基于单片机的电器遥控器设计(论文)

摘要：通过对设计要求地认真分析和研究，拿出了几种可行方案，最终选定了一个最佳方案。该方案是采用先进的单片机技术实现遥控的主要手段。我们所设计的遥控器能控制5个电器的电源开关，并且可对一路电灯进行亮度的调节。
关键字：遥控电路，红外发射，红外接收，单片机

A Design about the Tele-controller Based on SCM

【abstract】After analyzing and researching on the request of the design, we take several blue print and we selected the best one in the end. The project make use of advanced SCM to realize the remote control.  Remote controller we designed can dominate 5 electrical source switches and adjust the brightness of one light.
【keyword】Remote controlling circuit  Infrared emission  Infrared receiving, SCM

目      录

基于单片机的电器遥控器设计 3
文献综述 4
一．遥控技术的种类 4
二、红外遥控技术的研究现状和成果 6
第1章 总体设计方案 9
方案一：（简易红外遥控电路） 9
方案二：（利用红外遥控开关电路） 10
方案三：利用红外遥控开关电路 11
方案比较 12
第2章 系统硬件电路设计 13
2.1器件选择 13
2.1.1 单片机的选择 13
2.1.2 显示器件选择 14
2.1.3调光器件选择 14
2.1.4 按键控制方式选择 15
2.2.电路设计： 15
2.2.1．发射电路部分 15
2.2.1.1遥控发射器遥控方式 15
2.2.1.2发射电路的设计 16
2.2.1.3遥控发射器电路原理图 18
2.2.2．接收电路部分 19
2.2.2.1红外遥控接收器的接收过程 19
2.2.1.2遥控接收器电路原理图 19
2.3.系统功能实现方法 20
2.3.1．遥控码的编码格式 20
2.3.2．遥控码的发射 21
2.3.3．数据帧的接收处理 21
2.4.遥控发射及接收控制电路的软件设计 22
2.4.1遥控发射部分： 22
2.4.2遥控接收部分: 24
第3章 设计调试 26
调试步骤: 26
第4章 结束语 28
附录（参考文献及计算机程序清单） 29
参考文献： 29
程序清单 30

