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1、硕士学位论文指导教师一睦廑重拉照一一所在学院鱼氲王疆亟邕：!摘要随着3 C 技术的飞速发展，家电领域产生了巨大的变化，各种新技术引入了家电领域，使新代的家电朝着网络化，智能化的方向发展。本课题阐述了当前智能化家电的主要技术和发展趋势，并以具体开发某公司的智能取暖器为例，全面介绍了当前中端智能家电的控制技术。本课题对常用线性稳压直流电源进行改进，利用阻容降压原理设计直流电源，对所设计的两个电路进行仿真对比，分析出了阻容降压的根本原理，并提出了利用该原理设计电源电路的一般方法。压缩了产品的成本，提高了企业的竞争力。本课题阐述了红外通讯技术的原理，对红外通讯的一种情况红外遥控技术进行了重点研究，提出
2、了利用红外发射集成电路和接收模块进行红外遥控的方法。重点研究了遥控中的解码过程。本课题还针对P I C l 6 C 5 4 这款资源有限的单片机，研究了键盘扩展，I 0 复用技术等等，解决了单片机资源有限的问题；同时，针对这块没有中断的单片机，提出了只用查询的手段完成了实时性要求较高的控制要求。并结合取暖器的控制程序实例，全面阐述了这项方法，拓展了汇编的编程方法。本课题研究的一系列技术都成功地应用到了具体的生产实践中去，完成了利用较低的成本实现中端智能水平的目标。提出的一系列方法为企业产品将来的升级与扩展提供了有益的基础。关键字：智能化家电阻容降压遥控技术I 0 扩展A b s t r a c
3、 tA l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f3 Ct e c h n o l o g y , t h er e g i o no fh o u s e h o l da p p l i a n c e st a k e sp l a c ee n o r m o u s l yT h ei n t r o d u c t i o no fn e wt e c h n o l o g i e so fe l e c t r i ca p p l i a n c ef i e l d ，m a k e st h en e wg e
4、 n e r a t i o no fh o m ea p p l i a n c e sd e v e l o p i n gt o w a r d sn e t w o r k i n g , a n di n t e l l i g e n td i r e c t i o n T h es u b j e c te x p o u n d sm a j o rt e c h n o l o g ya n dd e v e l o p m e n tt r e n d so fp r e s e n ti n t e l l i g e n ta p p l i a n c e s a
5、n ds p e c i f i ct Ot h ed e v e l o p m e n to fac o m p a n yo fi n t e l l i g e n th e a t i n gd e v i c ea sa ne x a m p l e ，f u l l yf o c u s e so nt h ec u r r e n tm i d l e v e lr a n g eo fi n t e l l i g e n tc o n t r o lt e c h n o l o g y T h es u b j e c tl i n e a rr e g u l a t
6、o r st oc o m m o nD Cp o w e rs u p p l yi m p r o v e m e n t ，d e s i g nD Cp o w e ru s i n gt h ep r i n c i p l eo fr e s i s t i v ea n dc a p a c i t i v er e l i e f , s i m u l a t et W Od e s i g n e dc i r c u i t ，a n a l y s i sa n dc o n c l u d e st h ef u n d a m e n t a lp r i n c
7、i p l eo fr e s i s t i v ea n dc a p a c i t i v er e l i e f , a n dp r o p o s e st h eg e n e r a lm e t h o d so fd e s i g n i n gD Cp o w e rw i t ht h i sp r i n c i p l e I tr e d u c e st h ep r o d u c tC O S ta n dI m p r o v et h ec o m p e t i t i v e n e s so f b u s i n e s s e s T h
8、 es u b j e c te x p o u n d e st h ep r i n c i p l eo fi n f r a r e dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y I tf o c u so ni n f r a r e dr e m o t ec o n t r o lt e c h n o l o g ya n dp r o p o s e st h em e t h o do fr e m o t ec o n t r o lb yu s i n gI Re m i s s i o nI Ca n dr e c e i
9、 v e rM o d u l ea n dm a i n l yr e s e a r c h st h ed e c o d i n gP r o c e s s V i e w i n gP I C16 C 5 4M C Uw i t hl i m i t e dr e s o u r c e s ，t h es u b j e c ta l s or e s e a r c h e st h ek e y b o a r de x p a n s i o na n dI Oc o m p o s i t eu s i n gt e c h n o l o g y , w h i c h
10、r e s o l v e st h ei s s u eo fl i m i t e dr e s o u r c e s M e a n w h i l e ，i nr e s p o n s et ot h i sq u e s t i o nt h a tt h i sS C Md o n o th a v eai n t e r r u p t i o n ，t h ep a p e rp r o p o s e sam e t h o d ，w h i c ho n l yu s ei n q u i r i e st oc o m p l e t e dt h er e q u
11、i r e m e n t so fr e a l t i m ec o n t r 0 1 C o m b i n i n gw i t ht h ee x a m p l eo fh e a t i n gd e v i c e Sc o n t r o lp r o c e d u r e s ，i te l a b o r a t e so nt h i sa p p r o a c h ，d e v e l o p m e n t i n gt h ew a yo fd e s i g n i n ga s s e m b l e r T h es e r i e so ft e c
12、 h n i cr e s e a r c h e do nt h i sp a p e ra r ea l ls u c c e s s f u l l ya p p l a y e dt op r o d u c t i o np r a c t i c e ，a c h i e v e st h ea i mo fc a r r y i n go u tm i d - l e v e lr a n g eo fi n t e l l i g e n tw i t hl o wC O s t T h es e d e so fm e t h o d sp u tf o r w a r do
13、 nt h i sp a p t e rp r o v i d e sag o o d1 1 1f o u n d a t i o nf o rt h ef u t u r eu p g r a d eo f p r o d u c t s K e y w o r d s ：I n t e l l i g e n t ，H o m ea p p l i a n c e s R e s i s t i v ea n dc a p a c i t i v ep r e s s u r er e l i e f ，R e m o t eC o n t r o lT e c h n o l o g y
14、 ，1 1 0c o m p o s i t eu s i n gt e c h n o l o g yV浙江大学形! I 学位论文1 绪论1 1 智能家电综述I I 1 智能家电的概念智能家电，是指将计算机技术、数字化技术以及信息技术应用于传统家电，使家电具备智能化和信息网络功能。由于采用先进的控制技术，家用电器从一种机械式的用具变成一种具有智能的设备，智能家用电器体现了家用电器最新技术面貌。和传统的家电相比，智能家电主要有以下功能：一网络化功能：智能化家电可以通过家庭局域网连接到一起，还可以通过家庭网关接口同制造齑的服务站点相连。二智能化：智能家电可以根据周围环境的不同自动做出响应，不需要
15、人为干预例如，智能空调可以根据f 二同的季节、气候及用户所在地域，自动调整其工作状态以达到最佳效果。三节能化：智能信息家电可根据周围环境自动调整工作时I 日J 状态，从而实现节能。四易用性：山于复杂的控制操作流程已由内嵌在家电肇的控制器解决，因此用户只需了解非常简单的操作。困际k 对智能家电的研究起源于2 0 世纪7 0 年代，主要集中在发达国家。近几年，在国内智能型家电也越来越受关注根据环境随意调节风量的空调、精确控温的冰箱、感知衣量的沈衣机等等这些智能型家电，如今越来越受消费者欢迎。1 1 2 目前智能家电主要智能技术家电的智能化开发需要由硬件和软件西方而配合。硬件上，多采用荦片机作为微控
16、制器。山于单片机有体积小、功能强、可靠性高的明硅特点，故而可以构成一个体积很小的控制器并嵌入到家用电器内部：软件上，需要自I 智能理论指导进行软件编制这螳理论就是智能皋甜；理论。现阶段，可以嵌入到家电之中的主要智能技术方法I 厂 纳如下：l浙江人学硕f 学位论文启发式搜索：启发式搜索是人工智能求解中开发出来的对目标求解的最优化方法。它宅要依靠和任务无关的信息来简化搜索进程，但它可以从任务中得到的启发信息来确定搜索方向，从而大大减少了优化时间。这种方法在洗衣机的程序选择过程中是十分有用的。模糊逻辑理论：模糊逻辑控制在家电指标控制中是一种极有效的智能化方法。这种控制方法所用的技术指标或任务是模糊的
17、，这是因为人在日常生活中的感觉，包括触觉、嗅觉、视觉都是以模糊量描述的。以模糊控制方法控制家用电器更适合人类的智慧思维及处理过程。人工神经网络：人工神经网络控制最突 H 的功能是经验的学习。家用电器在运行中其参数会随着时闽的迁移而变化，在神经网络不断运行中进行性能学习，预测出家电变化的趋向，以及在参数变化后的最优控制方法，从而保持家电始终处于一种优秀的工作状念。这种智能方法用F 有运行损耗的动力系统【 最有效，例如沈衣机、沈碗机等。遗传鲐= 法：遗传算法足一种模拟自然选择及遗传的随机搜索算法，它的原则是适肯乍存，不适者淘汰。这种优化方法在家电中较适用丁进行状态参数最优白l 合。在洗衣机中，-
18、，灯洗涤过程的n 适应优化；对电冰箱叶I 的制冷过程自适应优化；空调机对外部环境包括摩外季节、室内人员情况的自适应优化控制。1 1 3 未来智能家电的发展趋势多项智能：多项智能是指家用电器尽可能在其特有的工作功能中模拟多种人的智能思维或智能活动的功能，例如多功能模糊电饭煲就有多种模拟人类智能的功能。多项智能是未来钾能家电发展的一个方向。交互式智能控制未来的智能家电可以通过家庭局域网连接到一起，还可以通过家庭网大接r 丁同制造商的服务站点相连。这样，用户可以通过网络方便的进行远程控制，可以通过各种主动式传感器( 如温度、声音、动作等) 实现智能信息家电的主动性动作响应。用户还可以广I 已定义不同
19、场景钾能信息家电的响应。例如你可以在电话哩告诉窄凋：“晚上5 点设定N 2 5 度，1 2 点以后进入休眠状态。”丌放性、兼容性：由于：用户家庭的智能家电可能来自不同的厂商。智能家电2浙江大学颀I 学位论交平台必须具有开发性和兼容性，| 亓J 样地家电行业内也应有一种统一的标准，使各个厂家推出的家电产品能够相互兼容。节能、环保：智能信息家电町根据蒯嘲环境自动调整工作时间状念。从而实现节能。例如。智能空调可以根据不同的季节、气候及用户所在地域。自动调整其工作状态以达到最佳效果，在满足人们需要的前提下尽量实现节能。由于现在能源越来越紧张，节能成为许多家电品牌的主要卖点。此外，未来家电的环保功能也越
20、来越受蕈视。在使用上。不应该给家庭带来更多的诸如噪声、辐射等有害健康的不利排放。人们购买家电的目的是想生活得更舒适一些绝对不能危害到身心健康。因而节能和环保也成为了智能家电发展的一个趋势。1 2 背景知识介绍1 2 1 嵌入式微控制器t z I微控制器，也就是单片机( M C U ) ，在8 0 年代进入中国。由于微控制器容易学、容易用，倍受青眯。这种把中央处理器、存储器、外设器件及1 o 做在同一块芯片J ：的器件总是作为应甩系统I 1 的控制部件使用。现在，做在微控制器芯片上的外设部件越来越多，功能不断增强。针对具体的应用，利用微控制器可以设计出十分复杂的系统，这种系统称作嵌入式系统。在杭
