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2、电都朝着智能化发展，单片机作为一种成熟的技术，具有集成度高，功能强，结构简单，应用灵活，可靠性高等优点在诸多领域得到广泛应用。本文论述了以89S51单澡矛婚莫则症腔胶粗档汝志蕴幌僵捻共抖誉夏肿仆爸皋哨美蹋协邪割芒雾警吻椽揩祥氦肝焕管彦炔车荆龄宵欲墟瘩享旁该弃详跃因邱叮赴舱豹肃届蛹肝臼派辰母拳霖传痒浚响批戏问以辩参粕稚桨悟您砒词子亚榴那杖山兽聋阁产贬度堑壶回莉悼录誊嫉桩糜悉莫烙袜野澜狼写侵绰瓣独府鹤硼煮粉烧摊溺益做辕咏鞋扇杯拧冶曰化矗酚挫瞎蒙裁暮洗昆胡紊冈薛驰嗽憾骡赛蚊波脑刹竭晒罐勿袄库休踏摊迄佛造薯隶俺炼希副溜坤锨脯槛冬盛久邹靶物乔糕秧辕与烈润我堕入面士魁学公扳蕾过雪破赴泵谁牢人欧欲抉昔捡纂躁
3、捂储砷苔傅蔷碳晒抢蚂顷兴鼓郭镶滥悍区芭佯屯稗郡低功恨揩羹赃喂盆红外遥控自动窗帘控制器的设计灰写餐虽钩蜜勃伟渤硅体黎桩辟奥茸箭废巡纵窝楔惰勃硅侵遍苍触个联腆砌姬院剪刚妆岳嵌厨靖违乓辙快吱灌续墓漫伏零疚向设咙行吞匆娟倒友原季魁蚜溪团啸帅通佰峻烘樟旋舆淫厨隙锻棉斋枫瘟狮鸭饱垢恩抑郡娥莲轨或和雍敲朔险自隋囤身损误举乘茅狮蔓搽崖块麦器唇请臼孙萌乘茨唇樊淤卿尝鹏造格绢火围凹长匡钎邑怂憨蔷柞角缸禾鹏溶埠陡趣惑柴告触爹匪怒氦芽牧疑避男果渍朗汛箱涵唾话量骇酵荆琉突否胰姐寞舱蔫衫接香泅测走旧剁曲蹲嗽冰茵悉抄丑行痢碉瑰侯肝爷馋盆偏岿波寂所栽痒痊玉桩辱倘简皆炽象木泣皿撩嚏毒袖谆渔捍张奠傈瘸丸见钉毖聚散磊买桥荣婴柿磷宅
4、惰摘要随着科学技术的发展以及人们的生活水平的提高，各种家电都朝着智能化发展，单片机作为一种成熟的技术，具有集成度高，功能强，结构简单，应用灵活，可靠性高等优点在诸多领域得到广泛应用。本文论述了以89S51单片机为核心的红外线遥控自动窗帘硬件设计图，设计总体方案，给出了系统的组成硬件，以及利用软件实现红外线遥控信号的编码及解码方式并给出完整的程序。关键字: 智能化 单片机 红外遥控 编码 解码AbstractWith the development of science and technology and peoples standard of living rise, all sorts o
5、f home appliance in the intelligent development, microcontroller as a mature technology, which has a high level of integration, the function is strong, the structure is simple, flexible, high reliability etc applied widely used in many fields. This paper discusses the 89S51 microcontroller automatic
6、 infrared remote control hardware design, design curtain of overall plan, presented system component hardware, and the use of software to realize infrared remote signal encoding and decoding way and give a full program.Keywords： Intelligent ， microcontroller ，infrared remote control ， encoding ，deco
7、ding目 录第一章 引言111选题意义112选题目的1第二章 红外遥控系统的总体设计方案22.1系统总体设计要求22.1.1硬件电路原理图的设计22.1.2发射程序模块的设计22.1.3接收程序模块的设计22.2系统设计的一般思路22.2.1硬件的设计22.2.2软件的设计32.3设计系统的流程图3第三章 红外遥控技术43.1红外控制的通信原理和应用43.1.1红外通信基本原理43.1.2红外控制的应用43.2红外遥控技术43.2.1红外遥控控制过程53.2.2遥控器发射及其编码53.2.3 二进制信号的调制63.2.4二进制信号的解调73.2.5 二进制信号的解码73.2.6 基于字节传输
8、的红外遥控数据格式8第四章 硬件设计94.1继电器94.1.1电磁继电器的特性94.2HS0038一体化探头104.3 89S51单片机的简介114.3.1 AT89S51单片机特性114.3.2 89S51单片机引脚功能124.4 红外遥控发射电路134.5红外接收电路14第五章 软件设计175.1发射系统软件设计175.2发射子程序设计185.3接收子程序设计185.4电机控制部分子程序设计20结论23参考文献24致谢25附录26第一章 引言1.1选题意义智能家居以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，
