大学毕业设计电风扇遥控器设计.docx

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大学毕业设计电风扇遥控器设计

摘要

红外遥控技术大大提高了劳动生产率、降低了成本、减轻了工人劳动强度、改善劳动条件。

而微机技术出现，使现代科学得到了质的飞跃，给现代工业测控领域带来了一次新的革命。

红外遥控系统是通过红外线的精准定位控制模式来控制被控对象，整个控制系统主要集合了数字电路以及模拟电路。

硬件电路则包括了红外发射电路以及红外接受电路两部分。

发射电路主要将红外信号通过键盘输入、编码调制以及红外发生器等一系列硬件电路传输给接受电路，而接收电路则解调、解码等电路来识别所接受的红外信号。

电风扇作为一种老牌的电器，具有价格便宜、摆放方便、体积轻巧等特点，占有大部分的市场份额，市场的需求促使了电风扇的发展，精准的遥控开关设计能够提高电风扇的工作性能，提高舒适性、稳定性。

本设计以AT89C51单片机作为核心，综合了单片机中断系统、定时器、计数器等功能，结合红外光的优点设计出了一款电风扇遥控装置。

针对不同功能的遥控操作实现途径，红外遥控发射器通过识别不同的红外光线频率来区别不同功能的操作。

红外遥控接收器则经过识别红外线频率、查表识别具体要操作要求，完成对被控对象的实时控制。

关键词：

红外遥控；电风扇；数字电路；模拟电路；AT89C51

Abstract

Infraredremotecontroltechnologygreatlyimproveslaborproductivity,reducecosts,reducelaborintensityandimproveworkingconditions.Theemergenceofcomputertechnology,sothatmodernsciencehasbeenaqualitativeleaptothemodernfieldofindustrialmeasurementandcontrolhasbroughtanewrevolution.Infraredremotecontrolisaninfraredremotecontrolsystemtocontroltheuseofthecontrolledobjectsystem,theentiresystemconsistsofdigitalandanalogcircuitscomposedoftwoparts.Emittingportionincludesakeyboardmatrix,codedmodulation,LEDinfraredtransmitter;receivingportioncomprisesaninfraredlightemittingLED,demodulation,decodingcircuit.Asaveteranofelectricalfanswithcheap,convenientplace,lightweightcharacteristics,occupymostofthemarketshare,marketdemandledtothedevelopmentofelectricfans,preciseremotecontrolswitchdesignedtoenhancethefanworkperformance,improvedcomfortandstability.

ThedesignAT89C51microcontrollerasthecore,combinestheadvantagesofmicrocontrollerinterruptsystem,timers,countersandotherfeatures,combinedwithinfraredlightdesignedanelectricfanremotecontroldevice.Forremoteoperationtype,theremotetransmitterviathetransmissionfrequencyoftheinfraredlighttodistinguishbetweenthedifferentcontroloperations.Identificationoftheremotereceiverviainfraredlightreceivingfrequencycontroloperationisjudgedtocompletetheinfraredremotecontroltransmitterandreceiverprocess.

Keywords:

