隨著經(jīng)濟的進一步發(fā)展，生活水平的提高，人們對生活品質(zhì)的要求也越來越高，傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)已經(jīng)遠遠滿足不了現(xiàn)代人的需要，對于照明的控制，人們希望使用更加方便甚至是隨心所欲，于是智能照明系統(tǒng)應(yīng)運而生。通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳媒業(yè)的飛速發(fā)展和高度結(jié)合，數(shù)字化家居將得到進一步的快速提升，技術(shù)也將進一步的成熟，各類通訊標準和市場也將得到進一步的規(guī)范，在不久的將來，智能照明將真正飛入尋常百姓家。
  照明系統(tǒng)是我們生活中最常用的基礎(chǔ)系統(tǒng)。隨著智能家居產(chǎn)業(yè)的興起，充滿人性化的家居智能照明系統(tǒng)將帶給你浪漫，溫馨的家居環(huán)境。智能照明可以控制照明光源的發(fā)光時間、亮度，它不僅具有軟啟，調(diào)光，全開全關(guān)等基本的功能，而且與其它智能系統(tǒng)連動還能實現(xiàn)具有場景設(shè)置等更具人性化的功能。實現(xiàn)照明管理智能化，操作簡單更靈活。全面提升家庭環(huán)境的品位和生活的舒適度。所以智能照明系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的照明系統(tǒng)，是家居智能化過程中必然要走的一步。

智能照明行業(yè)自從上世紀90年代進入中國市場以來，受市場的消費意識、市場環(huán)境、產(chǎn)品價格、推廣力度等各方面的影響，一直沒有太大的起色。

（1）國內(nèi)的智能照明產(chǎn)品推廣力度遠遠不夠。由于這是一個新興行業(yè)，不同于普通消費品市場的建設(shè)，消費觀念的形成還需要時間，產(chǎn)品的宣傳力度還需加大。但是隨著經(jīng)濟的發(fā)展、相關(guān)行業(yè)對外開放的力度的加大，部分國際品牌如Dynalite、路創(chuàng)、WIELAND、e-bfb 等進軍中國市場，與國內(nèi)智能照明廠家和商家如百分百照明、瑞朗、索博、海爾、清華同方等企業(yè)相互取長補短，在良性的市場競爭中，推動智能照明行業(yè)的發(fā)展與增長。
  由于市場沒有成型，還沒有形成大的消費市場，大部分智能照明廠家在市場渠道的建設(shè)上也一直在探索著適合這個行業(yè)的模式。由于各方面的原因，傳統(tǒng)的照明、電工經(jīng)銷商很難推動、裝飾公司不夠?qū)�業(yè)等因素使智能照明市場還沒有形成穩(wěn)定的銷售渠道。
  （2）消費者在認識上存在誤區(qū)。
  普通家庭在照明問題上由于傳統(tǒng)觀念影響，普遍感覺照明系統(tǒng)是否智能，并不是必須要具備的。由于文化素質(zhì)高低的差異,許多人雖然對智能照明有些了解，但對于這種高科技的產(chǎn)品也擔(dān)心不會使用，有的甚至擔(dān)心維修保養(yǎng)問題，從而造成更大的麻煩。
  （3）經(jīng)濟基礎(chǔ)決定家居檔次。
  我國現(xiàn)階段，雖然國民經(jīng)濟呈現(xiàn)高速發(fā)展之勢，但起步較低，絕大多數(shù)家庭還剛剛處在溫飽階段，就業(yè)形勢、子女教育、醫(yī)療負擔(dān)等壓力，使人們還不敢過分追求家居的舒適，通常的對策是增加儲蓄，以備不時之需。而且，普通家庭住房一般就是二居室或三居室，是否采用智能化照明，現(xiàn)實意義并不大。因此，對于智能照明、智能家居等先進的時尚商品，采取現(xiàn)階段觀望，未來幾年隨著家居條件的改善再決定是否安裝。總之，國內(nèi)絕大多數(shù)家庭的經(jīng)濟狀況，也是影響智能照明系統(tǒng)普及的重要原因，盡管智能照明系統(tǒng)的價格并不昂貴。

