红外遥控器设计方案论文.doc

1、 职业学院全日制高等职业教育 毕业实践环节毕业设计（典型性项目）说明书 红外遥控器设计（方案） 作者： 院系： 职业学院 机电工程系 专业： 电子信息工程技术 年级： 2012 级 学号： 20120012136 指导教师： 时间： 2015 年 4 月 摘 要 60 年代初，一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术，但由于受当时技术条件的限制，遥控技术发展很缓慢。 70 年 代末，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，遥控技术才得到快速的进步。在遥控方式上大体经历了从高成本的有线到成本低廉控制方便的无线控制。无论采用何种方式，准确无误传输信号，最终达到满意的控制效果是非常重要的。最初的无线遥控

2、装置大多采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受到外界干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。较为理想的是光控方式，逐渐采用红外线的遥控方式取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，成为当 今时代的主流。由于红外线在频谱上居于可见光之外，所以抗干扰性强，且安全。具有光波的直线传播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。信息可以直接对红外光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的强弱进行传输，也可以用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进调制，接收端再去掉载波，取到信息。从信息的可

3、靠传输来说，后一种方法更好，这就是我们今天看到的大多数红外遥控器所采用的方法。红外遥控技术在这十年来得到了迅猛发展，尤其在家电领域如彩电、 DVD、空调、玩具等，也在其它电子领域得到广泛应用，随着人们生活水 平的提高，对产品的追求是使用更方便、更具智能化，红外遥控技术正是一个重点的发展方向。 关键字： 发光二极管 ATmega16 目录 一、现阶段红外遥控技术的研究现状和成果 . 1 二、红外遥控器设计思想 . 2 （一）系统设计概况 . 2 （二）本系统设计思想 . 4 三、红外遥控器硬件电路设计 . 5 （一） 红外遥控发射电路部分 . 5 （二） 接收电路部分 . 7 （三） 红外线信号

4、编码格式 . 11 四、遥控发射及接收控制电路的软件设 计 . 13 （一） 遥控发射部分 . 13 （二） 遥控接收部分 . 15 总结 . 17 致谢 . 18 参 考 文 献 . 19 1 一、现阶段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 5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

5、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 pc1373H、CX20106A 等红外接收专用放大

6、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 38k

7、Hz。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2 红外遥控器 一体化红外接收头

8、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

9、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 。 二、红外遥控器设

10、计思想 （一）系统设计概况 1、通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编 /解码专业集成电路芯片来进行控制操作，控制部分包括键盘矩阵，编码调制， LED 红外发送器；接收部分包括光，电转换放大器，解调，解码电路。红外遥控系统框图如图 1。 图 1 红外线遥控系统框图 编码 解调 光电 放大 矩阵 键 盘 解码 单片 机 解 调 3 2、红外通信的基本原理实质上就是指利用红外线来作为载体传送信息。把单片机等产生的编码控制信号，经由调制电路调制为 32 40 KHz 的方波信号（提高发射效 率、降低功耗）。在经由驱动电路驱动红外发光二极管（ IRED）发出红外遥控信号；在接收端使用与发送端

11、相配对的红外光电二极管，接收含有控制信号的红外信号，在将该红外信号解调为电信号后，在送入单片机进行解码，以得到相应的控制信号，从而完成红外信息的传送。 本遥控发射器本遥控发射器采用码分制遥控方式，码分制红外遥控就是指令信号产生电路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。当不同的指令键被按下时，指令信号电路产生不同脉冲编码的指令信号，也就是进行编码，然后经 M50462AP 芯片进行调制从而产生不 同的编码信号，再由驱动电路驱动红外发射器发射红外信号。红外发射框图如图 2所示。 图 2 红外发射框图 3、红外接收电路是红外遥控系统中的指令信号及检出电路，通过一体化红外接收头

12、SM0038（集成 红外线的接收、放大、解调 ， 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 ）然后将接收到的信号发送给ATmega16, 然后 ATmega16 通过内部程序对说接收信号进行判断然后救驱动相应的外部设备进行相应的动作。此设计的遥控开关是在通用通用遥控的基础上加以改进的，其实就 是将红外遥控器接收部分采用单片机 AT89C51 来控制。即当一体化红外接收器接收到的红红外遥控红外信号，经放大、解码滤波后，将原编码信号传送入单片机AT89C51 中进行信号识别编码然后进行相应的处理，已达到控制电路的目的。红外接收框系统图如图 3所示。 矩阵 按

13、键 M 5 0 4 6 2 A P 红外 发射 4 图 3 红外接收框系统 通过按下不同的按键是红外发射器发射不同频率的信号波，然后通过红外一体化接收头接收进行相应的放大解调从而进行相应的动作操作。遥控操作过程系统框图如图 4。 （二） 本系统设计思想 本设计采用单片机 ATMEGA16 作为本设计的核心元件，利用红外遥控器发射，接收的工作原理以及单片机外部中断的原理制成的一款遥控器。 ATMEGA16 是基于增强的 AVR RISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于其先进的指令以及单时钟周期指令执行时间， ATMEGA16 的数据吞吐率高达 1MIPS/MHZ，从而可以缓减系统

