紅外線遙控開關(guān)電路的設(shè)計(jì)

摘#8195;要 本系統(tǒng)是以單片機(jī)AT89C52為核心設(shè)計(jì)的紅外傳輸系統(tǒng)。它由紅外發(fā)射系統(tǒng)和紅外接收系統(tǒng)構(gòu)成。紅外發(fā)射系統(tǒng)將鍵盤產(chǎn)生的基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。接收系統(tǒng)將收到的紅外信號(hào)進(jìn)行放大、限幅、檢波、整形后送給CPU，CPU根據(jù)不同的信號(hào)發(fā)出控制指令到相應(yīng)的控制電路。以單片機(jī)制作的紅外傳輸系統(tǒng)具有性能好、成本便宜、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；紅外發(fā)送

中圖分類號(hào) TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)012-0108-02

1 引言

隨著工業(yè)化的進(jìn)步，傳統(tǒng)的采用人工設(shè)備進(jìn)行有線數(shù)據(jù)傳輸已遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在工業(yè)化生產(chǎn)的耍要，而采用紅外實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)具有速度快、便于接收及抗干擾等特點(diǎn)，使得它應(yīng)用廣泛。

1.1 選題目的和意義

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對(duì)數(shù)據(jù)傳輸顯示的要求日益提高，在瞬態(tài)信號(hào)測(cè)量、數(shù)字圖像處理等一些高速、高精度的測(cè)量中，需要進(jìn)行紅外傳輸。對(duì)于物理布線困難的地方，采用紅外傳輸技術(shù)可以節(jié)省大量財(cái)力；選擇紅外傳輸技術(shù)可以避免大量的布線工作，同時(shí)也避免了有線網(wǎng)由于線路故障而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓的弊端。所以紅外數(shù)據(jù)傳輸將有很好的發(fā)展前景。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

單片機(jī)的發(fā)展決定于微機(jī)的發(fā)展水平和集成電路的發(fā)展水平，許多家用電器，各種電子產(chǎn)品均走向利用單片機(jī)控制的智能化發(fā)展道路?？梢哉f，單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)全新階段，應(yīng)用更廣泛，由于單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低、抗干擾能力等優(yōu)于一般 CPU 的優(yōu)點(diǎn)，因此，在要求較高控制精度和較低成本的工業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，往往采用單片機(jī)作為數(shù)字控制器取代模擬控制。

近年來紅外技術(shù)一直在通訊技術(shù)上得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在手機(jī)，PDA，筆記本這些設(shè)備上。經(jīng)過這些年來紅外技術(shù)的發(fā)展以及國(guó)內(nèi)外制定的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，紅外設(shè)備及相關(guān)技術(shù)更加規(guī)范，可靠和通

用化。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1）根據(jù)所設(shè)置的數(shù)字鍵，能通過紅外線發(fā)送所需要的數(shù)字。

2）能實(shí)現(xiàn)紅外接收，并通過單片機(jī)控制開關(guān)。

3）可進(jìn)行功能擴(kuò)展。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的紅外線發(fā)送、接收系統(tǒng)，從發(fā)送端的遙控器發(fā)出信號(hào)，再通過紅外線對(duì)數(shù)字進(jìn)行紅外編碼，最后通過紅外光束將信號(hào)發(fā)射出去。在接收端，要完成與發(fā)射端相反的工作，包括信號(hào)接收、解調(diào)、解碼、最后是信息還原。

本次設(shè)計(jì)就是利用單片機(jī)最小系統(tǒng)結(jié)合紅外傳輸、繼電器控制設(shè)計(jì)而成的。其通過紅外線接收頭接收遙控器發(fā)送的信號(hào)送到單片機(jī)進(jìn)行處理，以此控制繼電器的開關(guān)體現(xiàn)在LED的點(diǎn)亮和熄滅上。系統(tǒng)總體構(gòu)成如圖1。

2.3 設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)

根據(jù)單片機(jī)最小系統(tǒng)、外圍電路的要求和整體設(shè)計(jì)思路，本設(shè)計(jì)要做主要有以下幾個(gè)方面。

1）按照初步方案畫出硬件框圖、電路圖及制PCB板。

2）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及硬件框圖確定軟件流程圖并編寫相應(yīng)

