汽車試驗臺架紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計【任務(wù)書+畢業(yè)論文+電路圖】

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工作內(nèi)容 早進(jìn)入階段 第一，二周 第三，四周 第五，六周 第七，八周 第九，十周 方案提出，查找資料，方案論證 電路設(shè)計，軟件設(shè)計 電路制作，軟件仿真 電路調(diào)試及性能分析 資料整理，撰寫論文 總結(jié)，答辯 教研室（學(xué)科組）主任簽字： 畢 業(yè) 設(shè) 計 汽車試驗臺架 遙控系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息的飛快傳播，紅外遙控在人們的生活中已經(jīng)成為不可或缺的部分。本文重點(diǎn)介紹了利用單片機(jī) 現(xiàn)紅外發(fā)射和接收電路的設(shè)計方法。發(fā)射電路 采用單片機(jī) 89碼調(diào)制為 40外接收端采用一體化紅外接收頭 同時對信號進(jìn)行放大 檢波，整形得到 單片機(jī) 解 碼 實現(xiàn)對不同設(shè)備 的控制。整個電路耗電省、簡單可靠、操作靈活、性能價格比高，較好地滿足了現(xiàn)代生活，生產(chǎn)和科研的需要。 關(guān)鍵詞： 遙控電路；紅外發(fā)射； 紅外接收 ；單片機(jī) of of an in s of by is to to is by At is to TL to to is of it I 目 錄 1 引言 .............................................................................................................................. 1 2 方案論證與發(fā)展趨勢 .................................................................................................. 3 案論證 ............................................................................................................ 3 術(shù)指標(biāo) ............................................................................................................ 6 外遙控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 ................................................................................ 6 3 紅外遙控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 .......................................................................................... 8 外收發(fā)電路的設(shè)計 ....................................................................................... 8 片介紹 ................................................................................................. 8 外發(fā)射電路 ....................................................................................... 12 外接收電路 ....................................................................................... 12 流穩(wěn)壓電源的設(shè)計 ..................................................................................... 13 相橋式整流電路 ............................................................................... 13 波電路 .............................................................................................. 14 壓電路 .............................................................................................. 15 制部分的設(shè)計 .............................................................................................. 15 控硅原理 .......................................................................................... 15 耦原理與作用 .................................................................................. 18 4 紅外遙控系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ........................................................................................ 