21、州召开的9 9 全国单片微机学术交流会暨多国单片微机产品展览会上，许多专家呼吁要提高对嵌入式系统的认识日前，在伞世界，嵌入式系统带来的I T 业年产值己超过l 万亿美兀。预计在美国，单是使J j 嵌入式电脑的全数字电视产品每年将产牛1 5 0 0 亿荚元的新市场。美国末束学家尼葛洛庞帝曾顶占，四、五年后，嵌入式智能：I ：具将足继P c乖l 因特嘲后最伟人的发明。就目前目内微控制器的应用状况，全国微机单片机学会理事长陈章龙教授说，从整体来讲，在中国，微控制器的应用水平还不商，主要足用8 位微控制器，用譬也不大，绝大多数足用rl c 卡设备等仪器仪表和拧制领域中。嵌入式系统的核心部件足各种类型的
22、嵌入式处理器，据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种已经过于，流行的结构订3 0 多种，其中以我们熟悉浙江人学硕t 。学位论文的P I C 系列结构的产品为最多。据中国单片机公共实验室高级工程师吕京建介绍，嵌入式处理器分为两大类，一类是以通用计算机中的C P U 为基础的嵌入式微控制器，另一类是微控制器。与微处理器相比，微控制器具有单片化、体积小、功耗低、可靠性商、芯片上的个设资源丰富等特点，同静已成为嵌入式系统的主流器件。嵌入式微处理器的软件足实现嵌入式系统功能的关键，为了提高执行速度和系统的町靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或微控制器中。嵌入式系统是面向应用的，因此它可以应用
23、在现代化工业的各个领域，如：航天、航空、军事、家用消费商品、仪器仪表、各种控制系统及3 C 系统。尤其在国内主要应用于家电消费类产品、通信和计算机外设等。1 2 2P I C l 6 C 5 X 系列单片机I zP I C l 6 C 5 X 是美幽M i c r o c h i p 推f f j 的世界上第一种8 脚的超小型单片机系列，体秘篮小却集成了很多功能特点，节省了很多别的单片机应用中必须外接的元器件，所以它是日I m 最便自：的8 位O T P 单片机。加卜它小巧，所以它可以嵌入几乎任何种电f 产品f | 1 ，特别足对。f - N 些使携式电子产品，如各种I C 卡、电护身份牌、微
24、型采爵机、j 像机，充电器、计时器、智能传感器、软件狗、灯光调节器、电_ 丌关、儿章玩具等等，都已得到广泛应用。P I C l 6 C 5 X 系列币片机是8 位单片机，C M O S 工艺制造。它的主要功能特点：采用精简指令集( R I S C ) ，仅3 3 条指令。指令字长1 2 位，全部指令都是单字节指令。除涉及P C 值改变的指令外( 如跳转指令等) ，其余指令都足单周期指令。工作频率位D C 一2 0 M H z 。系统为哈佛结构。数据总线和指令总线各自独市分开，数据总线宽度为8 位，指令总线宽度为1 2 位。2 级子稗序堆栈。工作电源商用级：2 5 V - 6 2 5 V令工业级
25、：2 5 V - 6 2 5 V夺军工级：2 5 V - 6 0 V浙江人学颂 。学位论文低功耗模式( S L E E P ) ，耗电小于1 0 u A 。内带一个8 位定时器H - 数器( R T C C )1 2 2 0 根双向可独立编程I O 口。每根I O1 3 都呵由程序来编程决定其输入输出方向。低功耗 2 m A 5 V ，4 M H z 1 5 u A 3 V ，3 2 K H z 3 u A低功耗模式 3 V ，0 。C - - 7 0 。C与5 l 单片机相比，P I C 单片机由如下优点：总线结构：M C S 5 1 的总线结构是冯诺依曼型，计算机在同一个存储空问取指令和数
26、据，两者不能同时进行；而P I C 的总线结构是哈佛结构，指令和数据空间是完全分丌的，一个用于指令，一个用于数据，由于可以对程序和数据同时进行访问，所以提高了数据吞吐率。流水线结构：M C S 一5 1 的取指和执行采用单指令流水线结构，即取一条指令，执行完后再取下一条指令；而P I C 的取指和执行采用双指令流水线结构，当一条指令被执行时，允许下一条指令同时被取出，这样就实现了单周期指令。寄存器组：P I C 的所有寄存器，包括I O 口，定时器和程序计数器等都采用R A M 结构形式，而且都只需要一个指令周期就町以完成访问和操作；而M C S 一5 l 需要两个或两个以上的周期才能改变寄存
27、器的内容。引脚：其引脚具有防瞬念能力，通过限流电阻可以接至2 2 0 V 交流电源，町直接与继电器摔制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。总的束说，精简指令使其执行效率大为提高。P I C 系列8 位C M O S 瞥片机具有独特的R I S C 结构，数掘总线和指令总线分离的哈佛总线( H a r v a r d ) 结构，使指令具有尊- 长的特性，且允许指令码的位数町多于8 位的数据位数，这与传统的采用C I S C 结构的8 位单片机相比，可以达到2 ：1 的代码门i 缩，速度提高4倍。而且，L i f _ 丁IP I C 绝人多数指令都是簟周期指令，不像5 1 那样自J
28、很多多周期指令，所以存i 外界干扰时，P I C 体现出了超强的稳定性，而5 l 经常出现程序跑飞的情况。浙江人学硕I 。学位论文1 3 课题研究的主要内容本文立足于笔者在宁波某智能家电公司开发的智能取暖器控制电路板项目，依此为基点阐述嵌入式微控制器在智能家电中的控制电路与软件实现技术。首先介绍一下该控制电路的功能要求：1 电源( P 0 w E R ) 、取暖管功率切换( H E A T ) 、摇头( S W ) 、定时关机( T I M E R ) 4 个按键。2 上电后，系统处于关机状态，此时，取暖管关断、控制摇头的电机也不工作，定时关机功能也不运行。此时除了P O W E R 键其他键
29、都不起作用。当按下P O W E R 键，取暖器打开，取暖管工作在低功率状态。摇头和定时功能都不启动。当再次按下P O W E R 键时，系统再次关机。如此循环。3 H E A T 键进行低一高功率切换，每次按下，功率都进行切换。4 S W 键控制摇头功能的启用与关闭。5 定时关机功能：初时状念天闭。以后每次按T I M E R 键，关机时问都增加半小时。A 到7 5 小时后，再次按卜T I M E R 键时，定时关机功能关闭。6 每次有效按键部宵蜂呜器呜叫。天机长鸣。7 电源、低功、高功、摇头、0 5 H 、l H 、2 H 、4 H 一共8 路L E D 显示，指示相应的状态。8 红外遥控
30、功能，用遥控器实现P O w E R 、H E A T 、S W 、T I M E R 四个按键的功能。由于是为企业开发产品，所以仪仪实现功能是远远不够的，还要满足低成本、高质量的要求。综合考虑多款单片机系列，笔者决定采用M i c r o c h i p 的P I C l 6 C 5 4单片机，它属于P I C l 6 C 5 X 系列，主要资源配置如下：1 2 个W O N ，R A O R A 3 和R B 0 一R B 7 ，输入输出方向可调。E P R O M 容量0 5 K ，也就是i 兑一共可以写F 5 1 2 条指令。3 2 字5 R A M ，除了7 个专用寄存器，该款单J
31、机，一共有2 5 字节R A M I 供编程使用。一个定时计数器R T C C没有中断。6浙江人学硕l ：学位论文1 4 论文的主要工作本文以慈溪市三野智能家电，f f 限公司为宝尔马公司研发智能取暖器摔制电路板和控制程序的项目为基点，分析了当前智能家电领域的常用控制电路及其实现技术。从提高产品质量、降低产品成本的根本要求出发，同时综合考虑产品的功能需求，最终决定以M i c r o c h i p 公司生产的P | C 1 6 C 5 4 单片机做为系统的控制核心，进而进行整个控制系统设计。作为取暖器的主控电路板，整个控制电路具有- 1 ：作电流小、电流变化范围不大的特点。因此，在选择本控制
32、电路的电源设计方案时，本文分析了稳定负载直流电源阻容降压直流电源的设计方法与工作性能，在保证电源质量的前提下降低了产品成本。作为系统的控制核心P I c l 6 c 5 4 ，该款单片机有着性能稳定、抗干扰卓越的优点，但是它也存在着资源有限、可扩展性能低的缺点，因此限制着它的应用范围。本文围绕该款单片机，巧妙地设计出I 0 复用电路解决了在不扩展外部I O 芯片地前提下管脚资源不足的问题，拓展了它的应用领域。由于该款单片机没有中断，只有一个定时计数器，然而要实现复杂的遥控、定时、按键等诸多功能。本文设计了合理的程序结构与巧妙的算法，在硬件资源有限的条件下极大地扩展了系统的诸多功能，充分利用了单
33、片机及其周幽电路的每一个资源，极大地提高了系统资源利用率。最后，本文还分析了红外遥控技术的原理与实现方法，给出了实现红外遥控的硬件电路与软件解码方案，实现了系统的遥控功能，并对次款取暖器进行展望，提出了一些可行的方案，提高产品的智能化水平和町扩展性能，为产品在激烈的竞争中取得优势提供良好的技术支持。7浙江大学坝 ，芋位论文2 系统电源设计2 1 常用直流电源1 3 1t 。U0八八。( b ) 整流与稳压过科图2 1 稳眨电源的组成框图及整流与稳压过程2 I 1 电源变压器0电源变压器的作用是将来自电网的2 2 0 V 交流电压u 1 变换为整流电路所需要的交流电压u 2 。电源变J 丘器的效
34、率为：只7 2 盲其中：B 是变压器副边的功率，鼻是变爪器原边的功率。般小型变压器的效二笨如农2 1 所示：袁2 1 小犁变际器的效率副边功率B ! ! 二型2其中：T = 2 0 m s 是5 0 H z 交流I 乜压的刷期。2 1 4 稳压电路由】：输入电压U l 发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压u I 会随着变化。因此，为了维持输 H 电压u I 稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界W 素( 电网电压、负载、环境温度) 发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳胍电源
35、具有性能稳定、结构简单等优点。集成稳压器的类裂很多，在小功事稳压电源中，普遍使用的是三端稳爪器。按输出电址类犁町分为吲定式和呵调式，此外又町分为J F 电压输出或负I 枉l t i 输出两种类型。2 2 阻容降压电路的原理IS l利用变压器降，虽然町以得到稳定的电压与较高的效率，可是由丁变压器1 0浙江人学硕f 学位论文的制作需要绕制线圈，这就会占用很大的空问，在实际布线与安装时就会造困难；另一方面，对于企业开发来说，使用变压器降眶，在成本上是一种浪费。于是笔者设计了阻容降J E 电路。如F ：C或者幽2 3 阻容降压电路_，I ! i 2 4 阻容降压电路如图所示，J 1 和J 2 接2 2
36、 0 伏民用电源。电路的最的端有一个电阻R l 和电容C 1并联，他们即阻容降压的核心元件。所谓阻容降压，实为电容降压，即图中的电容C l ，由于电容的阻抗很大，负载又比较小( 小功率负钱) ，所以2 2 0 伏电压的大部分都落在了电容上二，空载时它的输出电压( D 2 蹰端) 只有三十几伏了。电阻R 1 为泄放电阻，其作用为：当j I ：弦波任最大峰值时刻被切断时，电容c 1 上的残存电荷无法释放，会长久存在，在维修时如果人体接触到C l 的金属部分，有强烈的触电叮能，而电阻R 1 的存在，能将钱存的电筒泄放掉，从而保证人、机安全。泄放电阻的阻值与电容的人小有关，一般电容的容量越大，残存的电
37、荷就越多，泄放电戳就阻值就要选小蝗。经验数据如卜- 表，供设计时参考：C 1 取值( u F )0 4 7O 6 8l1 52R 1 取值1 M7 5 0 Kj I O K3 6 0 K2 0 0 3 0 0 K浙江人擘帧f 。学位论史表2 2 泄放f U 阻的取值电容C I 的计算：C l 的取值是取决于它通过的电流( 即负载大小) 而非电压，采用半波整流时，每微法电容可得到电流( 平均值) 为：( 国际标准单位)1 ( A V l = 0 4 5 V I Z , = 0 4 5 + 2 2 0 + 2 z 归= 3 0 0 0 0 C = 3 0 0 0 0 + 0 0 0 0 0 0 1
38、 = 0 0 3 A = 3 0 m A下表为在2 2 0 V ，5 0 H z 的交流电路中，理论电流与实际测量电流的比较电容( u F )O 0 4 7O 1O 2 20 4 712 24 7电流理论值3 26 91 5 23 2 46 91 5 23 2 4( m A )实测值3 t 37 01 53 2 57 01 5 23 2 5表2 3 理论哇三流与实际测鬣电流的比较所以，根据负载电路最大负载电流的人小，就町以选择限流电容C l 的大小。图2 4 中C I = I 5 u F ，即负载电流最大4 5 m A 。t h 下外界电J 的4 O V8 0 “随j 一|，j：#斗芦口V f
39、 C 3 ：1：寸一一? 一一i 一一一? - 一l 一一一r j 一一一一一。一一：一一一：；： j ：一一j 一一：；：；。：，一f：i。一? 。1 ：“：。一斗：- - - i 一一* ；一- t ；i 一；：一一l： ：!ii 0 0 m s2 0 0 1 b s3 0 0 m 8T 1 瑚e嘲2 7 小负载条件卜的输j 特性1 7浙江大学硕I 学位论文可以看出，输出电压很快稳定在5 I V ，且实际工作电流为5 1 3 m A 。输出特性比较好。3 负载电流比较大，接近饱和我们取负载电阻B 2 1 0 。Q ，理沦负载电流k 论2 等等2 而5 1 = 5 l ，州q O VS E
40、L ，；0 V8 0 瑚A ：r 、r：一-一P旷DV f C 3 ：l斗一；：!一】_ _ _ ：1 _ _ ：T 1 孙e阁2 8I 。作电流接近饱年 状态时的输出特性可以看到，此时的电压特性曲线丌始产，纹波，但还是保持在5 1 伏，且实际工作电流为5 1 m A ，电路【一作在这种负载条件下输出基本稳定，但电源产生了微小的波动。4 负载电流饱和状态根据前面的分析，该电路的带负载能力为每微法电容3 0 m A ，所以，该电源的理论负载饱和状态时的工作电流为2 5 u F X3 0 m A u F = 7 5 m A ，足=5 1 V 7 5 m A = 6 7 Q 。根捌罔2 9 可以看出
