暗來表示其操作碼值；（2） 使風扇轉(zhuǎn)動和燈亮將電器狀態(tài)顯示在LCD1602液晶屏上。 （3） 設(shè)計電源電路，使電源穩(wěn)定在5V的工作電壓。（4） 通過發(fā)射電路和接收電路，實現(xiàn)遙控紅外的接收。（5） 使蜂鳴器在用電器開始工作和關(guān)閉時發(fā)出提示音。2.2 設(shè)計思路紅外遙控繼電控制系統(tǒng)主要由車載紅外遙控器控制，通過接收模塊經(jīng)過編寫STC89C52解碼程序?qū)邮盏降募t外信號進行解碼實時顯示。然后按下遙控器不同的按鍵時可以啟動相應的繼電器進行開關(guān)控制，并將紅外協(xié)議在LCD1602顯示屏上顯示和LED的亮滅表示出來。其系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)框圖2.3 方案比較與論證2.3.1 主控CPU芯片的選擇方案一：采用AVR 系列單片機為主控CPU芯片，AVR資源及指令系統(tǒng)非常豐富，能完全符合設(shè)計的要求對于本系統(tǒng)來說，但因AVR的價格比較貴成本高，又加上工程中心的現(xiàn)庫存沒有此類單片機，不宜采用2。方案二：采用凌陽16 位單片機作為主控CPU芯片，其集成度很高體積小、可靠性好不易出錯且易于擴展、具有較強的中斷處理能力和高性能價格比、指令系統(tǒng)功能豐富多樣、功耗低效率高、電壓低，但相對51系列的幾種單片機，價格還過高3。方案三：采用51系列單片機作為為主控CPU芯片，參考資源多、指令豐富、集成度很高體積小、可靠性好、價格便宜、編程靈活度大、開發(fā)周期短等優(yōu)點4。能夠完成本設(shè)計的所要求的精度和速度、在市場上也比較容易買到?；谝陨戏治?，本設(shè)計采用方案三，成本低，取材容易的51單片機為主控芯片。2.3.2 驅(qū)動與開關(guān)模塊方案一：采用晶閘管直接驅(qū)動。其優(yōu)點是體積小，電路簡單，外圍元件少。但控制電流小，大電流晶閘管成 本高，并且隔離性能差。方案二：采用三極管驅(qū)動繼電器。優(yōu)點是控制電流大，隔離性能好。其體積大，外圍元件多。根據(jù)實際情況，擬采用方案二5。2.3.3 紅外接收探頭的選取方案一：采用1838T紅外接頭，1838T采用環(huán)氧樹脂封裝外加外屏蔽抗干撓設(shè)計、內(nèi)含高靈敏度高速PIN光電二極管、高增益前置放大IC、寬工作電壓，2.4-5.5V、低功耗、寬角度及長距離接收、抗干撓能力強，能抵擋環(huán)境干撓、輸出匹配TTL、價格低、CMOS電平，低電平有效。方案二：采用RPM-301B紅外接收二極管，紅外接收二極管能很好地接收紅外發(fā)光二極管發(fā)射的波長為940nm的紅外光信號，價格相對較低而對于其他波長的光線則不能接收，接收距離比較短，受外部的影響比較大。基于以上分析，考慮性能穩(wěn)定問題，外加兩種方案的價格相差不會很多，因此采用方案一，選用1838T紅外接收頭。2.3.4 顯示屏的選取方案一：LCD1602是字符型液晶，它是16*2的顯示。每個字符由5乘7的點陣組成。具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、厚度薄輕巧等特點。方案二：LED數(shù)碼管是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。LED基本上屬于電流敏感元件，其正向壓降的分散性很大，并且還與溫度有關(guān)，耗電量相對較大。對對I/O口的占用較大基于功能實現(xiàn)的需求和經(jīng)濟性考慮，與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管相比，LCD1602不僅省電，并且能夠顯示大量信息，所以采用方案一。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 單片機最小系統(tǒng)主控電路如圖3-1所示，系統(tǒng)采用5V直流電源供應單片機的時鐘頻率用11.0592MHz的晶振，復位電路采用上電和手動復位，使系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)6。