20 統(tǒng)功能實 現(xiàn)辦法 ........................................................................................... 20 控碼的編碼格式 ............................................................................... 20 控碼的發(fā)射 ....................................................................................... 20 碼幀的接收處理 ............................................................................... 20 控發(fā)射及接收控制流程圖 ........................................................................... 21 控發(fā)射部分 ....................................................................................... 21 控接收部分 ....................................................................................... 22 件設(shè)計 ........................................................................................................... 25 射編碼的軟件設(shè)計 ........................................................................... 25 收編碼的軟件設(shè)計 ........................................................................... 26 5 調(diào)試 ............................................................................................................................ 27 論 ........................................................................................................................ 30 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 31 附錄 1： 發(fā)射程序 ....................................................................................................... 32 附錄 2： 接收程序 ....................................................................................................... 36 附錄 3：紅外發(fā)射電路圖 ............................................................................................. 40 附錄 4：紅外接收電路圖 ............................................................................................. 41 致 謝 ........................................................................................................................ 43 1 1 引言 隨著遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的不斷發(fā)展和日趨完善 ，利用多媒體作為教學(xué)手段在各級各類學(xué)校都得到了廣泛應(yīng)用。 本次畢業(yè) 設(shè)計的主題就是 針對汽車試驗臺架的 紅外遙控電路設(shè)計。通過 單片機(jī)的控制指令來對 不同 設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制， 從而方便快捷的實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 紅外遙控技術(shù)是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信的技術(shù)，其相應(yīng)的軟件和硬件技術(shù)都已比較成熟。 它是把紅外線作為載體的遙控方式。由于紅外線的波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長，因此在采用紅外遙控方式時，不會干擾其他電器的正常工作，也不會影響臨近的無線電設(shè)備。 紅外遙控是利用波長為 m 之間的近紅外線來傳遞控制信號的。它具有以下特點(diǎn) [2]： 1．由于為不可見光，因此，對環(huán)境影響很小。紅外線的波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長，所以，紅外遙控不會干擾其它家用電器，也不會影響近鄰的無線電設(shè)備。 2．