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1、1 引言近年来随着计算机在社会各领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时也带动传统的控制、检测等工作日益更新。传统的遥控器大多采用无线电遥控技术，随着科技的进步，红外线遥控技术的进一步成熟，红外遥控也逐步成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。为了方便实用，传统的家庭电器逐渐采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等有害环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。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
2、；编解码容易，可进行多路遥控。红外遥控虽然被广泛应用，但各产商的遥控器不能相互兼容。当今市场上的红外线遥控装置一般采用专用的遥控编码及解码集成电路，但编程灵活性较低，且产品多相互绑定，不能复用，故应用范围有限。而本文采用单片机进行遥控系统的应用设计，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、可靠性高等特点，因此采用单片机的红外遥控技术具有广阔的发展前景。2 概述2.1 基于单片机的红外遥控系统概述当今社会科学技术的发展与日俱增，人们生活水平也是日益提高，为了减少人们的工作量，所以对各种家用电器、电子器件的非人工控制的要求越来越高，针对这种情况，设计出一种集成度比较
3、高的控制体系是必然的。现代科技的飞速发展在许多危险、不可近场合也对远程控制提出了越来越高的要求。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机的集成度很高，它体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化、使用方便等突出特点，尤其耗电少，又可使供电电源体积小、质量轻。所以特别适用于“电脑型产品”，它的应用已深入到工
4、业、农业、国防、科研、教育以及日常生活用品（家电、玩具）等各种领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机特别适合把它做到产品的内部，取代部分老式机械、电子零件或元器件。可使产品缩小体积，增强功能，实现不同程度的智能化。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（通常是近红外）的红外线，通过控制二极管的电流可以很方便的改变红外线的强度，以达到调制的目的，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。使用红外线做信号载波的优点很多：成本低、传播范围和
5、方向可以控制、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。因此被广泛地应用在各种技术领域中。由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电设备。最典型的应用就是家电遥控器。红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否则，就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器)。同类产品的红外线遥控器，也可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于大批量生产以及在家用电器上普及
6、红外线遥控提供了极大的方面。本设计主要研究并设计一个基于单片机的红外发射及接收系统，实现对四路开关的隔离控制并对工作状态设备计数。控制系统主要是由 MCS-51 系列单片机、电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LED 显示电路等部分组成，单片机编码发射遥控信号经红外接收处理传送给单片机，单片机根据不同的信息码控制四路 LED 发光二极管各个状态，并完成相应的状态指示（如图 1）。按键编码和调制红外发射红外接收解码并响应红外遥控红外接收图 1 红外线遥控系统框图2.2 本设计方案思路本设计主控芯片采用目前比较通用的MCS-51系列单片机。此类单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大，市场上比
7、较多见，价格便宜且技术比较成熟容易实现。红外传输利用载波对信号进行调制从而减少信号传输过程中的光波干扰,提高数据传输效率。由单片机AT89S51定时器 T0 产生周期性的 26.3 的矩形脉冲,即每隔13us，定时器 T0 产生中断输出一个相反的信号使输出端产生周期的 38KHz 脉冲信号。再由单片机将键盘信息及系统识别码等数据调制在红外载波上经红外发射头发射出去。接收方由红外一体化接收头实现对接收信号的放大解调并还原为数据流，经由单片机解码后对相关IO口进行操作（如图 1）。2.3 主要技术指标 （1）遥控距离4到6 m（2）遥控路数为 4路，即可对 4 个受控设备同时进行开关控制；（3）工
8、作频率为 38KHz，即红外发射和接收的载频为 38KHz；（4）接收端可显示受控状态。3 总体设计红外遥控系统是集中集光、电于一体的系统。其工作原理是用户按键信号经单片机编码处理后转化为脉冲信号，经由红外发射头发送出去；接收端由红外一体化接收头实现对接收信号的放大解调并还原为数据流，经由单片机解码后对相关IO口进行操作，从而完成整个遥控操作。整个系统主要是由电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LED 显示电路等部分组成。系统硬件由以下几部分组成：红外数据发射电路，键盘采用普通按键键盘，按键统一接在单片机P0口。整体设计思路为：根据扫描到不同的按键值对发射脉冲编码赋值后 AT89S51 将按
