智能红外电风扇遥控系统设计

智能红外电风扇遥控系统设计 摘要：本设计以51单片机为核心芯片，利用红外遥控技术和手动按键对电风扇进行 控制。系统分遥控发射模块、风扇接收控制模块。遥控发射模块包含CPU （AT89S51 单片机），键盘和红外发射电路。键盘输入信号后，单片机进行信号编码及与载波的 调制，最后由发射电路发射。接受电路以AT89S51单片机为CPU,配以红外接收模块, 电机驱动模块，液晶显示模块，指示灯另外附加手动控制键盘。电风扇电机调速使用 可控硅，采用直接PWM算法实现无级调速。对电风扇实现控制的同时，通过液晶显示 器和指示灯实现人机交互。 关键词：红外遥控，51单片机，红外发射，红外接收，直接PWM算法 Design of intelligent infrared remote control system for electric fans Abstract: This design takes 51 Microcontrollers as the core chip, uses the infrared remote control technology and the manual key press key to control the electric fan.The system contains the remote transmitting module and the receiving module of the fan receive control module. Remote control module contains CPU (AT89S51 microcontroller) , keyboard and infrared transmitter circuit. After the keyboard inputting the signal, the single chip microcomputer will code the signal and modulate carrier which are transmitted by the transmitter. The receiving circuit takes the AT89S51 microcontroller as CPU, including and the infrared receiving module, the motor driver module, the LCD module, the indicator light, the manual control keyboard. The motor speed of the electric fan motor uses SCR, and the stepless speed regulation is realized by direct PWM algorithm.lt controls electric fan while realizing the human-computer interaction through the LCD and the indicator light. Keywords: infrared remote control, 51 Microcontrollers, infrared emission, infrared receiver, direct PWM algorithm 目录 1.前言 错误!未定义书签。 1.1. 课题背景 1 1.2. 行业发展现状 1 1. 3.课题研究方向 2 2. 系统总体方案设计 3 2. 1,红外遥控简介 3 2. 2.方案比较论证 5 2. 2. 1红外遥控信号的产生、调制及发射方案的选择 5 2. 2. 2电机调速方案的选择 5 2. 3系统框图 7 3. 硬件设计 9 3. 1.红外遥控信号发射模块 9 3. 1. 1,遥控器按键识别 9 3. 1. 2.红外信号调制及发射 10 3.1.3,红外信号的传输协议 11 3. 1.4.遥控器最小系统图 13 3. 2. CPU处理模块 13 3. 2. 1.AT89S51的功能描述及选择 14 3. 2. 2.单片机的最小系统电路连接 15 3. 2. 3.工作原理 16 3. 3.红外接收模块 16 3. 4.显示模块 17 3. 4. 1,液晶显示模块电路连接 18 3. 5.电机驱动模块 19 3. 6.按键控制模块 20 3. 7.电源模块 21 4. 系统软件设计 22 4.1.遥控信号发射部分软件设计 22 4. 2.遥控信号接收及控制部分软件设计 24 5. 总结 28 附录1.电路原理图 32 附录2.程序代码 36 1. 前言 1.1. 课题背景 电风扇是我们日常生活中非常常见的电器，与电视机、洗衣机一样，早已经走入 了每一个人的生活中。在日常生活中，电风扇我们生活中习惯的简称为电扇，电风 扇本质上是不可以产生凉风的，而是利用电扇扇叶的旋转，加速室内空气的流通， 利用流通的空气降低人体的体表温度。在炎炎夏日，深受人们的欢迎。电风扇以其 突出的优点，在生活中各种场所广泛应用。 日常生活中的电风扇具有很多突出的优点，例如价格低和耗电量小，因此拥有着 庞大的目标消费群。同时其缺点也很明显，例如现在市面上，大多的电风扇只能通过 主控板上的按键来实现风扇的控制，并且控制方式基本以模拟调控为主要控制手段， 功能简单。在现在个性化突出的时代，越来越多的人将个性化作为自己的选择中很重 要的一个标准。然而，现在的电风扇，在智能化和便捷性上远远跟不上现代人的生活 需求。现如今，电风扇大有被空调取代的趋势。因此，电风扇的技术改革势在必行！ 1. 2.行业发展现状 最早的电风扇是由美国的詹姆斯•拜伦与1830年发明的。他从钟表的机构中受 到了启发。