红外遥控电风扇的设计.doc

红外遥控电风扇的设计 摘要摘要 随着空调的普遍使用，传统家用电器电风扇的市场受到严重冲击。传统的 手动开/关、调速功能已不能满足市场的需求，人们希望电风扇在体积小、工作 方便等的基础上拥有更多的功能，而红外遥控的广泛应用及单片机技术的成熟， 使得红外遥控系统成为了电风扇的发展趋势。 本设计方案基于市场的需求，结合红外遥控设计简单、操作方便、成本低 廉等特点，采用了专用的遥控发射接收芯片，在此基础上设计了一款简易的智 能红外遥控电风扇系统。本文设计实现了电风扇的几项基本功能：开/关功能、 三级调速功能、0.5-7.5 小时不同时间段的定时功能，以及自然风、正常风两 种风类的选择功能。经过多次的测试与电路调整，系统的各项功能均能正常实 现。另外本系统有 16 个按键，可用于扩展控制其他电器。 关键词：关键词：红外遥控；信号调制；编码；解码 abstract with the widespread use of air conditioning, the traditional household appliance market is severely impact the fan. the traditional manual open/close, control function already cannot satisfy the demand of the market, people want to work in small volume, fan convenient basis has more features, and infrared remote extensive application of the technology and the mature, infrared remote control system has become the development trend of the fan. this design scheme based on the demand of the market, with infrared remote design is simple, convenient operation, low cost, adopt the special features of remote launch receiver chips, based on a summary of the design of intelligent infrared remote electric system. this design has realized the basic function of several fan: open/close function, control function, 0.5-7.5 hours of different periods of time function, and natural, normal two wind the selection function. after many tests and circuit system, adjust the function can normal realization. in addition, our system has 16 button that can be used to expand control other appliances. key words: infrared remote； modulation signal； encode； decoding 目目 录录 1 1 绪论绪论.1 1.1 电风扇发展的现状1 1.2 可行性分析2 2 2 红外原理红外原理.2 2.1 红外线的概念及特点.2 2.1.1 概念2 2.1.2 特点3 2.2 红外线发射和接收.3 2.2.1 发射器件3 2.2.2 接收器件3 2.3 红外遥控的设计思路.4 3.系统的硬件设计系统的硬件设计.4 3.1 系统方框图.4 3.2 系统功能需求5 3.3 51 系列单片机功能特点.6 3.4 红外发射电路.10 3.5 红外检测接收电路.11 3.6 控制电路.12 3.7 电源电路设计.13 3.8 显示部分的设计.14 4.系统软件的设计系统软件的设计.16 4.1 定时/计数器应用16 4.2 遥控码的发射.18 4.3 红外接收.20 4.4 调速单元.22 4.5 系统的软硬件的调试.22 结束语结束语24 参考文献参考文献25 红外遥控电风扇 1 1 1 绪论绪论 1.11.1 电风扇发展的现状电风扇发展的现状 中国的第一台电风扇生产自 1916 年，发明者杨济川在上海四川路横浜 桥开办生产变压器的工厂，以“中华民族更生”之意，取名为华生电器制造 厂，至 1925 年华生电扇正式投产，很快成为著名品牌。 再此之后，随着我国科学技术的发展和人民生活水平的迅速提高，电 风扇的品种也开始日益丰富。台扇、地扇、吊扇、壁扇，根据不同场合的 需求，电风扇不仅从外型到控制方式都有了不少改变。从最开始的旋钮、 按钮控制方式到之后的触摸式操作。扇页材质也从最开始的金属材质换成 塑料材质。 如今，电风扇是夏季家庭必备的电器设备之一。