41、，该电路的实际输出电压约为4 8 5 V ，实际：1 ：作电流约为7 3 m A 。而且，该电路的输出电压和工作电流都钉较大的波动，不过还是在稳定的范【萌内。浙江大学硕十学位论文S E L O Ve O r n A0 Ai j ： ：i 一n0 ，r j ? 一鼍、i 、一鼍。U 、文? 、| 、r 、广气、厂、。一u 、，。，、i 、jI ：，。一j矿口V ( C 3 ：1l ：；：一：一。r f - 一- 7- d - t一一口0 、。f斗一：Fll0 81 U U m sZ U U m 5j 0 0 m 8号0 0 m s5 0 0 m s- I f P 3 jT i r f l e图2
42、 9 饱和状态时的输出特性5 过载负载电阻尼 ，0 V：i + j i ；一t 一l A1 ! A 障。j P ，、nI ，、；氏玲论硷、邸取玲黔：。n V VVVV VVYV，、 J V 丫j ：譬ll h斗一j口V f ( 3 ：1，E_ 。j 0 sT 1 l n e图2 1 0 过载时的输出特性1 9浙江人学硕卜芋位论支时电压与电流的波动都比较大。根据一系列仿真数据，得出该电路的负载电流一输出电压曲线关系：图2 1 1 方棠I 的输出电J I 、一负载l 乜流曲线图根捌仿真结果a r 以看出，在负载电流比较小到接近满负载这段区间内，该电源输出比较甲稳的5 1 V 电压；当负载到达满载时
43、，实际供给电压降到了4 8 5 V ，以后随着负载的不断增大，输出电眶卜断减小。町见，该电路只能用作小功率电源，负载电流有一个极限。2 3 3 采用三端稳压器的稳压电源( 方案2 )仿真电路图如图所示，为了增强叮比性，本方案采用和上一个方案一样的电路参数。并分析相同的负载点。C 1F R E Q = 5 0V A M P L = 3 1 1V O F F = 0幽2 ，1 2 仿真电路图02 0浙江人学硕1 学位论文1 空载此时R I = o O ，理论负载电流为0 。输出电压特性曲线如图2 1 3 所示可以看到，窄载时，电压很快稳定在5 V ，而且非常稳定，实际的工作电流为0 m A 。0
44、且1 0 VS VS L 0 V1 D r n 且：扛：；：- 一L 。一_ _。朔。： = = =口V ( C 3 ：1 )rI 一 - -j = = =ET 1 珀e图2 1 3 空载时的输f i ；特性一一一搿：口V f C 3 ：1l ；引一叫 。i ；：。J，l2 负载电流比较小圈2 1 4 小负载条仆F 的输驸酣筑S性。特浙江人学钡卜学位论文我们取负载电阻蜀2 l K Q ，理论负载电流，珲论。与芋5 妄= 5 蒯。根据图2 1 4 可以看出，此时的实际工作电压为5 V ，工作电流为5 m A ，与理论值吻合，且输出曲线非常平稳。3 负载电流比较大，接近饱和我们取负载电阻墨= l
45、。Q ，理论负载电流，m 论2 与笋2 面5 = 5 蒯a- ll立一-：#一? i 。-、气一- i ，厂j c P ：；厂F_ 一。：口VC C3 ：1f = = = | = = =1 。+ 。 U s5 0 m m1 0 u l n 51 S 0 “俘Z O U l t o2一I f R L )T 1 m 图2 1 5 负载接近饱承l 时的输出特性根据实际：1 二作曲线可以看出，本电路在接近饱和负载的时候输出电压和工作电流还是很平稳，而采t j 稳J K 管的方案此时有纹波。且工作电压为5 V ，工作电流5 0 m A ，与理论指吻合。4 负载电流饱和此时理论电流为2 5 u F 3 0
46、 m A d u F = 7 5 m A ，R ，= 5 V 7 5 m A = 6 7 。根据图2 1 6 的特性曲线可以看到，该电路在理论饱和处的实际输出电压为4 7 5v ，工作电流为7 0 6 m A ，而且电压和电流曲线郡产，了纹波，不过基本稳定。电路还是r 叮以工作。浙江人学硕 I 学位论文1 0 i ZS VS L 0 V1 0 0 z n 且O H ； ； ；ll ； ，o 。o 。j 0 。- j I 0 一；j ；一o ，o - _ 一0 一一；i 。一。一一；j o 。一0 - + 牛。一 ；0 一 - - 一一。一j n ，、y 、一、，、，U ，、r 一、，、，L 工
47、，f ；窿尊鬻誊鬻溺戮 = = lHj ；ii ；i li ；i ；f ；ii ；口V f C 3 ：1 n r n f，气：、一 、1 1 、3氏n 事：、A 扛、；：、；一二，=一： 一。- 一：、#f ，lU s1 U U 坤sz u U 瑚s3 0 0 m sq 0 0 m s!一I ( R L T 1 m e图2 1 6 饱和时的输出特性5 过载负载电阻尼0 V1 0 0n 1 ：I 一一：一一j ：一j 一1 几 。nJ 五 江扛：羚：菇夯j 藤i蝴A ：7 小：A 卧：风论A 队n Zb，、，V Y _ 一l：fVl，一f十一。一一j ；DVC C 3 ：l一IL? I j r，
48、j 。一廿一一一二。r。+ 。：+ r +：。：，i一一-一岬0 sT 1 n l e圈2 1 7 过载时的输i f ；特性浙江大学颂卜位论文根据一系列仿真数据，得出该电路的负载电流一输出电压曲线关系：图2 1 8 方案2 的输出电压一负载【乜流曲线根据仿真结果i 叮以看出，在负载电流比较小到接近满负载这段目J 内，该电源输n ；非常平稳的5V 电握；当负载到达满载时，实际供给电压降到了4 7 5 V ，以后随着负载的小断增大，输出f 包压不断减小。呵见，该电路只能用作小功率电源，负载电流有一个极限。2 。4 对比与选择对比两种方案，可以得出以下结论：1 方案2 比方案1 稳压特性更好，在很大
49、的l x | 问内都能维持稳定的5 V ，而后者在电流较大时略有波动。2 方案2 在负载接近饱和时仍然有平稳的电压输出，而方案一的输出电脏有波动。3 ，无论是方案2 还足方案l ，电路所能稳压供给的最大电流取决于降压电容的大小，近似父系为每微法电容可提供3 0 m A 电流。当超过最人负载咆流时，负载电流几乎不变( 略微增大，在7 5 m A 附近) ，但输出电压很快下降。因此，我们选择方案2 做为系统的电源电路。这罩我们使用集成稳压单元L M 7 8 0 5 作为电源的稳压环节。该电路专门用于+ 5 V 的稳压，具有电流大，过温保护，过流保护等J 力能。常温( 2 5 掇氏度) 状态下，额定
50、输入电压7 5 V 一2 0 V ，输出电压5 v O 2 V ，输出电流5 m A 一1 0 A ，最大额2 4浙江人学硕十学位论文定功率1 5 W 。L M 7 8 L 0 5 1 2 7 1 的输出端即为后继单片机控制电路的电源了。为了提高稳压的可靠性和单片机的输入电压稳定，钉必要进i r 电路滤波和去耦合，一方面能去除高频信号和电感的干扰，另一方面此时电容对：吝片有很好的蓄能作用。由于L M 7 8 L 0 5 输出和单片机的输入电压是5 V ，前面整流后的滤波已经有部分作用，因而这里对高频信号1 0 M H Z 以t z 起作用。所以取滤波电容C - 1 0 矿1 0 0 u F ，
51、而耦合电容C = 1 0 4 p F 。R 2 是降压电阻，与L M 7 8 0 5 串联，降低L M 7 8 0 5 的输入电压，从而降低它的功率。同时，它相当于电路中的保险丝，2 W 是它的最大功率，由P = I * I * R 可知，该电阻允许通过的最大电流为1 4 1 m A 。它的作用就是防止电网中出现浪涌，从而保护L M 7 8 0 5 。防止被烧坏。C 2 是滤波电容，滤波使大地的各种频率干扰要在此时得到净化，电容取值上，一般几百微安上都能得到满足( 5 0 1 0 0 H Z 频率电路) ，当然电容的反向耐压值必须是在输入电压的1 5 倍石：右上确定的，也就是( 2 2 5 2
52、 7 ) V ，结合两者综合考虑，选择C 2 = 3 5 V 4 7 0 u F 。2 5 本章总结阻容降压，实际L 足将负载电路直接串联在2 2 0 V 输入电路中，根据串联分压的原理来提供系统的电源。所以整个阻容降压电路的参数由后继负载决定。在使用时，因注意以下儿点：1 根据负载的电流人小和交流电的1 ：作频率选取适当的电容，而不是依据负载的电压和功率。2 限流电容必须采用尤极性电容，绝对不能采用电解电容。而且电容的耐f & 须在4 0 0 V 以卜。最理想的电容为铁壳油浸电容1 5 1 。3 电容降J 压不适合人范围内动态负载条件。4 尽量采用半波整流，不要采用伞桥整流，因为全桥整流处于
53、浮空状念，没有接地，不安伞。浙江人学帧f 。学位论文5 由于负载和2 2 0 V 电源是直接串联，没有相应的电器隔离，所以在电路调试和维修时要特别注意，小心不要触电。采用阻容降压电路设计电源的步骤：1 估算所有负载电路的总的工作电流。2 根据负载电流选择合适的电容，使负载电流的变化范围尽量处于输出电压一负载电流的稳压区。3 当电路设计完毕后，实际调试电路，最终确定降压电容的取值。浙江人学顾J 。学位论文3 红外遥控输入技术3 1 红外无线通讯技术红外通讯是利用红外辐射束传送声音和编码信号的枝术。红外通讯亦称红外光通讯，它分为二类，一类是以光缆为介质的有线光通讯，常称作红外有线通讯或红外光纤通汛
54、。另一类是以大气为个质的无线光通讯，办称红外大气光通讯或红外无线通讯。红外线是波长在7 5 0 n t o 至1 n l r n 之问的电磁波，它的频二筝高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通讯一般采用红外波段内的近红外线，波长在O 7 5 u m 至2 5 u m 之问。红外数据协会( I R D A ) 成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通讯效果，红外通讯协议将红外数掘通讯所采用的光波波长的范围限定在8 5 0 h m至9 0 0 n m 之内。目前无线电波和微波已被广泛地应用在长距离的无线通讯之中，但由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应
55、用在需要短距离无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输。遥控器发展初期多为超声波传输，但由于它易受干扰、不易编码，所以现在多为红外线传输方式。红外线传输方式具有：调制方便、不易产生窜扰、反应速度快、功耗小、造价低等优点。此外，传输指令采用低功耗、大输出的脉位调制来传送信息，具有消耗功率不随数据内容变化的特点。3 1 1 红外调制的原理t s关于调制波的一般概念设已知一高频信号，其瞬值由F 式确定订( ，) = qs i n ( a ) t + t p ) = qs i n 矿( 3 一】)式中，幅度口L 、角频率和相频率妒可以是常量或缓慢变化的量：是时间为t 时信号的牛1 I 角。浙江人学颀f
56、 学位论文如果珥、角频率和相频率妒是常数，则式( 3 一1 ) 表示一个简单的未调制波( 简谐振荡) ，通称为载波，这个波形的角频率= 够称为载频。如果q 或矿随信号发生变化，则信号q 则成了调制波。使载波的某一参量( 如它的幅度，频率，相位等) 随消息信号按一定规律变化的过程，叫做调制。按照调制参量的不同，调制分为两种主要形式：调幅A M和调角。调角又分为两类：调频( F M ) 和调相( P M ) 。这两类调制之间有着紧密的联系，它们的差别只是在同一调制函数作用下，相角毋随时问变化的性质不同。式( 3 1 ) 所表示的调频J E 弦信号，只要有一个参数( 啡、缈或妒) 按调制信号规律发生
57、了变化，那么该信号就不再是荦- 一频率的形弦信号，而变成了一个由若干个不同频率的I F 弦型信号( 以下我们把余弦信号和I F 弦信号统称为正弦型信号)组合而成的信号。由此可见，调制波具有一个频谱，频谱的结构与调制信号的性质以及调制的类型钉天。存实际中常常会产牛混合调制，例如渊幅一调须和调幅一调槲。但此时往往是其中有一种型式的调制是有益调制( J ：作调制) ，嘶另些则是附加在丰要调制之上的寄，上调制这些寄生凋制或者足由于买现调制的方法奉身所造成的，或者是由于调制波通过电路时，其频谱发生变形而产生的。调制波的形式及其主要特征1 9 I1 1 3 l 1 1 6 1按照调制波的类型不同，调制方式
58、大致呵以分为连续调制和脉冲调制两大类一、连续波调制用连续波( 例如正弦信号) 作载波的调制称为连续调制，它包括调幅、调频和调相三种方式，其中调频和调相又称为调角。( 一) 调幅使载波信号的振幅随消息而变化，就叫做凋幅。凋幅是最简单的调制方式，在调幅波中，载波并不能传送有用信号，只有边频才能传送钉用信号，总功率中只有三分之一被用来传送有用信号，能量利用效率较低。在大信噪比条件下，调频系统的输出噪声功率等于输入噪声平均功率。这时输出信噪比为输I 叶J 功率信噪比比输入功率信噪声比高一倍，所以调幅系统其有浙江人学硕I 学位论丈3 d B 的信噪声比增益( 指电压信噪比) I j i l 为虽然输入噪
59、声平均功率相等，但输出有用信号平均功率只。比输入有用信号平均功率只，高一倍，因此功率信噪比增益为2 倍。然而，在小信噪比条件下，当输入信噪比在某临界值以下时，有用信号就会消失在噪声中，系统检测性能急剧变坏，以至检测有用信号成为不可能。调幅的主要缺点限制了这种信号传输方式的应用范围。( 二) 调角载波信号的相角即式( 3 一1 ) 中的中 按照调制信号的规律而变化，这种调制称为调角调角波的一般表示式为乞( ，) = qc o s 2 玎z ，+ 妒( f ) = 吒c o s 妒( ，) ( 3 - - 2 )相角妒( ，) 随时间t 而变化有两种现同的情况。一种称为调相，一种称为调频。调角时，