復位電路有按鍵復位和上電復位兩種復位方式：上電復位與按鍵復位。系統(tǒng)上電的一瞬間單片機第9個引腳獲得高電平單片機復位電路隨著電容的充電STC89C52單片機第9個引腳的高電平逐漸下降。只要第9個引腳的高電平能保持2個機器周期STC89C52單片機就可以進行復位操作。按鍵復位是直接將系統(tǒng)電壓經(jīng)過電阻分壓接到STC89C52第9個引腳實現(xiàn)復位操作7。復位是STC89C52單片機初始化操作，其主要功能是把程序存儲器PC的值初始化為0000H，使STC89C52從0000H單元執(zhí)行程序。除了使STC89C52單片機的正常初始化之外，當程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處死循環(huán)狀態(tài)時為使系統(tǒng)重新開始工作也需要按復位鍵重新啟動。圖3-1單片機最小系統(tǒng)電路圖3.2 紅外模塊3.2.1紅外發(fā)射電路對于遙控器而言，不同的按鍵所含有紅外遙控數(shù)據(jù)編碼是不相同的。其實遙控器是一個紅外的發(fā)射模塊，對不同的數(shù)字信號進行編碼和調(diào)制，進而發(fā)送該信號的過程。紅外發(fā)光二極管作為發(fā)射部分的重要元件。它是一種特殊的發(fā)光二極管，在其兩端施加一定的電壓的時侯，它由于其內(nèi)部的材料不同于普通的發(fā)光二極管便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長在940nm左右，只是顏色不一樣，外形和普通發(fā)光二極管相色同。一般有黑、透明、深藍三種顏色的紅外發(fā)光二極管。判斷紅外發(fā)光二極管優(yōu)劣的辦法可以使用測試一下紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻大小。遙控發(fā)射器采用碼分制遙控方式，利用數(shù)學上的正交特性區(qū)別不同信號，對信號進行正交編碼，接受端識別和選擇所需的信號根據(jù)相應的“碼型”來確定。指令信號所產(chǎn)生的電路以不同的脈沖編碼（不同的脈沖數(shù)目及組合）代表不同控制指令就是碼分制的紅外遙控。本設(shè)計采用比較常見的車載MP3遙控器，按下遙控器按下不同的指令鍵的時候，不同的脈沖編碼指令信號由指令信號的電路產(chǎn)生，也就是先進行編碼，然后經(jīng)調(diào)制電路的調(diào)制，將脈沖編碼信號調(diào)制在載波振蕩器產(chǎn)生的載波上（也稱脈碼調(diào)制），變成編碼脈沖調(diào)制信號，送入其光電變換電路中，然后用這脈碼調(diào)制信號去驅(qū)動發(fā)光二極管，通過紅外發(fā)射管轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外光脈沖，由于載波的頻率取決于發(fā)射端晶振的振蕩頻率，遙控器使用455kHz晶振并對其進行十二分頻，所以對應的載波頻率為38kHz，經(jīng)放大驅(qū)動紅外發(fā)光二極管轉(zhuǎn)化為紅外遙控信號，使之發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波并發(fā)射出去，這個信號經(jīng)過紅外一體化模塊1838T接頭接收后，輸出解調(diào)后的數(shù)字脈沖，每個按鍵對應不同的脈沖，故識別出不同的脈沖就能識別出不同的按鍵。其紅外遙控系統(tǒng)圖如圖3-2所示。圖3-2外遙控系統(tǒng)圖3.2.2紅外接收電路紅外接收電路就是對接收到的紅外信號進行光電轉(zhuǎn)換，通過調(diào)節(jié)和解碼，形成具有一定周期的方波信號。光敏二極管是接收部分的紅外接收管。要給紅外接收二極管加一個反向偏壓，這樣才能正常工作，即在電路應用時，紅外接收二極管是反向運用，這樣才可以獲得較高的靈敏度。一般有圓形和方形的紅外發(fā)光二極管8 。因為紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般在100mW左右,因此紅外接收二極管要增加高增益放大電路的原因是接收到的信號會比較微弱9。