在家电市场上，各种 规格，式样的电风扇一直是广大消费者十分关注的商品。近几年，电风扇 发展速度很快，随着电子技术与传感技术的发展，电风扇不断向高档次， 电子控制及能产生模拟自然风方向发展。 现在风扇的用途太多了，比如在库房可以用来排气，在厨房可排油烟。 特别是在炎热的夏天，可以给人们带来了一阵阵凉风，使人们在舒适的环 境下安心工作。目前风扇种类较多，如落地扇、坐式、壁式、吊式等；从 控制方式可分为挡位式、按键式、红外遥控式等；但不管哪种控制方式都 有各自的好处。 随着社会的不断发展、科技的不断进步、人们生活水平的不断提高， 先前的产品还存在很多的不足,已经不能再满足人们的需求，那么就迫切要 求新产品的问世。为了解决上述问题，本论文开发了红外遥控电风扇控制 电路的课题,即采用红外遥控器来控制电风扇。红外遥控电风扇控制电路是 利用红外发射器发射的信号通过译码电路，由控制电路来进行有效的功能 控制。该装置与红外遥控传统产品比较具有控制性好、灵敏度高等特点。 随着科技的发展，人们的生活节奏也越来越快，随之人们对方便、快 捷的要求也不断增高。遥控器的出现，在一定程度上满足了人们这个要求。 遥控器是由高产的发明家 robert adler 在五十年代发明的1。而红外遥控 是 20 世纪 70 年代才开始发展起来的一种远程控制技术，其原理是利用红 外线来传递控制信号，实现对控制对象的远距离控制。具体来讲，就是由 发射器发出红外线指令信号，由接收器接收下来并对信号进行处理，最后 实现对控制对象的各种功能的远程控制。 红外遥控电风扇 2 1.21.2 可行性分析可行性分析 红外遥控具有独立性、物理特性与可见光相似性、无穿透障碍物的能 力及较强的隐蔽性等特点。随着红外遥控技术的开发和迅速发展，很多电 器都应用了红外遥控，电风扇也不例外。从单纯的在电风扇面板上通过按 钮控制，到短距离（10m 以内）的遥控，虽然改变不大，但其带来的便利无 疑是巨大的。而红外遥控技术的成熟，也使得遥控电风扇变得设计简单， 价格低廉。 作为一种老牌的电器，电风扇具有价格便宜、摆放方便、体积轻巧等 特点。虽然现在空调在城市中已经相当普遍，并有替代电风扇的趋势。但 由于大部分家庭消费水平的限制，电风扇作为一个成熟的家电行业的一员。 尤其在中小城市，以及乡村将来一段时间内仍然会占有市场的大部分份额。 市场的需求促使了电风扇的发展。随着“智能化”的兴起，电风扇的 功能也越来越多，越来越贴进人们生活。因此，对于电风扇的开发和设计 依然有着较大的实用价值。在现有市场上多功能遥控电风扇的基础上，人 们提出了一种新型的智能电风扇，相对于过去的电风扇，智能电风扇添加 了很多人性化的设计，如安全保护、倾倒保护、智能照明等功能，使电风 扇更加人性化。相信其丰富的功能，人性化的设计将会大大提高电风扇的 市场竞争力2。 而本设计就是以电风扇为对象，通过红外遥控实现电风扇的几种常用 功能如开关、调速、定时等的控制，相对于传统的机械控制，体现出了更 加方便快捷的优点。 2 2 红外原理红外原理 2.12.1 红外线的概念及特点红外线的概念及特点 .1 概念概念 红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英德国科学家霍胥尔于 1800 年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜 色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现， 位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外 红外遥控电风扇 3 侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒介。太阳光谱 上红外线的波长大于可见光线，波长为 0.751000m。红外线可分为三部分， 即近红外线，波长为（0.75-1）（2.5-3）m 之间；中红外线，波长为 （2.5-3）（25-40）m 之间；远红外线，波长为（25-40）l000m 之间。 真正的红外线夜视仪是光电倍增管成像，与望远镜原理完全不同，白天不 能使用，价格昂贵且需电源才能工作。 2.1.2 特点特点 人的眼睛能看到的可见光，若按波长排列，依次（从长到短）为红、 橙、黄、绿、青、蓝、紫。 红光的波长范围为 0.62m0.76m，比红光波长还长的光叫红外线。 红外线遥控器就是利用波长 0.76m1.5m 之间的近红外线来传送控制 信号的。 红外线的特点是不干扰其他电器设备工作，也不会影响周边环境。电 路调试简单，若对发射信号进行编码，可实现多路红外遥控功能。 2.22.2 红外线发射和接收红外线发射和接收 2.2.1 发射器件发射器件 人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两部分。发射部分的发射元 件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光。常用的红外发光 二极管发出的红外线波长为 940nm 左右，外形与普通 5mm 发光二极管相 同，只是颜色不同。一般有透明、黑色和深蓝色等三种。判断红外发光二 极管的好坏与判断普通二极管一样的方法。