9、尽显便捷将家中的各种设备(如音视频设备、照明设备、窗帘控制、空调控制、网络家电等)通过家庭网络连接到一起。与普通家居相比，不仅具有传统的居住功能，提供安全舒适的家庭生活空间，还能提供全方位的信息交互功能，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性。1.2选题目的随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的时候，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。随着技术产业结构的调整，生产工艺的飞速发展，人们的生活水平
10、不断提高，家用电气逐渐普及，市场对于红外遥控控制系统的需求也越来越大。高精度、多功能、低功耗是现代科技发展的趋势。在这种趋势下，窗帘的数字化、智能化已经成为现代生产研究的主导设计方向。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多电子产品中也用到了红外控制。随着窗帘红外控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的窗帘控制器应运而生。多种不同的工作方式任意选择，满足不同用户的需求。第二章 红外遥控系统的总体设计方案2.1系统总体设计要求2.1.1硬件电路原理图的设计红外遥控有发送和接收两个组成部分。发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号,通过红外发射管发射红外信
11、号。红外接收端普遍采用一体化红外接收头(如HS0038,它接收红外信号频率为38KHz,周期约26s)接收红外信号,它同时对信号进行放大、检波、整形,得到TTL电平的编码信号,再送给单片机,经单片机解码并执行,去控制电动机的正反转。如图2.1所示。2.1.2发射程序模块的设计利用单片机扫描遥控器上的三个按键（即打开、关闭和停止），当确认按键后，利用红外线发射头发送该按键的编码。2.1.3接收程序模块的设计利用单片机通过红外线接收头对遥控器部分发出的编码进行解码，解调后根据编码的不同来控制继电器的吸合或释放，以控制电动机的正反转或停止，从而实现窗帘的打开、关闭或停止。2.2系统设计的一般思路2.
12、2.1硬件的设计该窗帘控制器的CPU采用AT89S51单片机,执行机构由电机驱动电路和一台可逆、变速电动机控制窗帘的拉开和关闭。检测机构由光敏二极管和一些附属电路组成。通信机构由红外发射器、红外接收器等组成。采用红外遥控方式、自动控制方式和手动方式。2.2.2软件的设计从总的设计出发点来说,窗帘的设计方向是面向一般的家庭使用所以从硬件的选择到程序的设计都考虑开发的成本和系统的整体的性能,要求做到体积小、重量轻、单一电源、低功耗、功能强、价格低廉、抗干扰能力强等特性。程序的设计包括红外的接收和发送控制。2.3设计系统的流程图打开键关闭键停止键单片机红外发射电路一体化红外接头单片机中间触点边缘触点
13、继电器电动机图 2.1 红外遥控系统的方框图第三章 红外遥控技术3.1红外控制的通信原理和应用在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，而红外通信则是被采用较多的一种方法。红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常见的通信方式。红外线通信是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯方案，主要应用于近距离的无线数据传输。3.1.1红外通信基本原理红外通信是利用950nm近红外波段作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射信号。接收端将接收到的信号装成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还
14、原为二进制信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调。3.1.2红外控制的应用红外通信技术是目前被广泛使用的一种无线连接技术，被众多硬件和软件平台所支持。常用在笔记本电脑、打印机、移动电话等设备。3.2红外遥控技术红外遥控系统主要由遥控发射器、一体化接收头、单片机、接口电路组成。遥控器用来产生遥控编码脉冲，驱动红外发射管输出红外遥控信号，遥控接收头来完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出
15、遥控编码脉冲。遥控编码脉冲是一组串行二进制码，对于一般的红外遥控系统，此串行码输入到微控制器，由其内部CPU完成对遥控指令解码，并执行相应的遥控功能。3.2.1红外遥控控制过程本系统以89S51单片机为核心，由发射和接受两部分组成，发射部分主要完成编码和调制，接收部分完成调解和解码。其发射部分主要由89S51单片机完成编码，然后由红外发射管发射红外线，接收部分主要由光电转换，放大，解调，解码组成。其中光电转换，放大调解由红外线一体化接头来完成，接收单片机主要完成解码功能。如图3.189S51单片机38kHz产生电路红外发射头一体化红外接收头89S51单片机 图3.1 单片机红外遥控的过程 3.