紅外接收專用的放大集成電路有pc1373H、CX20106A等。不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品最近的這幾年大多都使用成品紅外接收頭10。有兩種封裝的成品的紅外接收頭：分別是采用鐵皮來屏蔽和塑料的封裝。它們均有三只引腳，有數(shù)據(jù)輸出、電源負及電源正。型號不同的紅外接收頭的引腳排列不同。不需要復雜的調(diào)試是外殼屏蔽成品紅外接收頭的優(yōu)點，可以像三極管一樣使用，非常方便。紅外遙控接收采用小型一體化紅外接收頭1838T，內(nèi)置專用IC、寬角度及長距離接收、抗干擾能力強、能抵抗環(huán)境干擾光線、低電壓工作、集成紅外線的接收、放大、解調(diào)，不需要任何外接元件就能完成把接收到的紅外遙控信號轉(zhuǎn)換為TTL信號。它的封裝和普通的塑封三極管大小是一樣的。其紅外線數(shù)據(jù)傳送的中心頻率38.0KHz，具有廣泛性。1838T紅外接收器對外有3個引腳，分別為OUT、GND、VCC，這使得與單片機接口連接非常方便。圖3-3是紅外接收電路的電路圖，1腳脈沖信號輸出，2腳GND是地線，3腳接電源，圖3-1中P32接到單片機的的第12個引腳因為采用的是外部中斷0進行紅外解碼。圖3-3紅外接收電路1838T接收原理：紅外線接收是把車載MP3紅外遙控器發(fā)送的紅外信號轉(zhuǎn)換成一定格式的控制指令脈沖，是完成紅外線的接收、放大、解調(diào)，還原成電平的格式（高、低電平）的脈沖信號。這些工作通常由一體化紅外信號接收頭來完成的輸出TTL兼容電平。最后通過單片機解碼把脈沖信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進制“0”和“1”11，從而實現(xiàn)紅外信號的傳輸。3.2.3紅外解碼過程紅外信號遙控發(fā)射器的芯片有很多，根據(jù)編碼格式可以分成兩大類，NEC和RC5。本設(shè)計的車載MP3遙控器采用的是NEC的編碼格式。這種編碼方式和一般家庭用的DVD、VCD、音響使用的編碼方式是相同12。當遙控器按鍵按下后，即有紅外遙控信號發(fā)出，所按的鍵不同發(fā)出的紅外遙控信號也不同。NEC產(chǎn)生的編碼是連續(xù)的32位二進制碼組，其中前面十六位為系統(tǒng)碼也叫識別碼，能夠區(qū)分各種不同的遙控系統(tǒng)，以防不同種的紅外遙控信號互相影響，發(fā)生誤動。該芯片的前十六位固定為二進制碼0000，0000，1111，1111轉(zhuǎn)為為十六進制為00FF；后十六位為八位操作碼與其八位反碼，用于核對數(shù)據(jù)是否接收正確，操作碼也叫功能碼它代表了相應的按鍵功能發(fā)出的編碼紅外遙控信號接收系統(tǒng)可以根據(jù)功能碼的數(shù)值不同來判斷要完成哪一種操作功能。NEC最多能夠發(fā)出128種不同組合的系統(tǒng)碼，發(fā)出的編碼如圖3-4所示。圖3-4發(fā)射器發(fā)出的編碼現(xiàn)將介紹該遙控接收解碼的規(guī)則如圖3-5所示，用低電平脈寬為0.56ms，高電平脈寬為0.565ms，周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以低電平脈寬為0.56ms高電平脈寬為1.69ms周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”11。圖3-5接收解碼的規(guī)則二進制的調(diào)制是由發(fā)送端完成后，把編碼后的信號調(diào)制成38.0KHz的間斷脈沖串，采用脈寬調(diào)制PWM方式發(fā)送。當1838T接收到同步幀后，便進入解碼部分，紅外接收到38.0KHz的載波信號時13，會輸出低電平，否則輸出高電平，從而可以將時斷時續(xù)的紅外光信號調(diào)解成一定周期的連續(xù)方信號，再經(jīng)單片機處理便可以恢復出原數(shù)據(jù)信號14。編碼調(diào)制和解調(diào)過程如圖3-6和3-7所示。