红外遥控设计毕业设计论文 精品.docx

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摘要

目前，电风扇的使用十分广泛，面对庞大的市场需求，我们需要提高电风扇的市场竞争力，使之不仅功能多样、安全可靠，而且操作简便；而单片机因其高可靠性和高性价比，在智能化家用电器、仪器仪表等诸多领域得到了极为广泛的应用。

因此，基于单片机技术设计一款电风扇遥控开关是大有必要的，不仅方便而且智能化。

本设计是基于STC89C52单片机控制的智能电风扇遥控开关，巧妙地利用红外线遥控技术、单片机控制技术、液晶显示电路，具有一定的遥控距离、4级调速、停止、定时等功能，同时LCD12864液晶显示遥控开关状态、LED显示接收端即电风扇状态。

关键词：

STC89C52；LCD12864；遥控开关；电风扇

Abstract

Currently,theuseofelectricfansisveryextensive.Inthefaceofthehugemarketdemand,weneedtoimprovethemarketcompetitivenessofthefans,sothattheyarenotonlyversatile、safe、reliable,butalsoeasytooperate;yetthemicrocontrollerbecauseofitshighreliabilityandcost-effective,hasbeenverywidelyusedinintelligenthouseholdappliances、instrumentsandmanyotherareas.Therefore,wedesignaremotefanswitchbasedonMCUtechnologyisverynecessary,it’snotonlyconvenientbutalsointelligent.ThedesignofsmartfanremotecontrolswitchbasedontheSTC89C52microcontroller-controlled,cleverusesofinfraredremotecontroltechnology、MCUcontroltechnology、liquidcrystaldisplaycircuit,hasacertaindistanceoftheremotecontrol、4speed、stop、timingetc.Atthesametime,theLCD12864displaysthestatusoftheremotecontrolswitch,andtheLEDdisplaysthereceivingendthatthestatusofthefan.

Keywords:

STC89C52;LCD12864;remotecontrolswitch;fans

第1章概述

1.1电风扇遥控开关背景及意义

作为一种老牌的电器，电风扇具有价格便宜、摆放方便、使用灵活等特点。

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，但由于使用空调时空气不畅通，容易得空调病，而且价格相对较高；冷风机能增加空气湿度，但使用久了，家里电器会受潮，同时也会使关节受到伤害；蒲扇和纸扇价格低廉，但不是自动的；而电风扇不但价格低廉，而且是自动的，吹出的又是舒适的自然风，目前使用极为广泛，作为成熟的家电行业的一员，尤其在中小城市以及乡村仍占有市场的大部分份额。

市场的需求促使了电风扇的发展，随着“智能化”的兴起，人们生活水平的提高，对物质有了进一步的要求，特别是电子产品，人们对其有了新的要求，希望他们有着节能、方便以及智能等特点。

而先前的产品还存在一些问题，比如电风扇开关无法移动，不能随时随地对其进行控制，这给人们带来诸多不便，已经不能再满足人们的需求，那么就要迫切要求新功能的问世。

因此，电风扇开关的智能化必须得以解决，设计一款电风扇遥控开关添加了一些人性化设计，将大大提高电风扇的市场竞争力。

电风扇遥控开关使用红外遥控，是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。

红外遥控具有抗干扰能力强、不影响周边环境，且不会对周围的电器设备产生干扰电波，同时红外发射接收有范围窄、安全性高等优点，因此红外遥控开关的使用将越来越普遍。

随着红外遥控技术的开发与迅速发展，很多电器都应用了遥控开关，电风扇应该也不例外。

在现实生活中，遥控开关在使用过程中，由于其无法穿透墙壁，故不同的房间其同一厂商的家用电器可使用通用的遥控器而不产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定连接无误，一般无需任何调试即可投入工作，同时可进行多路遥控[1-3]。

但在另一方面，市场上的红外线遥控开关装置一般采用专用的遥控编码及解码集成电路，其灵活性低、应用范围有限。

而采用单片机进行红外遥控开关系统的应用设计，此红外遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、功耗低、功能强、成本低、可靠性强等特点，因此采用单片机红外遥控开关技术具有广阔的发展前景[4,5]。

