單片機紅外遙控系統設計

摘要：本文設計了一種基于AT89S52單片機的紅外遙控系統，可用于控制多種電器的開關，交流電機的轉速及啟停等方面。闡述了發射部分和接收部分的設計原理和工作過程，介紹了一種紅外遙控解碼程序的實現方法，并用流程圖表示了程序的設計過程。

1 引言

紅外線波長遠小于無線電波的波長，所以紅外遙控不會干擾其他無線設備的工作；其次其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產生相互干擾；再次紅外線電路調試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調試即可投入工作，并且編解碼容易，可進行多路遙控；另外紅外遙控器作為控制系統的輸入設備，具有成本低、靈活方便的特點。紅外遙控的這些優點可為用戶提供方便的操控手段，因此該技術被廣泛應用于各種家電產品、娛樂設施、現代化儀器儀表和工業控制中，為現代家居和生產生活增添了一絲亮色。

單片機集CPU，RAM,ROM,I/O口、中斷和定時器于一體，具有體積小，重量輕，控制靈活方便，價格低廉等優點，廣泛應用于工業自動化、儀器儀表、家用電器、信息和通信產品以及軍事裝備等方面。采用單片機進行紅外遙控系統設計，具有編程靈活多樣，操作碼數可隨意設定等優點。單片機經過不斷地更新換代，其性能也在不斷的提升，其中ATMEL公司生產的閃速存儲器單片機芯片AT89S52是一種低功耗，高性能的CMOS8位微控制器，本設計以AT89S52單片機為核心，附以相應的外圍電路，構成基于單片機控制的紅外遙控系統。

  

2 系統硬件設計

本文所設計的紅外遙控系統分為兩個部分：即遙控發射部分和接收控制部分（整個系統原理框圖如圖１，圖２所示）。整個系統需要解決的關鍵問題是實現紅外信號的有效發射與接收，本設計將采用脈沖個數編碼，和單片機軟件解碼的方式來實現紅外遙控器對繼電器的開和關，從而控制電器設備。

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                   圖１： 遙控發射部分框圖

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　　　　　　　　　　圖２：接收控制部分電路

２．１遙控發射部分（其電路原理圖如圖３）：

　　主要由AT89S52單片機、矩陣式操作鍵盤、紅外發射電路和電源部分組成。實現一旦有鍵按下，單片機進行鍵盤查詢，并由查詢的鍵號控制紅外發射管發射相應的脈沖。

２．１．１AT89S52單片機

遙控電路的核心控制芯片采用AT89S52單片機，它具備8KB可重編程Flash存儲器，1000次擦寫周期，32個可編程I/O口線，3個16位定時器/計數器，8個中斷源，看門狗定時器，2個數據指針，另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。

２．１．２矩陣式鍵盤

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矩陣式鍵盤即行列式鍵盤，用Ｉ／Ｏ線組成行、列結構，按鍵設置在行列的交電上，行列線分別連接到按鍵開關的兩圖3: 遙控發射部分的電路原理圖

端，按鍵中有無按鍵按下是由列線送入掃描字，行線讀入行線狀態來判斷的。本設計中的４＊４矩陣鍵盤掃描時先

經４位輸出口向４位列線輸出低電平，然后再輸入４位行線的狀態，若行線狀態皆為高電平則表明無鍵按下，若行線狀態有低電平則表明有鍵被按下。

２．１．３紅外發射電路

　　遙控信息碼由單片機的定時器0調制成38KHZ的紅外線載波信號，由Ｐ３.4口輸出，經三極管9013放大后由紅外發射管發射出去。

2．2接收控制部分（電路原理圖如圖4）：

    主要由AT89S52單片機、紅外接收電路、數碼顯示電路、繼電器控制電路和電源電路組成。遙控器發射的信號經紅外接收處理傳遞給單片機，單片機根據不同的信息碼進行相應的繼電器的控制，并完成相應的現實功能。

2．２．１AT89S52單片機

　AT89S52(2)單片機為控制核心，外加12MHZ的晶振。

2．２．２紅外接收電路

紅外光波不可見，峰值波長940nm左右，屬紅外波段。紅外接收管將接收到的紅外線光波轉換成電信號，黑色的樹脂封裝將700nm以下波長的光線濾除。紅外一體化接收頭是由紅外接收管和放大電路組成的，能夠接收脈沖編碼調制的紅外光信號，具有體積小，密封性好，靈敏度高，價格低廉等優點。本設計采用SM0038一體化接收頭，其解調頻率為38KHZ，當接收到38KHZ的紅外脈沖信號時輸出為低電平，反之輸出高電平。經其解調后的信號輸入單片機的中斷和串行接收口。通過單片機的中斷查詢可進行下一步操作。