9、照数据处理要求从 P3.5 输出控制脉冲与 T0 产生的 8KHz 的载波（周期是 26us）进行调制，经 NPN 三极管对信号放大驱动红外发光管将控制信号发送出去。红外数据接收则是采用 HS38B 一体化红外接收头，内部集成红外接收、数据采集、解码的功能，只要在接收端 INT0 检测头信号低电平的到来，就可完成对整个串行的信号进行分析得出当前控制指令的功能。然后根据所得的指令去操作相应的用电器件工作，如图 2所示。红外发射管编码单片机遥控按键红外传输执行部分红外一体化接收头解码单片机图2 系统总体结构框图3.1 红外遥控发射部分红外遥控发射部分系统框图见图 3。发送端采用单片机的定时中断功能
10、，由定时器 T0 产生周期为 26us 的矩形脉冲,即每隔13us定时器 T0 产生中断输出一个相反的信号使单片机输出端产生周期为38KHz的脉冲信号。脉冲图如图 4所示。系统通过直连单片机的按键获取用户遥控信息，经按键扫描确认，然后交由单片机对将要发射数据进行整理，将待发送的二进制信号编码调制在38kHz脉冲基波上，生成脉冲发射信号,最后通过红外发射管发射红外信号。按键部分单片机89S51编码红外发射电源5V驱动图 3 红外遥控发射电路框图图 4 38KHz 载波信号3.2 红外遥控接收部分5V红外接收单片机89S51解码设备数显示受控设备电源9V红外遥控接收电路框图见图 5。红外接收端普遍
11、采用价格便宜,性能可靠的一体化红外接收头(HS38B , 它接收红外信号频率为38KHz ,周期约26s)。它能同时对信号进行放大、检波、整形,得到TTL 电平的编码信号。红外接收头收到信号后单片机立即产生中断，开始接收红外信号。接收到的信号经单片机解码得到用户遥控信息并转至IO口执行,同时单片机还完成对处于工作状态的设备进行计数并显示。光电隔离图 5 红外遥控接收电路框图3.3 红外编码标准本设计中采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码,编码由发送单片机来完成。以间隔0.56ms、脉宽为0.565ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“1”；以间隔1.685ms、脉宽为0.565ms
12、、周期为2.25ms的组合表示二进制的“0”，其波形如图6所示。Bit“0”Bit“1”1.685ms0.56ms1.125ms2.25ms图 6 二进制信号“1”和“0”的编码遥控编码脉冲信号由引导码、识别码、识别反码、控制码、控制反码信号组成。引导码也叫起始码，由宽度为5ms的高电平和宽度为3ms的低电平组成，用来标志遥控编码脉冲信号的开始。如图7所示。3ms 低电平5ms 高电平图 7 信号引导码图识别码也叫系统码，它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防止各遥控系统的误动作。控制码也叫功能码，它代表了相应的控制功能，接收机可根据功能码的数值完成各种功能操作。识别反码与控制反码分
13、别是识别码与控制码的反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差错。脉冲位置表示的“0”和“1”组成的 32 位二进制码前 16 位控制指令，控制不同的红外遥控设备。而不同的红外家用电器又有不同的脉冲调控方式，后 16位分别是 8 位的控制码和 8 位的控制反码。串行数据码时序图如8 所示。图 8 串行数据码时序图3.3.1 二进制信号的调制二进制信号的调制仍由发送单片机来完成,如图9所示,A是二进制信号的编码波形,B 是频率为38KHz (周期为26s) 的连续脉冲,C 是经调制后的间断脉冲串(相当于C = A B) ,用于红外发射二极管发送的波形。图9 中,待发送的二进制数
14、据为101。图中脉冲个数仅为示意非真实情况。图9 二进制信号的调制 二进制信号的解调由一体化红外接收头HS38B来完成,它把接收到的红外信号(图10 中波形D ,也是图9 中波形C) 经内部处理并解调复原,在输出脚输出图10 中波形E (正好是对图9 中波形A 的取反) ,HS38B 的解调可理解为:在输入有脉冲串时,输出端输出低电平,否则输出高电平。可直接与单片机串行输入口及外中断相联，以实现随时接收遥控信号并产生中断，然后由单片机对编码还原。图10 红外接收头接收及输出波形3.3.2二进制信号的解调二进制信号的解码由接收单片机来完成,它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码,还原出发送端
15、发送的数据。如图10 ,把波形E 解码还原成原始二进制数据信息101。 4 软件设计4.1 总体方案基于单片机的红外遥控电路系统设计中编码解码部分全部由单片机实现。即本设计为软件编解码。因此软件设计也是设计的一大重点。编码标准章节 3.3 红外编码标准已详细介绍。这里将具体讲述编解码的软件实现过程。MCS-51单片机通常使用汇编语言和C语言来进行软件开发。汇编语言是一种简单易掌握、效率较高的开发语言。其程序结构简单，执行速度快，实时性好，程序易优化，编译后占用存储空间校少，是简单的单片机应用系统开发中最常用的程序设计语言。本设计采用汇编语言进行编程，编译器采用Keil Vision V4.00a，该编译器是51系列单片机程序设计的常用工具，既可用汇编，也支持C语言编译。同时具有完善的调试功能。4.2 编码发射程序设计红外发射程序任务要采集用户的按键信息，生成控制码及控制反码连同预设的系统识别码