1.2电风扇遥控开关国内外现状

中国的第一台电风扇生产自1916年，发明者杨济川在上海四川路横浜桥开办生产变压器的工厂，以“中华民族更生”之意，取名为华生电器制造厂，于1925年华生电扇正式投产，很快成为著名品牌。

不管是城市还是农村，电风扇的普及率都比较高，2008年产量超过1亿台，除了国内外市场外，还大批量的出口到世界各地，占全球市场的绝大部分份额。

由于电风扇结构较为简单，技术含量相对较低，市场上的品牌较多，主要产地集中在华南和江浙地区，尤以广东最为集中。

经过多年的积累，市场上也形成了规模和技术上都较具竞争力的优势品牌，其中以美的、艾美特为市场主导品牌，先锋、联创、格力等风扇品牌紧随其后，占据一席之地。

如今，电风扇是夏季家庭必备的电器设备之一。

在家电市场上，各种规格、式样的电风扇一直是广大消费者十分关注的商品。

随着我国科学技术的发展和人民生活水平的迅速提高，电风扇的品种也开始日益丰富，健康多功能、时尚新外观等特点成为实现市场突破的重要条件，如遥控负离子风扇、氧吧灭蚊风扇、集成吊顶风扇等等，满足现代人健康时尚、个性化和多功能的各种需求，不断涌现的新产品让电风扇这种“老家电”焕发出新活力。

台扇、吊扇、壁扇，根据不同场合的需求，电风扇不仅从外型到控制方式都有了不少改变。

扇叶材料也从最开始的金属材质换成塑料材质；开关从开始的旋钮、按钮控制方式到之后的触摸式操作，从之前的固定式换成可移动式，从单一遥控器到万能及学习型遥控器。

近几年来，电风扇发展速度很快，随着电子技术的发展，电风扇不断向高档次、电子控制发展。

因此，电风扇遥控开关的设计具有十分重要的意义。

遥控器开关是真正最早进入家庭的无线设备，它是由高产的发明家RobertAdler在五十年代发明的。

市场中的电风扇遥控器较多采用红外遥控，红外遥控是20世纪70年代才开始发展起来的一种远程控制技术，虽然RF遥控器也越来越普及，但是其成本较高、无线规格烦杂[6,7]。

1.3本文研究的主要内容

近年来，随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断的走向深入，以单片机为核心的遥控开关设备应用越来越广泛。

本文设计的电风扇遥控开关，是基于单片机设计制作的智能电风扇遥控开关，以STC89C52单片机为核心，与传统电风扇开关相比，此开关功能更加强大，具体要求实现以下功能：

（1）使用遥控开关，具有一定的遥控距离，并且电风扇能够实时控制，信号发射到接收的反映时间小于1s；

（2）其中四个按键开关分别对应于电风扇的四档调速功能，即弱风、中风、强风、超强风，风力大小可以根据需要自行选择；

（3）一个按键对应于电风扇的停止功能，可以控制电风扇停止；

（4）另外三个按键对应于电风扇的定时功能，一个是+1键，一个是-1键，另一个是确定键，例如当按一下+1键，然后按确定键，电风扇将定时1分钟，即1分钟之后电风扇将会自动停止；

（4）LCD12864液晶显示遥控开关状态，当电源打开，液晶显示“启动”；根据需要选择按键，液晶会显示当前状态，即显示“1档”或“2档”或“3档”或“4档”或“停止”或“定时XXX分钟”或“确定XXX分钟”；

（5）利用LED作为指示灯，显示接收端电风扇（直流电机）的运行状态；当电风扇第1档运行时，LED第一盏灯亮，第2档运行时，LED第二盏灯亮，其余类推；停止时，LED全灭；