Infraredremotecontrol;fans;digitalcircuits;analogcircuits;AT89C51

第1章绪论

1.1家电遥控技术的研究背景

随着科学技术的高速发展，人们对物质文化的追求日益增高，各种具有高科技技术元素的电子产品已经融入人们的日常生活之中。

遥控技术的出现给人们的生活带来了很多便利，人们摆脱了传统按键模式的操作方式，仅需要按下遥控器就可以实现对设备的实时操作。

传统模式的遥控器利用了专属的遥控编码程序以及与之相对应的解码调制电路来实现对被控对象的控制。

虽然操作简单、维护方便快捷，然而仅仅适用于某一专属设备，控制对象单一，而新型的以单片机为控制核心的红外遥控装置则打破这一弊病，程序编写灵活多变、控制对象多样。

红外遥控技术的出现，不仅大大提高了劳动生产率，降低了成本，而且减轻了人们的劳动强度，改善了劳动条件。

而微机技术的出现，则使现代科学研究得到了质的飞跃，给现代工业测控领域带来了一次新的革命。

红外遥控器装置以其体积小、重量轻、便携带、能耗低、稳定性强、耗费低等诸多优点而成为当今社会必不可少的控制装置。

电风扇与人们的日常生活息息相关，其是人们渡过炎热酷暑夏天必不可少的家用电器，虽然现在空调在城市中已经相当普遍，并有替代电风扇的趋势，但由于大部分家庭消费水平的限制，介于电风扇的重要性，其将很长一段时间在中小城市以及乡村家电行业中占据不可小视的地位。

市场的需求促使了电风扇的发展。

随着科技的发展，智能化程度日益增高，电风扇也加入了智能化元素，智能化增进了电风扇在人们生活中的实用价值。

因此，对于电风扇的开发和设计依然有着较大的实用价值。

随着一系列技术的成熟，诸多厂家将一些新型的科技元素注入到了电风扇中，使得其人性化程度更高，更加贴近人们的生活。

如在安全防范技术、智能化设定技术、照明技术、语音技术等等，如此丰富多彩的功能大大的提高了电风扇在家用电器市场中的竞争力。

精准的遥控开关设计能够提高电风扇的工作性能，提高舒适性、稳定性。

给人们的生活带来诸多便利。

1.2遥控技术国内外研究现状及发展趋势

遥控控制技术的发展是以通信技术、电子技术以及控制技术为基石发展起来的。

遥控控制器既可以实现离散信号的传送，例如电风扇开关信号，也可以以实现连续信号的传送，例如电风扇风速实时监测与管理。

遥控装置的起源是源于著名发明家尼古拉·特斯拉，其与1898年研发除了第一台遥控器。

自此到60年代初期，由于科学技术的滞后，以及市场需求较少，遥控技术始终无法得到快速的发展。

70年代末期，由于数字电子技术、模拟电子技术、计算机通信技术等理论以及制造工艺的成熟，遥控技术才发生了翻天覆地的发展。

直到今天，各种新型的遥控技术面世，大大的改变了人们的生活理念以及思想模式。

遥控传输模式大致上经历了从有线传输到无线传输，从振动子波源到红外线光波传输，最后到将计算机总线控制位核心的红外遥控传输这几个主要的阶段。

无论利用而厚重传输方式，将所要实时的信号精准的传送出去，并且能够快速准确的对被控对象进行控制是非常重要的。

早起的无线传输方式，由于容易受到外界电磁波的干扰，信号输出会受到很大的影响，这样带来了操作方面的失误。

其与红外线相比较，所能够携带的信息量少，易受到外界干扰。

目前研究出的较为理想的遥控方式是光控方式，利用红外线遥控方式取代传统的以超声波模式的遥控方式，是今后所要研究的主流趋势。

现阶段家用电器大多数采用红外遥控装置来实现对设备的可行控制，红外遥控装置以其精准的控制手段，抗干扰能力强等优点而被人们广泛接受使用。

价格低廉，编码简单，近距离的遥控使用红外遥控非常有优势。

由于红外一体化接收头的出现，大大降低了红外遥控的成本和技术难度，目前不仅在家电领域，在玩具、安防等领域也有广泛的应用。

红外遥控系统主要由红外遥控发射装置、红外接收设备、遥控微处理机等组成。

因此，遥控系统是一涉及单片机的数字系统。

遥控控制器在一定的程度上一高了人们的工作效率，增加了人们的生活环境，提高了人们的生活质量。

遥控由高产的发明家RobertAdler在五十年代发明的。

红外遥控技术的发展是始于上世纪七十年代，其一出现就收到了国内外学者的广泛关注，红外遥控技术的核心原理是利用红外线传到信号，将信号指令以红外频率的方式进行可行的传输。