文献综述
随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使遥控技术有了日新月异的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。
一．遥控技术的种类
电动常见的遥控电路一般有如下几种类型：声控、光控、无线电遥控、红外遥控等等。
1.声控方式
　　声控就是用声音去控制对象动作，一般采用驻极体话筒或压电陶瓷片作为传感元件来拾取声音，通过电路放大驱动后级电子开关动作。为防止外界音频干扰，可以采用超声波控制，但也有故意选用声频来进行控制的，比如用小孩发出的声音频率去控制声控玩具娃娃的哭笑动作等。
2.光控方式
　　简单的单通道光控电路是利用光敏管受光以后内阻发生变化使电子开关的状态发生变化，传感器有光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光敏电池等等（早期生产的玻璃壳封制晶体管，刮掉外面黑色遮光油漆后就是一个不错的光敏管。）。这个光源既可以是可见光，也可以是红外线等不可见光源，不同的光敏元件有着不同的光谱。复杂一些的光控电路则能够完成多通道开关或模拟量变化控制，应用极其广泛，可以说家家都有。因为带遥控的电视机、功放音响、VCD录像机等家用电器的遥控器都是利用红外线光源进行遥控的典例。上海现在有许多居民楼的走廊照明灯都采用了光控与声控相结合的电路，利用路过的人发出的脚步声、谈话声或其他声音去触发照明灯的声控电子开关，用光控电路使得照明灯在白天自动关闭停止响应。
3.无线电遥控方式
无线电遥控电路比起声控或光控电路复杂多了，但控制距离也更远是它的主要特点，光控、声控电路一般仅有几米到十几米的作用距离，而无线电遥控视不同的应用场合近可以是零点几米，远则可以超越地球到达太空！它由发射电路和接收电路2部分组成，当接收机收到发射机发出的无线电波以后驱动电子开关电路工作。所以它的发射频率与接收频率必须是完全相同的。根据其发射的高频波形有等幅、调幅、调频、数字脉冲发射机，根据其控制的开关数目有单通道遥控和多通道遥控等。
　　等幅发射只能用于单通道控制，线路简单发射效率高但是抗干扰性极差。用固定的音频频率[/b]去调制高频发射波的[b]幅度（所谓调制，就是使发射的高频电波随着音频频率的变化而产生相应变化的过程。），使发射的高频电波幅度随着音频频率的变化而产生相应变化，这就是调幅发射。它可以用不同的音频频率去控制不同的开关通道，所以可以做成遥控多通道控制电路。由于调幅波的高频发射功率不能被全部利用，所以高频发射效率比较低，但是因为它采用了音频调制的方法，所以大大提高了抗干扰的能力。
　　如果用固定频率的音频去调制高频发射波的频率，使得高频发射频率随着音频频率产生相应的频率偏移，这就是调频发射。因为调频发射发送的是高频等幅波（高频全功率发射），充分利用了高频发射功率，所以在发射机的高频发射功率相同的情况下，控制距离比调幅波远得多。由于自然界里的干扰电波多数是调幅波，所以调频波的抗干扰性能也远远优于调幅波，缺点是调频接收电路相对调幅接收电路来说比较复杂一些。
　　如果用于调制的音频不是固定频率，而是直接用人的话音频率去调制高频发射波，那就是无线电对讲机了，发送接收的基本道理都一样。如果用数字信号去调制高频发射电波，那发射的就是高频脉冲波了。接收电镀虽然更复杂，但是各项技术指标均有提高，工作的可靠性、稳定性都是其他调制方式望尘莫及的。
　　由于发射功率过大会干扰和影响其他电子设备的正常工作（飞机上不允许乘客使用手机，就是怕手机的高频发射电波会干扰驾驶舱电子仪器的正常运行而产生事故。），所以每个国家都有专门的无线电管理委员会进行监督管理，对在不同场合、不同工作性质下使用的无线电波发射功率、发射频率均有严格的限制和规定。对于业余无线电爱好者，开辟有专门的业余波段提供使用。
　　遥控有效距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。但由于上述发射功率、工作频率受到各种限制，一般可以从提高接收灵敏度、改善接收电路的抗干扰性能等方面入手去改进接收电路。
　　 最初级的无线电遥控电路，接收采用简单的超再生电路，会产生“沙沙……”的电路特有噪声，当接收到发射机发出的与接收频率相同的高频等幅波时，噪声立刻被抑制，使后级的低频放大电路的输入状态改变而驱动电子开关动作。由于它只有在打开或关闭发射机时产生对应的开关信号，所以只能工作在单通道遥控方式。而且当遥控距离拉长后，由于接收到的高频电波减弱，电路噪声将不能被完全抑制，此时的电子开关就处于极不稳定的临界状态，或开或关，这可是遥控电路的大忌！所以此遥控电路应用范围很小。
　　调幅接收机接收到经过音频调制的高频调幅信号以后，通过检波级将音频信号截下送往后级放大电路。如果是多通道的接收机，一般用磁罐制作精密电感组成多级不同谐振频率的LC音频滤波电路，每级只允许与该级谐振频率相同的音频频率通过，经过处理转换成直流电平驱动后面的电子开关。接收机视遥控场合的不同要求可以是直放式、高放式、外差式等电路组合，抗干扰要求高的重要场所还可以增加二次变频电路加强安全系数。
　　无线电遥控电路的重点就是抗干扰和稳定性问题，所以电路里为了安全可能会设置了许多的附加电路。毕竟无线电遥控电路与无线电对讲机在安全要求方面大不一样，对讲机一句话没听清楚可以要求对方再说一遍，说错了还可以纠正，用于重要场合的遥控器要是开关动作错了，也许就是人命关天的后果！
4.红外遥控方式
红外遥控就是把红外线作为载体的遥控方式。由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用 红外遥控方式时，不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。同时，由于采用红外线遥控器件时，工作电压低，功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛。 
二、红外遥控技术的研究现状和成果
常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940mm左右，外形与普通φ5发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样；用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉锯法来粗略判判定。
接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外发光二极管一般有圆形和方形两种。
 由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用Μpc1373H、CX20106A等红外接收专用放大集成电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。红外遥控常用的载波频率为38kHz这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36 kHz、40 kHz、56 kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。
      红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。
      由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。因此，现在红外遥控在加用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。
多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。当发射端按下某一按键时，相应地接收端有不同地输出状态。接收端地输出状态大致可分为脉冲、电平、自馈、互锁、数据五种形式。“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。“电平”输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”消失。此处的“有效脉冲”和“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效；如静态时为高，则“低”为有效。大多数情况下“高”为有效。“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输出形式为“反相”。“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就属此种情况，其他如调光、调速、音响的输入选择等。“数据”输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便以后适时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。
 除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。
参考文献：
[1]李建华. 实用遥控器原理与制作.北京: 人民邮电出版社,1996
[2]苏长赞. 红外线与超声波遥控.  北京: 人民邮电出版社,1995
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[9]苏长赞. 红外线与超声波遥控.  北京: 人民邮电出版社,1995
[10] 焦李成.电流模式信号处理的进展与展望.电子学报.1992.20（7）：87－92