圖3-6編碼圖圖3-7信號調(diào)制解調(diào)圖3.3顯示屏模塊LCD1602液晶顯示控制器內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了190多個不同的點陣字符圖形。每一個字符都有一個固定的顯示代碼，顯示時，單片機只需把相應的顯示代碼送入指定的液晶顯示控制器的顯存中即可。把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果從單片機相應內(nèi)存中取出，直接通過數(shù)據(jù)接口送入指定的LCD1602顯存中便可15。RS為高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，為低電平時選擇指令寄存器；R/W為高電平時進行讀操作，低電平時為寫操作。兩者同為低電平進行寫入指令或顯示地址；若RS為高電平， R/W為低電平，則寫入數(shù)據(jù)；當RS為低電平，R/W為高電平則可以讀忙信號16。顯示屏的各引腳功能如表3-8所示。表3-8引腳功能表引腳號符號功能引腳號符號功能1VSS地電源6E使能端2VDD正電源（5V）714D0D7數(shù)據(jù)線3VL對比度調(diào)整端15BLA背光電源正級4RS寄存器16BLK背光電源負級5R/W讀寫信號線其中VL的對比度和所接電源的正負有關(guān),接正時，對比度較弱，接負時相反。對比度如果過高，則會產(chǎn)生“鬼影”，可通過串聯(lián)個10K的電阻進行調(diào)整。當E由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，液晶模塊則開始執(zhí)行命令。液晶模塊的光標會自動右移，不需要設(shè)置，當處于高電平（忙狀態(tài)）時，系統(tǒng)開始輸入指令。將單片機解碼的信號讀寫入LCD1602中，并通過C語言的編寫將信息顯示出來。硬件電路圖3-9如下。3-9硬件電路圖3.4 繼電器模塊 繼電器電路是控制外圍電路的關(guān)鍵，本設(shè)計控制的電器是家用電器工作電壓是交流電220V而單片機的而工作電壓是直流電5V，要控制的電壓大大超出了單片機的工作電壓，如果因為電路短路故障，出現(xiàn)直接將220V的交流電直接加在單片機上這將可能燒毀單片機，為了防止這個情況的發(fā)生繼電器電路必須采用隔離電路。PC817輸入和輸出的隔絕電壓高達5000V可以滿足隔離生活用電220V的電壓的要求。STC89C52單片機的I/O口的驅(qū)動能力除了漏集開路的P0口能驅(qū)動能力為8個TTL其余三組P1，P2，P3三組I/O口的驅(qū)動能能力只能驅(qū)動4個TTL，灌電流電流只有20mA17。型號JQC-3F的繼電器工作電流在0.1A左右，直接用STC89C52根本無法驅(qū)動繼電器使繼電器正常工作，因此需要放大電路來放大驅(qū)動電流，本電路采用9013-NPN三級管放大倍數(shù)在40-110之間因此只要用9013-NPN三級管就可以滿足要求。繼電器的的線圈相當于一個電感當斷電的的時候由于電感的電流不能突變需要有一個放電的回路這樣避免電感效應引起的過電壓將9013-NPN三極管擊穿，繼電器驅(qū)動電路如圖3-10所示。圖3-10繼電器電路圖3.5電源模塊由于繼電器需要雙電源供電，負載端與線圈端不可共用一個電源，否則負載電流將供應不足。因此設(shè)計了電源電路如圖3-11所示。該電源是將220V的交流電壓經(jīng)過二極管組成的整流橋整流和電解電容的濾波后轉(zhuǎn)換為+12V的直流電壓，在經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓產(chǎn)生+5V的直流電壓18，作為負載的工作電壓，而且產(chǎn)生的電壓都低于人體安全電壓 ，系統(tǒng)運行安全。圖3-11電源模塊3.6蜂鳴器模塊系統(tǒng)采用的是有源蜂鳴器，實現(xiàn)當電路接收到遙控發(fā)出的紅外信號時，伴隨蜂鳴器的聲響，在蜂鳴器驅(qū)動電路中，9012PNP三極管起開關(guān)作用，9012三極管的集電極接1K限流電阻后與I/O口P2.0相連。