根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的要求，利用單片機設(shè)計一個遙控開關(guān)電路，可以擬定以下的幾種方案。

方案一：簡易紅外遙控電路

在不需要多路控制的應(yīng)用場合，可以使用由常規(guī)集成電路組成的單通道紅外遙控電路。這種遙控電路不需要使用較貴的專用編譯碼器，因此成本較低。

紅外發(fā)射部分

圖1-1方案一紅外發(fā)射部分示意圖

考慮到本方案電路是簡單的單通道遙控器，可直接產(chǎn)生一個控制功能的震蕩頻率，再通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。

紅外接收部分

圖1-2方案一紅外接收部分示意圖

當(dāng)紅外接收頭接收到控制頻率時，由一個電路對其進行解調(diào)并產(chǎn)生相應(yīng)的控制功能。

方案二：利用紅外遙控開關(guān)電路

用單片機制作一個紅外電器遙控器，可以分別控制8個電器的電源開關(guān)。

紅外發(fā)射部分

圖1-3方案三紅外發(fā)射部分示意圖

當(dāng)按下遙控按鈕時，單片機產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。

紅外接收部分：

圖1-4方案三紅外接收部分示意圖

當(dāng)紅外接收器接收到控制脈沖后，經(jīng)單片機處理由顯示設(shè)備顯示出當(dāng)前受控電器的序號。

方案三：綜合使用

使用常規(guī)集成電路制作紅外遙控器，基于單片機制作紅外接收裝置。紅外遙控器鍵盤按下后，通過TC9012進行譯碼和調(diào)制，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。

當(dāng)紅外接收器接收到控制脈沖后，經(jīng)單片機處理由顯示設(shè)備顯示出當(dāng)前受控電器的序號。

方案比較

綜上所述通過比較三套方案，方案一未采用單片機控制，功能過于單一，僅能對一路電器進行簡單的遙控；方案二的紅外線發(fā)射/接收控制電路采用單片機來實現(xiàn)，電路復(fù)雜，實用性不強；方案三的紅外發(fā)射采用簡易電路搭建，接收控制基于單片機制作亦可實現(xiàn)多功能實現(xiàn)遙控。

紅外遙控就是把紅外線作為載體的遙控方式。由于紅外線的波長遠小于無線電波的波長，因此在采用紅外遙控方式時，不會干擾其他電器的正常工作，也不會影響臨近的無線電設(shè)備。同時，由于采用紅外線遙控器件時，工作電壓低，功耗小，外圍電路簡單，因此它在日常工作生活中的應(yīng)用越來越廣泛。常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。

常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。遙控發(fā)射具有鍵盤矩陣，每按下一個鍵，即產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號調(diào)制在38kHz的截波上，激勵紅外光二級管產(chǎn)生具有脈沖串的紅外波，通過空間的傳送到受控機內(nèi)的遙控接收器。在接收過程中，紅外波信號通過光電二級管轉(zhuǎn)換為38kHz的電信號，此信號經(jīng)過放大、檢波、整形、解調(diào)、送到解碼與接口電路，從而完成相應(yīng)的遙控功能。

圖2-1  紅外遙控原理圖

發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管；由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。目前大量的使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通φ5發(fā)光二極管相同，只是顏色不同（如圖2.1）。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍、透明三種顏色。判斷紅外發(fā)光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣；用萬用表電阻擋量一下紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻即可。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率要用專門的儀器才能精確測定，而業(yè)余條件下只能用拉鋸法來粗略判判定。

圖2-2  紅外發(fā)光二極管

接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管（如圖2.2）。在實際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外發(fā)光二極管一般有圓形和方形兩種[2]。

