通信系统综合设计报告多路红外遥控器CC2530

1摘要：本文介绍基于 CC2530的多路红外遥控器，本设计可以控制三个 LED灯和一个蜂鸣器的开关，并且可以对一路 LED进行亮度调节。该遥控器有红外发射和红外接收两个组成部分，采用脉冲宽度调制（PWM）方式，四个按键开关。关键词：红外发射 红外接收 CC2530 脉冲宽度调制1. 题目要求1）实时控制多路（至少 2 路）电器的开关，其中一路为电灯开关控制，其亮度可以无线调节；2）控制距离10m；3）基于 CC2530 实现，不能采用现成的红外发射与接收模组；4）电路制作时，必须有学号或姓名。2.设计方案分析2.1 遥控电路方案的选择红外遥控有发射和接收两个组成部分。根据红外发射接收的原理我们可以设计几种方案，例如在不要求多路控制的情况下我们可以用由常规集成电路组成的单通道红外遥控电路，要多路控制的情况下我们可以利用单片机来实现。下面是单路控制和多路控制的一些方法思路方案比较。方案一：单路遥控，可以使用由常规集成电路组成的单通道红外遥控电路，直接产生一个控制功能的振荡频率，再通过红外发光二极管发射出去。当红外接收头接收到控制频率时，由一个电路对其进行解调并产生相应的控制功能。方案框图如下：发射部分：图 1 发射部分框图接收部分：图 2 接收部分框图产生振荡频率产生振荡频率产生震荡频率 红外发射产生振荡频率红外接收 信号解调 电器控制2方案二：多路遥控，这个设计主要用到 CC2530，当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲以数据包形式由红外发光二极管发射出去。当红外接收器接收到控制脉冲后，对红外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出遥控编码脉冲。再送给 CC2530 判断数据包是否正确，检测正确后经 CC2530 解码并执行控制相关电器。方案框图如下：发射部分：图 3 发射部分框图接收部分：图 4 接收部分框图2.1.1 方案比较从以上方案可知，方案一未采用单片机控制，成本低，但功能过于单一，仅能对一路电器进行简单的遥控，应用范围比较小；方案二的红外线发射和接收控制电路采用单片机来实现，电路简单，不仅可用控制键实现对电器的控制，而且可对一路电器进行亮度控制，方便实用。设计用到的元器件较少，电路相对简单实用，成本也不会很高。3. 基本原理3.1.电路实现的基本原理红外遥控有发射和接收两个组成部分。发送端采用 CC2530 将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号数据包，通过红外发射管发射红外信号。红外接收主要是对红外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出遥控编码脉冲。再送给 CC2530 判断数据包是否正确，检测正确后经 CC2530 解码并执行控制相关电器。流程框图如下所示：按键控制 CC2530红外发射红外接收 CC2530调光控制（控制第一个 LED）受控电器3输出调制 解码发送 接收解调图 5 红外发射接收框图3.1.1.红外发射原理为了减少干扰，本接收电路采用的是价格便宜性能可靠的一体化红外接收头VS1838B，它接收红外信号频率为 38kHz,周期约 26us,所以我们也把发射信号调成 38kHz 的载波信号通过红外发射头发射出去。首先利用单片机把要发送的数据变换成二进制，然后在编码送给发射二极管发射。 红外线的编码方式采用 PWM 编码。发射端用单片机通过设置定时器初始值，让其产生 38kHz 的方波。用单片机控制红外二极管发射红外信号。当按键按下时，单片机读出按键值，根据按键的设置，再调制成 38kHz 的方波用红外发射管发射出去。38kHz 载波的产生：脉冲信号的周期就是 1/38000 S,我们利用一个中断产生 38K 脉冲，占空比是 1/2,我们的中断时间设置为 1/38000/2 S 中断一次，然后通过相隔一次中断电平翻转一次就形成了一个频率为 38K 占空比 1/2 的脉冲。因为我们采用不同按键控制不同路的电器，所以采用 NEC 协议编码发射，所按的键不同发出的编码也不同，这种码的特点是采用脉宽调制的串行码，以脉宽为 0.565ms、间隔 0.56ms、周期为 1.125ms 的组合表示二进制的“0”；以脉宽为 0.565ms、间隔 1.685ms、周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“1”，“0”和“1”组成的 32 位二进制码经 38kHz 的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的，然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。图 6 逻辑 1 和逻辑 0单片机 红外发射电路一体化红外接收头 单片机4图 7 二进制信号的调制图 8 发射过程图数据协议：通信中的数据往往以数据包的形式进行传送的，我们把这样的一个数据包称作为一帧数据，比较可靠的通信协议往往包含有以下几个组成部分：包头、地址信息、数据类型、数据长度、数据块、检验码、包尾。