14、在功耗处理速度之间的矛盾。 ATMEGA16 AVR 内核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器，所有的寄存器都直接与算逻单元（ ALU）相连接，使得一条指令可以再一个时钟周期内 同时访问两个遥控器 遥控接头 显示器 复位 A T M E G A 1 6 受控电源 电器插座 继电器 晶振 图 4 遥控开关系统框图 一体 化红 外接 收头 A T MEG A 16 相应 动作 5 独立的寄存器。这种寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的 CISC微控制器最高至 10倍的数据吞吐率。 三、红外遥控器硬件电路设计 （一） 红外遥控发射电路部分 1、时钟电路 ATMEGA16 芯片内

15、部有一高增益反相放大器，用于构成振荡器 .反相放大器的输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2。在 XTAL1、 XTAL2（第 19、 18 引脚）两端跨接一个石英晶体振荡器，和两个电容就构成了稳定自激谐振电路。晶振频率为 12MHz。 C12，C13 是两个瓷片电容，与晶振 Y2 构成了自激谐振电路。其电容的作 用主要是对频率进行微调，一般取 30-45PF 左右。使用该电路可产生稳定的 11.0592MHZ 频率，受外界的环境的干扰影响非常小。其接法如图 6 所示： 图 6 晶振电路 2、矩阵键盘电路 (1)2 8 矩阵键盘的工作原理 : 矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用 2 条 I/

16、O 线作为行线， 8 条 I/O 线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是 2 8 个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中 I/O 口的利用率。矩阵键盘电路如图 3-2所示： 6 图 7 矩阵键盘电路图 3、遥控发射电 路芯片介绍 （ 1）、 M50462AP 芯片 功能特点 ： M50462AP 集成电路用来产生遥控编码脉冲 (即遥控指令 )，输出各种红外遥控信号，供遥控操作使用。该IC 具有 3 种功能 ： 产生定时信号和遥控载滤信号的振荡器 产生 8种不同时间出现的键位扫描脉冲发生器 将键位码变换 (码值变换 )成遥控指令功能码的

17、遥控指令编码器 4、红外遥控发射电路 本发射电路采用一个 12M 的晶体振荡器，产生相对应受控开关的脉冲频率，通过红外发射管发射出去。发射电路图 9 所示： 112233445566778899101011111212131314141515161617171818191920202121222223232424D S 1M 4 0 5 6 2C3C A PC2C A PC1C A PQ1P N PD1D I O D ED2D I O D ER1R E S 2R3R E S 2R2R E S 2Y1C R Y S T A LGND90 /3 010+B T 1B A T T E R YS 2

18、7S W - P BS 2 3S W - P BS 1 6S W - P BS 2 0S W - P BS 1 2S W - P BS8S W - P BS4S W - P BS 2 9S W - P BS 1 3S W - P B风扇档 1风扇档 2风扇档 3风扇档 4风扇档 5灯开灯灭风扇定时 电源开关图 9 遥控发射电路 红外遥控发射器包括键盘，指 令编码器和红外发光二极管 LED 等部分，当按下键盘不同按键时，通过编码器产生与之对应的特定的二进制脉冲信号，将二进制脉冲信号先调制在 38Hz 的载波上，经放大后，激发红外发光二极管 LED 转化成以波长 940nm的红外线传播出去 图 8

19、 M50462AP 7 M50462A 内部振荡电路与 2， 3脚外接的陶瓷谐振器或 LC网络电路组成振荡器，产生频率为 455kHz 的振荡信号，由时钟电路进行 12 分频得到 38kHz 的载波信号，一路送至定时信号发生器，以形成时钟脉冲，使整个系统按照统一的时序进行工作；控制指令码对 38kHz 载波进行脉冲度调制以降低平均发射功 率，以脉冲条幅后的指令码被送至红外激励管 VT 基极 5， 6,7,8 和 12 脚为键位扫描信号输出线与 13-20 脚键位扫描信号输入线组成键盘矩阵，以产生各种键功能信号工作时 5， 6， 7,8 和 12 脚输出时序不同的键进行扫描脉冲，经过键盘矩阵适当

20、选通回送到 13-20 脚 M50462AP 则根据 13-20 脚接收到的不同的键选信号进行编码处理和码值变换，得到遥控指令的功能码，结合 21,22 脚输入的用户码进行调制处理后，便产生 38KHZ 的调制载波脉冲信号，再经缓冲器由 23 脚输出。 M50462AP 的 23脚外接元件组成了红外线驱动放大 发射电路，它主要是由驱动管和红外发射二极管组成的，当 23 脚有指令码信输出时，该信号经驱动管 VT放大后，加至红外发射二极管 VD1 上，遥控指令则以红外线的形式发射出去。 由遥控发射器发射出的 16位二进制遥控指令是由前 8 位的用户码和后 8 位的数据码组成的，用户码是一种固定的特

21、殊代码用于表示不同产品之间的遥控信号的区别，以免接收机在接受遥控指令过程中误动作，而数据码则是不同遥控功能的的代码。不同的数据表示不同的遥控功能。 16 位遥控指令码均采用脉冲位置调制方式编码。 （二） 接收电路部分 1、 RC 复位电路 复位是单片机初始化操作，其主要功能是把 PC初始化为 0000H，使单片机从 0000H单元执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。 复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。本设计采用了按键手动复位方式。该复位电路如图 10 所示。 复位电路采用了按键与上电复位。上电与按键均可以有效复位。上电瞬间 RST引脚获得高电平，单片机复位电路随着电容的 C11 的充电， RST 引脚的高电平逐渐下降。 RST 引脚的高电平只要能保持足够的时间（ 2个机器 周期），单片机就可以进行复位操作。按键复位是直接将高电平通过电阻 R11、 R10 分压到达 RESET 引脚，实现复位操作。