圖2-3  紅外接收二極管

由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較小（100mW左右），所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。前些年常用Μpc1373H、CX20106A等紅外接收專用放大集成電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。均有三只引腳，即電源正（VDD）、電源負（GND）和數(shù)據(jù)輸出（VO或OUT）。紅外接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，可參考廠家的使用說明。成品紅外接收頭的優(yōu)點是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來如同一只三極管，非常方便。但在使用時注意成品紅外接收頭的載波頻率。紅外遙控常用的載波頻率為38kHz這是由發(fā)射端所使用的455kHz晶振來決定的。在發(fā)射端要對晶振進行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遙控系統(tǒng)采用36 kHz、40 kHz、56 kHz等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定。

紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體 ，即通信信道。紅外通信的基本原理是發(fā)送端將基帶二進制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制PWM（Pulse-width modulation）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制PTM(Pulse-time modulation)兩種方法 。

簡而言之，紅外通信的實質(zhì)就是對二進制數(shù)字信號進行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。

通常發(fā)送端采用脈時調(diào)制（PTM）方式，將二進制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進行解調(diào)，還原為二進制數(shù)字信號后輸出 。

對于發(fā)送端來說，當(dāng)無紅外脈沖發(fā)射時，發(fā)送的是二進制數(shù)據(jù)1；而有紅外脈沖發(fā)射時發(fā)送的是二進制數(shù)0。而對于接收端來說，沒有接收到紅外光，則認為是1；接收到則認為是0。

單片機又叫微型處理器，是把CPU，ROM，RAM，中斷部分，輸入/輸出部分，定時器/計數(shù)器等主要功能器件的數(shù)字電子計算機組裝在半導(dǎo)體芯片上。

單片機具有低電壓、低功耗、速度快、處理功能強、易于應(yīng)用在簡單、容易攜帶的電子產(chǎn)品上等特點。

STC89C51芯片有以下功能特性:

（1）8位CPU-4Kbytes程序存儲器（ROM）

（2）128bytes數(shù)據(jù)存儲器（RAM）

（3）32個I/O端口，111條操作指令

（4）21個寄存器

（5）5個中斷源和2個定時/計數(shù)器

（6）一個全雙工串口通信端口89C51的芯片引腳

該紅外發(fā)射接收電路均使用的核心控件是STC89C51單片機。STC89C51是一個電壓低、性能高的CMOS 8位單片機，可擦除存儲器芯片包含2K字節(jié)和128字節(jié)（RAM），一個通用8位CPU和閃存單元的微控制器芯片。

STC89C51芯片的引腳功能

STC89C51單片機選用40個引腳排列的封裝形式，如圖3-1所示。具體引腳可分為電源部分，時鐘部分，控制部分和并行I/O端口部分四類。芯片功能圖如下所示：

圖3-1  芯片引腳圖

（1）電源部分引腳

① VCC（引腳40）：電源端。

② GND(引腳20)：接地端。

（2）時鐘部分引腳

① XTAL2（引腳18）：外接一個石英晶振和兩個普通電容時構(gòu)成內(nèi)部振蕩電路，使用外部時鐘時，用來輸出時鐘脈沖。

② XTAL1（引腳19）：XTAL1（引腳19）：內(nèi)部振蕩電路外接一個石英晶體和兩個電容，使用外部時鐘時，用來輸入時鐘脈沖。

（3）控制部分引腳

① RST（引腳9）：RST是復(fù)位部分的輸入端口，在高電平情況下生效。

② ALE/PROG（引腳30）：地址鎖存容許信號端口。

③ PSEN（引腳29）：程序保存容許輸出信號端口。

④ EA/VPP（引腳31）：外部存儲器地址容許輸入端。

當(dāng)引腳連接到高電平時，該處理器只訪問內(nèi)部只讀存儲器，并在內(nèi)部存儲器中運行。當(dāng)引腳連接到一個低電平，中央處理器只訪問外部只讀存儲器，并執(zhí)行在外部存儲器中的指令。