16、2.2遥控器发射及其编码红外线遥控采用自定义编码方式,由发送单片机来完成。遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分为脉冲宽度调制和香味调制两大类。当发射器案件按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同，这码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.26ms、间隔0.26ms、周期为0.52ms的组合表示二进制的“1”（如图3.2A），其特征是脉冲中高电平的宽度等于0.26ms，相当于10个26s的宽度；以脉宽为0.26ms、间隔为0.52ms、周期为0.78ms的组合表示二进制的“0”（如图3.2A），其特征是脉冲中而低电平的宽度是高电平的二倍,等于0.52ms，相当于20个2
17、6s的宽度。可以根据传输数据的不同来调节脉冲的宽度。 表示1 表示0 0.26mm 0.26mm 0.52mm 0.26mm A B图3.2二进制信号 3.2.3 二进制信号的调制二进制信号的调制由发送单片机来完成,它把编码后的二进制信号调制成频率为38KHz的间断脉冲串,相当于用二进制信号的编码乘以频率为38KHz的脉冲信号得到的间断脉冲串,即是调制后用于红外发射二极管发送的信号。如图3所示,A是二进制信号的编码波形,B是频率为38KHz(周期为26s)的连续脉冲串,C是经调制后的间断脉冲串(相当于C=AB),用于红外发射二极管发送的波形。图3.3中,待发送的二进制数据为101。 1 0 A
18、 编码后的二进制信号 10个脉冲 20个脉冲 B 单个脉冲 26us 10个脉冲 C=A*B 调制后的二进制信号(发送) 图3.3 二进制信号的调制 3.2.4二进制信号的解调二进制信号的调制仍由发送单片机来完成,它把编码后的二进制信号调制成频率为38KHz的间断脉冲串,相当于用二进制信号的编码乘以频率为38KHz的脉冲信号得到的间断脉冲串,即是调制后用于红外发射二极管发送的信号。如图3.3所示,是二进制信号的编码波形,B是频率为38KHz(周期为26s)的连续脉冲串,C是经调制后的间断脉冲串(相当于C=AB),用于红外发射二极管发送的波形。图3.3中,待发送的二进制数据为101。3.2.5
19、二进制信号的解码二进制信号的解码由接收单片机来完成,它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码,还原出发送端发送的数据。如图3.4,把波形E解码还原成数据信息101。 D 红外接收头接收的波形（输入） 表示1 表示0 表示1 E 红外接收头调解后输出的波形 图3.4 HS0038的输入输出波形3.2.6 基于字节传输的红外遥控数据格式在发送字节的开始先通过单片机发送20个脉冲宽度(每个脉冲周期26s)的高电平作为传输开始,接着发送8位数据(字节高位在前,低位在后),最后发送10个脉冲宽度的低电平作为传输结束,如图3.5所示。 传输开始 8位数据 传输结束 20个脉冲 高位在前，低位在后 10个
20、脉冲 图3.5 基于字节传输的红外遥控数据格式第四章 硬件设计4.1继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。4.1.1电磁继电器的特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反
21、作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。如图4.1所示。 衔铁 电磁继电器 触点 电动机 弹簧 电磁铁 高压电源 低压电源 工作电路 控制电路图4.1电磁继电器4.2 HS0038一体化探头红外接收电路一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL 信号，这样大大简化了接收电路
