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1、引言智能学习型遥控系统的设计与实现第 41 页( 共 42 页)系统综述1 引言1 引言11.11选题背景22 系统综述22.1遥控系统综述32.1.1红外遥控系统编码及译码技术32.1.2脉宽调制控制技术32.2 系统及需求分析42.2.1 主要功能42.2.2 可行性分析42.3 遥控器设计背景62.4 遥控器功能简介62.4.1 红外信号产生发送功能62.4.2 红外信号接收整形功能62.4.3 红外信号学习功能62.4.4 复合MACRO功能62.4.5 操作蜂鸣提示功能72.5 系统开发目标73 系统分析73.1 硬件结构图73.2 功能模块图74 系统设计84.1 硬件模块结构设计
2、84.1.1 总电路图84.1.3 蜂鸣器提示部分设计104.2 软件设计134.2.1 译码原理134.2.2 主体程序流程图164.2.3 译码程序流程图175 系统实现185.1 硬件部分的实现185.2 软件的实现205.2.1 译码信号发送程序的实现215.2.4 对蜂鸣器鸣叫控制程序的实现266 系统的开发环境及测试分析266.1 系统开发环境266.2 系统测试分析276.2.1 硬件测试分析276.2.2 程序测试分析276.2.3 全系统测试286.2.4 用户验收测试287 总结291选题背景随着科学技术的迅猛发展，我国电子市场在不断增大，电子产品走进千家万户。而在众多电子
3、产品中红外线的应用相当广泛，一些家用电器控制几乎都是用红外遥控器完成。红外线遥控是目前应用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控器具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点。因此，彩电、录像机、音响设备、空调、玩具、门铃以及遥控汽车路牌等其它小型装置上也纷纷采用红外线遥控。红外线是一种光线，具有普通光的性质，可以以光速直线传播，强度可调，可以通过光学透镜聚焦，可以被不透明物体遮挡等等。特别制造的半导体发光二极管，可以发出特定波长的红外线，通过控制二极管的电流可以很方便地改变红外线的强度，达到调制的目的。因此，在现代电子工程应用中，红外线常常被用做近距离视线范围内的通讯载波，最典型的应用就是家
4、电遥控器。随着社会科学技术的发展与俱增，人们的生活水平也是益提高，为了减少人的工作量，所以是对各种家用电器、电子器件的非人工控制的要求也是越来越高，针对与这种情况，设计出一种集成度比较高的控制体系是必然的。带红外遥控器的家电给我们的生活带来极大的方便，但遥控器多了很容易弄混，如果有一种可对家中各种红外遥控器发射的控制信号进行识别、存储和再现的智能型红外遥控器，用这样一个遥控器控制家中所有电器该有多好。为此，我们试着设计一种以单片机为核心的智能型遥控器。经指导老师同意，确定了此毕业设计的题目。2 系统综述本智能学习型遥控系统是将红外发送与接收技术应用在遥控系统上，它完全可以替代普通的遥控器，而且
5、可以集多个遥控器于一身，解决了日常生活中由于遥控器过多造成的许多不便。本遥控系统将红外传送遥控系统智能化，可使产品缩小体积，增强功能，并且能够学习和控制各种不同类型的红外遥控设备。本系统所涉及的技术主要包括：红外载波数据传输技术、单片机控制技术、红外遥控系统编码及译码技术、脉宽调制控制技术、电路PCB设计与制作技术等。 2.1遥控系统综述2.1.1红外遥控系统编码及译码技术本系统中使用的红外遥控发射电路SC6122。它是一块用于红外遥控系统中的专用发射集成电路，采用CMOS工艺制造，可以在20V至55V的低电压下工作，它通过SEL选择管脚，可支持128+6条指令码，用户编码可自由选择。接64个
6、按键，其中有三组双重按键。SC6122所发射的一帧码含有一个引导码，16位的用户编码和8位的键数据码。键数据码的反码也同时被传送。引导码由一个9ms的载波波形和4.5ms的关断时间构成，它作为随后发射的码的引导。这样，当接收系统是由微处理器构成的时候，能更有效地处理码的接收与检测及其它各项控制之间的时序关系。编码采用脉冲位置调制方式(PPM)。利用脉冲之间的时间间隔来区分“0”和“1”。每次8位的码被传送的同时，它们的反码也被传送，以大大减少系统的误码率。 2.1.2脉宽调制控制技术采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。脉宽调制（PWM
7、）控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率脉宽调制是一种调制或改变某个方波的简单方法。方波占空比基本形式是随输入信号变化的。占空比是指方波的高电平时间和低电平时间之比。一个50%占空比的波形会具有50%的高电平时间和50%的低电平时间，而一个10%占空比的波形则具有10%的高电平时间和90%的低电平时间。2.2 系统及需求分析2.2.1 主要功能通过对生活中经常用到的遥控系统的了解以及调查，本系
8、统基本要实现以下功能：（1） 红外信号产生发送功能。在遥控系统接通电源后，就处于工作准备好状态，可以通过遥控器上的矩阵按键，就可以发送红外信号。（2） 红外信号学习功能。在遥控器进入学习状态后，可以按下遥控器的矩阵按键，红外接收头就会采集到对方发送的红外信号，并将电信号转换成数字信号将其存储。从而实现学习功能。（3） 复合MACRO功能。该功能能够实现一个按键可以实现多个按键的功能。（4） 数据存储功能。在对遥控系统在学习状态下获取到信号转换成数字信号的时候，就需要将数字信号保存到存储模块当中。2.2.2 可行性分析要完成本系统功能，主要需要解决三大方面的内容：第一个就是对红外信号的译码问题，