第2章系统体系结构

2.1设计方案

本设计是基于单片机的智能电风扇遥控开关的设计，该设计以STC89C52单片机为核心，由2

4键盘作为遥控开关，具有一定的遥控距离、4级调速、遥控停止、定时等功能，同时LCD12864液晶显示遥控开关状态、LED显示接收端即直流电机状态。

2.2系统整体框图设计

电风扇遥控开关采用STC89C52单片机为核心的电路来实现，其总体系统结构框图包括红外发射框图和红外接收框图两部分。

红外发射框图如图2.1所示，主要包括按键电路、发射电路以及显示电路，该按键电路是2

4键盘，用于红外遥控器的开关按键，分别对应于四级调速（1档、2档、3档、4档）以及停止、定时功能，发射电路采用经三极管放大的红外发光二极管，向外界发射经调制的红外信号，同时LCD12864显示遥控开关相应状态。

红外接收框图如图2.2所示，主要包括接收电路、直流电机、定时电路以及指示灯，红外接收器使用一种集红外线接收和放大于一体的一体化红外线接收头（VS1838B），定时使用DS12C887实时时钟芯片，直流电机模拟电风扇的功能，同时指示灯显示直流电机状态。

图2.1红外发射框图

图2.2红外接收框图

第3章系统硬件设计

电风扇红外遥控开关的基本功能设计主要分为九个部分，包括最小系统模块、按键模块、红外遥控发射模块、LCD12864液晶显示模块、红外遥控接收模块、定时模块、指示灯模块、直流电机模块和电源模块，其具体介绍如下所示。

3.1最小系统模块

单片机最小系统原理图如图3.1所示，由核心芯片STC89C52、复位电路及晶振电路组成。

图3.1单片机最小系统

STC89C52单片机是一种高性能、低功耗的CMOS控制器，与MCS-51指令系统兼容。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和8K在系统可编程Flash存储器，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，而且其性能价格比远高于同类芯片。

它具有以下标准功能：

8K字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，2个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。

另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选[8]。

电容和晶振与单片机引脚XTAL1和XTAL2相连构成外接晶振电路。

STC89C52单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入和输出端。

在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路，为单片机的工作提供时序。

而XTAL1端和XTAL2端将电容C与内部的反相放大器连接起来组成并联谐振电路，对频率有微调作用。

STC89C52单片机有一个复位引脚，复位条件是：

在时钟电路工作后，当外部电路在RST引脚施加持续2个机器周期以上的高电平时，使系统复位。

一般情况下，只要保持正脉冲的宽度为10微秒，就可使单片机安全复位。

本系统采用按键手动复位，在上电瞬间，RST引脚电位与VCC相同，随着电容上充电电压的增加，RST引脚电位逐渐下降。

在单片机运行期间，按下按键电容瞬间放电，RST引脚电位与VCC相同，系统复位；随着按键的断开，电容又开始充电，RST引脚电位逐渐下降，系统开始正常工作。

3.2按键模块

按键在系统中就是一个开关的作用。

在本系统中需要的按键不多，但单片机的I/O口数还是可以满足的，所以采用了2

4独立式按键。

独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态，如图3.2所示。

独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线。

因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。

按键均低电平有效，此外，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。

机械式按键在按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来，抖动时间的长短与开关的机械性有关，一般为5~10ms。

在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。

为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动问题。

常见的去抖动方法有两种：

硬件方法和软件方法。

在键数较少时，可以采用硬件去抖，在键数较多时，采用软件去抖。

在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器（双稳态触发器）或单稳态触发器构成的去抖动电路。

软件上采取的措施是在检测到有按键按下时，执行一个延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。

同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。

单片机中常用软件法，因此在硬件方面将不做处理。

本设计，按键接在单片机的P0口。

图3.2按键原理图

3.3红外遥控发射模块

红外遥控发射器由于其电路简单、工作稳定可靠、功能齐全、操作方便、不产生辐射等优点，已成为遥控发射的主流，被广泛应用在家用电器产品上。

红外发射部分由2

4键盘、编码调制、发射电路等几部分组成。

当按下指令键时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号与38KHZ载波进行调制，由发射电路向外发射经调制的指令编码信号，示意图如图3.3所示。

红外遥控的发射电路就是采用红外发光二极管发出经过调制的红外光波，其电路图如图3.4所示。

指令编码信号与38KHZ载波经过74HC08与门进行调制。

74HC08是一款高速CMOS器件，74HC08引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列，实现2输入与门功能。