红外遥控具有独立性、物理特性与可见光相似性、无穿透障碍物的能力及较强的隐蔽性等特点。

随着红外遥控技术的开发和迅速发展，很多电器都应用了红外遥控，而电风扇也不例外。

从单纯的在电风扇面板上通过按钮控制，到短距离（10M以内）的遥控，虽然改变不大，但其带来的便利无疑是巨大的。

而红外遥控技术的成熟，也使得遥控电风扇变得设计简单，价格低廉。

现阶段国内红外遥控电子元器件的竞争很激烈，导致了价格的低廉，表面上有利于消费者，可是长期恶性竞争，互相压价格，必将导致产品质量的下降，最终损害的只能是消费者。

红外遥控的前景依然看好，不过红外遥控的现状不容乐观。

红外遥控是单工的红外通信方式，整个通信中，需要一个发射端和一个接收端。

信号发送端口主要是通过单片机将待发送的信号调制解码成一系列可以被识别的脉冲信号，通过红外接受端口将所发送的信号接受识别，以此实现对被控对象的可行控制。

整套红外控制系统的成本低廉，易被广大普通的消费者所接受使用。

不仅如此，红外控制装置可靠性高，抗干扰能力强，红外接受端不仅可以实现对信号的接受，还可以实现对其进行放大、矫正、整形等等功能，近十年，由于高科技的迅猛发展，为红外遥控技术的发展带来巨大的推动力，其在各行各业得到了广泛的应用，特别是与人们联系最为紧密的家用电器产业，随着经济的发展，人们的生活水平逐渐提高，如今人们对物质文化的追求不仅仅是满足是实用性了，还需要在其智能型、舒适性以及方便快捷性等做文章。

红外遥控技术的出现正好符合现阶段人们所追求的物质文化需求。

1.3红外通信技术概述

无线遥控技术按照传输波形的不同可以将其分为：

声控遥控、超声波遥控、无线电波遥控以及红外线方式遥控。

无线电波式的遥控方式控制精确度差，容易对附近的手机通讯以及电视机信号造成一定的影响，严重时会带来极大的噪声，甚至会影响其正常使用，除此之外，自身也容易受到其他电波的影响，控制会带来许多误动作，因此，由于其诸多的缺点而在现实生活中使用较少。

超声波式遥控控制由于自身频率带宽较小，自身所能涵盖的信息量小，传输信号过程中也容易受到外界电波的干扰，因此超声波式遥控系统在现实中投入的也较少，未被大量使用。

声波遥控由于其识别能力差，在空气中容易损耗掉，故使用较少。

现阶段广为流传的红外线遥控方式一起抗干扰能力强、易于被识别、制造成本低廉、传输信息量大以及控制精确无误等一系列有点而被人们广泛接受使用，红外线遥控技术是以将信号以红外线的形式来进行传输信息。

同时随着数字电子技术以及模拟电子技术的迅猛发展，以单片机为新型控制核心的装置在红外遥控中的应用越来越普遍，单片机可以将红外信号以数字的表达形式来进行传递，利用红外线来制造的遥控装置成本小、重量轻、体积小，通过数字编码以及二进制调制等方式可以实现对复杂信息的有效控制，如此不仅抗干扰能力强、不易产生误动作、整个控制过程中所消耗的能量低，达到了节能的效果；红外线遥控系统不会将传输的信号泄露于环境之外，同时不会对其他通讯设备以及电视机等设备造成信号干扰，不会影响其他设备的正常使用。