（4）并行I/O端口部分引腳

① P0口（P0.0～P0.7，引腳39～32）：是一個8位雙向I/O端口。有三個功能，一是作為外部擴展存儲器的數(shù)據(jù)總線，二是作為外部擴展存儲器的地址總線。三是作為普通的I/O使用。

②P1口（P1.0～P1.7，引腳1～8）：是一個8位準雙向I/O口并且它的內(nèi)部接有上拉電阻。除了把P1口當(dāng)作一般的準雙向I/O端口外，一部分的引腳還具有特定的功能，如表3-1所示。

③P2口（P2.0～P2.7，引腳21～28）：有兩種功能。一是作為外部擴展存儲器的地址總線，二是作為一般端口，不需要接上拉電阻。

④P3口（P3.0～P3.7，引腳10～17）：P3口（P3.0～P3.7，引腳10～17）：有兩種功能。一是作為一般端口使用，二是作為特殊功能使用，如表3-2所示。

紅外接收電路一體化的紅外接收裝置，它將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機識別的TTL 信號，這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計工作，方便使用。在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭HS0038，外觀圖如圖3 所示。HS0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達35m。它能與TTL、COMS 電路兼容。HS0038 為直立側(cè)面收光型。它接收紅外信號頻率為38 kHz,周期約26 μs，同時能對信號進行放大、檢波、整形，得到TTL 電平的編碼信號。三個管腳分別是地、+5 V 電源、解調(diào)信號輸出端。

圖3-2  HS0038引腳圖

在設(shè)計中，圖3-3在XTAL1和XTAL2（第19和18引腳）兩端接一個12MHz的晶振和2個電容組成單片機的振蕩電路。其電容的主要是對頻率進行微調(diào)，選用范圍大多是在20-45pF，本設(shè)計選用30 pF。使用該電路產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率，為單片機能夠正常工作提供了穩(wěn)定的振蕩信號。

圖3.3  晶振電路

復(fù)位電路的作用是讓系統(tǒng)上電后進入復(fù)位狀態(tài)，讓單片機內(nèi)部的程序指針指向程序運行部分。加入復(fù)位電路可以避免單片機在工作中出現(xiàn)某種死循環(huán)狀態(tài)。單片機上電時需要在其復(fù)位腳也就是第九腳RST接入一個大于2us的信號電平，單片機才能正常的進入程序區(qū)進行工作。

本設(shè)計中的圖3-4由復(fù)位鍵和一個10uF的電容和一個10K的電阻組成。當(dāng)電路在瞬間上電時，電容C1導(dǎo)通，5v電壓加載到單片機的RST（第9腳），在振蕩器作用時保持復(fù)位引腳高電平有效，單片機實現(xiàn)復(fù)位。復(fù)位模式一般有2種類型：自動復(fù)位模式，手動復(fù)位模式。本設(shè)計是使用手動復(fù)位模式。

圖3-4  復(fù)位電路

如圖3-5 LED顯示電路：因為電源電壓是5V，LED二極管的電壓是3V，LED二極管的電壓比電源電壓低，所以每個LED二極管的負極需串聯(lián)一個2.2K的分壓電阻，正極連接電源VCC。電阻的另一端連接對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)編號。

遙控按鍵模塊電路：按鍵1~7控制LED1~7的開關(guān)，按鍵8控制所有燈的開，按鍵9控制所有燈的關(guān)。

圖3-5  LED燈電路

紅外遙控發(fā)射編碼分為PWM和PPM兩種方式。本設(shè)計采用PPM編碼方式，當(dāng)按鍵被按下后，將發(fā)射108ms的遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖主要由前導(dǎo)碼、8位用戶數(shù)據(jù)碼和8位操作數(shù)據(jù)碼以及相對應(yīng)的8位反碼組成。遙控碼的起始部分是前導(dǎo)碼，一個9ms的高電平（起始碼）和一個4.5ms的低電平（結(jié)果碼）組成前導(dǎo)碼，用于接收數(shù)據(jù)的準備脈沖（在做解碼時，前導(dǎo)碼通常可以濾掉不管）。二進制的"0”由脈沖寬度為0.56ms和周期為1.12ms的組合表示；二進制的"1”由脈寬為1.68ms和周期為2.24ms的組合表示；如果按下按鍵的時間已超過了108ms，手還未松開，然后的代碼將只有起始碼(9ms)和結(jié)束碼(2.5ms)。

