基于單片機的智能遙控器設計

王龍飛 左丹萍 張編妹

摘要：為了實現(xiàn)一種可用于控制多種家用電器的智能遙控器，系統(tǒng)以51單片機為核心控制器件，通過對各種家用紅外遙控器發(fā)射的控制信號進行識別、存儲和再現(xiàn)，使智能遙控器能夠發(fā)送、接收紅外信號，實現(xiàn)控制功能，從而打造一款智能型遙控器，可用于控制家中多臺家用電器，使我們的生活更加方便快捷。

關鍵詞：AT89C51;智能遙控器;紅外通信;LCD;MCU

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）10-0213-02

1概述

隨著城市居民生活水平的提高，家用電器種類的增加和無線遙控產(chǎn)品的普及，紅外遙控器的使用頻率越來越高。目前，家用紅外遙控器的使用給我們的生活帶來極大的方便，但各種家用電器的遙控器使用很容易混淆，比如空調(diào)、電視等，只能針對各自特定的對象，并不能直接用于通用的智能儀器，這使得不同設備的紅外遙控器不兼容，或者說一個遙控器只能控制一個特定設備。基于此，本次設計一種萬能型紅外遙控器可用于控制家中各種家用電器，體現(xiàn)了遙控器的多功能性和兼容性，具有很大的現(xiàn)實意義。

2系統(tǒng)總體設計方案

本文設計的智能遙控器是由MCU控制模塊、按鍵模塊、紅外發(fā)射模塊、紅外接收模塊、顯示模塊、存儲模塊等六大部分構(gòu)成。其中MCU控制模塊作為整個系統(tǒng)的核心控制芯片，可以控制系統(tǒng)各模塊協(xié)調(diào)工作，完成遙控器的智能型和多功能任務;按鍵模塊主要實現(xiàn)外部控制指令的輸入，并將按鍵信息傳送給單片機，由單片機完成數(shù)據(jù)輸入處理工作;紅外發(fā)射模塊主要用于將用戶的指令通過調(diào)制技術，并利用紅外通信將用戶需求信息發(fā)送出去，完成與被遙控器件之間的通信;而紅外接收模塊的功能則是用于接收用戶發(fā)送的信號以及信息，并基于解調(diào)技術和紅外通信技術，翻譯和解調(diào)用戶信息，讓家用電器完成特定的功能;顯示模塊的功能主要是使智能遙控器的工作狀態(tài)能夠直觀地顯示出來，給用戶提供方便，便于操控遙控器完成特定功能;存儲模塊的功能主要用于存儲來自紅外接收模塊的數(shù)據(jù)，特別是掉電等意外情況下的數(shù)據(jù)，使智能遙控器具有開機時自動顯示上一次數(shù)據(jù)的功能?？梢哉f，系統(tǒng)這六大部分的協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)了遙控器的智能和多功能性，每部分的具體工作關系，如圖1所示。

3硬件組成部分

3.1單片機最小系統(tǒng)

在本設計中選用AT89C51型號單片機作為智能遙控器的控制芯片，并構(gòu)成51單片機最小系統(tǒng)，用于協(xié)調(diào)、控制各模塊工作。一部分將紅外發(fā)射編碼通過軟件加載到38KHz的載波上，另一部分將HS0038接收的紅外信號通過軟件解碼成遙控碼，存儲到外部存儲器中，擔負永久保存編碼信息的重大任務，方便用戶根據(jù)解碼信息，設置遙控器的相應功能。另外，由AT89C51單片機構(gòu)成的最小系統(tǒng)主要由復位電路、振蕩電路，晶振電路組成。當系統(tǒng)處于跑飛狀態(tài)或死機狀態(tài)，可通過單片機的復位功能，使系統(tǒng)各個部位恢復至初始狀態(tài)。一般來說，復位電路有兩種形式，一是利用電容充電和放電復位，二是在AT89C5 1單片機RST引腳上接一個復位按鍵，利用高低電平進行復位。