易识别、传输效率高、稳定性强，控制精准无误。

所以现阶段普遍的家用电器中都是以红外线为信号传输载体来实现对被控对象的有效控制。

从结构上来说，红外线遥控控制系统主要包括有信号发射器、集成一体化信号接收端口、单片机控制系统、扩展接口等等几部分组成。

红外线遥控器通过单片机调制解码功能来实现对信号的编码，通过编码将原有的信号以数字的形式表达出来。

红外遥控接收端口不仅仅可以接受发射端发出的信号，还可以将信号进行校正、调整、放大以及解码为可以实现对被控装置控制的脉冲信号。

用于实现对被控对象控制的遥控编码脉冲信号是一组以串行方式来表达的二进制码编码，现在存在如下需要解决的难题：

如何精确无误的接收红外线遥控通信信息；解码编程软件的优化设计、系统控制程序的优化可行设计。

1.4本文研究的具体内容

本文写作中给出了基于单片机遥控控制系统的硬件、软件设计与实现方法。

硬件部分主要包括基于PROTEUS的系统原理图的设计、仿真。

软件设计主要包括C语言在程序设计中的应用,用键盘输入电风扇索要执行的操作，并且通过红外线进行传输控制信号。

本文通过如下几部分进行介绍：

1.研究与学习单片机的相关知识，本详细学习AT89C51的功能以及结构。

2.研究国内外遥控开关的发展趋势，了解其在设计中的一些具体的要求以及特点。

3.研究遥控开关的硬件设计，了解其在本次设计中具体的硬件电路、硬件模块。

4.研究基于单片机的遥控开关的软件设计。

5.建立protues仿真模型，调试系统，使其满足本次设计的要求。

第2章工作原理及总体设计

红外遥控系统是集中集光、电于一体的系统。

其工作原理是用户按键信号经单片机编码处理后转化为脉冲信号，经由红外发射头发送出去；接收端由红外一体化接收头实现对接收信号的放大解调并还原为数据流，经由单片机解码后对相关IO口进行操作，从而完成整个遥控操作。

整个系统主要是由电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LED显示电路等部分组成。

系统硬件由以下几部分组成：

红外数据发射电路，键盘采用普通按键键盘，按键统一接在单片机P0口。

整体设计思路为：

根据扫描到不同的按键值对发射脉冲编码赋值后AT89S51将按照数据处理要求从P3.5输出控制脉冲与T0产生的8KHz的载波（周期是26us）进行调制，经NPN三极管对信号放大驱动红外发光管将控制信号发送出去。

红外数据接收则是采用HS38B一体化红外接收头，内部集成红外接收、数据采集、解码的功能，只要在接收端INT0检测头信号低电平的到来，就可完成对整个串行的信号进行分析得出当前控制指令的功能。

然后根据指令去操作电风扇工作，总体如图2-1所示

图2-1系统总体结构框图

2.1红外遥控发射部分

单片机不工作时一直处于低功耗状态，采用了空闲节电工作方式。

当遥控器的某一按键被按下以后，外部中断1产生中断，唤醒单片机进入工作状态，查询键盘按下的是哪一个按键，当确认按键后，控制软件启动定时器T0、T1，T1作为发射时间控制器，T0作为红外线发射频率控制器，T0定时溢出时中断程序使红外管接口电平反转一次，写入定时器的初值不同，在输出端口就得到不同的发射频率。

T1定时溢出时中断程序关闭关闭T0定时器，停止红外线发射。

其设计原理框图如下。

图2-2红外遥控发射设计原理图

2.2红外信号接收部分

单片机红外遥控接收器主要有单片机、红外遥控接收电路、状态指示电路、控制电路以及单片机的一些外围电路组成。

利用单片机中的T0作为红外脉冲计数器，T1作为计数时间控制器。

当电路中红外接收管接收到第一个红外脉冲时，外部中断1被触发，启动计数器T0和定时器T1。

定时溢出，中断程序关闭计数器T0，读入计数值并进行判断，确定操作对象（遥控按键）对其进行反转操作，控制电路对所控制的负载进行开或关。

还可对接收电路实行上锁功能，对控制电路上锁后，遥控器不能对控制电路实施遥控功能。

其设计原理方框图如下图2-3所示:

图2-3红外信号接收设计原理图

2.3红外编码

2.3.1红外编码标准设计

本设计中采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码，编码由发送单片机来完成。

以间隔0.56ms、脉宽为0.565ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“1”；以间隔1.685ms、脉宽为0.565ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“0”，其波形如图2-4所示。

图2-4二进制信号“1”和“0”的编码

遥控编码脉冲信号由引导码、识别码、识别反码、控制码、控制反码信号组成。

引导码也叫起始码，由宽度为5ms的高电平和宽度为3ms的低电平组成，用来标志遥控编码脉冲信号的开始。

如图2-5所示。

图2-5信号引导码

识别码也可称之为系统识别码，识别码指令可以用来指示当前遥控控制器的操作种类，以此区别各种各样的遥控控制系统，防止与之不相对应的遥控器对当前控制系统进行误操作。

控制码也可称之为功能实现码，通过控制码可以实现对被控对象所要实现功能的具体控制，接受端口接受功能实现码的二进制编码，通过查表来实现各种不同的功能操作，系统识别反码与控制操作反码与之对应的是识别码与控制码各自的反码，串行二进制数据码时序图如下图2-6所示。

图2-6串行数据码时序图

2.3.2二进制信号的调制

二进制信号的调制仍由发送单片机来完成,如图2-7所示，A是二进制信号的编码波形，B是频率为38KHz（周期为26μs）的连续脉冲，C是经调制后的间断脉冲串（相当于C=A×B），用于红外发射二极管发送的波形。

图2-7中，待发送的二进制数据为101。

图中脉冲个数仅为示意非真实情况。

图2-7二进制信号的调制

2.3.3二进制信号的解调

HS38B的解调可理解为:

脉冲信号串时输入时,输出端显示的电平为低电平,否则输出端口电平为高电平。

可直接与单片机串行输入口及外中断相联，以实现随时接收遥控信号并产生中断，然后由单片机对编码还原。

2.3.4二进制信号的解码

通过单片机可以实现红外载体所存储的二进制信号码的解码调制，单片机将红外接受端口所接受的信号进行解码识别，然后查表得到与之相对应的具体实现功能，如图2-8，把波形E解码还原成原始二进制数据信息101。

图2-8红外接收头接收及输出波形

第3章硬件设计

3.1时钟电路

时钟电路是单片机控制系统中必不可少的硬件电路，单片机的有效运行的基准频率是通过外界增设的时钟电路的振荡来提供的。

石英晶体振荡性能良好，运行时抗外界干扰能力极强，工作频率极其稳定。

所以，通常选择石英晶体来产生单片机的基准工作频率。

通过基准频率来控制单片机最小工作系统中频率的准确性。

同时，石英晶体还可产生振荡电流，向单片机输入时钟脉冲信号。

单片机都可以组成一个内部振荡电路的高增益反相放大器，其中引脚XTAL1和XTAL2分别对应着此放大电路的输入端口以及输出端口。

这个放大电路与具有反馈功能的石英晶体或者陶瓷谐振器共同组成了自激振荡器，以此为单片机提供脉冲信号，设置的脉冲信号也就是单片机运行的速度，在此次设计中，我们将晶振频率设置为12MHz，换句话说就是单片机的工作速度为12MHZ/S，对于目前单片机来说，其工作频率是存在一定的范围的，最高不能超过24MHz，否则将会影响系统的稳定性。

图3-1为本次设计的单片机晶振电路[9]。

本设计中我们采用的是石英晶体，电容为22pF。

图3-1单片机晶振电路

3.2复位电路

复位电路可以对单片机控制系统的累积误差进行有效消除，是单片机控制系统中必不可少的硬件电路，单片机在工作运行中难免会出现程序运行错误或操作出错等使得整个系统难以运行的情况，复位电路是每一个系统必不可少的电路，它是系统可行与否的先行官，下面就复位电路的作用及其方式展开描述。