如圖4-1所示：該紅外接收頭的“1”和“0”時的低電平同時輸出，此時，如果高水平是1.685ms，它是“1”。

圖4-1  紅外編碼圖

因為前導(dǎo)碼在做解碼時，可以濾掉不管，所以得到8位用戶碼和8位操作碼以及相對應(yīng)的8位反碼。

遙控器的鍵碼和紅外解碼程序分別如圖4-2：

圖4-2 遙控器鍵碼

圖4-3  接收初始化流程圖                           圖4-4  接收主程序流程圖

按鍵掃描程序：先確定按鍵是否按下，若確定按下則進行掃描，按P端口查找鍵數(shù)，然后按相應(yīng)的數(shù)字鍵發(fā)射程序。如圖4-5所示

（1）把遙控接收部分的程序用KEIL編譯軟件編譯后，出現(xiàn)無錯誤、無警告。

（2）生成.HEX文件導(dǎo)入單片機，運行proteus仿真軟件，觀察仿真效果。

（3）在軟件仿真過程中，發(fā)現(xiàn)連接單片機P2.0口的一個LED發(fā)光二極管亮滅效果不符合設(shè)計要求。

（4）修改花樣顯示部分的程序代碼，再次編譯出現(xiàn)無錯誤無警告。

（5）把.HEX再次導(dǎo)入單片機，運行proteus仿真軟件，觀察仿真效果。

（6）仿真效果正常。

（1）焊接好實物板后，在不加電源情況下，檢查電路板各個元件的連接和原理圖的連線一致。

（2）觀察電路板上各個元器件無漏焊、確定連線沒有存在錯接、短接、少接等現(xiàn)象。

（3）用萬用表檢測電源電壓滿足供電需要。

（4）用萬用表分別檢測帶有極性的元器件在電路板上放置的方向、電阻阻值、電容的大小以及元器件與電源正負極之間的連線，沒有異常現(xiàn)象。

（5）給電路板通電，按下總開關(guān)，用無線發(fā)射遙控器控制接收模塊，觀察LED發(fā)光二極管的顯示效果，發(fā)現(xiàn)有個別LED燈高低電平設(shè)置錯誤，通過修改軟件程序的顯示部分，借助開發(fā)板把修改后的程序燒錄單片機。

（6）觀察LED燈顯示效果，實現(xiàn)了本設(shè)計的基本要求。

經(jīng)過自己動手調(diào)試電路。我們從問題之中總結(jié)出來一些常用電路調(diào)試的注意事項。

（1）正確使用測量儀器的接地端，儀器的接地端與電路的接地端要可靠連接；

（2）在信號較弱的輸入端，盡可能使用屏蔽線連線，屏蔽線的外屏蔽層要接到公共地線上，在頻率較高時要設(shè)法隔離連接線分布電容的影響，例如用示波器測量時應(yīng)該使用示波器探頭連接，以減少分布電容的影響。

（3）測量電壓所用儀器的輸入阻抗必須遠大于被測處的等效阻抗。

（4）測量儀器的帶寬必須大于被測量電路的帶寬。

（5）正確選擇測量點和測量。

（6）認真觀察記錄實驗過程，包括條件、現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、波形、相位等。

（7）出現(xiàn)故障時要認真查找原因。

附錄A-1  仿真圖

附錄A-2  實物圖

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2018-12-25 09:34 上傳

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