1882年，纽约的技师休伊•斯卡茨•霍伊拉发明了真正的商业化的电风扇。 一百多年过去了，随着科技及社会的进步，电风扇成为了与老百姓日常生活紧密相关 的家用电器。 随着科技进步与时代的发展，人们生活的需求也越来越丰富，电风扇也分化出了 很多不同的类型，比如有家庭常用的台扇，公共场所常用的吊扇以及壁扇，还有地扇 等其他不同类型的风扇 电风扇发展至今经历了许多次的改革，从最初的呆板的纯机械控制，到半智能的 机械控制，如定时功能的出现，再到如今社会上出现的单片机控制的智能风扇。这些 不仅仅是技术的革新，更是对人性的尊重，是一次次思维的巨大飞跃。 但是市场是不断发展的，消费者审美习惯也在不断的转移，同时随着绿色节能的 观念不断的深入人心，电风扇也必须在功能和外观等方面随着时代的潮流做出改变。 美观、时尚、便捷是现在人们选择产品的重要参考。在目前的市场上，遥控电风 扇是开发比较早的一种，深受人们的喜爱。由此可见，未来的电风扇，不仅仅要完成 传统的驱热解暑的功能，更要成为一款家庭艺术品。 1. 3.课题研究方向 传统的风扇的电机，多是采用多轴头交流电机。直接通过手动控制轴头的选择来 达到调速的目的，这种传统的控制方式不仅电路复杂、操作不便而且其效率也不高。 在这样的背景下，无极调速进入了人们的视线，这是一种通过控制可控硅的导通角， 来达到调节电机转动速度的控制方式，而全部的控制过程均可由单片机来完成，这也 为电风扇的未来发展提供了一种新的思路，而这种遥控电风扇也必将在消费市场上得 到广泛的推广及应用。 本论文将详细地介绍红外遥控电风扇系统。重点介绍红外遥控信号的产生、发射、 接收、应用的原理以及特性。本文中，首先提出了几种可行的方案，并对项目的可行 性进行分析，再选择合适的方案，然后就该方案入手，本论文先后介绍了硬件、软件 电路的设计。最后，进行项目设计的总结。 本论文将尽力使读者明白项目设计的过程，设计中由于时间的仓促以及本人水平 的局限，项目设计难免有不足之处，恳请各位老师、同学能够给予指正。 2. 系统总体方案设计 让用户界面更加人性化以及使用方式更加方便自然，是家用电器发展的一个重要 方向。电风扇作为传统的家用电器，以其突出的优势，在百姓日常生活中有着极其重 要的地位。但是，就目前市面上的电风扇而言，大多数仍然以机械旋钮或者简单的红 外遥控方式为主，更没有较好的人机界面。多方面考虑之下，本人采用了 51单片机 作为这款智能电风扇的主控元器件，增加了液晶显示界面、16档风速选择、红外遥 控功能，力求使电风扇控制更为简单及人性化，并且与用户的交互性更为直观方便。 单片机作为一种集成电路芯片，其功能相较于数字和模拟芯片的任意一种都要强 大的多，并且随着单片机技术多年的发展，编程也更加简单。其强大的功能可以将许 多任务的执行集于一身，不仅大大的简化了硬件电路的复杂程度，降低了产品设计的 难度，且也降低了设计的成本。综上所述，本次设计选用单片机来实现对电动机转速 的控制。本设计研究的目的，就是通过对交流电机转速的控制，实现对模拟电风扇的 控制；掌握单片机硬件以及相关软件的综合设计方法。其中硬件部分包括有键盘输入 部分、单片机最小系统、外接电机驱动部分、输出显示部分、红外发送接收部分，软 件部分包括有初始化状态、控制输出显示、信号产生与调制部分、占空比控制、中断 控制、键盘输入部分。 本设计是使用红外信号发射器实现对风扇的遥控功能，当接收端接收到红外遥控 信号后，经过解调和译码之后，得到相应的码值，然后做出相应的动作，例如开关机、 加减速等动作。并且在电风扇工作的过程中，LCD液晶显示器可以显示此时的工作状 态。以下是本设计总体方案在形成中的具体比较、论证分析。 2. 1.红外遥控简介 远程遥控技术又称为遥控技术(remote control technology),是对受控对象进 行远距离控制的技术。遥控技术不仅仅在尖端科技领域应用广泛，例如航天航空领域, 而且也在工业领域以及家电等与生活密切相关的领域广泛应用。红外遥控是一种无 线、非接触控制技术，目前这种技术发展已经很成熟，并且具有很多优点，例如抗干 扰能力强，信息传输比较可靠，功耗低，成本低，易实现，因此被诸多电子设备应用, 特别是家用电器更是广泛采用，并越来越多的应用到了计算机系统中。 红外光又称为红外光波。在中学物理中，我们学习过光根据其波长的不同可以分 为可见光和不可见光两种。可见光我们每个人都很熟悉，有红橙黄绿蓝靛紫七种颜色。 它们的光波波长分布在0. 38um到0. 76um之间。在波谱中，可见光波的两侧分别是紫 外线和红外线，紫外线的光波为0. Olum到0. 38um,红外线的光波波长为0. 76um到 lOOOumo这是广义上的红外光，专业学术中，红外光按照光波的波长还可以分为四种， 分别为近红外、中红外、远红外、极红外。其中本次设计中要使用的就是近红外。近 红外的波长为0. 76um到1. 5um,而目前的红外发射器件和红外接收器件的发光和收光 的峰值波长都在近红外的光波段内，大约为0. 8um到0. 94um,光谱的重合使得它们能 够更好的匹配，也更有利于提高遥控信号传输的可靠性和传输的效率。 红外线是无线局域网的传输方式之一，具有信号稳定，受限制低的优点。红外数 据协会成立后（IRDA）,规范了红外通信，制定了相关的协议，限定了红外通信使用 光波的波长范围，为800nm到900nm。这样就使得不同厂商的红外产品都能够得到最 佳的通讯效果。 要发射的红外光波要先进行调制，经调制的光波要由红外发射电路来发射出去， 其中红外发光二极管是红外发射电路的核心器件，红外光波就是通过红外发光二极管 来发射；在另一端的接受电路会接收红外发射电路发射的红外光波，对应的有红外接 收二极管，接收到信号后将其转换为相应的电信号。 发射部分一般由指令按键、指令编码系统、编码调制电路、驱动电路、限号发射 电路等几部分组成。当按下指令按键时