軟件。

3）焊接電路以及功能電路的軟硬件調(diào)試。

4）系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調(diào)。

3 設(shè)計(jì)方案論證與選擇

3.1 傳輸方式的選擇

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǘ喾N多樣，藍(lán)牙技術(shù)、高頻無線電技術(shù)、激光技術(shù)、紅外技術(shù)等均能滿足本設(shè)計(jì)要求。

與前兩種方式相比較，紅外傳輸具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）由于為不可見光，因此，對(duì)環(huán)境影響很小。紅外線的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于無線電波的波長(zhǎng)，所以，不會(huì)干擾其它家用電器，也不會(huì)影響近鄰的無線電設(shè)備。

2）具有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，在防盜、警戒等安全保衛(wèi)裝置中得到了廣泛應(yīng)用。

3）紅外線傳輸距離一般為幾米至幾十米或更遠(yuǎn)一點(diǎn)。

4）紅外傳輸電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，成本低廉，抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，工作電壓低，功耗小，外圍電路簡(jiǎn)單，因此它在日常工作生活中的應(yīng)用越來越廣泛。

結(jié)合以上4個(gè)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)考慮本設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境，本設(shè)計(jì)選擇了紅外傳輸方式。

3.2 電路的選擇

紅外線遙控開關(guān)可用LC9301/LC9305、LM567、單片機(jī)等電路方案。利用LC9301/LC9305時(shí)，由LC9301產(chǎn)生不同頻率的波形，LC9305將由紅外線接收二極管接收到的波進(jìn)行譯碼并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電路，這兩種芯片在市面上沒有流通。利用LM567時(shí)，由紅外接收管將接收到的紅外線譯碼后送到LM567進(jìn)行頻率比較，若于LM567的中心頻率相同芯片8腳將由高電平變?yōu)榈碗娖降前l(fā)射端和接收端的頻率不容易匹配。所以選擇單

片機(jī)。

常用的單片機(jī)有AT89C51、AT89C52、AT89S51、AT89S52等幾種型號(hào)。與前幾種相比，AT89C52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。

AT89C52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復(fù)擦寫1#8198;000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

此外，AT89C52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0 Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。另外，AT89C52可降至0 Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。

3.3 負(fù)載電路的選擇

繼電器是用來實(shí)現(xiàn)電路中聯(lián)結(jié)點(diǎn)的閉合或切斷的控制器件，通常它用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、遙控遙測(cè)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等系統(tǒng)的控制設(shè)備或保護(hù)裝置中，當(dāng)作為被控制量的參數(shù)（諸如電壓、電流、溫度、壓力等）達(dá)到預(yù)定值時(shí)開始動(dòng)作，使被控制電路連通或斷開，從而實(shí)現(xiàn)所要求的控制或保護(hù)使用電磁繼電器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1）電磁繼電器線圈的動(dòng)作電流一般為幾十毫安，應(yīng)考慮對(duì)它的驅(qū)動(dòng)。利用晶體管或晶體管列陣驅(qū)動(dòng)時(shí)，必須在線圈兩端加反向鉗位二極管，以保護(hù)驅(qū)動(dòng)器件。

2）少數(shù)電磁式繼電器的線圈時(shí)有極性要求的，即所謂極化繼電器。直流電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)要注意電壓極性。

3）電磁繼電器型號(hào)的選擇首先應(yīng)考慮觸電所帶負(fù)載的性質(zhì)與容量，其次要考慮驅(qū)動(dòng)線圈的電源電壓及驅(qū)動(dòng)能力。

4）電磁繼電器觸電動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花干擾，必須考慮此干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，必要時(shí)采取屏蔽等相應(yīng)抗干擾措施。

本系統(tǒng)使用的是電磁式繼電器它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種電磁開關(guān)。當(dāng)線圈中有電流通過時(shí)，鐵芯被磁化后將銜鐵吸合，銜鐵向上運(yùn)動(dòng)時(shí)推動(dòng)動(dòng)接點(diǎn)和靜接點(diǎn)接通從而將負(fù)載中的LED