其主要特性如下：

（1）兼容JEDEC标准no.8-1A；

（2）ESD保护：

HBMEIA/JESD22-A114-A超过2000V，MMEIA/JESD22-A115-A超过200V；（3）温度范围：

-40~+85摄氏度，-40~+125摄氏度。

在发射过程中，由于发送信号时的最大平均电流需几十mA（对应mW级发射功率），所以需要三极管放大后去驱动红外发射二极管。

红外发光二极管是由特殊的半导体材料制成的，在它的两脚加上电压就能发出不同颜色的可见光。

红外发射二极管体积小、功耗低、高发射强度、高可靠性，广泛应用于仪器、仪表、电气设备近距离红外数据传输、电视机、空调机等家用电器[9,10]。

图3.3红外发射示意图

图3.4发射电路

3.4LCD12864液晶显示模块

液晶显示器，简称LCD（LiquidCrystalDisplay），是一种液晶利用光调制的受光型显示器件。

LCD可分为段位式LCD、字符式LCD和点阵式LCD。

其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和数字的简单显示，不能满足图形曲线和汉字显示的要求；而点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动、动画功能、分区开窗户、反转、闪烁等功能。

LCD的特点主要是体积小、形状薄、重量轻、耗能少（1～10微瓦/平方厘米）、低发热、工作电压低（1.5～6伏）、无污染，无辐射、无静电感应，特别是视域宽、显示信息量大、无闪烁，并能直接与CMOS集成电路相匹配，而且还是真正的“平板”式显示设备，近几年来被广泛用于单片片剂控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中[11]。

本设计使用LCD12864汉字图形点阵式液晶显示模块，可显示汉字和图形，内置8192个中文汉字（16

16点阵）、128个字符（8

16点阵）及64

256点阵显示RAM（GDRAM），配置LED背光，多种软件功能（光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等）。

主要技术参数如下：

电源：

VDD3.3V~+5V（内置升压电路，无需负压）；

显示内容：

128列

64行；

显示颜色：

黄绿屏，蓝屏；

显示角度：

6：

00钟直视；

LCD类型：

STN；

MCU接口：

8位并口或串行；

其中D0-D07数据端口与STC89C52端口P2.0-P2.7相连接，VSS与VEE两端接地；P1.5、P1.6、P1.7作为LCD的RS、R/W、E的控制信号；P1.0与PSB相连选择并行指令模式；P1.3与RST相连，如图3.5为LCD12864的引脚图。

图3.5LCD12864引脚图

3.5红外遥控接收模块

红外接收器是一种可以接收红外信号并能独立完成从红外线接收到输出TTL电平信号兼容的器件，体积和普通的塑封三极管差不多，适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。

红外接收部分包括光电放大、解调、解码，其红外接收示意图如图3.6所示。

本次设计使用的接收电路是一种集红外线接收和放大于一体的一体化红外线接收器（VS1838B），不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作。

其主要特性如下：

小型设计，内置专用IC，宽角度及长距离接收，抗干扰能力强，能抵挡环境干扰光线，因此广泛应用于视听器材、家庭电器和其他红外线遥控产品。

此接收器对外只有3个引脚：

DOUT、GND、VCC，与单片机接口非常方便，如图3.7所示[12-14]：

①脉冲信号输出接单片机的I/O口，本设计接单片机外部中断P3.2；

②GND接地线（0V）；

③VCC接电源正极（+5V）；

图3.6红外接收示意图

图3.7VS1838B引脚图

3.6定时模块

本设计使用DS12C887实时时钟芯片，功能丰富，如图3.8所示，在各种设备、家电、仪器、工业控制中，可以很容易的用它来组成时间获取单元，以实现各种时间的获取。

由于DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决了“千年”问题；DS12C887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。

在12小时制模式中，用AM和PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种用BCD码表示；DS12C887中带有128字节RAM，其中有11字节RAM用来存储时间信息，4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通用RAM给用户使用；此外用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽[15]。