紅外線為不可見光，具有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜，警戒等安全保衛(wèi)裝置中也得到了廣泛的應(yīng)用。 3．紅外線遙控的遙控距離一般為幾米至幾十米或更遠(yuǎn)一點(diǎn)。 4．紅外線遙控具有結(jié)構(gòu)簡單，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)，特別是室內(nèi)遙控的 優(yōu)先遙控方式。同時，由于采用紅外線遙控器件時，工作電壓低，功耗小，外圍電路簡單，因此它在日常工作生活中的應(yīng)用越來越廣泛。 它在技術(shù)上的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1. 無需專門申請?zhí)囟l率的使用執(zhí)照； 2． 具有移動通信設(shè)備所必需的體積小、功率低的特點(diǎn)； 3． 傳輸速率適合于家庭和辦公室使用的網(wǎng)絡(luò)； 4． 信號無干擾，傳輸準(zhǔn)確度高； 它的缺點(diǎn)是：由于它是一種視距傳輸技術(shù)，采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接具有方向性，兩個設(shè)備之間如果傳輸數(shù)據(jù)，中間就不能有阻擋物 ;而且通訊距離較短，此外紅外 由于紅外線在頻譜上居于可見光之外，所以抗干擾性強(qiáng)，具有光波的直線傳播特性，不易產(chǎn)生相互間的干擾，是很好的信息傳輸媒體。信息可以直接對紅外光進(jìn)行調(diào)制傳輸，例如，信息直接調(diào)制紅外光的強(qiáng)弱進(jìn)行傳輸，也可以用紅外線產(chǎn)生一 2 定頻率的載波，再用信息對載波進(jìn)調(diào)制，接收端再去掉載波，取到信息。從信息的可靠傳輸來說，后一種方法更好，這就是我們今天看到的大多數(shù)紅外遙控器所采用的方法。 由于紅外線的波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長，因此在采用 紅外遙控方式時，不會干擾其他電器的正常 工作，也不會影響臨近的無線電設(shè)備。同時，由于采用紅外線遙控器件時，工作電壓低，功耗小，外圍電路簡單，因此它在日常工作生活中的應(yīng)用越來越廣泛。 3 2 方案論證 與發(fā)展趨勢 案論證 根據(jù)任務(wù)書的要求，利用單片機(jī)設(shè)計一個遙控開關(guān)電路，可以擬定以下的幾種方案。 方案一：（ 簡易紅外遙控電路 ） 在不需要多路控制的應(yīng)用場合，可以使用由常規(guī)集成電路組成的單通道紅外遙控電路。這種遙控電路不需要使用較貴的專用編譯碼器，因此成本較低 。 紅外發(fā)射部分 ： 圖 外發(fā)射框圖 考慮到本方案電路是簡單的單通道遙控器，可直接產(chǎn)生一個控制功能的震蕩頻率 ，再通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。 紅外接收部分 ： 圖 外接收框圖 當(dāng)紅外接收頭接收到控制頻率時，由一個電路對其進(jìn)行解調(diào)并產(chǎn)生相應(yīng)的控制功能。 方案二：（利用紅外遙控開關(guān)電路） 產(chǎn)生 震蕩 頻率 紅外 發(fā)射 紅外 接收 解調(diào) 控制 受控 電器 4 紅外線發(fā)射 /接收控制電路均采用單片機(jī)來實現(xiàn)，輸出控制方式可選擇，實用性強(qiáng)。 方案結(jié)構(gòu)圖： 紅外發(fā)射 部分： 圖 外發(fā)射框圖 當(dāng)按下遙控按鈕時，單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。 紅外接收部分： 圖 外接收框圖 當(dāng)紅外接收器接收到控制脈沖后，由控制方式選擇開關(guān)選擇是“互鎖”還是單路控制，再由單片機(jī)處理后，對相應(yīng)的受控電器產(chǎn)生控 制。 單 片 機(jī) 遙控 按鈕 紅外 發(fā)射 單 片 機(jī) 紅外 接收 控制方式選擇開關(guān) 受控 電器 5 方案三：利用紅外遙控開關(guān)電路 用單片機(jī)制作一個紅外電器遙控器，可以分別控制 5個電器的電源開關(guān)，和一個電燈開關(guān)，并且可以對電燈進(jìn)行亮度的調(diào)光控制。 紅外發(fā)射部分結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 外發(fā)射框圖 當(dāng)按下遙控按鈕時，單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。 紅外接收部分結(jié)構(gòu)如下： 圖 紅外接收器接收到控制脈沖后，經(jīng)單片機(jī)處理由顯示設(shè)備顯示出當(dāng)前受控電器的序號，并判斷是否對電燈進(jìn)行調(diào)光，如需調(diào)光則經(jīng)調(diào)光電路處理后實現(xiàn)調(diào)光功能。 單 片 機(jī) 按鍵 控制 紅外 發(fā)射 單 片 機(jī) 顯示 紅外接收 受控電器 電源開關(guān) 調(diào)光電路 電燈 6 綜上所述通過比較三套方案，方案一未采用單片機(jī)控制，功能過于單一，僅能對一路電器進(jìn)行簡單的遙控；方案二和方案三的 紅外線發(fā)射 /接收控制電路采用單片機(jī)來實現(xiàn)，電路簡單，實用性強(qiáng)。 方案二雖可雖可控制多個電器，但控制功能過于單調(diào)，僅能實現(xiàn)電器開關(guān)的控制，實用價值不大；方案三不僅可用控制鍵實現(xiàn)對電器的控制，而且可對一路電燈進(jìn)行亮度控制，方便實用。且本設(shè)計用到的元器件較少 ，電路相對簡單實用。所以本設(shè)計采用方案三作為設(shè)計藍(lán)本。 術(shù)指標(biāo) 紅外遙控是目前使用較多的一種遙控手段。紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)。