紅外線遙控器應用技術論文(2)
紅外線遙控器應用技術論文
紅外線遙控器應用技術論文篇二
紅外線遙控開關電路的設計
摘 要 本系統(tǒng)是以單片機AT89C52為核心設計的紅外傳輸系統(tǒng)。它由紅外發(fā)射系統(tǒng)和紅外接收系統(tǒng)構成。紅外發(fā)射系統(tǒng)將鍵盤產生的基帶二進制信號調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。接收系統(tǒng)將收到的紅外信號進行放大、限幅、檢波、整形后送給CPU，CPU根據(jù)不同的信號發(fā)出控制指令到相應的控制電路。以單片機制作的紅外傳輸系統(tǒng)具有性能好、成本便宜、可擴展性強等特點。
關鍵詞 單片機;紅外發(fā)送
中圖分類號 TP29 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0108-02
1 引言
隨著工業(yè)化的進步，傳統(tǒng)的采用人工設備進行有線數(shù)據(jù)傳輸已遠不能滿足現(xiàn)在工業(yè)化生產的耍要，而采用紅外實現(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，使得它應用廣泛。
1.1 選題目的和意義
現(xiàn)代工業(yè)生產和科學研究對數(shù)據(jù)傳輸顯示的要求日益提高，在瞬態(tài)信號測量、數(shù)字圖像處理等一些高速、高精度的測量中，需要進行紅外傳輸。對于物理布線困難的地方，采用紅外傳輸技術可以節(jié)省大量財力;選擇紅外傳輸技術可以避免大量的布線工作，同時也避免了有線網由于線路故障而導致系統(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 國內外研究現(xiàn)狀
單片機的發(fā)展決定于微機的發(fā)展水平和集成電路的發(fā)展水平，許多家用電器，各種電子產品均走向利用單片機控制的智能化發(fā)展道路?？梢哉f，單片機發(fā)展到了一個全新階段，應用更廣泛，由于單片機具有集成度高、功能強、體積小、價格低、抗干擾能力等優(yōu)于一般 CPU 的優(yōu)點，因此，在要求較高控制精度和較低成本的工業(yè)設計系統(tǒng)中，往往采用單片機作為數(shù)字控制器取代模擬控制。
近年來紅外技術一直在通訊技術上得到了廣泛的應用，尤其是在手機，PDA，筆記本這些設備上。經過這些年來紅外技術的發(fā)展以及國內外制定的相關行業(yè)標準，紅外設備及相關技術更加規(guī)范，可靠和通
用化。
2 系統(tǒng)總體設計
2.1 系統(tǒng)設計要求
1)根據(jù)所設置的數(shù)字鍵，能通過紅外線發(fā)送所需要的數(shù)字。
2)能實現(xiàn)紅外接收，并通過單片機控制開關。
3)可進行功能擴展。
2.2 系統(tǒng)設計思想
主要內容是設計一個基于單片機的紅外線發(fā)送、接收系統(tǒng)，從發(fā)送端的遙控器發(fā)出信號，再通過紅外線對數(shù)字進行紅外編碼，最后通過紅外光束將信號發(fā)射出去。在接收端，要完成與發(fā)射端相反的工作，包括信號接收、解調、解碼、最后是信息還原。
本次設計就是利用單片機最小系統(tǒng)結合紅外傳輸、繼電器控制設計而成的。其通過紅外線接收頭接收遙控器發(fā)送的信號送到單片機進行處理，以此控制繼電器的開關體現(xiàn)在LED的點亮和熄滅上。系統(tǒng)總體構成如圖1。
2.3 設計要完成的任務
根據(jù)單片機最小系統(tǒng)、外圍電路的要求和整體設計思路，本設計要做主要有以下幾個方面。
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)設計要求及硬件框圖確定軟件流程圖并編寫相應
軟件。
3)焊接電路以及功能電路的軟硬件調試。
4)系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調。
3 設計方案論證與選擇
3.1 傳輸方式的選擇
實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǘ喾N多樣，藍牙技術、高頻無線電技術、激光技術、紅外技術等均能滿足本設計要求。
與前兩種方式相比較，紅外傳輸具有以下優(yōu)點。
1)由于為不可見光，因此，對環(huán)境影響很小。紅外線的波長遠小于無線電波的波長，所以，不會干擾其它家用電器，也不會影響近鄰的無線電設備。
2)具有很強的隱蔽性和保密性，在防盜、警戒等安全保衛(wèi)裝置中得到了廣泛應用。
3)紅外線傳輸距離一般為幾米至幾十米或更遠一點。
4)紅外傳輸電路具有結構簡單，制作方便，成本低廉，抗干擾能力強，工作可靠性高等一系列優(yōu)點，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用越來越廣泛。
結合以上4個優(yōu)點，同時考慮本設計實際應用的環(huán)境，本設計選擇了紅外傳輸方式。
3.2 電路的選擇
紅外線遙控開關可用LC9301/LC9305、LM567、單片機等電路方案。利用LC9301/LC9305時，由LC9301產生不同頻率的波形，LC9305將由紅外線接收二極管接收到的波進行譯碼并驅動相應的電路，這兩種芯片在市面上沒有流通。利用LM567時，由紅外接收管將接收到的紅外線譯碼后送到LM567進行頻率比較，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。
常用的單片機有AT89C51、AT89C52、AT89S51、AT89S52等幾種型號。與前幾種相比，AT89C52具有如下特點：40個引腳，8k Bytes Flash片內程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗(WDT)電路，片內時鐘振蕩器。