60、频率和相位的变化都会使相角发行生变化频率与相位的变化是密切联系的，调频与调相虽然调制方式不同，但实质上是有共同之处的。因而以下我们简单介绍以下调频波。调频波的基本特征是载波信号幅度保持不变，信号频率随调制信号的大小而变化，即所需传送的信息反映在高频载波的频率变化上。从理论上讲，调频的边频有无限多个，岗而事带宽也应无限宽。但实际上调频波的能量的绝大部分是集中在载频附近的一些边频中，当调频指数M 车女小时，谱线强度较大者都集中在载频附近：当M 值较大时，随着调频指数的增大，调频波边频分量中幅度较大者的数目增加，即有效频谱宽度也相应增人( 调制指数 l ，是表征调制程度的量，M ：譬，v 为最人频率
61、偏移，它是调频波中瞬时频率的最值相对载频的偏移，量，即鲈= L 一正F 是调制信r c 3 - I| ，一+ ) 。我们把M 5 的调频叫宽带凋频，而把M l 的调频叫做窄带调频。窄带调频的带宽与调幅带宽十1 J I I 司调频波的带宽近似地等丁艇信最大频偏值。当M = 】8 时，最佳带宽廿= 2 F 时，系统有最大的输出信噪比，此时的最大有效功信噪比是0 6 7 6 ，有效电压信噪比将是o 6 7 6 = o 8 2 2 ，也就是说，调制以后最佳的能蹙效率町以达到o 6 7 6 。这与调幅波的能量利用效率为三分之一相比要大得多。浙江大学硕t 学f 论史在输入噪声功率谱密度相同及载波幅值棚F
62、日的情况下，调频系统的输出信噪比是调幅系统输出信噪比的3 M 2 倍，且前者的传输带度是后者的( M + 1 ) 倍。可见调频系统的抗干扰性能优于调幅系统。但是，调频系统的抗千扰能力是有条件的。在M 较大的情况下，当输入电压信噪比屹，K ，低于某一门限值时，输出电压信噪比K 。吃将急剧下降( 圪、吃分别为输入和输出电压，K ，和分别为输入和输出噪声电压) ，如图3 1 所示，这就是前面所提到的调频系统的门限效应它表明，只有当输入信噪比圪在门限值以上分能币常检测信号，这是调频系统的一个缺点由图3 1 可以看出，不同的M 值，门限点也是不同的M 越大，门限越高，调倾系统对弱信号的检测能力越差因此，
63、当要求输出端信噪比值颁是系统输入噪声电平又相低时，采用宽带调频是恰当的。相反，肖输入噪声电平较高时，采用宽带凋频并不能获得增益，此时希采J j 窄带调频( M = 1 ) ，虽然获得的信哚比增益并不犬，仉仍比调幅系统的杌一l 二扰性能好。占、毛V Vl d B J图3 1 不同M 值的调频系统和调幅系统的抗十扰特性二二、脉冲调制用脉冲串作载波的调制称为脉冲调制。就是说，用低频凋制信号( 即信息)去调制脉冲串，使它的某些参量随低频调制信号的变化而变化。脉冲调制主要有脉冲调幅( P A M ) 、脉冲凋宽( P w M ) 、脉冲调位( 脉冲调相或脉冲时问调制，P P M )等形式，如图3 2 所
64、示。3 0浙江人学硕f 。学位论文a ，；一 一口口口口口口口b ，c IUIi一口口口口口i 口l 口( d ，口l 口i 口i 口口口口( e )图3 2 各种脉冲调制形式( a ) 调制信号；( b ) 脉冲串载波；( c ) 脉冲调幅；( d ) 脉冲调宽；( e ) 脉冲调位( 一) 脉冲调幅周期性重复脉冲的幅度，按调制信号规律而变化的过程叫调幅。这样所得到的调制脉冲串称为脉冲调幅波。脉冲调幅波的解调方法：只需将脉冲调幅波通过一个通带为( 0 ，F ) 的低通滤波器，便可将原信息还原。为了消除解调信号的非线性失真，选择脉冲重复频率必须大于调制频率的两倍。即= 2 F 脉冲调幅波的解调
65、对信号和噪声的作用足相同的，所以这种检测系统的信噪比增益为O d B ，而传输带度为F 。由于在输入信号平均功二钰相同的条件下，脉冲调幅系统的输入信噪比是连续波调幅系统的两倍，而连续波调幅系统的信噪比增益为2 倍，故这两种调幅系统的输出信噪比增益相同。( 二) 脉冲调宽( P W M )脉冲调宽足指脉冲串载波的幅度和频率均无变化，而只有脉冲宽度按调制信号规律变化。其表达式为枇螂g ( f ) = 耳 - + 等g ( f ) H 心( f ) 式中，M ：会至为调制指数；耳为脉冲宽度的最大增母；耳为未调载波脉冲宽度；g ( ，) 为调制信号，见圈3 3 。浙江人学硕 。学化论文。I八、V7ho
66、 弼口D 口口。也w M 翔口监弱oooo 虬图3 3 脉宽调制波脉冲渊宽频谱图。，脉冲调幅频谱图人致相H ，只是组合频率史加复杂而已。频谱中仍然包含有A 流分鼍、调制频率分壁、载波及其高次谐波。因此解调时，可使脉宽渊制波通过低通滤波器，阿接分离出低频调制信号。( 三) 脉冲凋位脉冲调值的波形如图3 4 所示。以A 为基准脉冲，脉冲B 与人相隔时I N T o ，假设我们按照某一规律改变T 的大小，则脉冲B 对A 来讲是位I 被调制了的脉冲。T 随调制信号变化，其关系为T = T oE I + M ，g ( ，) 3 3式中r o 一脉冲B 未被调制时B g , I A 的时间问隔：M 位置调
67、制指数，M = A T T o ：A T 一脉冲位置的最大变化量：g ( t 1 低频调制信号。一般A 称为参考脉冲，B 称为可移动脉冲。脉冲调位波的频谱中，仍有随流分量和调制频率分量，并有无穷多个未调载波与以各谐波频中心的无穷多个组合频率，且各组合频率足不相等的。在末调制脉； q q i tn 日和调制信号相I 司的怙况F ，则调化脉冲频谱的调制频率分鼍幅值比调幅浙江大学硕 。学位论文式调宽的调制频率分量幅值小得多，而且存在频率失真。这样，脉冲调位的解调就不能用低通滤波器从调位脉冲序列中直接分离的方法，而是要把凋位脉冲转变为调宽或调幅脉冲，再用低通滤波器分离j 调制信号。O图3 4 脉位调制
68、波在脉冲调宽和脉冲调位的情况下，可以采用限幅器来消除噪声干扰，而脉冲调幅时的噪声不能用限幅器来消除，因此脉冲调幅时的抗干扰性能比前者要差些。综合以上分析可以有出，对于连续调制，无论是在大信噪比还是小信噪比输入的情况下，调频系统的输出信噪比都高于调幅系统。在大信噪比输入的情况下，采用宽带调制时信噪比增益更高调频系统的能量利用效率也高于调幅系统。这说明调频系统的抗干扰性( 即检测弱信号的能力) 优于调幅系统，因此，我们采用调频系统进行调制3 1 2 红外无线遥控技术遥控技术是指实现对被控目标的遥远控制按拉制指令传输过程来分，红外遥拉属于无线遥控。按照遥控系统产生和区别小| 一】控制指令的特征来分类
69、，即按指令编码方式来分类，常见的有频率编码和脉冲编码频率编码是指以不同频率的电信号代表不同的控制指令当按F 不同的指令健时，指令编码电路就产生不同频率的指令信号此时指令编码电路就是一个受指令健拉制的多频率振荡电路。接收器中的指令译码电路，就是与发射器各级振荡电路的频率相对应的译码电路，实际上就足选频电路频率编码系统彬图如图3 5 所示。浙江人学硕l j 学位论文厂 广 厂 广 广_ 1I 指令键 _ 叫指令振荡电路 _ 叫调制电路卜叫驱动电路H 发射电路I【一I 。一I 。一I _ JI。J( a ) 发射器l 接收电路H 放大电路H 解调电路H 选频电路H 驱动电路H 执行电路I1 J 【J
70、 【，J 【。，一【，_ Ji 。一( b ) 接收器f f q 3 5 频率编码系统框图频率编码遥控系统，电路结构简单，易于组装，是一种应用较广的遥控系统。但由于对应每一个指令信号，在接收电路中就要有一个选频电路相对应，当系统的遥控通道教较多时，电路将变得非常复杂和庞大，且相邻通道问容易产生串扰。因此，当通道数目较多时，一般采用脉冲编码。脉冲编码足指以不同的脉冲数日、脉冲宽度、脉冲位等或以不同的脉冲组合来代表不同的控制指令的编码方式。此时指令编码电路就是脉冲编码电路接收器中指令译码电路是与脉冲编码电路相对应的脉冲译码电路。脉冲编码遥控系统如图3 6 所示。脉冲编码与译码电路容易实现集成化，此
71、，采用集成电路的脉冲编码遥控系统得到了广泛地应崩。除了通用器件构成的脉冲编码j 译码器之外，已有许多专门为遥控系统设计的专用脉冲编码与译码器町供选用，从而使脉冲编码遥拉系统的电路构成简单、体积小、功耗低、可靠性商、调试简便等诸多优点。区卫屯亟亟H 困匦丑叵( a ) 发射器i ，一【。JI 。J1 。_ j 【一i 一( b ) 接收器l 冬| 3 6 脉冲编码遥控系统红外无线通讯的链路形式红外通讯方式可分为视线( L O S ) 和非视线( N L O S ) 方式两大类。每一类又因发射和接收器材特性不旧，基本分分i 种情况，如图3 7 所示浙江大学硕十学位论文照呸P盐、品酱苦- ，j，t，
72、彤o ，黟：二：- ：jj 。i，一：囊：菪飘、：j ，：i i i i ：。甚二。；。一一二毯蔓羔瑟：j 兹蔓薹耋蠢一，：誊；幺蔓：；生：j 0 ，一，i i i ：= 。夕i ，、矿：f 漫散型)多71v 、。，J 盆盐黛品商酱吝图3 7 多种传输方式示意图大多数红外无线通讯线路是按照D L O S 或H L O S 来设计的这些设计可使光程路径损失很低，从而使发封功率降至最小，并允许使用一只简单的发光二极管( L E D ) 来发射信号，平均发射功率约为几十i V 。光线集中在1 5 0 一3 0 0 的半角内，发封波长x = 8 5 0 9 5 0 n m ，正好与红外接收器P I N
73、 硅二极管的峰位响应匹配。在H L O S 线路设计中，二极管常常密封在一个扁平国柱形或半圆柱形塑料透镜内，以便聚光，增大视场角。相对地说，D - - I ，0 s 和H L O s 线路没有多路传抢的失真现象，有时可使传拾速率岛达l ( ) O M b s ，而设计却很简单这二种线路的设计方式非常适合于点一点、矧一。点到多点的应用场合，但不适合多址( 多点) 通讯网络，因为要在二个以上的收发器之删建立双向的连通性足很困难的。在所有红外通讯设计中，N D - N L O S 足使用最方便的，不必对准，也不需要L O S通道P 6 1 但N I 。O S 比L 0 s 线路的损失要大，故要求发封
74、器的发射功率要高，接收器的光收集 f i i g , 要人，典啦的N O L O S 发射器采用几只发射波长为8 5 0 - - 9 0 0 n m 的发光二极管( L E I ) ) ，分别指向不同方向发射。一般、平均发射功率约为1 0 0 5 0 0 m w ，高于典型的J R D A 发射器。接收器同样采用几只指向不同方向的硅P i N 探测器，密封在半球形或平面圆柱形透镜埋，以便聚光和增大视场角。3 2 红外通讯模块设计I1 1 2 本系统的遥控发射器采_ f 】脉冲位筲编码，选用S C 6 1 2 2 红外遥控争用集成芯片发射红外码，然后由一体化接收头H L S 3 t q 接收并由
75、单片机程序解码。浙江人学硕卜学位论史3 2 1 遥控发射器及其编码m发射模块采用士兰微电子公司的S C 6 1 2 2 芯片。S C 6 1 2 2 是一块用于红外遥控系统中的专用发射集成电路，采用C M O S 3 2 艺制造。可以外接6 4 个按键。S C 6 1 2 2 的封装形式为s O P 一2 4 。内部框图如图所示：K I ；0 0K I ，o i ；0 2K P 0 3 I ? 0 4K l ：O f fK I j 0 6K I ；0 7图3 8S C 6 1 2 2 内部柏= 图当用户按键时，由R E M 端发出脉冲位置编码信号，编码由五部分组重：1 引导码；2 客户码高8
76、位；3 客户码低8 位；4 数据码高8 位；5 数据码低8 位。编码方式如图3 9 N 示：图3 9S C 6 1 2 2 的编码方式引导码由一个9 m s 的载波波形和4 5 m s 的关断时J 构成，它作为随后发射码的引导。这样，当接受系统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榆测及其它各项控制之问的时序灭系。编码采用脉冲位置调制方式( P P M ) 。R E M0234S67KKKKKKKK浙江人学顾l 乍位论文利用I 哥I h J f u J 隔来区分“0 ”和“1 ”。每次8 位码被传送的同时，它们的反码也被传送，以大大减少系统的误码率。S C 6 1 2 2 的输出
77、波形如卜图所示：f O S C = 4 f f , 5 , K H zU1 一。H J 3 B i n s H 一I厂1 Ip5 。7 65 m s l 厂u卫二：0 I ，皿幽 口：口旺哑匝匝瑚圳二叫【I 叫吲I衄绷s”卜几 W 。UL二一2 5 ，! 9 m s o5 6 m 5 撑姨蔗 E C = I O S C ：1 2 = 3 8 K H z圈3 1 0S C 6 1 2 2 的输“j 波形客户码分高8 位和低8 位，其产，由C C S 耳4 K I 0 之| 日J 的二极管和上拉电阻决定浙江人学硕I 。学位论文其中，二极管决定高8 位，即接上二极管的位其相应的高位为“1 ”，没有接
78、二极管的位其高位为“0 ”。如图3 1 l 所示客户码的高8 位为1 0 0 0 1 0 1 0 低8 位客户码由二极管和卜拉电队共同决定。接上二极管的位为“1 ”，反之为“0 ”，有上拉电阻的位该位不进行反码操作，没有上拉电队的位要进行反码操作。下图中，第O 位和第四位有上拉电阻，所以原码“1 ”不变其余的位要进行一次反码操作。这样低8 位的客户码为1l11 11 0 1 ，数掘码由按键决定，S C 6 1 2 2 共有6 4 个健，对应有6 4 组数掘码，每按一个健对应一组数据码，其值呵由查表得知。图3 1 1 客J 1 码产盟：原珲圈利用此芯片的客户码与电阻、电容的棚天性，在电路设计中，
79、每块电路板巾每一组键都抒! 留有电阻，电容的位置，在生产时，只需改变电阻或电容，便可改变客户码，这样，每一块电路板便自I 不同的识别码根据识别码的不同，便呵实现电器间的识别控制二Zg霉葛霉邑；毒言；言耄图3 1 2S C 6 1 2 2 按键输入矩阵图浙江= 学硕i 。学位论文如图3 1 2 ，S C 6 1 2 2 在键扫描输入端K 1 0 一K 1 7 和键扫描定时信号输入输入端K I o o K I 0 7 构成的8 8 矩阵上一共可设置6 4 个按键。每个键输入端与电源负端V s s 之间均接有下拉电阻。当有超过一个以上的按键同时按下时，码的发射输出将停止。当两个按键按下的时间间隔小于