2．２．３數碼顯示電路

為方便識別發射的按鍵號碼，以及顯示受控制的電路，在接收部分設置數碼顯示電路。顯示電路主要由顯示驅動器4511和數碼管LED組成。CD4511是7段譯碼器，與其它驅動器不同的是，它顯示數碼‘6’和‘9’時沒有拖尾現象，它所驅動對象是共陰極LED數碼管。CD4511的四個信號輸入端用單片機P1端口中的四位來實現。

2．２．４繼電器控制電路

繼電器控制電路可由單片機的P0和P2口輸出，一共可以有16個支路，即可以控制16個電器，而這16個支路的電路形式完全相同，在本次設計模型中，可選擇其中的一個或幾個支路來演示。以P2.1口為例，將其連接到繼電控制電路中三極管9012的基極，三極管的射極接繼電器，使整個控制部分接到交流電器中。當P2.1輸出低電平時，三極管導通，繼電器吸合，對應的電器設備電源接通，設備開啟工作；否則P0或P2口相應引腳輸出為高電平，三極管截止，繼電器斷開，對應的電器設備因斷電而不能工作。

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　　　　　　　　圖４: 接收控制部分的電路原理圖

3 系統軟件設計

本設計的軟件分為發射部分和接收部分。

發射部分的工作原理為：系統上電初始化，進入主程序循環狀態。調用鍵盤掃描處理子程序，當無按鍵按下時，系統處于等待狀態；當有按鍵按下時，系統通過按鍵檢查子程序，檢查按鍵號并轉入相應的發射子程序。（鍵掃描程序流程圖如圖５）　

在發射子程序中，利用定時器０將待發射信號調制成38KHZ的載波信號，經三極管放大后驅動紅外發射管，發射調制脈沖信號。發射信號采用脈沖個數編碼，不同的脈沖個數代表不同的編碼，最小為２個脈沖，其它信息碼的脈沖個數逐個遞增。為了使接收可靠，第一位碼寬為３ｍｓ，其余為１ｍｓ，碼間距為１ｍｓ，遙控碼數據幀間隔大于１０ｍｓ。遙控器上每一個按鍵都有唯一的一個鍵號，ＣＰＵ通過查詢得到的鍵值發射事先設定個數的脈沖。（紅外發射程序流程圖如圖6）

圖5：鍵掃描程序流程圖

圖6：發射程序流程圖

接收部分工作原理為 ：系統上電初始化后，對單片機的INT1口進行檢測，當其為高電平時，系統處于等待狀態；當其為低電平時，將啟動中斷服務程序。紅外接收器輸出脈沖幀數據時，第一位碼的下降沿觸發中斷程序，實時接收數據幀，并對第一位碼的碼寬進行驗證。若第一位的低電平碼的脈寬小于2ms,將作為錯誤幀處理。當間隔位的高電平脈沖寬大于3ms時，結束接收，然后根據累加器A中的脈沖數，在單片機P1．O—P1．3口輸出相應的二進制數據，經譯碼器的譯碼后驅動數碼顯示管顯示相應按鍵，同時P0或P2口的某一對應引腳輸出控制信號，使繼電器原有狀態發生改變，此時即完成一次數據的接收處理。

4 結束語

本設計采用紅外發射和接收的方式，保證了信號傳輸的可靠性，并且控制簡單、實施方便，成本低廉。通過接收發射端的控制信號，在接收部分實現了相應的控制。但是，由于受紅外線定向性和傳輸距離的限制，該系統只適應于短距離的遙控控制(10 m以內)，而且操作時遙控器要有一定的角度，如果中間有墻、門窗等障礙物時，紅外線將無法穿透。如果采用調頻或調幅等發射接收編碼，可提高遙控距離，并且不受角度的影響。

    紅外編碼的格式多種多樣，本設計只是選取了其中的一種。

（1）李廣弟《單片機基礎》北京航空航天大學出版社 2001年第2版，2003年9月第6次印刷， P11-37,P200-203

（2）劉東漢《基于微處理器解碼多功能遙控系統的設計》<現代電子技術>2006年第8期，P27-29

（3）朱光忠《基于單片機的紅外遙控開關控制器》<計算機工程與設計>2006年第11期，P2097-2099