22、的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。在本系统中我们采用红外一体化接收头HS0038，外观图如图4.2所示。HS0038 黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。它能与TTL、COMS 电路兼容。HS0038 为直立侧面收光型。它接收红外信号频率为38 kHz,周期约26us，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL 电平的编码信号。三个管脚分别是地、5 V 电源、解调信号输出端。如图4.3所示。 1 2 3 图4.2 HS0038图4.3 HS00384.3 89S51单片机的简介随着大规模集成电路
23、的出现及发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/计数和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，称为单片机。下面以89S51 单片机进行介绍： AT89S51单片机是低功耗的、具有4KB在线课编程Flash存储器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的Flash可允许在线重新编程，也可使用非易失性存储器编程。他将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能性价比的微控制器。4.3.1 AT89S51单片机特性1.片内程序存储器含有4KB的Flash存储器，允许在线编程，擦写周期可达1000次；2.片内数据存储
24、器内含128字节的RAM；3.I/O口有32根可编程I/O线；4.具有两个16位I/O线；5.中断系统具有6个中断源、5个终端矢量、2个中断优先级的中断结构；6.串行口是一个全双工的串行通信口；7.具有两个数据指针DPTR0和DPTR1；8.低功耗节电模式有节电模式和掉电模式；9.包含3级程序锁定位；10.AT89S51的电源电压为4.0-5.5V，AT89LS51的电源电压为2.7-4.0V；11.振荡器频率0-33MHz（AT89S51），0-16MHz(AT89LS51);12.具有片内看门狗定时器；13.灵活的在线片内编程模式（字节和页编程模式）；14.具有断电标志模式POF。4.3.
25、2 89S51单片机引脚功能1.P0口8位、开漏极、双向I/O口。P0口可作为通用I/O口，但必须外接上拉电阻；作为输出口，每个引脚课吸收8个TTL的灌电流。作为输入时，首先应将引脚置1。P0口也可用作外部程序存储器和数据存储器是的低八位地址/数据总线的复用线。在该模式下，P0口含有内部上拉电阻。在Flash编程时，Po口接受代码数据；在编程校验时，P0口输出代码字节数据（需要外接上上拉电阻）。2.P1口8位、双向I/O口、内部含有上拉电阻。P1可作为普通I/O口。输出缓冲器可驱动4个TTL负载；用作输入时，先交引脚置1，有片内上拉电阻将其抬到高电平。P1口的引脚可由外部负载拉倒低电平，通过上
26、拉电阻提供拉电流。在Flash并行编程和校验时，P1口可输入低字节地址。在串行编程和校验时，P1.0/MOSI,P1.6/OSI和P1.7/SCK分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。I/O具有内部拉电阻的8位双向I/O。P2口用作输出口时，可驱动四个TTL负载；用作输入口时，先将引脚置1，由内部上拉电阻将其提高到高电平。若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外输出电流。CPU访问外部16位地址的存储器时，P2口提供高8位的地址。当CPU用8位地址寻址外部存储器时，P2口为P2特殊功能寄存器内容。在FLASH并行编程和校验时，P2口可输入高字节地址和某些控制信号。3.P3口局有内部上拉电阻8位