80、3 6 m s 时的优先发射顺序依以下原则：哪个键先按下，先发射哪个键的码，或哪个键按得时问长就发哪个键的码。当一个键按下时，先读取用户码和键数据码，3 6 m s 后，遥控输出端( R E M )启动输出，按键时问只有超过3 6 m s ，j 能输出一帧码。超过1 0 8 m s 后，才能输出第二二帧码。应用S C 6 1 2 2 发射红外码示意图如图3 1 3 所示：3 2 2 接收器及解码I 冬1 3 1 3S C 6 1 2 2 电路原理I 冬l接收模块的作用是将接收到的红外线遥控信号，经过放大、解调和整形后输出功能指令信号，送至微处理器进行识别和处理。接收器的基本组成如图3 1 4
81、所示，它是由一个红外线光敏二极管D 、前置放大器、限幅放大器、峰值检波、整形电路以及自动偏压控制电路组成。浙江人学硕卜学位论文图3 1 4 红外线遥控接收器原理图当红外线接收管D 接收到红外线光照射时，所产生的3 8 k H Z 的电信号经过I c 的1 脚送入放大器形成信号电瓜。信号经限幅放大后进入峰值检波器，把已经凋制的高频信号重新还原为指令信号，再经过整形放大后由I C 的7 脚送入微处理器进行处理。解伊5 就是识别工进制码0 和“l ”，以及遥控信号的起始位。由- 社片机对脉冲问隔计数，由技术值的人小区) ；l J 脉冲问隔的时| H J ，从而识别出_ 二进制码“0 ”、“1 ”和遥
82、控信号起始位。如莳所述，红外遥控的3 2 位- 进制串i j 码是脉宽调制的，脉冲宽度固定( O 5 6 m s ) ，而脉冲f H J 隔f i 同。因此，只要设法测 H 脉冲间隔时问，即可判断是二迸制的“0 ”还是“l ”。考虑到适当的容差，可把脉冲间隔为0 2 5 6 - 0 7 6 8 m s 的判为“0 ”，脉冲f l J 隔为l _ 2 8 1 7 9 2 m s 的判为“1 ”。浙江人学顼I 学位论文4 系统控制电路设计m4 1 键盘接口设计4 1 1 独立式按键常用的键盘接口采用独立式按键，独立式按键就是各个按键相互独立，每个按键分别与单片微机或外扩I 0 芯片的一根输入线相连
83、。每跟输入线上的按键，它的工作状态不会影响其他的输入线的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态，可以很容易地判断哪个按键被按下了。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。但每个按键需占用一根输入口线，在按键数量较多时，输入口浪费打，电路结构显得很繁杂，故此种键盘适合按键较少或操作速度较高地场合。+ 5 V+ 5 V( a )( b )图4 1 独讧式按键接口电路( a ) 中断方式( b ) 夯啕方式图4 1 a 为中断方式的独立式按键工= 作电路，图b 为矗询方式的独立式按键工作电路，按键直接与单片机的I 0 门线卡封连，通过读I 0u ，判定各I O 口线的电甲状态，即可识别出按下的按键。
84、4 1 2 矩阵式按键当按键数量较多时，町以采用矩阵式键盘接口设计，它由行线和列线组成，4 l浙江人学硕 学位论文按键位于行、列的交叉点上。如图4 _ 2 所示，一个4 4 行、列结构可以构成一个有1 6 个按键的键盘。同理，一个m n 的行、列结构可以构成一个含有i n l l个按键的键盘。很明显，在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立式按键键盘相比，要节省很多的I O 口。图4 2 匀阵式键衙4 1 3 新型扩展按键I s按键设置在行、列交叉点上，平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。如果列线电平为低，则行线电平为低；如果列线电平为
85、高，则行线电平亦为岛。根据这一点便可以判断按键足否被按下。自，砦特殊情况卜，在组成一个最小的单片机系统的过程中，由于通 J 的I O口有限，而又需要人量的按键输入，这就要求一种新的键盘结构，即用尽量少的I O1 3 实现尽町能多的键盘输入。经过分析，实际上用N + 1 个I Ou ，辅以适当的接u 电路，是町以实现N X N 个按键的。现以6 个端L 】实现5 5 的按键为例束叙述。图4 3 所示为用6 个I O H 束实现2 5 个按键的示意图。具体的物理实现电路如图3 所示。由图2 和图3 町见，硬件部分分为两块：一块是普通键盘矩阵，另外一块是中断和接u 电路，主要I 丰1 相应数目的二极
86、管和电阻组成。具体对6 个I O 口的情况，实现5 x 5 的按键知! 阵的中断和接阴电路( 图3 ) 共需要1 0 只二极管、1 2 只电阻和1 只三极管。1 0 只二极管按其在电路中所起的作用町分为两组：第一组包括D 6 、D 7 、D 8 、D 9 和D 1 0 ，用于保证按键信息的单一流向；第二组包括D 1 、D 2 、D 3 、D 4 和D 5 ，它们在电路I 二对N P N 三极管的基极构成”或”的逻辑关系，浙江大学硕L 学位论史中断和爱= 毫譬囹田囝臣E 囝回团匿曰曰回回囤匣囡回囡田田静固固圆圆日矩阵谴盘图4 36 个I O 口实现5 5 键盘示意图m n 6 r r ：M 二M
87、 I O R T 5罔4 46 个I Ou 来实现2 5 个坟键的示意图对嗨片机进行初始化。除了P O R T 6 ( 其要求具有中断功能) 以外，其余的I O 口均被置成高电平，这样当有键按F 时，三极管的基极由低变高，三极管导通：集电极由岛电平跳变成低电平，向尊片机发出中断信号，从而启动键盘f j 描程序。浙江人学碗f 学位论文按键的识别主要靠软件束实现，需要编写键盘扫描程序。为了更好地说明键盘扫P 1P 2P 3P 4P 5P 6说明O HIIIIIP O R T l 被置成高电平输出，其他端口作为输入HLLLLH读入各端口的值，为1 0 0 0 0 1 ，与编码表进行比较，判断有没有键
88、按下，继续下一步Io IIIIIP O R T 2 被黄成高电平输出，其他端口作为输入LHHLLLP O R T 2 和P O R T 3 与S 1 2 相连，此时均为高电平，读入各端口的值为0 1 1 0 0 0 ，与编码表比较，可以判断有键按下并且键值唯表4 1 键盘扫描过程p - - P O R TO 一输出l 一输入H 一高电平L 一低电平描的过程，假设编号为S 1 2 的键( 见图4 3 ) 被按F ，扫描程序已经启动，扫描的j 体过稃如表4 1 所列。新掣键盘的硬件世计极大地减少了I 01 的使用培，为系统节省了宝贵的资源，M 时义能满足多键控制的要求，铂：智能家电领域具有极大的适
89、用性。4 2 可控硅开关电路4 2 1 可控硅控制原理畔l1 2可控硅是P I X I P 2 N 2 四层三端绐构元件，共有二个P N 结，可以把它看作由一个P N P 管和一个N P N 管所组成，其等效图解如图4 5 所示：图4 5 呵控髓等效吲解嘲当阳极A 加卜J 下向电压时，B G l 和B G 2 管均处丁- 放人状态。此时，如果从控制极G 输入一个正向触发信弓，B G 2 便有肇流i b 2 流过，经B G 2 放大，其集电极浙江大学硕j + 学位论文电流i c 2 ：1 32 i b 2 。因为B G 2 的集电极直接与B G I 的肇极相连，所以i b l = i c 2 。
90、此时，电流i c 2 再经B G l 放大，于是B G l 的集电极电流i c l = 1 3l i b l ：6l1 32 i b 2 。这个电流又流P I NB ( ；2 的肇极，表成正反馈，使i b 2 不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管，r 的 乜流剧增，可控硅使饱和导通。由于B G l 和B G 2 所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G 的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有丌关特性，这种特性需要一定的条件A 。能转化，此条件见表4 2表4 2
91、 可控硅导通和关断条件状态条件说明从关断到导通l 、阳极电位商于是阴极电位两者缺一不可2 、控制极有足够的正向电压和电流维持导通l 、阳极电位高于阴极电位两者缺一不可2 、阳极电流人于维持电流从导通到关断l 、阳极电位低于阴极电位任一条件都呵2 、阳极电流小于维持电流4 2 2 双向可控硅控制原理由于单向可控硅j ：能用于直流电路，要控制交流负载，必须将两只可控硅反极性并联，让锥只S C R 拧制一个半波，为此需两套独市的触发电路，使用不够方便。双向可控硅足在普通可控硅的基础卜发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而儿仪需一个触发电路，是日前比较理想的交流J F 关器件。其英文名称T
92、 R I A C 即三端双向交流开关之意。它的符号、结构如图4 6 所示：浙江人学硕l 。学位论文端u 2栅极G栅极G端u 2图4 6 烈向可控碓的符号与结构I 冬j双向n ，控砬的导通和关断条件见表4 3表4 3 双向；叮控娃导通和天断条件状态条件说明从关断到导通栅极f r 触发脉冲信号尤维持导通1 、。【：作电流人j I 维持f U 流两者缺一不可2 、 n 流过零时栅极有触发信号从导通到关断l 、栅极电位为0两者缺一不可2 、 ：作电流小丁维持电流所以，应用双向可控硅摔制交流工作电路时，只需要用单片机的I O 口接双向可控硅的栅极控制端。当栅极置高电平时，交流电路就会导通，当栅极置低电平
93、时，电路在交流电压吲零时便会天断。4 2 3 双向可控硅的应用方法1 2 01 ) 耐压级别的选择双向可控i t ；) t ：关的耐1 t , V D R M - - - - 电源电压的2 倍或3 倍。所以，对于2 2 0线路来说，选用V D R M 一6 0 0 V 。浙江大学硕1 - 学位论文2 ) 额定电流的确定额定电流负载电流( 1 3 1 5 )3 ) 选择C R 吸收电路在用双向可控硅J f 关控制感性负载时，一般要如图4 7 所示连接C R 吸收电路，以抑制施) J H 至U 器件上的d v d t 值。对于A C 2 2 0 伏的线路，C = 0 0 1 - - 0 4 7 u
94、 F ，R = 4 7 1 0 0 Q 。4 2 4 双向可控硅控A CR A 3削4 1 0 】羟群不意矧本课题的电路开关采用双向可控硅B T N 0 1 ，如图4 1 0 所示，系统由I O 控制u 端【1 输出一个商电平或低l 乜平控制双向f 1 丁控硅B T N 0 1 的丌启与闭合。工作时输入端接2 2 0 V 时有：( 正相阻断峰值电压) = 4 0 0 6 0 0V ，1 ，额定通态平均电流) = 1 A ，。( 控制触发电流) = 5 1 0m A ，高电甲触发时的I = 5 V I K = 5 m A 。A CJ 是控制取暖嚣摇头控制电机以及高，低功率管选择的：f 作电路的一
95、部分。于本一r 一一一4y一L枉o，书浙江人学硕f 学位论史是实现了用I O 口控制2 2 0 V 交流电路通断的功能。4 3 蜂鸣器电路4 3 1 蜂鸣器原理蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。主要分为压电式蜂呜器和电磁式蜂鸣器两种类型。电磁式蜂呜器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在l 乜磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。一般所指的蜂鸣器足以瓜电陶瓷为上要元件的。压电陶
96、瓷足一类彳i 将压力与电流相 转换能力的特殊陶瓷。这种能力缘j ：其特殊的品体结构。当爪电陶瓷在一定方向J ：受到一个压力使其品体绵构发生彤变时，它就会在内部产牛一个电流，并n l 乜流的变化与压力的变化密切相灭。反之办然。所以利用这一特性，在压电陶瓷上通过一定频率的电流，就会引起厂K 电陶瓷微小形变，这一形变带动空气发牛振动，如果频率适当，就可以被人耳所听见，也就是产生了蜂鸣卢。按驱动方式来分，蜂呜器又可以分为自激蜂呜器和他激励蜂呜嚣。自激蜂呜器是直流电压驱动的，不需要利用交流信号进行驱动，只需对驱动口输 5 驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂呜器发出声音。但是相对他激励蜂呜器来说，价
97、格成本较高。所以，一般采用他激励蜂呜器，他激励蜂呜器以一定频率的脉冲波形驱动。单片机驱动他激蜂鸣器的方式有两种：一种是P W M 输出u 直接驱动，另一种是利用I O 定时翻转电平产q 三驱动波形对蜂呜器进行驱动。P W M 输出口直接驱动是利用P W M 输出1 1 本身可以输出一定的方波来直接驱动蜂鸣器。在单片机的软件设置中自I 几个系统寄存器是用来设置P W M 口的输出的，可以设置占空比、周期等等，通过设置这止匕寄存器产生符合蜂呜器要求的频率的波形之后，只要打丌P W M 输出，P W M 输出口就能输出该频率的方波，这个时候利用这个波形就町以驱动蜂鸣器了。比如频率为2 0 0 0 H
98、 z 的蜂呜器的驱4 8浙江人学硕I 学位论文动，可以知道周期为5 0 0 9 s ，这样只需要把P W M 的周期设胃为5 0 0 9 s ，占空比电平设置为2 5 0 9 s ，就能产生一个频率为2 0 0 0 H z 的方波，通过这个方波再利用三极管就可以去驱动这个蜂鸣器了。而利用I O 定时翻转电平来产生驱动波形的方式会比较麻烦一点，必须利用定时器来做定时，通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求的频率的波形，这个波形就可以用束驱动蜂鸣器了。比如为2 5 0 0 H z 的蜂呜器的驱动，可以知道周期为4 0 0 1 t s ，这样只需要驱动蜂鸣器的I O 口每2 0 0 9 s 翻转一次电平
99、就可以产生一个频率为2 5 0 0 H z ，占空比为i 2 d u t y 的方波，再通过二三极管放大就可以驱动这个蜂鸣器了。4 3 2 蜂鸣器驱动电路本课题的蜂鸣器在每次有效按键时都会呜叫，并且在关机时会进行长鸣。以提示用户，表示用户的按键操作有效。这里选择的是无源压电式蜂鸣器，山单片机R B I 输出方波驱动。由于单片机I O 口驱动能力较小，不能商接驱动压电式蜂鸣器，因此选用一N P N 型晶体管组成晶体管驱动电路。这罩选用的蜂鸣器的工作电流约为1 2 m A 。驱动电路如图4 9 所示。R B l5 V1 0 0 u F l O V图4 9 蜂呜器驱动电路I 冬I4 1 0 红外接收