在家庭生活中，錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)彩電都采用了紅外遙控系統(tǒng)。設(shè)計要求利用紅外傳輸控制指令及智能控制系統(tǒng) ，借助 微處理器強(qiáng)大靈活的控制功能發(fā)出 脈沖編碼 ，組成 的 一個遙控系統(tǒng)。 本設(shè)計的主要技術(shù)指標(biāo)如下： (1) 遙控范圍： 4— 6米 ; (2) 發(fā)射接受角： 90° ; (3) 接收靈敏可靠，抗干擾能力強(qiáng) ; (4) 遙控器發(fā)射時工作電流： 8采用紅外線遙控方式時，距離﹑角度等使用效果受一定的限制，如果采用調(diào)頻或調(diào)幅發(fā)射接收，則發(fā)射距離會更遠(yuǎn)，接收將不受角度的影響。本 設(shè)計采用 單片機(jī)遙控編碼及解碼方案適合一切需要應(yīng)用到遙控的電器系統(tǒng)，是自行設(shè)計帶遙控功能的控制系統(tǒng)的首選理想方案。 外遙控 系統(tǒng) 的發(fā)展趨勢 紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成 本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空凋 以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、 有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。 紅外遙控技術(shù)在這十年來得到了迅猛發(fā)展， 在 電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，隨著人們生活水平的提高，對產(chǎn)品的追求是使用更方便、更具智能化，紅外遙控技術(shù)正是一個重點(diǎn)的發(fā)展方向。 由于各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了大量紅外遙控專用集成電路，需要時按圖索驥即可。因此，現(xiàn)在紅外遙控在加用電器、室內(nèi)近距離（小于 10 米）遙控中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著紅外光電器的大量出現(xiàn) ,紅外遙控已經(jīng)廣泛應(yīng)用在家用電器 ,安全保衛(wèi) ,及 7 人們的日常生活中的應(yīng)用就更加廣泛了 。 例如電視機(jī)的遙控，音響 設(shè)備的遙控，錄像 機(jī)的遙控，電風(fēng)扇的遙控，安全保衛(wèi)報警器，遙控空調(diào)器，自動水龍頭，自動門等均可采用紅外遙控技術(shù)來實現(xiàn) 。 采用同一遙控器遙控多個設(shè)備是現(xiàn)在紅外遙控系統(tǒng)的主流方向，也是未來的發(fā)展趨勢。 多路控制的紅外發(fā)射部分一般有許多按鍵，代表不同的控制功能。當(dāng)發(fā)射端 按下某一按鍵時，相應(yīng)地接收端有不同地輸出狀態(tài)。接收端的 輸出狀態(tài)大致可分 為脈沖、電平、自饋、互鎖、數(shù)據(jù)五種形式?！懊}沖”輸出是當(dāng)按發(fā)射端按鍵時， 接收端對應(yīng)輸出端輸出一個“有效脈沖”，寬度一般在 100電平”輸出是指發(fā)射端按下鍵時，接收端 對應(yīng)輸出端輸出“有效電平”消失。此處的“有效 脈沖”和“有效電平”，可能是高、也可能是低，取決于相應(yīng)輸出腳的靜態(tài)狀況，如靜態(tài)時為低，則“高”為有效；如靜態(tài)時為高，則“低”為有效。大多數(shù)情況 下“高”為有效。“自鎖”輸出是指發(fā)射端每按一次某一個鍵，接收端對應(yīng)輸出 端改變一次狀態(tài)，即原來為高電平變?yōu)榈碗娖?，原來低電平變?yōu)楦唠娖?。此種輸 出適合用作電源開關(guān)、靜音控制等。有時亦稱這種輸出形式為“反相”?！盎ユi” 輸出是指多個輸出互相清除，在同一時間內(nèi)只有一個輸出有效。電視機(jī)的選臺就 屬此種情況，其他如調(diào)光、調(diào)速、音 響的輸入選擇等。“數(shù)據(jù)”輸出是指把一些 發(fā)射鍵編上號碼，利用接收端的幾個輸出形成一個二進(jìn)制數(shù)，來代表不同的按鍵 輸入。一般情況下，接收端除了幾位數(shù)據(jù)輸出外，還應(yīng)有一位“數(shù)據(jù)有效”輸出端，以便以后適時地來取數(shù)據(jù)。這種輸出形式一般用于與單片機(jī)或微機(jī)接口。 除以上輸出形式外，還有“鎖存”和“暫存”兩種形式。所謂“鎖存”輸出是 指對發(fā)射端每次發(fā)的信號，接收端對應(yīng)輸出予以“儲存”，直至收到新的信號為止；“暫存”輸出與上述介紹的“電平”輸出類似。 [7] 總之，紅外遙控憑借其 體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成 本低 ， 不影響周邊環(huán)境的、不干擾其他電器設(shè)備 ， 編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控 等特點(diǎn) 。 在 電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 。 8 3 紅外遙控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 外收發(fā)電路的設(shè)計 紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，系統(tǒng)采用編 /解碼專用集成電路和單片機(jī)芯片來進(jìn)行控制操作。設(shè)計的電路由如下的幾個基本模塊組成：直流穩(wěn)壓電源 ，紅外發(fā)射電路，紅外接收電路 和控制部分 。 紅外遙控有發(fā)送和接收兩個組成部分。