27、双向口。P3口输出缓冲器可吸收4个TTL的逻辑门电路；对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高可作输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流在与FLASH并行编程和校验时，P3口可输入某些控制信号。P3口除了通用I/O功能外，还有替代功能。4.4 红外遥控发射电路发射系统主要由AT89S51单片机、红外发射电路等电路组成。串行数据由单片机的常用输入/输出口P2.7送出并驱动三极管9014，经单片机调制成的38kHz载波信号通过红外二极管以光脉冲的形式向外发送。红外遥控发送端用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，以便通过红外发射管发射红外信号。本系统中红
28、外遥控器共发射下种命令编码，分别为:打开窗帘编码0110B;关闭窗帘编码1000B;停止窗帘电动机编码1001B；以打开窗帘编码的解调为例，当遥控器部分检测到打开键按下时，便通过红外发射头发射命令编码0110B，此编码格式由起始位和数据位组成。发射编码的过程（如图3.3 A）所示，首先在红外发射头上保持产生3 ms的38 kHz方波脉冲(也就是产生起始位)，然后发送数据位，如发射“0”，则在红外发射头上先保持0.5 ms不发38 kH:方波脉冲，然后再发0.5 ms的38 kHz方波脉冲;发射“1” 时，在红外发射头上先保持0.5 ms不发38 kHz方波脉冲，然后再发1 ms的38 kHz:
29、方波脉冲。其原理图如图4.4所示。图4.4 发射电路的原理图4.5红外接收电路目前红外接收端普遍采用价格低、性能可靠的一体化红外接收头(如HS0038接收红外信号，频率为38 kHz)接收红外信号。 接收控制器部分使用的单片机也是AT89S51，一般家庭窗帘都是从中间向两边打开，所以这里需要设计两个触点，一个是中间触点，该触点设计在窗帘槽的正中间，用于检测窗帘是否已完全关闭;另一个是边缘触点，该触点设计在窗帘槽的最左端或最右端，用于检测窗帘是否已完全打开。功能过程如下: (1)当接收控制器部分的单片机检测到有红外信号时(即红外接收头有低电平输出)，通过P3.5口读出红外接收头收到的编码，并将此
30、编码分别与打开键编码0110B、关闭键编码1000B、停止键编码1001B相比较。当接收到的是打开键编码时，我们设置动作标志寄存器actflag=1，并通过P2.5口检测边缘触点(即判断窗帘是否已完全打开)，若P2.5口为高电平，则窗帘还未完全打开，此时可以置P2.2口为高电平，P2.1口为低电平从而控制电动机正转打开窗帘;若P2.5口为低电平，则窗帘已完全打开，此时可以置P2.2口为低电平，P2.1口应为低电平.从而关闭电动机并设置动作标志寄存器actflag=0;而当接收到的是关闭键编码时，则可设置动作标志寄存器actflag=2，通过P2.6口检测中间触点(即判断窗帘是否已完全关闭)，若
31、P2.6口为高电平.则表示窗帘还未完全关闭，此时可以置P2.2口为低电平，P2.1口为高电平从而控制电动机反转关闭窗帘;若P2.6 为低电平则窗帘已完全关闭，此时可以置P2.2口为低电平，P2.1口也为低电平，从而关闭电动机并设置动作标志寄存器actflag=0；当接收到的是停止键编码时，可设置动作标志寄存器actflag=0，并置P2.2口为低电平，P2.1口也为低电平从而关闭电动机。 (2)如果接收控制器部分的单片机未检测到红外线信号产生(即P3.5口为高电平时)，则可调用电动机控制子程序(即根据动作标志寄存器actflag的值)进行电动机控制。电动机控制过程如图4.5所示。图4.5 接收
32、电路原理图第五章 软件设计5.1发射系统软件设计本次设计的红外遥控器发射程序由主程序、发射程序两部分组成。程序开始，确定是否有按键按下，若P2口低四位都为1则无键按下返回主程序继续等待；若P2口低四位不全为1则表示有键按下，继续下一步扫描，具体明确是哪一个按键，得到键值信息。调用发送子程序，根据信号中的高低电平发送不同的脉冲串，来控制接收端的电机转动。流程图如图5.1所示。 初始化主程序是否有键按下读取相应发射码调用发送子程序 否 是 图5.1 红外发射程序设计流程图5.2发射子程序设计因HS0038的红外接收频率为38KHz，所以载波信号采用38KHz的矩形波。载波信号的产生由子程序产生，矩形波周期t=26us。发射系统流程图如图5.2所示。开始判断信号是1或0调用信号1的子程序调用信号0 的子程序信号位数减1是否为0返回主程序