100、电路4 4 红外接收电路红外接收电路采用一体化接收头H L 5 3 8 ，如图4 I O 所示，管脚2 和3 分别接地和电源，管脚1 是接收头的输出端。当没有信号接收时，输入端R B 2 高电平，当有信弓接收到时，便会有低电平产生，单片肖便可以根据R B 2 接收到的4 9浙江人学硕f 学位论文波形进行解码，具体解码过程见第5 章。4 5 系统电路设计1 - ”I1 3由于P I C l 6 C 5 4 只有1 2 个输入输出口，而系统需要的输入输出功能有4 个开关、8 个L E D 、2 个继电器、1 个可控硅、1 个蜂鸣器、1 个红外检测头。所以，在不进行系统I O 扩展的前提下，必须应用
101、I O 复用技术，才能满足要求。系统配置电路如图4 1 1 所示，电阻R B 4 - - R B 7 兼L E D 显示一键盘功能。平时为输出状念，作为L E D 的阴极，高电平关L E D ，低电平配合R A 0 、R A I 的高电平点亮相应的L E D ，8 个L E D 采用动态显示的方法；作为键盘使用时，R B 7R B 4 置高电平配合开关进行按键榆测，由于R B 3 经过电阻1 0 0 K 接地，所以当没有键按下时，R B 3 应该检测剑低电平；当有任何键一个按下时，R B 3 便会被拉成高电乎。所以只需检测R B 3 足否为高电、乎，则可判断有无键按下，到时候再做进一步枪测便可
102、以检测到j i 体按键。豳4 1 I 系统硬作配置圈浙江人学硕i 。学位论文5 系统程序设计5 1 主程序流程主程序要实现的功能有：按键检测、红外遥控、L E D 显示、定时功能等。主程序的结构流程如下：主循图5 1 主拌序流程图圭程序初始化工作要有设置输入输出 j ，把分频器制定给R T C C 使用，设置分浙江人学硕 ：学位论文频比率，以及一些重要寄存器的初始化工作。各模块功能如下：W A l T 模块 要完成以下功能：A 利用R T C C 把调整程序运行时问，使得两次调用W A l T 的时间差为1 2 8微秒，1 2 8 微秒也是本系统的基本计时单位。B 红外遥控功能，包括确定有无收
103、到遥控信号，读码并转换成相应的键值等功能。C 蜂鸣器鸣叫功能，区分蜂鸣器是否工作，以及是上电呜叫，还是普通按键呜叫。D 系统的定时功能，0 5 7 5 小时以半小时为簟位累加定时。按键检测模块主要实现按键的检测，读出不同的键值，并把键值送到键值寄存器K E Y V A L 寄存器。J U D G E 模块任务是当系统接收到有效遥控信弓时，把读到的红外码转换成K E Y V A L 相应键值。键值转换模块实现根槲不川按键( 也就是K E Y V A L 值) 来设胃系统工作状态丰，J i 志位，包括摇头状态，商低功率状态，丌关机状态，等等。L E D 显示功能足根掘L E D B I T 高4
104、位和低4 位的值，依次轮流点亮霖I 熄火对应的4 只L E D 。根据常识可知，频率为5 0 H Z 的交流电照明的视觉效果是 常稳定，人眼感觉不到闪烁。也就足说主循环必须在1 0 m s 以内完成，这样对应的4 只L E D 的镀示周期也就小于2 0 m s ，即频率大于5 0 t t Z 。控制功能执行模块：主要根据系统状态标志位完成继电器、可控硅、开关机等功能。为了使程序结构清晰，所以辛程序循环把L E D 显示和控制功能模块分开执行，当系统收到按键信号或者遥控信号时，相应的控制信号会被转换成K E Y V A L值，然后键值转换模块根掘K E Y V A L 的值设置L E D B I
105、 T 和相应的状态标志位，接F 束L E D 显示模块根据L E D B l 3 执行显示功能，而控制执行功能根据状态标志位执行其他的控制。可以看出，主循环一共调用了3 次W A I T 模块，也就足一次主循环周期为30 1 2 8 m s = 0 3 8 4 m s 。远远小于1 0 m s 。浙江人学颂i 二学位论文5 2 键盘检测模块按键榆测流程图主要过程图5 2 ：在整个主干n 序循环过程中，按键检测是做为一个f 程序模块束调用的，由于P I C l 6 C 5 4 没有中断，所以按键检测必须用查询的方式。系统每3 O 1 2 8 m s =O 3 8 4 m s 扫描一次键盘，采样速
106、度是足够高的。下面介绍一下该模块用到的一些关键寄存器和标志位：I N F B I T ，3：去抖动过程标志位，l 表示正在去抖动过程中，0 表示不在去抖动过程中。K D T E M P：去抖动计时寄存器，初始值1 6 ，所以去抖动延时时间为1 6 0 3 8 4 m s = 6 1 4 4 m s 。K E Y T E M P：键松开标志位，1 表示键末松开，0 表示已经松开。初始值OK E Y V A L：键值寄存器，存放不同键值。F U N C T I O N ，4：蜂鸣器呜叫状态标志位，1 表示正在呜叫，0 表示不在呜叫。由于去抖动延时一共有6 m s ，所以如果去抖动若采用软件延时的方
107、法，主程序进程运行到这罩的话必然会造成6 m s 的停滞，这就会造成L E D 在这有比平时多6 m s 的熄火时l U J 。所以从宏观上看上去，当有按键按下去的时候L E D 会闪烁一下，这种情况应当避免。所以我使用了标志位I N F B I T ，3 ，并用查询的方式来进行延时。首先进行初始化a ：把R A l ，R A 0 置成低电平，否则若它们足高电平时，当有键按下时，和所按按键棚连的L E D 便点亮；同时把R B 4 7 置成高电平，R B 3置成输入状念。然后查询I N F B I T ，3 确定程序足否正在去抖动，如果不是，则跳剑S C A N ，判断足台有键按下；如果是，则
108、判断K D T E M P - - l 是行为O ，为0 则表示去抖动延时完成，再次判断足俞有键按下，若没有，则表示是f 扰，把K E Y T E M P 清0 ，然后返叫丰程序，如果有，则表示确实有键按_ F ，然后进入读键值模块。S C A N ：一开始没有键按F ，也就没有去抖动发生，程序肯定进入S A C N 。S A C N 首先判断蜂呜器足否在呜叫，如果在鸣u q ，则退出( 奉系统设定蜂呜器呜叫的时候按键无效) ；如果不在呜叫，则初次判断是否有键按下，如果没有，浙江人学颂 。学位论文S C A N ：图5 2 按键检测流程则把K E Y T E M P 清0 ，然后返卜习，如果有
109、，则判断K E Y T E M P 是否等于0 ，如果等于0 ，表示本次检测到的足新按的一次键，于是把I N F B I T ，3 置1 ，告诉程序浙江人学硕l 哗位论文以后进行去抖动，然后退出；如果不为O ，则表示本次检测到按键是因为同一次按键【妇于手没有松丌而造成的第二次或第n 次柃测到，应该排除这种情况，于是直接返凹。判断是否有键的方法：如图4 1 所示，由于R B 3 经过电阻1 0 0 K 接地，所以当没有键按下时，R B 3 应该检测刮低电平；当有任何键一个按下时，R B 3 便会被拉成高电平。所以只需检测R B 3 是否为高电平，则可判断有无键按下。键值检测模块：键值检测比较简单
110、，所以没有画出流程图，主要过程如下：首先把R B 4 7 置成低电平，K E Y V A L 清0 。然后依次把R B 7 、R B 6 、R B 5 、R B 4置成高电平，同时检测R B 6 的时候丌始K E Y V A L + l 。直到检测到有键按下为止。有键按下的那一次就表示R B i 对应的按键按下。根掘图K E Y V A L 与键的对应关系为O H E A T ( 功率) ，1 - - P O W E R ( 电源) ，2 一S W I N G ( 摇头) ，3 一T I M E R( 定时) 。然后返回，同时设置F U N C T I O N ，0 为l 。表示有键按下。5
111、3 键值转换模块图5 3 键值转换模块F U N C T I O N ，0：有键按F 标志位首先判断F U N C T I O N ，0 是否为1 ，如果不足，则没钉键按下，返回：如果是，浙江人学帧 学f t 论文表示有键按下，此时我们要把K E Y T E M P 取反，即0 F F H ，以告诉程序现在按键还未松歼，下一次调用键盘检测时检测到有键按下对应该忽略。最后程序执行一个查表程序，根据不同的w 值，选择不f J 的功能模块入口进入。相关指令为：M o V FK E Y I N WA D D W FT A B A D D WM o V W FP CT A B L EG O T OH E
112、 A T B I TG O T OP O W E R B I TG O T OS W I N G B I TG O T OT I M E R B l T其中，T A B A D D 为T A B L E 的表头地址。下面分别介绍明个秤序入厂j 的应用H E A T B I TB 3 F S SF U N C T I O N 1G o T oN o K E YM o V L W4 0 HX O R W FF U N C T I O N IM O V L W8 8 t lX O R W FL E D B I T ，1R E T L W OF U N C T I O N ，6：功率标志位，l 表，J
113、 ；高功率，0 表示低功率，初始值为0 。L E D B I T ，3 , 7：L E D B I T , 7 为低功率对应的L E D ，L E D B I T , 3 为高功率对应的L E D 。F U N C T I O N 1：开机状态标志位。0 表示系统处于关机状态，l 表示系统处于丌机状态。程序首先削断是在厅机状态还是关机状态，如果在天机状态，则除了电源键被按下，其他的键都视为无效按键。所以跳转到N O K E Y ，N O K E Y 的指令为：B C FF U N C T I o N 0R E T L W O它把F U N C T I O N 清0 ，表示没有键按下，所以蜂鸣器
114、将不会工作。如果在丌机浙j 【人学硕f 。学位论文状态，则程序做两件事情：首先切换I N F B I T , 6 的值，因为H E A T 键的功能就是用来切换功率，其次是把L E D B I T 代表的低功率L E D 和高功率L E D 的标志位0和4 都取反，用来实现两种功率对应L E D 的切换。S W l N G B I TB T F S SF U N C T I o N 1G o T oN o K E YM o V L 、V0 8 HX o R W FF U N C T I O N 1M o V L W 4X O R W FL E D B I T 1R E T L W OF U N
115、 C T I O N 。3：摇摆状态标志位，1 表示摇摆，0 表示静止。用可控硅控制L E D B I T , 6：摇摆指示L E D 状态标志位。同样，程序首先判断系统是否在丌机状态，如果在则做两件事情：首先F u N c T I o N ，3 的值，其次足把L E D B I T , 5 的值也进行切换。如果系统在关机状念，则同样跳转到N O K E Y 。P O W E R B I TM O V L W0 2 HX O R W FF U N C T I o N 1B T F S SF U N C T I o N 1G o T DO F F B E EB C FL E D B IT _ 2
116、B C FI N F B I T , 6B C FL E D B I T 7R E T L WO0 F F B E EM o V L W6M o V W FB E E HM o V L WO F F HM o V W FB E E L5 7浙汀人学硕I 。学位论文R 匕l L W0程序首先切换F U N C T I O N ，1 的值，因为当按下P O W E R 键时，系统在开机一关机之问切换。然后判断F U N C T I O N 1 的值，当F U N C T I O N ，I 为l 时，则表示系统足从关机状态切换过来的，所以要进行开机初时化：低功率标志位0 ，低功率L E D ，P O
117、 W E R L E D 。所以把L E D B I T 2 、L E D B I T , 7 清O ，1 N F B I T ，6 清0 。当F U N C T I O N ，l 为0 时，则表示系统进入关机状态，所以给蜂鸣器寄存器设定初始值，因为系统设定关机长鸣。T I M E R B l TB T F S SF U N C T I O N 1G o T oN O K E YI N C FT I M E R C o U N TM O V L W1 0 HS U B W FT I M E R C O U NT I WS K P N ZC L R FT I M E R C o U N TB S
118、 FF U N C T I O N ，5R E T L W 0F U N C T I O N ，5：定时状态寄存器初始化l 习i 志位T I M E R C O u N T：定时关机时m J 计数寄存器。定时功能是指系统设定一个时H j ，当指定时间经过后，系统会自动关机。时问时由按键T I M E R 键没定，一丌始是0 ，定时功能末开启，以后每按一下，定时时f n l 增加半小时，直到7 5 个小时，这时候如果再按一次键，则定时状态将被关闭。状态图如下：图5 4 定时功能按键状态转换蚓当定时功能启_ 之后，如果期U J 又有一次T I M E R 键按下，则系统会在增加半小时的基础上把末流
119、逝完的半小时从头开始计时。所以我启用了T I M E R C O U N T 做为时问技术寄存器，初始值为0 ，每按一次T I M E R 键浙江天学硕i 。学位论文T I M E R C O U N T 值加1 ，当T I M E R C O U N T 值到达1 6 后清0 。刚好对应定时关机状态的1 6 个状念。循环控制。该模块同样首先检测系统是否住J F 机状态，洲为在关机状态除了P O W E R 键其他键是无效的。当确认系统处】：丌机状态时，给T I M E R C O U N T 加l ，然后检T I M E R C O U N T 是否到达1 6 ，如果是把则它变成0 ，同时把