發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收端普遍采用價格便宜， 性能可靠的一體化紅外接收頭 (如 接收紅外信號頻率為 40期約 26μ s)接收紅外信號，它同時對信號進(jìn)行放大、檢波、整形，得到 送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并 控制相關(guān)對象。 系統(tǒng)框圖如圖 3－ 1所示。 圖 3－ 1 紅外遙控電路框圖 片介紹 1] 按鍵部分 電源 發(fā)射部分 單片機(jī) 89源 單片機(jī) 89制部分 接收 部分 9 1． (1) 4 （可經(jīng)受 1， 000 次的寫入 /擦除周期） (2) 三級程序存儲器保密 (3) 128 X 8字節(jié)內(nèi)部 4) 32條可編程 I/O 線 (5) 2個 16位定時器 /計數(shù)器 (6) 6個中斷源 (7) 可編程串行通道 (8) 片內(nèi)時鐘振蕩器 用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式 ——空閑方式和掉電方式。在空閑方式中， 時器 /計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，一切功能暫停，只保存片內(nèi) 到下一次硬 件復(fù)位為止。 2． 89－ 2所示 。 T /V P D /P D /P T 0/ P T 1/ P (1) 主要電源引腳 ① 源端 10 ② 地端 (2) 外接晶體引腳 外部晶體的一個引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，既把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 ② 外部晶體的另一個引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端 。采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)懸浮不連接。 (3) 輸入 /輸出引腳 ① 位漏極開路型雙向 I/為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動 8個 入，對端口寫 1時，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址（低 8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。 ② 位雙向 I/收或輸出電流方式） 4 個 入。對端口寫 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。作輸入口時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 ③ （ 位雙向 I/收或輸出電流方式） 4 個 入。對端口寫 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。 為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪 問外部程序存儲器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 (如執(zhí)行 @令 )時， 出高 8位地址。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 (如執(zhí)行 A 指令 )時， 引腳上的內(nèi)容 (就是專用寄存器 (中 存器的內(nèi)容 )，在整個訪問期間不會改變。 ④ 一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/吸收或輸出電流方式 )4 個 入。對端口寫 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。 為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 在 些兼用功能如下： (1) 行輸入口） (2) 行輸出口） (3) 部中斷 0） (4) 部中斷 1） (5) 0（記時器 0外部輸入） 11 (6) 1（記時器 1外部輸入） (7) 部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） (8) 部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） (9) 程校驗接收一些控制信號 3． 振蕩器特性： 別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，不接。 由于 輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4． 芯片擦除： 整個 0完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲字節(jié)被 重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 9890條引腳，如圖 3－ 3所示。 R S R X D ) P 3 . 02P 1 . 719( T X D ) P 3 . 13P 1 . 618X T A L 24P 1 . 517X T A L 15P 1 . 416( I N T 0 ) P 3 . 26P 1 . 315( I N T 1 ) P 3 . 37P 1 . 214( T 0 ) P 3 . 48P 1 . 1 ( A )13( T 1 ) P 3 . 59P 1 . 0 ( A )12P 3 . 711G N 9 C 2 0 5 1圖 39腳，準(zhǔn)雙向端口。 腳，準(zhǔn)雙向端口，如 1的串行通訊功能， 3的中斷輸入功能， 在引腳的驅(qū)動能力上， 89有很強(qiáng)的下拉能力， 3 口的下拉能力均 12 可達(dá)到 89端口下拉能力每腳最大為 15是限定 9 腳電流之和小于 腳的平均電流只 989得它可以直接驅(qū)動 相對于 89是它的功耗少，便于攜帶，更經(jīng)濟(jì)使它在發(fā)射電路中起著重要的地位。