點(diǎn)亮。

4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

4.1 紅外傳輸?shù)幕驹?/p>

紅外通信是利用940 nm近紅外波段的紅外線為傳遞信息的載體，即通信信道。發(fā)送端用脈時(shí)調(diào)制（PPM）方式，將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并利用該脈沖序列驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射管以光脈沖的形式向外發(fā)射紅外光，而接收端將接收到的光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原成二進(jìn)制數(shù)字電信號(hào)后輸出。簡(jiǎn)而言之，紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸，而紅外通信接口就是針對(duì)紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。

1）二進(jìn)制信號(hào)的編碼和調(diào)制。采用不同的脈寬寬度來實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制信號(hào)的編碼，可由發(fā)送單片機(jī)來完成。二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制仍由發(fā)送單片機(jī)來完成，它把編碼后的二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制成頻率為38 kHz的間斷脈沖串，相當(dāng)于用二進(jìn)制信號(hào)的編碼乘以頻率為38 kHz的脈沖信號(hào)得到的間斷脈沖串，調(diào)制后的間斷脈沖串即是紅外發(fā)射二極管要發(fā)送的信號(hào)。

2）二進(jìn)制信號(hào)的解調(diào)和解碼。二進(jìn)制信號(hào)的解調(diào)由一體化紅外接收頭TL1838來完成，它把收到的紅外信號(hào)經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復(fù)原（TL1838的解調(diào)可理解為：在輸入有脈沖串時(shí)，輸出端輸出低電平，否則輸出高電平）。二進(jìn)制信號(hào)的解碼由接收單片機(jī)來完成，它把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼波形通過解碼，還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。

4.2 發(fā)射電路設(shè)計(jì)

以PT2262為核心組成的紅外線編碼發(fā)射電路。

4.3 接收電路設(shè)計(jì)

以AT89C52單片機(jī)為核心組成的紅外信號(hào)解碼電路。

接收電路主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、紅外接收電路和負(fù)載電路三部分。AT89C52的18、19腳外接12 MHz的晶振和2只30PF的瓷片電容，與其內(nèi)部電路一起產(chǎn)生12 MHz的時(shí)鐘信號(hào)。其中復(fù)位電路接單片機(jī)的9腳，主要是用于整個(gè)電路的復(fù)位。

紅外接收采用了高靈敏紅外接收頭TL1838作為紅外接收器件。TL1838內(nèi)部高度集成了紅外接收輸入電路、傳輸阻抗放大器、自動(dòng)增益控制（AGC）電路、帶通濾波器、比較器以及施密特觸發(fā)器等。他將接收到的紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)AGC放大、干擾抑制、帶通濾波器選頻（其中心頻率為信噪比，在比較器中進(jìn)一步提高抗干擾性，再經(jīng)過積分器、施密特觸發(fā)器，最后在38 kHz），送至單片機(jī)解碼電路。紅外編碼脈沖信號(hào)直接傳送至單片機(jī)AT89C52的1腳（P1.0），處理發(fā)來單片機(jī)的編碼信號(hào)。

負(fù)載電路采用了由繼電器控制LED點(diǎn)亮和熄滅的電路。

4.4 實(shí)物電路

紅外信號(hào)發(fā)射部分用遙控器，紅外線接收部分用單片機(jī)接收并驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

5 統(tǒng)功能說明

5.1 數(shù)字發(fā)送

按下發(fā)送部分的“開始”或“翻轉(zhuǎn)”鍵，發(fā)送信號(hào)。

5.2 接收顯示

接收電路處于工作狀態(tài)，紅外接收頭將接收到的信號(hào)送入單片機(jī)并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的負(fù)載電路。

6 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是在紅外遙控的工作原理與編碼方式的基礎(chǔ)上，將紅外線技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)結(jié)合起來設(shè)計(jì)并制作了紅外數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)?；具_(dá)到了設(shè)計(jì)要求，通過發(fā)射電路的按鍵可以控制相應(yīng)數(shù)字的發(fā)送、接收等操作，并且可以自動(dòng)檢測(cè)到位和擴(kuò)展性能等特點(diǎn)。操作靈活、方便，并具有較高抗干擾能力。

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