AT89C52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1 000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，片上Flash允許程序存儲器在系統(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，功能強大的微型計算機的AT89C52可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。
此外，AT89C52設計和配置了振蕩頻率可為0 Hz并可通過軟件設置省電模式。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。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存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位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。
3.3 負載電路的選擇
繼電器是用來實現(xiàn)電路中聯(lián)結點的閉合或切斷的控制器件，通常它用于自動控制系統(tǒng)、遙控遙測系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等系統(tǒng)的控制設備或保護裝置中，當作為被控制量的參數(shù)(諸如電壓、電流、溫度、壓力等)達到預定值時開始動作，使被控制電路連通或斷開，從而實現(xiàn)所要求的控制或保護使用電磁繼電器時應注意以下幾點。
1)電磁繼電器線圈的動作電流一般為幾十毫安，應考慮對它的驅動。利用晶體管或晶體管列陣驅動時，必須在線圈兩端加反向鉗位二極管，以保護驅動器件。
2)少數(shù)電磁式繼電器的線圈時有極性要求的，即所謂極化繼電器。直流電壓驅動時要注意電壓極性。
3)電磁繼電器型號的選擇首先應考慮觸電所帶負載的性質與容量，其次要考慮驅動線圈的電源電壓及驅動能力。
4)電磁繼電器觸電動作時會產生強烈的火花干擾，必須考慮此干擾對系統(tǒng)的影響，必要時采取屏蔽等相應抗干擾措施。
本系統(tǒng)使用的是電磁式繼電器它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種電磁開關。當線圈中有電流通過時，鐵芯被磁化后將銜鐵吸合，銜鐵向上運動時推動動接點和靜接點接通從而將負載中的LED點亮。
4 系統(tǒng)硬件電路設計
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)送端用脈時調制(PPM)方式，將二進制數(shù)字信號調制成某一頻率的脈沖序列，并利用該脈沖序列驅動紅外線發(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轉換成電信號，在經過放大、濾波等處理后送給解調電路進行解調，還原成二進制數(shù)字電信號后輸出。簡而言之，紅外通信的實質就是對二進制數(shù)字信號進行調制與解調，以便利用紅外信道進行傳輸，而紅外通信接口就是針對紅外信道的調制解調器。
1)二進制信號的編碼和調制。采用不同的脈寬寬度來實現(xiàn)二進制信號的編碼，可由發(fā)送單片機來完成。二進制信號的調制仍由發(fā)送單片機來完成，它把編碼后的二進制信號調制成頻率為38 kHz的間斷脈沖串，相當于用二進制信號的編碼乘以頻率為38 kHz的脈沖信號得到的間斷脈沖串，調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。
2)二進制信號的解調和解碼。二進制信號的解調由一體化紅外接收頭TL1838來完成，它把收到的紅外信號經內部處理并解調復原(TL1838的解調可理解為：在輸入有脈沖串時，輸出端輸出低電平，否則輸出高電平)。二進制信號的解碼由接收單片機來完成，它把紅外接收頭送來的二進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)射電路設計
以PT2262為核心組成的紅外線編碼發(fā)射電路。
4.3 接收電路設計
以AT89C52單片機為核心組成的紅外信號解碼電路。
接收電路主要包括單片機最小系統(tǒng)、紅外接收電路和負載電路三部分。AT89C52的18、19腳外接12 MHz的晶振和2只30PF的瓷片電容，與其內部電路一起產生12 MHz的時鐘信號。其中復位電路接單片機的9腳，主要是用于整個電路的復位。
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內部高度集成了紅外接收輸入電路、傳輸阻抗放大器、自動增益控制(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轉換為電壓信號，經AGC放大、干擾抑制、帶通濾波器選頻(其中心頻率為信噪比，在比較器中進一步提高抗干擾性，再經過積分器、施密特觸發(fā)器，最后在38 kHz)，送至單片機解碼電路。紅外編碼脈沖信號直接傳送至單片機AT89C52的1腳(P1.0)，處理發(fā)來單片機的編碼信號。
負載電路采用了由繼電器控制LED點亮和熄滅的電路。
4.4 實物電路
紅外信號發(fā)射部分用遙控器，紅外線接收部分用單片機接收并驅動負載。
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”鍵，發(fā)送信號。
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送入單片機并驅動相應的負載電路。
6 結束語
本設計是在紅外遙控的工作原理與編碼方式的基礎上，將紅外線技術與單片機技術結合起來設計并制作了紅外數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)?；具_到了設計要求，通過發(fā)射電路的按鍵可以控制相應數(shù)字的發(fā)送、接收等操作，并且可以自動檢測到位和擴展性能等特點。操作靈活、方便，并具有較高抗干擾能力。
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