数据包格式： 0xAA, 0x7E, 0x12, 0xF0, 0x02, 0x23, 0x45, SUM, XOR, 0x0D 其中 0x55, 0xAA, 0x7E 为数据帧的帧头，0x0D 为帧尾，0x12 为设备的目的地址，0xF0 为源地址，0x02 为数据长度，后面接着两个数据 0x23, 0x45，从目的地址开始结算累加、异或校验和，到数据的最后一位结束。因为本实验要通过红外发射管发送程序，所以要转换成二进制发送，如包头 A2 转换成二进制 10100010。3.2 红外接收原理接收端用接收头 VS1838B 接收信号并用单片机读取，单片机再发出命令控制 LED。当没有信号时，VS1838B 持续输出高电平，当接收到信号时，VS1838B5输出低电平。利用 VS1838B 的工作原理，让单片机分析数据来判断发来的指令并执行。接收过程：首先利用一体化接收头接收信号并滤掉 38KHz 的波段，就还原出发射的信号了。图 9 信号解调因为为无线传输需要高频才能发射出去，被接收管接收，电磁波能量和频率的四次方成正比。所以我们要用到 38K Hz 的载波，把信号加到载波上，接受时再滤掉载波，还原成我们发射的信号。单片机引脚通过测得高低电平的时间长短（需要用到定时器），就可以判断出是“1”是“0”了。4.电路图设计4.1.电路结构介绍本红外多路遥控器由两个模块组成，发射和接收模块，其中发射模块包括按键电路、红外发射电路、复位电路，接收模块包括接收电路、电器电路、复位电路。4.1.1 电路元器件电阻 12K1 电阻 10K3 电阻 100 电阻 680 电阻 1K4电阻 4K3 电阻 2001 电容 10u4 电容 4.7u1 微动开关8AMS11172 发射管 PH3031 接收 VS1838B1 三极管 80503 核心板2LED3 蜂鸣器14.2 发射电路图分析6图 10 发射部分电路原理图（1）红外发射电路该电路采用 8050 三极管两级放大，这样能产生足够大的电流驱动红外发射管，能增加遥控距离。图 11 红外发射（2）按键电路按键电路将六个按键接在 P1.0、P1.1、P1.2 和 P1.3 上，按下按键给单片机对应 IO 口置低电平。如图 12 所示。7图 12 按键电路（3）手动复位电路图 13 复位电路4.3 接收电路图分析图 14 接收部分电路原理图（1）接收电路红外接收采用 VS1838B8 一体化接收头，它起集成了红外接收、带通滤波和放大电路，使用起来方便简单。如图 13 所示:8图 15 接收电路（2）电器电路LED 接在单片机 P1.0 和 P1.1 口，蜂鸣器接 P1.3 口。当单片机输出高电平，灯不亮，蜂鸣器不响；当单片机输出低电平，LED 亮，蜂鸣器响。其中 D1 可以改变亮度，通过单片机编程使 P1.0 口输出占空比不同的方波来改变灯的亮度。如图 16 所示:图 16 电器电路（3）电压转换电路通过 AMS1117 把 5V 电压转换成 3.3V 电压。图 17 电压转换电路9图 18 发射接收 PCB 图图 19 实物图正面图 20 实物图反面5.系统调试记录 调试工具：CC2530 底板、万用表、遥控器。课程要求：实时控制多路（至少 2 路）电器的开关，其中一路为电灯开关控制，其亮度可以无线调节；控制距10m。10第一次调试记录：我们这个课程设计分发射和接收两个模块，所以我们分两次单独对设计的电路进行调试，在测试发射电路时我们首先要确定发射模块能工作，所以我们安装了一个电源指示灯，开通电源灯会亮。然后我们测试各个按键、发射管脚等地方电压，确定电路都是可以接通的，发射模块一个很重要的地方是发射管，我们要确定发射管能工作，所以我们用手机摄像头对准发射管观察，发现红外发射管有发光，初步判断发射电路没有问题；测试接收电路模块，我们主要用我们买单片机送的红外遥控器来取代发射电路发射信号来测试，最后基本没发现有问题。第二次调试记录：做好板后，进行程序烧录，虽然已经烧进去了，但是按键的时候接收模块并没有如期没有反应。解决办法：用万用表测量发射管两端的电压，电压正常，同时检查电路连接有没有出错，最后电路连接 出错的因素排除了。再打开手机的照相摄像头对着发射管一边按按键，没有看到一闪一闪的亮光，所以锁定原因应该是没有信号发射出去，但电路连接是没问题的，经过检查程序也没问题，那问题出在哪里呢？正当我百思不得其解时，同学提醒我有可能是我的信号输出的管口选择有问题，因为我的连接管口 P0.3 是程序烧写接口，我于是改了个接口，发现正常了。6.课程设计体会这次的通信系统综合设计是基于 CC2530 的红外多路遥控器，对于我们来说是个比较大的挑战，因为之前学无线单片机的时候，学得并不好相对于 51 单片机来说，多了很多中断源和定时器等，以前学的时候很多都看不懂，所以说这次课程设计真的很考验我们。为了准备这次课程设计，我也做了不少准备，我先从简单的开始准备，看了基于 51 单片机红外遥控的相关内容，到图书馆查阅红外遥控相关书籍，网上搜索红外发射与接收原理等等，虽然看了比较多的资料，但我们还是似懂非懂的感觉，花了比较多的时间，以至于后面做实物电路设计和程序设计时间比较赶，导致第一次验收没来得及做好。通过比较 51 单片机和 CC2530，我们发现他们之间在实现红外遥控的原理是