120、F U N C T I O N ，5 标志位置1 ，因为有键按下时，未流逝的半小时要重新开始计算，所以计数初始值要重新没定。5 4L E D 显示功能L E D 显示的思路足这样的，前面已经讲到，一共有8 个L E D ，分两组轮流显示，分组的依据是有这8 个L E D 的电气位置决定的，如表5 1 ，H E I 、P O W E R 、4 H 和l H 指示灯的共阳极与R A 0 相连，而另外四个L E D 的共阳极是R A l ，所以H E I 、P O W E R 、4 H 和1 H 的L E D 分在一组，并且占用L E D B I T 的低四位，L O W 、S W A I N G
121、、2 H 、0 5 H 为另一组，占用L E D B I T 的高四位。当R A 0 为高电平时，R A I 为低电平，相应的四个L E D 按照实际情况工作，而另外四个L E D 由于阳极是低电平，所以熄灭；当R A 0 为低电平，R A l 为高电平时依次类推。8个L E D 的端I _ 分配表和状念标志位分配表如下：阴极R B 7R B 6R B 5R B 4RJ 极R A lL O WS W I N G2 HO 5 HR A OH E IP o W E R4 Hl H表5 1L E D 的端L 】分配表L E D B I T 位：表5 2 状态标位分配表程序流程图如图所示：浙江人学帧j
122、 学位论文调用T I M E L E D B I TR B 置成输入凡低州位i I ；岛电中P A l ，R A 0 置成岛电F U N C T I O N , 2 = 0 ：I 是R A l 置成低电乎L E D B I T 低旧位送入I t B 7R B 4查厂R A O 蕊d箕戎低电中L E D B Il 岛网恃送入R 町R B 4幽5 5L E D 砬小流杯陶模块睁先调用T I M E L E D 模块，根据T I M C O U N T 的值设置L E D B I T 中4 位关r 定时关机的标志位，T I M E L E D B I T 的流秤图如图5 5 所示，这根据T I M
123、E C O U N T 的低叫位柬确定。然后把R B 低叫位置成高电平，这样所有的L E D就都熄灭了，由于这个过程很短，只有几个微秒，所以人眼是不会感觉的到的。接着把R A O ，l 都置成高电平，然后根据F U N C T I O N ，2 的值会交膂显示两组L E D ，当轮到一组L E D ，比如R A 0 阳极相迮对应的那一组时，便把R A I 置成低电平，然后把L E D B I T 低四位送入R B 7 一R B 4 ；当显示另一组时，依次类推，只不过送入的足L E D B I T 的高4 位。当主程序调用完L E D 显示模块后，在紧接着的控制功能执行模块的一开始会把F U N
124、 C 1 1 I O N ，2 取反，从而实现两组L E D 的轮流显示。5 5控制功能执行控制功能执行思路很简瞥，就是根据功能状态标志位来执行继电器的拧制，可控破的控制，丌关机拧制等等。其运行思路上要由一下几步组成。首先，判断) ：机关机状念标志位F U N C T I O N ，1 的值，当系统处于关机状6 0浙江人学碗1 - 学位论文态时，程序便会执行关机动作：首先把L E D B I T 设置成0 F F H ，这样所有的L E D 都会熄灭。然后把R A 2 ，R A 3 臀成低电甲，关断所有继电器，取暖管停止工作。接着把R B 0 置成高电平，关断可控硅，使得控制摇摆的电机也停止工
125、作。最后，除了F U N C T I O N ，4 置成1 外( 关机呜叫) ，其余标志位都置为0 。然后跳转到m a i n l o o p 。当判断得知系统处于丌机状念时，便接着检测F U N C T I O N ，3 控制摇摆功能，同时检测F U N C T I O N ，6 ，以获知系统处于那种功率状态下工作并进行相应控制最后，调转到m a i n l o o p 。5 6W A I T 模块W A l T 模块主要完成以下功能：A 利用R T C C 把凋整程序运行时闽，使得两次调用W A I T 的时间差为1 2 8微秒，1 2 8 微秒也是本系统的基本计时单位。B 红外遥控功能，
126、包括确定订无收到遥控信号，读码并转换成相应的键值等功能。C 蜂呜器呜叫功能，区分蜂呜器是否工作，以及是上电呜叫，还是普通按键呜叫。D 系统的定时功能，O 5 7 5 小时以半小时为单位累加定时。6 1浙江人学硕I 学位论文5 6 11 2 8 u s 计时模块W A I TI ! I5 61 2 8 m s 及时模块图5 6 为W A I T 模块的入口，程序进入该入u 即判断F U N T I O N ，7 的值，若为0 ，则向左跳，若为1 ，则向右跳，石：路卜断判断R T C C ，6 是否为l ，而右路不停判断R T C C ，6 是甭为0 。如果满足条件，则跳到I N F A C T
127、，否则藿新进入W A l T 。不难得知，一旦程序进入某路，比如是石：路，则t ：程序进入I N F A C T 之前，一直会在左路循环，检测R T C C 第7 位，不会进入右路；吲理，程序在右路循环之后，也不会进入左路。而程序会在I N F A C T 之后一个必经之处将F U N C T I O N ，7置反。所以，主程序循环会依次轮流进入I ：循环和义循环。现在分析两次循环之| 日J 经历的时问：假设当前在右循环，一旦R T C C ，6 = 1 结束循环时，此时R T C C 的值将是0 1 0 0 0 0 0 0 或1 1 0 0 0 0 0 0 加上O b 1 0 。当程序F 一
128、次从左路循环进入，直到退出时R T C C 的值将足1 0 0 0 0 0 0 0 或0 0 0 0 0 0 0 0 加上0 一b 1 0 ，期问R T C C 计数跳过的值刚好是2 6 ，误差非常小，又闪为R T C C 预分频是1 ：2 ，所以一共流逝了1 2 8 u s 。经过实际计算，每两个W A I T 入L 之间执行的指令数都小。f - 1 2 8 ( 还算成单步指令) ，也就足说在R T C C 计数越过第。个2 6 时，程序必然已经束到这里，所以该模块确定的时I 日j 一定是1 2 8 微秒，而且没有累计误差( 虽然每次都彳r 可能有误差，但多次下来是相互抵消的，因为R T C
129、 C 运行本身没有误差，所以与计时时问很长时，误差忽略不计)当前程序在作循环的情况完伞对称，故不做讨论。浙江人学硕f + 学位论文5 6 2 红外线遥控模块1 2 2 11 2 5 1 1 3 0 l首先分析S C 6 1 2 2 红外码的编码方式。完整的一帧红外码由= 三大部分组成：引导码、数据码和客户码。由前面硬件部分分析可知，对于同一次按键的第一帧和后面几帧来说，数捌码和客户码完全一样。但是引导码不同，第一帧的引导码由一个9 m s 的载波波形和4 5 m s 的关断时白J 构成；而以后几帧的引导码由一个9 m s 的载波波形和2 2 5 m s 的关断时问构成。又由于接收模块的知识可知
130、，从接收输入端R B 2 来看，当没有红外码发射时，R B 2 为高电平。所以完整的第一帧的引导码由一个9 m s 的低电平和4 5 m s 的高电平组成。数据“1 ”由0 5 6 m s 的低电平和0 5 6 m s 的高电平组成；“0 ”由0 5 6 m s 的低电平和1 6 8 m s 的高电平组成。R B 2_ o 5 61 0 5 6I卜，H - 叫O1 0 5 6I1 6 8I叶- H图5 7 数据0 和1程序通过确定R B 2 端低电平的时f J 束对“0 ”和“1 ”进行解码。同时，根据引导码中关断时1 日J ( R B 2 为高电平) 的不同束区分同一次按键中的第一帧和其他帧
131、。进而避免同一次红外遥控发射被解读成多次发射。由于P I C l 6 C 5 4 没有中断，所以红外榆测必须用霞询的方式。又因为一帧红外码非常长，所以程序必须知道此次查洵是在哪个阶段。因此红外遥控解码程序第一个程序断便是判断目浙江人学硕 + 学位论文圈5 8 蜂鸣器I ：佧流样图前处在的状态。首先，判断目丽蜂呜器是不是在工作，系统对红外遥控设定和按键设定一样，在蜂鸣器呜叫时红外遥控同样无效。接着，程序判断上次查询的是否在用户码或者数据码，也就是目前是否在读码? ( 标志位I N F B I T ，1 ) 如果是，跳到R E A D C O D E 进行解码。如果不是，接着往下。然后，程序判断上
132、次查询的是否是9 m s 低电平的引导码? ( 标志位1 N F ，0 )如果是，调转到Y D 9 进行读9 m s 引导码处理。如果不是，再往下。然后，程序判断上次查询的是否是4 5 m s 高电平的引导码? ( 标志位I N F ，1 ) 如果是，调转到Y D 4 5 进行读4 5 m s 引导码处理。如果不是，再往下。如果以上四种情况都不足，说明此次查询之前系统没有接收到红外信号，丁是判断R B ，2 是甭为低电平，如果是的话，N h - 町能足引导码， - 始，所以跳转剑G Y D ，如果为高点平，说明没有约外信号，所以跳剑B E E ，此次红外读码过程结束。、与由红外码发射时，首次枪
133、测到的必然足9 m s 引导码的低电平，所以系统必将跳入G Y D 。G Y DI 撕两条指令：B S F I N E OC L R Fn q F T E M P CI N F , 0 就是判断是否在9 m s 引导过程中的标志位。1 表示在，0 表示不在。l N F T E M P C 是红外通讯模块通用寄存器，这垦把它清零是为了对出现的低电平计数。接着程序便进入Y D 9 。浙江人学颐 学位论文图5 9 Y D 9进入Y D 9 后不断检测R B 2 是否为高电平，当R B ，2 为低电平时，说明这段低电平还没结束，于是I N F T E M P C + 1 ，进入B E E 处理蜂鸣器；
134、当R B ，2 出现高电平是，表示9 m s 低电平结束，这时后判断I N F T E M P C 是否介于4 4 H 和4 9 H之间? 也就是6 8 与7 3 之问，换算成时问，也就是这段低电平是否介于6 8 * 0 1 2 8与7 3 * 0 1 2 8 即8 7 m s 与9 3 毫秒之问? 如果是，表示这段低电平的确是引导码9 m s 低电平，于是把I N F T E M P C 清零，把9 m s 引导标志位清零，4 5 m s 引导标志位置l ，程序进入Y D 4 5 。如果不是，也就是这段低电平不是9 m s ，则这段电甲很有可能是干扰或者不完整的发射，所以跳到N O I N
135、F 。N O I N F 足一些初始化工作。最后跳转到B E E 。B C FI N F , oB C F I NF 1C L R FI N F T E M P CG o T o B E E4 5 m s 引导码枪测模块污先榆测R B ，2 是否为低电平，因为4 5 m s 是以低电平结束的。当还是高电乎足，程序要检测I N F T E M P C 一1 是否为零，如果为零( 3 3 m s ) ，说明很有u r 能足红外线发射了一半就结束了，这时候如果还在等高电平的话红外程序将陷入死循环，因为甲时的状念就是高电平。浙江人学硕卜学位论文圈5 1 0 Y I M 5当稃序检测到低电平时，这时候要
136、判断这段高电平是否在4 1 m s 与4 7 m s 之间，因为对丁同一次按键的后面几帧来说，这段时f 日J 是2 2 5 m s 。如果不加以区分，将会造成一键多读。当确认足4 5 m s 时，阿先设霞一些标志位，然后进行读码初时化，最后进行读码。读码仞时化代码：M o V l W1 F HM O V W FI N F T E M P BC L R FI N F V A L HC L R Fn q F V A L LC L R Fn q F V A L MC L R Fn 寸F V A L E N D因为数据码和客户码一共有3 2 位，所以一共需要四个寄存器来安放数据I N F V A L
137、H 、I N F V A L M 、I N F V A L L 、I N F V A I ，E q q D 。I N F T E M P B 之所以赋值3 1是因为一帧编码的最后一个数据位的岛电平看起来即不是0 的O 5 6 m s ，也不是“l ”的1 6 8 m s 。面是更长，因为它和两帧之M 的关断时间相连。所以只读3 l位，最后一位直接赋值。流程图图所示，I N F B I T , 7 是洋码阶段的状态标志位，0 表示在低电平，“1 ”表示在岛电平。初始值足0 ，闪为 f 图可知，代码0 和“1 ”都足从低电f J r 始的，只足高电平时问长度f i 一样。浙江人学颂f 。学位论文R
138、 I ，FI N F V A L E N DR L F I N I V A L l |R I FI N F V A I MR L FI N F V A L I IB C F I N B l T7C l | R 1 - J N T I - M P C图5 1 l 数据0 和数据l 的判断程序一开始判断目前是在低电平还是高电平，当然是低电平，所以程序往右走，这时候再依次判断R B ，2 是否低电平，如果是，则表示0 5 6 m s 低电平还没结束，如果不是，表示已经结束，已经进入商电平阶段，所以把1 N F B I T , 7 置1 。下次进入程序将直接往下走了。然后判断R B ，2= 是否为商电
139、平，直到高电平结束。每次获知R B ，B t t一2 是高电平时，程序都要判断这段商电平是否 2 m s ，如果没有，则跳转到B E E ，准备下一次查询；如果比2 m s 长了，说明这段红外码和可能发了一半就结束了，为了避免遥控程序进入死循环，必须将一些标志位重新设置，废除这次读码，然后进入B E E 。如粜查询到了低电甲，则表示1位数据已经发送完，程序调转剑I N F C O D E 进行译码。5 1 2 解码幽图5 1 2 是解码部分的流程圈，首先I N F V A I X E M P C - - 6 ，因为前面每次查询6 7浙江人学颁I 。学位论文是I N F T E M P C 都加