因此，在本設(shè)計紅外發(fā)射的電路中就用了它來實現(xiàn)脈沖信號的產(chǎn)生。 外發(fā)射電路 本遙控發(fā)射器采用碼分制遙控方式，碼分制紅外遙控就是指令信號產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼（不同的脈沖數(shù)目及組合）代表不同的控制指令。 在確定選擇 為本設(shè)計發(fā)射電路核心芯片和點(diǎn)觸式開關(guān)作 為控制鍵后，加上一個簡單紅外發(fā)射電路和 12 發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它發(fā)出的便是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940形與普通Φ 5發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。 遙控發(fā)射通過鍵盤，每按下一個鍵，即產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號調(diào)制在 40勵紅外光二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過空間的傳送到受控機(jī)的遙 控接收器。 作為按鍵部分， 作為發(fā)射部分，然后用三極管的放大驅(qū)動紅外發(fā)射。電路 圖 見附錄 3。 外接收 電路 在接收過程中，脈沖通過光學(xué)濾波器和紅外二極管轉(zhuǎn)換為 40電信號，此信號經(jīng)過放大，檢波，整 形，解調(diào)，送到解碼與接口電路，從而完成相應(yīng)的遙控功能。接收電路 圖 見附錄 4。 通常，紅外遙控器將遙控信號 (二進(jìn)制脈沖碼 )調(diào)制在 40緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號發(fā)射出去。 將上述的遙控編碼脈沖對頻率為 40期為 26μ s)的載波信號進(jìn) 行脈幅調(diào)制 (， 再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。 根據(jù)遙控信號編碼和發(fā)射過程，遙控信號的識別 —— 即解碼過程是去除 40 和 1。由 51 系列單片機(jī) 體化紅外接收頭、存儲器、還原調(diào)制與紅外發(fā)光管驅(qū)動電路組成。 接收部分主要元件是紅外接收管，它是一種光敏二極管（實際上是三極管，基極為感光部分）。在實際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時是反向運(yùn)用，這樣才能獲得較高的靈敏度。 由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一 般都較?。?100所以紅外接收二極 13 管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。前些年常用μ 近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝 (如 均有三只引腳，即電源正（ 電源負(fù)（ 數(shù)據(jù)輸出（ 紅外接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，可參考廠家的使用說明。成品紅外接收頭的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來如 同一只三極管，非常方便。但在使用時注意成品紅外接收頭的載波頻率。 一體化紅外接收頭采用 它負(fù)責(zé)紅外遙控信號的解調(diào)。將調(diào)制在 40 腳，由單片機(jī)進(jìn)行高電平與低電平寬度的測量。遙控信號的還原是通過 入二進(jìn)制脈沖碼的高電平與低電平及維持時間，當(dāng)接收頭接收信號時，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，并在 記下脈沖的個數(shù)，這在后面的軟件設(shè)計中會具體介紹到，通過單片機(jī)處理后驅(qū)動控制部分。 流穩(wěn)壓電源的設(shè)計 直流穩(wěn)壓電源主要功能是為 后兩個部分提供電壓的輸出。在設(shè)計中分出了 2 個支路，分別輸出 5V 電壓 。 直流 穩(wěn)壓電源的 主要 由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。 框圖如圖 3－ 4 所示。 T r a n 流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路圖 3壓電源的 方框圖 相橋式整流電路 整流電路主要實現(xiàn)將交流電變換成直流電。實現(xiàn)這一目標(biāo)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。我采用的是單橋式整流電路。本設(shè)計整流電路如圖 3－ 5所示。 在圖中，輸入電壓 過電源變壓器成 的作用是將交流電電壓 2。其中的電阻是要求支流供電的負(fù)載電阻。四個整流二極管 4接成電橋的形式。通過負(fù)載 R 的電流 3的波形如圖 3們都是單方向的全波脈動波形。 14 圖 3－ 5單橋式整流電路圖 波電路 在 整流電路輸出波形中 由于 含有較多的 紋 波成分，與所要求的波形 不太符合 。所以在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。 而 濾波電路常有電容濾波，電感濾波和 波等。 本電路采用的是 電容濾波 電路。如圖 3 圖 3相橋式整流電路波形圖 O O t ?O 2? 3? 4? ? t 3 4 3 4 ? t 15 圖 3容濾波 電路圖 壓電路 典型應(yīng)用電路如 圖 3示。