當I/O口輸出低電平時，9012三極管導通，接通蜂鳴器，蜂鳴器開始振動發(fā)出蜂鳴聲；當I/O口輸出高電平時，9012三極管截止，從而使蜂鳴器停止發(fā)聲，蜂鳴器電路如圖3-12所示。圖3-12蜂鳴器電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1顯示屏LCD1602的程序編寫首先對顯示屏進行初始化，將其清屏、復位，單片機將指令碼經(jīng)過LCD1602的數(shù)據(jù)線，送入指令寄存器（該過程又稱為：寫指令寄存器）；設(shè)置顯示地址，將所需的顯示字符送入該地址進行顯示，顯示字符由ASCII碼表示。顯示多個字符時，每個顯示地址自動加1，無需顯示的地方按空格鍵即可。液晶模塊是個慢顯示器件，在執(zhí)行每條命令前，都要對其狀態(tài)進行辨識，當其忙標志為低電平，則該命令不執(zhí)行，當忙標志為高電平時，則開始執(zhí)行命令，即延時19，流程圖如4-1所示。4-1顯示屏軟件流程圖4.2紅外模塊外部中斷過程當按下車載MP3紅外遙控器上的按鍵，就會發(fā)出一串32位二進制碼周期約為108ms左右的編碼脈沖，這108ms發(fā)射代碼由引導碼、結(jié)果碼、系統(tǒng)碼、反系統(tǒng)碼、操作碼、反操作碼組成，用停發(fā)紅外調(diào)制信號的時間寬度表示0或1，持續(xù)時間分別為9ms、4.5ms、9ms18ms、9ms18ms、9ms18ms、9ms18ms20。如果紅外遙控器被按下的時間超過按鍵發(fā)射一組時長為108ms 的編碼脈沖，接下來的發(fā)射代碼（連發(fā)碼）將僅由起始碼持續(xù)時間在9ms及結(jié)束碼持續(xù)時間在2.25ms構(gòu)成。（實際上人手的動作是很慢的，即使你快速的按下按鍵，可能對于芯片來說還是超過108ms，所以如何處理連發(fā)碼是很關(guān)鍵的）。如圖4-2可知引導碼和連發(fā)碼的區(qū)別在于低電平為9ms過后的高電平的時間，連發(fā)碼為2.25ms，要低于引導碼的4.5ms。圖4-2發(fā)射波形圖編寫解碼程序有兩種方法：一種是通過軟件延時,每經(jīng)過1s（晶振為12M）定時器加1來實現(xiàn)21。另一種是通過中斷進行延時。軟件延時會出許多問題，軟件延時不準確，大量的“while( IR_Out = 0 ) ;”代碼，抗干擾能力弱，容易進入死循環(huán)22。下面介紹的這種解碼方法，利用外部中斷觸發(fā)程序，定時器定時（但沒有設(shè)置定時中斷程序，即判斷TF的值確定定時結(jié)束），在解碼過程中，開頭的一個7.93ms延時，小于引導碼的9ms，但又足以濾掉大部分不合法的紅外信號。如圖4-3為解碼過程的程序流程圖。 以下為7.93sm延時程序期間只要單片機P3.2一出現(xiàn)高電平就判斷該信號為不合法的紅外信號就直接退出中斷程序等待下一個紅外信號的到來。TH0 = 0xfc; / 定時0.793ms,延時0.793ms*10=7.93ms TL0 = 0xe7; TR0 = 1; /啟動定時器0圖4-3解碼程序流程圖 while( !TF0 ); /等待0.793ms過去 TF0 = 0; /將標志位置零 TR0 = 0; /關(guān)閉定時器0 if( IR_Out ) / 7.93ms期間只要IR_Out變高電平,非合法的紅外信號，跳出 EX0 = 1; / 準許中斷 return ; 在經(jīng)過9ms的延時后，因為引導碼和連發(fā)碼的低電位持續(xù)時間都為9ms唯一的區(qū)別是高電平的持續(xù)時間不一樣，引導碼高電平的持續(xù)時間是4.5ms連發(fā)碼高電平持續(xù)時間為2.25ms。因此經(jīng)過9ms低電平后紅外信號將跳變?yōu)楦唠娖剑虼酥灰傺訒r2.305ms以后然后檢測一下高低電平的情況就可以判斷出是引導碼和連發(fā)碼了。以下是判斷引導碼和連發(fā)碼的程序分析。TH0 = 0xf6; / 延時2.305ms TL0 = 0xff; TR0 = 1; while( !TF0 ); TF0 = 0; TR0 = 0; if( !IR_Out ) / IR_Out 為低表明是連發(fā)碼，不予理睬，跳出 EX0=1; return; / 程序進行到這里，表明是引導碼，等待4.5ms高電平5 系統(tǒng)調(diào)試檢測5.1 調(diào)試前準備工作本設(shè)計所使用的儀器和設(shè)備如表5-1所列。