主要技术参数如下：

功能：

Clock，Calendar，Alarm；

封装/箱体：

eDIP；

时间格式：

HH：

MM：

SS，Binary；

日期格式：

DW：

DM：

M：

Y，Binary；

RTC存储容量：

113B；

电源电压（最大值）：

5.5V；

电源电压（最小值）：

4.5V；

最大工作温度：

+70C；

最小工作温度：

0C；

安装风格：

ThroughHole；

RTC总线接口：

Multiplexed；

图3.8定时电路

3.7指示灯模块

指示灯使用发光二极管，简称LED，如图3.9所示，是一种能发光的半导体电子元件。

这种电子元件早在1962年出现，早期只能是低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，除了红色、绿色、黄色外，还出现了蓝色和白色，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也有所提高，高亮度的发光二极管更是可以取代传统灯泡。

而随着科技的不断进步，发光二极管技术发展很快，其用途也由当初作为指示灯、显示板等，现已被广泛应用于显示器、电视机采光装饰和照明等，成为家用灯饰、交通灯等发光组件，就连汽车的尾灯，也开始使用发光二极管车灯了。

LED只能往一个方向导通（通电），叫正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫电致发光效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关，具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。

它与普通的二极管一样，由一个PN结组成，P为正极，N为负极。

当正向连接时，即P接正极、N接负极时，二极管导通；反之，二极管截止。

这就是二极管的单向导电特性。

导通时，若有足够的正向电流通过二极管，发光二极管便会亮。

由于其体积小，耗电量低，常作为单片机应用系统的输出指示器件，用以指示系统运行状态。

图3.9指示灯电路

3.8直流电机模块

目前，直流电机凭借其速度的可控性，稳定的启动、制动，平滑而经济的调速等特点，而在工业生产、城市建筑、农田水利等多方面得到了广泛的应用。

直流电机转速的控制主要采用3种方法，即改变电枢总电阻、改变电枢的供电电压、改变励磁磁通。

但是，通过调压的方式进行电机调速，会将一部分电压转化成热能，使得能源利用率降低，造成能源浪费。

并且传统调速方式还具有调节精度低、调速不稳定、可控性较差、装置繁杂等缺点。

而采用脉宽调制的方式对电机进行调速，不仅实现了对电机速度的实时调节，而且还体现了节约能源、经济实用等特点。

所以在这里我们使用脉宽调制（PWM）来实现调速。

脉冲宽度调制（PulseWidthModulator），是指输出固定的周期信号，通过调整一个周期内工作周期的大小来控制输出功率的方法。

方波的有效电压跟电压幅值和占空比有关，我们可以通过占空比实现改变有效电压。

在PWM驱动直流电机的系统过程中，通过改变直流电机上电枢的电压占空比来改变平均电压大小，从而控制直流电机的平均速度[16,17]。

用单片机控制直流电机时，需要加驱动电路，以便为直流电动机提供足够大的驱动电流。

使用不同的直流电动机，其驱动电流也不同。

通常有以下几种驱动电路：

三极管电流放大驱动电路、电动机专用驱动模块（如L298）和达林顿驱动电路等。

如果是驱动单个电动机，并且电动机的电流不大时，可选用三极管组成驱动电路。

如果电动机所需的驱动电流较大，可直接选用市场上现成的电动机专用驱动模块，接口简单，操作方便，但价格较贵。

而达林顿驱动器实际上是一个集成芯片，单块芯片同时可驱动八个电动机，每个电动机由单片机的一个I/O口控制。

当需要调节直流电动机转速时，使单片机相应的I/O口输出不同占空比的PWM波形即可实现。

本设计采用三极管电流放大驱动电路，如图3.10所示，D端控制转向，PWM端控制转速。

只要控制D和PWM的电平就可以控制直流电机的正转、反转和停转，可以通过脉冲信号的占空比控制电动机转速；占空比越大，电机速度越快。

直流电机在电子设计中有着重要的应用，如何简单、稳定、高效地对直流电机的速度进行精确控制有着重要的意义[18]。

图3.10直流电机驱动电路

3.9电源模块

本设计接收端由7.2V电池组进行供电，由于单片机I/O口输出5V供电，接入一个7805稳压电路，如图3.11所示，输出电压和最大输出电流决定于所选三端稳压器系列。

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