圖中 于頻率補(bǔ)償，防止自激振蕩和抑制高頻干擾； 用電解電容，以減少電源引入的低頻干擾對輸出電壓的影響； 輸入端短路時，給 止 壓電路圖 制部分的設(shè)計 控硅原理 1、工作原理 [9] 可控硅是 層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個 析原理時，可以把它看作由一個 等效圖解如圖 3當(dāng)陽極 A 加上正向電壓時， 均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極 G 輸入一個正向觸發(fā)信號， 有基流 過，經(jīng) 大，其集電極電流 16 2為 集電極直接與 基極相連，所以 時，電流 是 1 1β 2個電流又流回到 成正反饋，使 此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。 圖 3控硅原理等效圖解 由于 構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔?，所以一旦可控硅?dǎo)通后，即使控制極 控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。 由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件見表 3 3控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件 狀態(tài) 條件 說明 從關(guān)斷到導(dǎo)通 1、陽極電位高于是陰極電位 2、控制極有足夠的正向電壓和電流 兩者缺一不可 維持導(dǎo)通 1、 陽極電位高于陰極電位 2、陽極電流大于維持電流 兩者缺一不可 從導(dǎo)通到關(guān)斷 1、陽極電位低于陰極電位 2、陽極電流小于維持電流 任一條件即可 2、基本伏安特性 可控硅的基本伏安特性見圖 3 1）反向特性 當(dāng)控制極開路，陽極加上反向電壓時（見圖 3 正偏，但 反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高到 的雪崩擊穿電 壓后，接差 流迅速增加，圖 3的特性開始彎曲，如特性 7 示，彎曲處的電壓 “反向轉(zhuǎn)折電壓”。此時，可控硅會發(fā)生永久性反向擊穿。 （ 2）正向特性 當(dāng)控制極開路，陽極上加上正向電壓時（見圖 3 正偏，但 與普通 的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當(dāng)電壓增加，圖 3的特性發(fā)生了彎曲，如特性 曲處的是 向轉(zhuǎn)折電壓 。 由于電壓升高到 的雪崩擊穿電壓后， 發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時 入 ，空穴時入 。進(jìn)入 的電子與由 1 結(jié)注入 的空穴復(fù)合，同樣，進(jìn)入 的空穴與由 通過 注入 的電子復(fù)合，雪崩擊穿，進(jìn)入 的電子與進(jìn)入 的空穴各自不能全部復(fù)合掉，這樣，在 就有電子積累，在 就有空穴積累，結(jié)果使 的電位升高， 的電位下降， 變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性，見圖 3的虛線 圖 3控硅反向特性 圖 3控硅正向特性 這時 個結(jié)均處于正偏，可控硅便進(jìn) 入正向?qū)щ姞顟B(tài) 時，它的特性與普通的 圖 3 18 圖 3控硅基本伏安特性 3、觸發(fā)導(dǎo)通 在控制極 圖 3 2區(qū)，2 區(qū)，形成觸發(fā)電流 可控硅的內(nèi)部正反饋?zhàn)饔茫ㄒ妶D 3基礎(chǔ)上，加上 作用，使可控硅提前導(dǎo)通，導(dǎo)致圖 3的伏安特性 性左移越快。 圖 3控硅觸發(fā)導(dǎo)通 耦原理與作用 在控制部分采用了隔離驅(qū)動 電路，用光電器件作為隔離元件，利用光耦來隔離強(qiáng)電，以防止強(qiáng)電影響單片機(jī)的工作。 光電隔離的目的是割斷兩個電路的電氣聯(lián)系，使之相互獨(dú)立，從而也就割斷了噪聲從一個電路進(jìn)入另一個電路的通路。光電隔離是通過光電耦合器實現(xiàn)的。 光耦又稱光電隔離器或光電耦合器，它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器與受光器封裝在管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光 器接收后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實現(xiàn)了“光 — 電 — 光”的轉(zhuǎn)換。光電耦合器是把一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管封裝在一個外殼里的器件。外殼有金屬的或塑料 19 的兩種。發(fā)光二極管和光敏三極管之間用透明絕緣體填充，并使發(fā)光管與光敏管對準(zhǔn)，以提高其靈敏度，光電耦合器的電路符號如圖 3 對于數(shù)字量，當(dāng)輸入為低電平“ 0”時，光敏三極管截止，輸出為高電平“ 1”；當(dāng)輸入為高電平“ 1”時，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“ 0”。 O pt oi s ol a 正極負(fù)極集電極發(fā)射極圖 3光電耦合器原理圖 輸入信號使用權(quán)發(fā)光二極管發(fā)光，其光線又使光敏三 極管產(chǎn)生電信號輸出，從而既完成了信號的傳遞又實現(xiàn)了電氣上的隔離。光電耦合的響應(yīng)時間一般不超過幾個微秒。 光電耦合器的輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，且輸出端對輸入端也無反饋，因而具有隔離和抗干擾兩方面的獨(dú)特性能。通常使用光電耦合器是為實現(xiàn)以下兩個主要功能： 電平轉(zhuǎn)換： 路與電源電路之間不需另加匹配電路就可以傳輸信號，從而實現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換。 