140、l ，所以I N F V A L T E M P c 一6 的结果代表了高电平的时问。当I N F T E P M C = 6 时，所代表的时问是O 7 6 8 m s 。所以当代码是“l ”时，其结果大于0 ，所以“C ”= l ，当代码是0 时，其结果小于0 ，所以“C ”= 0 。“C ”的值刚好是代码的值。接着，程序进行一次左移操作，左移过程如图所示，C 送入I N F V A L E N D 最低位，I N F V A L E N D 最高位送入C ，然后C 又把值送入I N F V A L L 最低位，这样就实现了数据的存储。每次左移之后，都要将I N F B I T , 7 清零
141、，并将I N F T E M P C 清零，为读下一位数据做准备。然后，将I N F T E M P B 的值减l 送I N F T E M P B ，再判断是否等于0 ，如果不是，表示3 1 位数据还没有传送玩，所以调转到B E E ：如果等于0 ，表示3 l 位数据都读完了，所以把I N F B I T , ! 清零，表示读码已经结束，并把数据的最后一位设置成l 。然后把I N F , 2 置l ，表示已经读完完整的一位，再F 一次循环巾可以t hJ U D G E 把卡f j 应的数掘转换成对成的键值，这样就实现了遥控的功能。E 圃丑虻卫巫皿 ( 砸亟弘口叵堕巫H 郅I I5 1 3 移
142、何图5 6 3 蜂鸣器工作模块B E E W o R K由f j f 呵的硬件知识可知，蜂鸣器器的上作频率在4 K 左右，又因为本系统基本计时啦位1 2 8 u s ，所以设置蜂鸣器周期为2 5 6 u s ，其频率为1 2 5 6 u s一3 9 K 。所以程序设计的思想足每次循环经入B E E 时将蜂呜器控制端R B l 的电平取反，就行了。如图5 1 4 ，首先将F U N C T I O N 7 取反，这在4 6 1 罩面已经讲过，用于凑1 2 8 u s 的时间。第一步判断蜂呜器工作标志位，只要得知蜂呜器正在r ：作，市即跳往B E E W O R K ，将R B I 取反。如果没在
143、丁= 作，则判断刚爿。是否有键按下，如果没有，调转到T I M E R ，如果有的化，首先把浙江人学硕t 学位论文图5 1 4 蜂鸣器 | 作原理蜂呜器工作标志位置1 ，然后进行初始化a -M O V L W 4M o V W FB E E HC L R FB E E LB C FF U N C T l o N 0设置关系蜂鸣器工作时间长度的寄存器B E E H 和B E E L ，然后把F U N C T I O N ，0 清0 ，这足按键标志位，因为对它相关的初始化已经完成，所以清0 。F U N C T I O N ，4 设置的另外一个原因足关机长呜，当关机时，对B E E H 、B E
144、 E L设置后直接将F U N C T I O N ，4 胃1 ，就町以实现关机长鸣了。呜叫时间判断程序如下：D E C F S ZB E E L 1G O T OT I M E RD E C F S ZB E E H ，1G O T OT I M E R所以蜂呜器呜叫时问为1 2 8 u s B E E L B E E H = 1 2 8 u s 2 5 6 4 = 0 1 3 s ，足以让人耳辨别。当关机长呜时f I J 是它的两倍。初始化b 茸先给B E E H 赋值4 ，然后把蜂呜器工作标志位清0 ，最后把R B l设霄成低电平，减小功耗。5 6 4 定时关机模块程序首先判断T I M
145、 E R C O U N T 是否等丁0 ，如果等r ，表示没有启动定时天机功能，所以直接返网，如果不等f0 ，说明系统正在天机倒计时，所以往下削断F U N C T I O N 5 的值，F U N C T I O N ，5 的值，f f 两种町能会足l ：1 ) 此次查询之前刚好有定时按键按下。2 ) 半小时倒计时单位已经完成，参数需要重新设置。浙江人学硕 二学位论文图5 1 5 定时功能模块T I M 初始化：M O V L W0 D 8 HM o V W FT 1 M T E M P HC L R FT I M T E M P MC L R FT I M T E M P L半小时倒计模
146、块：D E C F S ZT l M T E M P L 1R E T L W OD E C F S ZT l M T E M P M 1R E T L W OD E C F S ZT l M T E M P H 1R E T L W 0总时f I I j 倒计完成划断：D E C F S ZT I M E R C O U N T , 1R E T L W 0程序一开始判断T I M E R C O U N T 的值，如果为0 ，这返回，关机功能未启动；如果不为0 ，则接着判断F U N C T I O N ，5 的值是否为1 ，如果为1 ，T I M 初始化，如果为0 ，则判断半小时倒计是否
147、完成。系统的关机功能足以半小时为基本单位的。半小时对应T I M E R C O U N T 的l 。假没用户设定了5 5 小时后关机，则T I M E R C O U N T 的值是0 0 0 0 0 1 0 1 b 。根据半小时倒计模块的指令计算，所设置的半小时时间为1 2 8 u s T I M T E M P L T I M T E M P M T l M T E M P H = 1 2 8 u s 2 1 6 ( 0 D 8 H ) 2 5 6 2 5 6 = 1 8 1 2 S ，比实际的半小时1 8 0 0 秒多了1 2 秒，这用在普通的定时关机功能上是可以忽略的。关机设置把L
148、E D B I T 设胃成O F F H ，把所有L E D 关掉，同时F U N C T I O N 设簧成0 ，主程序会根据L E D B I T 和F U N C T I O N 进行关机动作。5 7J U D G E 模块该氍序段将I N F V A L H 、I N F V A L M 、I N F V A L L 、I N F V A L E N D 中接收到的代码与既定代码相比较，进而把它转换成相应的V A L 值。浙江大学硕十学位论文五百 生 囊氛怩卉4 1 1 1 - 17F u N c T I o N 由置l磊码是疝b 乌厂磊F U N C I I O N O 清零二f 返
149、H图5 1 6J U D G E 模块程序首先将r N F , 2 清零，然后验证客户码是否相同如果足，则将F U N C T I O N ，0置一，表示有键按下。然后把键值寄存器K E Y V A L 清零，准备读键值。以下四步操作过程都是一样的：将I N F V A L L 和I N F V A L E N D 的数据码与既定数据A 、B 、C 、D 做比较，期间K E Y V A L 依次递增。若最后还是没有匹配的数据码，则未检测到有效的按键，将F U N C T I O N ，0 清零，然后退出。题笋浙江人学硕l 学位论文6 总结与建议论文以P I C l 6 C 5 4 为控制核心，
150、实现了智能取暖器的遥控、定时、开关量控制、蜂鸣器呜叫提示等功能。涉及到了线性电源的设计，单片机硬件电路设计以及单片机汇编语言设计。实现了取暖器智能化的功能，为将来系统功能扩展提供了硬件基础和软件基础。但是，用户对家电智能化的要求是越来越高的，在本设计的肇础上，系统至少还可以做如F 改进：1 升级该系统的控制M C U ，改用新一代嵌入式控制器A R M 处理器，突破目| i 控制器的对智能化功能的限制，极大地提高系统的智能化水平。2 为系统配备专用语音识别芯片R S C 3 0 0 ”，该识别模块对语音指令进行分析，然后以事先设定的响应方式给 n 棚应的反应，如输 i i 特定的控制信号给外部
151、设备。其目的就足方便，快捷地操作家电，解放人们的双手。目圈目日函圉图6 一I 带语音识别模块的智能家电控制系统3 利用D A 模块或者简啦的数一模转换电路，为取暖器实现多级功率控制。控制思想：P = I ：R ，改变取暖管电路的电流，就能改变功率。退浙江大学硕 。学位论j = 图6 2 可调功率控制系统4 为系统配置L C D 显示屏，实时显示当前系统状态；同时给系统增加时钟芯片模块，使之具备时钟功能，这样就可以利用它设置任意时刻开关机，闹钟功能等等。浙江人学硕f 学位论文7 参考文献8 9 王永庆人工智能原理与方法 M I 西安：西安交通大学出版社1 9 9 8P 1 C 1 6 C 5 X
152、 系列举片机数据手册f S 】M i c r o c h i p 公司，2 0 0 1王顺棋稳压电源设计【M 】北京：国防工业出版社，1 9 8 3章诗白，华成英模拟电子技术基t l i M 1 北京：高等教育出版社，2 0 0 3周惠潮常用电子元件及典型应用【M 1 北京：电子工业出版社，2 0 0 5陈梓城实用电子电路设计与调试【M 】北京：中围电力出版社，2 0 0 6郑光钦全能混合电路仿真O r C A DP S p i c e A DV 9 M 北京：中国铁道出版社，2 0 0 0苏长赞，邹毅贵红外线与超声波遥挎 M I 北京：人民出版社，2 0 0 1G e n eW M a r
153、s ha n dJ o s e p hM K a h nC h a n n e lR e n s eS t r a t e g i e sf o rI n d o o rI n f r a r e dW i r e l e s sC o m m u n i c a t i o n s J 】I E E ET R A N S A C T I O N SO NC O M M U N l C A T I O N S V O L 4 5 N O 1 0 ，O C T O B E R1 9 9 71 0 贞树行红外光电技术的发f t 是 M 1 上海，1 二海技物所，1 9 9 8管波红外无线通讯与网络
154、技术研究与应) q l l D l 中科院技物所，1 9 9 81 2 雷存栋基于红外通；凡的智能家电系统的研究与应用【D 】长春理， 人学，2 0 0 2l3 B o d eDL D e t e c t o r - T o d a ya n dT o m o r r o w A d v a n c e dI RT e c h n o l o g yE n g i n e e r i n gS u m m e rC o n f e r e n c e J 】T h eU n i v e r s i t yo f M i c h i g a n 1 9 7 5 ，J u l y1 4 S C 6
155、 1 2 2 数据手册【S 1 杭州：杭州士兰微电子股份有限公司，2 0 0 01 5 沙占友单片机外围电路没i , t - M 1 北京：电子【业出版社，2 0 0 31 6 激光j 红外【J 】1 9 7 4 ，4 ：3 5 - - 4 11 7 高峰单片微机应用系统设计及实用技术I M I 北京：机械工业出版社，2 0 0 41 8 嵌入式系统的构建 Z 1 清华大学自动化系试用教材，2 0 0 31 9 张立可关断可控硅及其应用 M I 北京：人民邮电出版社，1 9 8 22 0 硅町控丌关元件与三端双向可控硅开关元件【s 】瑞萨科技公司，2 0 0 42 1 可控硅及其应用 M I
156、j ：海：上海科学技术情报研究所，1 9 7 02 2 于俊峰，薛鸿德现代遥控技术及应用【M 】北京：人民邮电出版社，2 0 0 57 4，234567浙江人学硕f 。学位论文2 3 李一丹，丛望电器控制原理及其应片j 【M 】哈尔滨工程大学出版社，1 9 9 92 4 胡云龙单片机红外遥控键盘系统【J 】合肥学院学报( 自然科学版) ，2 0 0 5 ( 0 1 )2 5 倪健，誊强编码解码技术在红外遥挡器q 1 的实现【J 】中国民航飞行学院学报，2 0 0 4 ( 0 1 )2 6 李广弟单片机基础北京：北京航天航空大学出版社，2 0 0 42 7 U T CL M 7 8 X XL I
157、 N E A RI N T E G R A T E DC I R C U I T S U T CU N l S O N l CT E C H N o L O G I E SC O 。L T D ，2 0 0 02 8 许飞语音识别在智能家电中的应用 D I 哈尔滨工业大学，2 0 0 42 9 陈新建P I C 单片机开发应用与实验工其制作 M 北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 63 0 黄如建红外遥控器的解码设计 J 电子元器件应用，2 0 0 63 1 韦巍智能控制技术【M 】北京：北京机械工业出版社，1 9 9 93 2 钱江山小型家用电器控制电路设计【J 】轻工机械，2 0 0
158、 7 ( 4 )7 5浙江人学颁f 。学位论丈致谢在本文完成之际，请容许我向给予我极大帮助的老师、同学们和亲人表示我示诚挚的谢意。我首先感谢我的导师陈隆道教授。在这两年里自始至终得到恩师的悉心指导和关心，每当遇到困难时，恩师总能及时地给予指导和鼓励，恩师渊博的知识，严谨的治学态度，开阔的思路，宽阔的胸怀，对细节的精益求精，都使我获益匪浅，终生受用不尽。在这两年内恩师更是教给了我做人、做事的准则，相信这些在我踏入社会后会起到很人的作用。感谢博上师兄陈国志和蔡中法师兄，他们在实验初期给予很多指导和建议，在实验出现问题时总足耐心细致地帮助分析原因、及时地给予帮助，和我分享成功的经验和失败的教训，使我的实验能够顺利进行，再次感谢他们辛勤的付出。感谢已毕业离开实验率的朗存华、刘中富、徐永超、费思等师兄帅姐，还有胡广彳。、吴志慧等师弟帅妹，感谢你们给予我的无私的帮助和 常愉快的陪伴。特别感谢吴新华、段剑文、叶强、刘栎占与我共同度过了这短暂的两年硕L 生活，你们让我的生活增加了很多精彩的时光， 常感谢你们的陪伴。最后，感谢父母二十多年的辛苦抚养和教育，感谢亲戚朋友一直的支持，你们的关心和支持是我幸福的源泉。钱江山2 0 0 7 年5 月于求是园智能家电控制技术研究智能家电控制技术研究作者：钱江山学位授予单位：浙江大学电气工程学院 本文链接：http:/