表5-1 儀器和設(shè)備序號名稱型號數(shù)量1萬用表GDM-813512示波器TDS1002B13直流電源QJ3003S1本設(shè)計的調(diào)試主要分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩大部分。經(jīng)過初步的分析后，在制作硬件電路的同時，經(jīng)常要通過萬用表調(diào)試穿插進行，這樣有利于及時找出問題并分析和解決，先進行各個模塊的調(diào)試，然后進行系統(tǒng)調(diào)試，這是最重要的一部分，也是本系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。期間由于硬件電路問題導致調(diào)制的失敗浪費了很多精力，從其中也學到了要分部分塊進行調(diào)試的好處。5.2 硬件單元電路調(diào)試為保證安全在接上電源之前，先測試所做出來的繼電器模塊是否發(fā)生短路。將萬用表調(diào)至測短路的擋位，先將兩個表筆相互短接看是否會發(fā)出“滴滴”聲，若有則說明擋位的正確，可以開始測試；要是沒有“滴滴”聲先看擋位是否調(diào)到位。萬用表參數(shù)都調(diào)正確時候，將兩表筆接到繼電器模塊電源接線處和接地處，如果沒有“滴滴”聲說明電路沒有短路可以加電源。在不知道軟件是否編寫滿足設(shè)計要求時但又要知道繼電器是否可以正常工作時，就編寫一個簡單的程序直接將單片機的一個I/O口的電位拉低，然后將信號接口P01直接接到該I/O口看是否可以正常工作，或者直接將信號接口P01接到電源地直接測試。5.3 紅外解碼軟件程序調(diào)試本設(shè)計的軟件調(diào)試為整個設(shè)計的最重要的部分，紅外解碼是采用外部中斷0的方式進行解碼，為了得到接收到紅外線的波形圖因此就要用到示波器。在用示波器之前要先測試一下示波器的接線是否有問題，在開始時將示波器的接頭接到右下角的方波發(fā)生器，若有標準的方波出現(xiàn)則說明示波器的測量線是可用的，工作狀態(tài)也是正常的。要是沒有顯示方波就重新檢查一下接線是否正確或者更換一條測量的接線。在示波器正常的情況下將測量頭接在單片機P3.2的I/O口。示波器設(shè)置為測量信號單次觸發(fā)，測量時間為毫秒級。本設(shè)計所使用的車載MP3紅外遙控器代碼理論值如表5-2所列。表5-2 車載MP3紅外遙控器代碼理論值 車載MP3紅外遙控器代碼 按鍵 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9代碼 0x16 0x0C 0x18 0x5E 0x08 0x1C 0x5A 0x42 0x52 0x4A圖5-3是遙控0鍵的示波器所測量得到的紅外解碼波形圖，紅外接收到的信號是由引導碼和32位二進制數(shù)組成的。1-8位是系統(tǒng)碼的作用識別設(shè)備，9-16位是反系統(tǒng)碼是系統(tǒng)碼的反碼，17-24位是操作碼各個按鍵數(shù)值，25-32位反操作碼是操作碼的反碼。由于各按鍵的操作碼值是不同的，因此可以通過該碼來判斷按下的是哪個按鍵。由圖5-3再結(jié)合圖3-6可以讀出0鍵的碼值為 0000 0000 1111 1111 0001 0110 1110 1001寫成十六進制為00 FF 16 E9。圖5-3按0鍵的波形圖圖5-4是按0鍵時的系統(tǒng)碼的碼值波形圖，它是由8個周期為1.125ms矩形波構(gòu)成，因此該系統(tǒng)碼值為0000 0000，十六進制為00。圖5-4 按0鍵的系統(tǒng)碼波形圖5-5是按0鍵時的反系統(tǒng)碼碼值波形圖，它是由8個周期為2.25ms的矩形波構(gòu)成，因此系統(tǒng)碼值為1111 1111，十六進制為FF。圖5-5按0鍵的反系統(tǒng)碼波形圖5-6是按0鍵時的操作碼碼值，波形圖是由周期為1.125ms和2.25ms的矩形圖構(gòu)成，因此操作碼碼值為0001 0110，十六進制為16。