隔離：這時由于信號電路與接收電路之間被隔離，因此即使兩個電路的接地電位不同，也不會形成干擾。 光電耦合器中光敏三極管的基極有引出和不引出兩種形式?；鶚O引出通常是經(jīng)一個 電阻接地。 通過接地電阻可以控制耦合的響應(yīng)速度和靈敏度。總的來說，電阻越小，響應(yīng)速度越高。 20 4 紅外遙控系統(tǒng)的軟件設(shè)計 統(tǒng)功能實現(xiàn)辦法 控碼的編碼格式 該遙控器采用脈沖個數(shù)編碼， 不同的脈沖個數(shù)代表不同的 被控對象 ，最小為 2個脈沖 。為了使接收可靠，第一位碼寬為 3余為 1控碼數(shù)據(jù)幀間隔大于 10圖 4－ 1 所示。 控碼的發(fā)射 當(dāng)某個操作按鍵按下 時，單片機(jī)先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個數(shù)，再調(diào)制成 40波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。 的輸出調(diào)制波如圖4－ 1所示。 通常，紅外遙控 是將遙控信號（二進(jìn)制脈沖碼）調(diào)制在 40緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號發(fā)射出去的。 為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對頻率為 40期為 26載波信號 進(jìn)行脈幅調(diào)制（ ，再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。[18] 圖 4－ 1 端口輸出編碼波形圖 碼幀的接收處理 當(dāng)紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位碼的低電平將啟動中斷程序，實時電器 0 的遙控輸出碼 電器 1 的遙控輸出碼 21 接收數(shù)據(jù)幀。在數(shù)據(jù) 幀接收時，將對第一位（起始位）碼的碼寬進(jìn)行驗證。若第一位低電平碼的脈寬小于 2作為錯誤碼處理。當(dāng)間隔位的高電平脈寬大于 3束接收，然后根據(jù)累加器 行相應(yīng)輸出口的操作。圖 4－ 2就是紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。 圖 4－ 2 紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖 控發(fā)射及接收控制流程圖 控發(fā)射部分 下圖 4先初始化程序 ,然后調(diào)用鍵掃描處理子程序 . 掃鍵過程 :首先判斷控制鍵是否按下 ,若有控制鍵按下則進(jìn)行逐行掃描 ,按照 最后按照鍵號轉(zhuǎn)至相應(yīng)的發(fā)射程序如下圖 4 圖 4控發(fā)射主程序流程圖 開始 調(diào)用鍵掃描處理子程序 初始化 1一位 10022 Y N 圖 4控發(fā)射鍵掃描程序流程圖 紅外信號發(fā)射過程 :首先裝入發(fā)射脈沖個數(shù) (發(fā)射時為 3沖 ,停發(fā)時為 1,此時若發(fā)射脈沖個數(shù)為 1則返回主程序 ,若不為 1則發(fā) 1然后停發(fā) 1這樣便結(jié)束整個發(fā)射 過程 . 在實踐中 ,采用紅外線遙控方式時 ,由于受遙控距離 ,角度等影響 ,使用效果不是很好 ,如采用調(diào)頻或調(diào)幅發(fā)射接收碼 ,可提高遙控距離 ,并且沒有角度影響。 控接收部分 遙控接收部分的主程序及初始化及延時過程如下 :首先初始化 ,然后按照顯示亮度數(shù)據(jù)設(shè)定調(diào)光脈沖延時值 ,看 ,若不為 0則調(diào)入延時程序 ,此時 若為 0 則直接返回。 掃鍵開始 逐行掃描按 鍵按下？ 按鍵號轉(zhuǎn)至相應(yīng)的發(fā)射程序 返回 23 Y N 圖 4控發(fā)射器遙控碼發(fā)射程序 流程圖 開始發(fā)射 發(fā) 1沖 返回 發(fā) 3沖 (1=0? 停發(fā) 1入發(fā)射脈沖個數(shù)（ 停發(fā) 124 N Y 圖 4控接收器主程序流程圖 中斷過程 :首先判斷低電平脈寬度是否大于 2脈寬不到 2中斷返回 ;若低電平大于 2接收并地低電平脈沖計數(shù) ,接下來看判斷高電平脈寬度沖是否大于 3脈寬不到 3返回上一接收計數(shù)過程 ;若高電平脈寬大于 3按照脈沖個數(shù)至對應(yīng)功能程序 開始 按顯示亮度數(shù)據(jù)設(shè)定調(diào)光脈沖延時值 初始化 調(diào)延時程序 輸出調(diào)光脈沖 ? 25 N Y N Y 圖 4控接收器中斷程序流程圖 件設(shè)計 射編碼的軟件設(shè)計 首先，初始化定時器，定時為頻率為 40按下某一按鍵時，發(fā)送數(shù)據(jù) 1，就開始工作。同時定時器溢出，也就是定時器記滿了，執(zhí)行定時器中斷，由此就產(chǎn)生了 40載波信號。 當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù) 0時，定時器不工作。 中斷開始 按脈沖個數(shù)至對 應(yīng)的功能程序 中斷返回 接收并對低電平脈沖計數(shù) 高電平脈沖〉 3電平脈寬〉 226 收編碼的軟件設(shè)計 單片機(jī)上電復(fù)位后，首先對其內(nèi)部定時器初始化，用定時器及軟件計數(shù)的方法，當(dāng)有信號輸入時，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，并在 量 電平的寬度。 腳平時為 高電平，當(dāng)接收到紅外遙控信號時，由于一體化紅外接收頭的反向作用， 27 5 調(diào)試 本電路總共設(shè)計了 6個輸入按鍵。 當(dāng)輸入一個按鍵 5時，通過紅外發(fā)射和接收電路，對應(yīng)的的設(shè)備工作即 5號發(fā)光二極管發(fā)光。當(dāng)再次按下按鍵 5時， 5號發(fā)光二極管滅。 按鍵數(shù)越大燈泡亮度越大。 控制電路板的安裝與調(diào)試在整個