9、通过查找具体型号遥控器的技术资料，了解其编码规则，并在存储式示波仪上观察其具体波形，在以上基础上还可直接用单片机将数据通过串口传到PC机上进行具体分析；第二个就是通过按键发送相应的数据功能的实现，通过单片机译出各按键的键码值，然后通过红外发送头发送信号。第三个就是数据存储功能的实现，将接收后转换得到的数字信号存储在存储器中。在技术难度方面，由于有指导老师的指导和相关参考文献，因此完全可以实现。在系统中使用的单片机是AT89S52，AT89S52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flas
10、h只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52具有如下特点：40个引脚,8k Bytes Flash片内程序存储器,256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）,32个外部双向输入/输出（I/O）口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗（WDT）电路,片内时钟振荡器。该单片机可组成独立系统，并且成本低，运行
11、速度快，其强大的功能是完全可以实现该系统的。红外信号译码的实现本系统最重要的就是译码的准确性，为了做到这一点最主要的是要对红外接收头输出信号的彻底分析，主要是通过输入到存储式示波仪上观察其波形，记录其波形规则及具体的维持时间，也可以通过单片机对红外接收头输出的信号通过对高低电平计数的方式通过串口输入到PC机上，观察单片机对信号接收的误差，再有针对性的进行比较准确的译码。在对遥控器发码规则搞清楚的基础上，就可以在单片机程序上下功夫进行译码了，当红外线信号由低跳高或由高跳低的时候启动定时计数器，并对计数结果进行保存，再对一系列的数据分析判断其属于哪个范围，若属于编码规则“0”的范围则译码“0”，若
12、属于编码规则“1”的范围则译码“1”。然后再对译码产生二进制位进行组合区分，以分离开客户码和按键码等，得到键码值就可以了。按键发送数据信号的实现在遥控器上有按键矩阵和学习按键，当在按键矩阵中的任意一个键按下时，遥控器进入发送信号状态，红外发送头会将该按键的相关信息发出。如果按下学习按键，遥控器进入学习状态，然后按下矩阵按键中的任意一个，遥控器进入等待红外信号的接收，接收成功后，当再次按下矩阵中的那个按键后，遥控器又将进入发送信号状态。复合MACRO功能的实现在遥控系统学习状态中，复合MACRO功能能够使一个键的集成多个按键的功能。在一些单片机系统中，一键多功能的技术，开关SP1接在P3.7/R
13、D管脚上，在AT89S52单片机的P1端口接有四个发光二极管，上电的时候，L1接在P1.0管脚上的发光二极管在闪烁，当每一次按下开关SP1的时候，L2接在P1.1管脚上的发光二极管在闪烁，再按下开关SP1的时候，L3接在P1.2管脚上的发光二极管在闪烁，再按下开关SP1的时候，L4接在P1.3管脚上的发光二极管在闪烁，再按下开关SP1的时候，又轮到L1在闪烁了，如此轮流下去。这样就实现了具有一键多功能的按键识别技术。操作声音提示的实现在本系统中，通过按键对系统操作或按键发送信号的时都会有蜂鸣音的提示，蜂鸣是通过和CPU来控制的，其蜂鸣时间长度和频率都是通过程序控制的。2.3 遥控器设计背景以方
14、便人们生活对电器的控制为宗旨，以减轻工人的劳动负担为主要目的。采用先进的技术和方法，依靠高素质的科研人员和高水平的检测检验队伍，提供分析监控服务，同时进行监控技术和方法的研究。给人们的日常生活带来更多的方便，建立智能学习型遥控系统，对电器进行遥控，还可以学习其它遥控器的按键功能，操作的同时还有蜂鸣声音提示。无论何时何地，都能在你的手中遥控着。2.4 遥控器功能简介本系统主要实现以下各功能：红外信号产生发送功能、红外信号接收整形功能、红外信号学习功能、复合MACRO功能、操作时蜂鸣提示功能。2.4.1 红外信号产生发送功能本红外遥控系统运行后，并不立刻发送数据，必须要按下按键矩阵中的任何一个键后
15、才会发送信号，若持续按键时间超过一定时间将会自动默认你已经松开按键，发送头将按正常情况发送信号。2.4.2 红外信号接收整形功能当遥控系统进入学习状态下的时候，当外界有相应的红外信号发送过来，红外接收头将会接收到该信号并将该信号转换成数字传输给单片机。2.4.3 红外信号学习功能当单片机收到红外接收头传送来的数字信号的时候静态稳定高亮显示，用来显示系统所处状态。2.4.4 复合MACRO功能复合MACRO功能就是能够人那个单片机的学习功能更加强大，减小遥控器的体积，复合MACRO功能就是一个键可以学习多个功能，即可以发送多种不同的信号。2.4.5 操作蜂鸣提示功能在本系统中只要按键就发出不同的蜂鸣提示。在系统刚接通时，蜂鸣器会连续鸣叫两声，表示系统已经准备好工作。在按键矩阵任意按下键时，蜂鸣器都会鸣叫一声，表示信号发送成功。2.5 系统开发目标（1）开发出满足上述功能的系统；（2）努力使该系统具有稳定、耐用、可靠度高、使用方便等特点；（3）尽量降低成本、优化系统；（4）改进设计以适合广泛应用。系统分析3 系统分析3.1 硬件结构图本系统的功能设计电路应该包括以下几个基本电路。其电路组成图如下