圖5-6按0鍵操作碼波形圖5-7是按0鍵時的反操作碼的碼值，波形圖是由周期為1.125ms和2.25ms的矩形圖構(gòu)成，因此操作碼碼值為1110 1001，十六進制為E9。圖5-7按0鍵反操作碼波形同理，依次方法可讀出其他按鍵不同的碼值。例如：1鍵的碼值為 0000 0000 1111 1111 0000 1100 1111 0011寫成十六進制為00 FF 0C F3；2鍵的碼值為 0000 0000 1111 1111 0001 1000 1110 0111寫成十六進制為00 FF 18 E7。5.4調(diào)試心得體會在本設(shè)計調(diào)試過程中，感觸最深的就是一定要認真檢查硬件原理圖與PCB等是否正確。在調(diào)試顯示屏的過程中因為原理圖最初的Sch和Pcb顯示屏的引腳順序顛倒了，程序編寫時是按照先前的原理圖導致了顯示屏剛開始無法顯示的情況。經(jīng)糾正后，即可正常顯示。剛開始沒有給繼電器負載端提供單獨的電源，導致工作時，電流不夠，無法在顯示屏上顯示。經(jīng)改良，外加了供電電源，解決了這個問題。由于紅外解碼波為單次信號，剛開始用示波器檢測波形時，不知道設(shè)置單次信號檢測，一直無法測出紅外信號的波形。在查找資料和詢問老師后得知示波器這個功能的設(shè)置方式后比較順利的調(diào)試出該波形圖。若調(diào)試按功能劃分的器件上出現(xiàn)問題，可以按以下步驟進行：第一檢查原理圖畫的是否正確；第二檢查原理圖與PCB圖在畫完P(guān)CB圖要利用Design Rule Check用能檢查PCB是否畫正確 ；第三檢查原理圖與器件上引腳是否一致；第四用萬用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn)象；第五利用示波器觀測一些關(guān)鍵點的波形?？偠灾?，只有細心、耐心、專心才能做好一件事。6結(jié)束語本設(shè)計結(jié)合當下社會問題，具有較強的實際意義。特別對紅外解碼的過程有了較深入的了解，對今后的學習和工作都有很大的幫助，并且該設(shè)計很接近生活，所采用C語言，體現(xiàn)了其很好的計算機語言優(yōu)勢。本人非常認真且獨立地完成了本次畢業(yè)設(shè)計的全部工作，有電路圖的設(shè)計，原理圖的繪制，實物的制作，程序的編寫與調(diào)試、論文的撰寫。在設(shè)計中查過許多資料，請教過老師和同學，但無剽竊等原則性錯誤。通過這次設(shè)計，學到了很多課本上學不到的知識，驗證了實踐是檢驗真理的唯一標準，使自己能更好的去學習怎樣查資料怎樣去討論，多研究了一些社會上的熱點，提高了自己的綜合能力。參考文獻1何書森.音頻紅外遙控電路實踐M.福建:科學技術(shù)出版社,1999:1-7.2李翔宇.基于AVR系列單片機的多功能信號發(fā)生器的設(shè)計J.科學之友，2012,1（1）：45-48.3趙廣宇，方千山.基于凌陽16位單片機的智能車設(shè)計J.電子設(shè)計應用，2009,1（9）:95-97.4張迎新.單片機原理及應用M.北京:電子工業(yè)出版社.2004:280-281.5童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育出版社，2006,5：86-87.6陳忠平,李剛民.單片機原理及接口M.北京：清華大學出版社.2007:236-237.7張義和，王敏男.例說51單片機M.人民郵電出版社出版發(fā)行，2008,4：21-23.8李景松.淺談可控制多個不同目標的紅外解碼遙控開關(guān)J.科技前沿，2013（20）:5.9楊祾.多功能實用遙控插座的設(shè)計與制作J.電子世界，2013（17）:122-123.10劉曉鑫.基于AT89C52單片機的遙控電扇J.電子設(shè)計工程, 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zifx0=0123456789abcdef;uchar code zifu0=1OFF 2OFF 3OFF;uchar code zifu1=IRCOM=0XFF ;sbit beer=P20;/sbi