在此时必须进行复位操作来弥补，复位操作执行之后，系统重回地址为0000H处执行，复位信号需从单片机RST引脚输入进来，本次设计利用了按键式电平复位电路，如下图3-3所示。

导致这些最主要的原因可能是复位电路设计不当造成的，因此设计一个很好的复位电路对于单片机控制系统的运行来说非常的重要，这是控制系统运行的基本点。

图3-3复位电路

3.3按键及其接口电路

（1）独立按键接口

如图2-8所示为独立按键接口电路，在独立按键接口中，其按键是直接与单片机的输入/输出I/O口相连接的。

图3-4独立式按键接口

（2）矩阵式按键接口

图3-5矩阵式按键电路

矩阵式按键键盘中，分为行线和列线两种，行线和列线与矩阵按键开关的两端相连接，其中行线是连接到＋5V电源上。

矩阵键盘相比独立式键盘其扩充的量大大增加，例如常见的4*4矩阵键盘占用的I/O口为4+4=8个，当需要扩充为20键输入时只需要4+5=9个I/O口，而采用独立式键盘的时候要分别用掉16个I/O口和20个I/O口，由于单片机的I/O口数量有限，很难将大量的I/O口用于，显然矩阵键盘能够大大的减少系统I/O口的使用，当没有按键按下时，行线会处于高电平状态；当有按键动作时，行线和列线将导通。

这是矩阵式按键来识别按键是否按下的关键策略。

，为了识别按键，必须将矩阵键盘中的行线和列线信号进行配合起来，经过适当的处理后，才能按键闭环的位置。

3.4红外遥控原理及其设计

红外线遥控系统的发射端口电路主要组成部分是通过红外发光二极管通以电源，一次驱动其可以发出可被识别的红外线光电波，红外线遥控系统的的接收端口电的主要组成部分是由红外线光波接收器件二极管、三极管以及硅半导体材料的光电池所组成，它们将发射端所发射的信号通过单片机解码等操作，转换为可以被识别的信号。

信号发射端口一般是由指令键盘按钮、指令编码调制系统、电源模块以及系统驱动电路等几部分所构成的。

放按下指令键盘按钮，就可以输出不同的功能，实现对被控对象的实时有效的控制。

单片机将所传输的信息进行二进制解码等等操作，就可以保证红外线的顺利可靠的传输，而不易受到外界的影响。

如此保证的红外遥控系统的顺利可靠运行。

红外接收端主要是将发射端所发出的信号进行接收、解码操作，以使得其被系统所识别。

下图3-6表示出了红外遥控系统的主要组成部分以及工作原理，如图所示，红外系统主要包括有键盘、解码与调制、红外遥控器、光电放大电路以及单片机解码电路等几部分组成。

而整个接收部分将完全由上述的PC838红外一体化收头来完成，本设计的发射部分采用成品遥控器来发送控制信号。

图3-6红外遥控系统框图

3.5红外发射电路

红外信号发射端口的组成部分一般是使用了Ga、As等金属材料而制成的红外光波发射二极管，其自身能够承载很大的电流，光波发射强度大，在传播的过程中出现损耗小，传输的距离长，抗干扰能力强。

这里采用的SIR333是GaAlAs红外发射二极管，其特点是体积小、功耗低、高发射强度、高可靠性、发射角度45°、SIR333管子直径5mm。

红外遥控系统广泛应用于军工、民用、工业制造等等领域，市场占有率高，是现代化生活不可或缺的电子产品之一。

单片机通过软件编程将调制好的脉冲信号从P3口第6脚（P3.5）将数据输出。

因此电路由红外发射头，一个NPN8050的三极管和两个限流电阻组成。

根据红外发射头工作时的电流需要，采用280倍的放大器S8050。

同时红外发射头的串接电阻在100欧姆数量级，这里采用68欧姆。

8050的基极接千欧级电阻，这里选用5.1K欧姆的电阻。

红外数据射发射电路图如3-7所示。