3.2主要模塊及其功能

3.2.1紅外發(fā)射模塊

本文所設計的智能遙控器的紅外發(fā)射模塊主要由紅外發(fā)射管以及其外圍電路組成，其中紅外線發(fā)射管（IRLED）也稱紅外線發(fā)射二極管，屬于二極管類，它可以將電能直接轉(zhuǎn)換成近紅外光能并輻射出去。雖然普通的紅外線發(fā)射管外形和一般的可見光LED相似，但其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管。當在其兩端施加一定電壓時，它便發(fā)出紅外線而不是可見光。目前紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，通過將遙控脈沖信號調(diào)制到38kHz方波，經(jīng)過放大，驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，可得到紅外發(fā)射信號。同時，基于發(fā)射模塊將已編碼的紅外信號通過天線發(fā)射出去，實現(xiàn)對紅外設備的遙控。

3.2.2紅外接收模塊

本文設計的智能遙控器的紅外接收模塊是用于接收用戶發(fā)送的信號以及信息，并基于解調(diào)技術和紅外通信技術，翻譯和解調(diào)用戶信息，讓家用電器完成特定的功能。其采用一體化，集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊作為紅外接收頭的模塊元件，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線信號接收到輸出與TTL電平信號相兼容的所有工作，適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。

3.2.3按鍵模塊

按鍵模塊采用矩陣按鍵模式，用最少的I/O端口實現(xiàn)最多的按鍵數(shù)目，以增加遙控器的功能輸入。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不能直接連通，而是通過一個個按鍵加以連接。在系統(tǒng)中矩陣鍵盤的使用，主要是用來實現(xiàn)外部控制指令的輸入，并將按鍵信息傳送給單片機處理。為了防止在使用鍵盤時，用戶信息輸入識別錯誤，在系統(tǒng)進行工作時，需要設計一個軟件消抖程序。

3.2.4顯示模塊

本文設計的顯示模塊是以液晶的扭曲一向列效應制成的LCD液晶屏為核心，并配合一定的控制電路，以達到方便顯示組件的目的。利用液晶顯示屏制成的遙控器，用戶能直觀地看到發(fā)射的指令，以及檢測控制結(jié)果。

3.2.5存儲模塊

當遙控器在對某個發(fā)射信號電器解碼后需要將其代碼存儲起來，考慮到單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器RAM所能存儲的數(shù)據(jù)有限且不能掉電保護，基于此，需要選擇合適的外存儲器來存儲解碼后的代碼。本設計采用AT24C02存儲芯片存儲信息，當鍵盤中斷沒有相同鍵值返回時，將學習到的紅外信號綁定到鍵值，并將紅外解碼數(shù)據(jù)存到存儲器中。反之，則進入發(fā)送模式，從存儲器中讀出紅外數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)調(diào)制經(jīng)紅外發(fā)射頭發(fā)射出去。

4系統(tǒng)工作流程框圖

本設計實現(xiàn)智能遙控器的最關鍵的兩個部分是學習功能和數(shù)據(jù)存儲，并利用高低電平的脈寬值原理，了解低電平（有紅外發(fā)送載波）信號時長和高電平（無紅外發(fā)送載波）信號時長來實現(xiàn)遙控命令的學習和存儲。系統(tǒng)首先完成定時器設置和液晶顯示初始化，然后循環(huán)檢測鍵盤輸入值，當主循環(huán)進入鍵盤中斷時，將用戶輸入的遙控按鍵與紅外信號對應起來，并將紅外解碼數(shù)據(jù)存到存儲器中。反之，系統(tǒng)則進入發(fā)送模式，從存儲器中讀出紅外數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制發(fā)射出去。

5結(jié)束語

基于單片機的智能遙控器設計，操作簡單，使用方便，價格低廉。通過控制家用電器的發(fā)射信號，并經(jīng)過識別、存儲和再現(xiàn)操作，可控制多臺家用電器，解決了市場上絕大多數(shù)遙控器是針對各自特定的對象或設備的問題，極大地方便了我們的生活，對智能遙控器的推廣具有十分重要的現(xiàn)實意義。