单只红外发光二极管的发射功 率约 100mw。红外发光二极管的发光效率需用专用仪器测定，而业余条件下， 只能凭经验用拉距法进行粗略判定。 2.2.2 接收器件接收器件 接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极 管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。红外接收二极管一般 红外遥控电风扇 4 有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极 管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。然而现在不论 是业余制作或正式的产品，大都采用成品的一体化接收头。红外线一体化 接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可 靠。所以，有了一体化接收头，人们不再制作接收放大电路，这样红外接 收电路不仅简单而且可靠性大大提高。 常用两种红外接收头的外形，均有三只引脚，即电源正 vdd、电源负 （gnd）和数据输出（out） 。接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同。 红外接收头的主要参数如下： 工作电压：4.85.3v 工作电流：1.72.7ma 接收频率：38khz 峰值波长：980nm 静态输出：高电平 输出低电平：0.4v 输出高电平：接近工作电压 2.32.3 红外遥控的设计思路红外遥控的设计思路 红外遥控是单工的红外通信方式，整个通信中，需要一个发射端和一 个接收端。发射端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的 脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收端普遍采用价格便宜， 性能可靠的一体化红外接收头接收红外信号，它同时对信号进行放大、检 波、整形，得到 ttl 电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并控 制相关对象3。 图 2.1 遥控器原理框图 红外遥控电风扇 5 3.系统的硬件设计系统的硬件设计 3.13.1 系统方框图系统方框图 （1）发射端电路：单片机系统及显示电路、红外发射电路以及按键电路，稳压 电路等组成。其设计原理图如下： 图 3.1 手持段遥控器方框图 （2）接收端电路：单片机系统及显示电路、红外发射电路以及按键电路，电源 电路，控制单元等组成。其设计原理图如下： 图 3.2 红外接收端方框图 红外遥控电风扇 6 3.23.2 系统功能需求系统功能需求 本遥控系统要求用单片机作为控制芯片制作一个遥控器4，另一个单片机 控制系统能被遥控操作。本系统要求遥控器具有多级调速、开关、定时、以及 自然风、睡眠风切换等功能。将单片机、控制、键盘组合在一起完成了人机对 话。用at89c51 单片机来作主芯片控制，采用红外 hs0038 接收头，用双向可控 硅 mc97a6 控制电机开关，具有红外遥控功能。 自然风的处理流程 : 图 3.3 自然风循环 睡眠风的处理流程 : 图 3.4 自然风的循环图 正常风的处理流程 : 图 3.5 正常风循环 3.33.3 5151 系列单片机功能特点系列单片机功能特点 （1）主要特性 与mcs-51 兼容 红外遥控电风扇 7 4k字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0hz-24hz 三级程序存储器锁定 128*8位内部ram 32可编程i/o线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 at89c51的引脚功能，图3.6所示: 图3.6 at89s51的引脚功能 （2）管脚说明 vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每个管脚可吸收8ttl门电流。 当p1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器， 它可以被定义为数据/地址的第八位。在flash编程时，p0口作为原码输入口， 当flash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部电位必须被拉高。 红外遥控电风扇 8 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接 收输出4ttl门电流。p1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入。 作为输入时，p1口被外部下拉为低电平，将输出电流，这是由于内部上拉的缘 故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收， 输出4个ttl门电流。当p2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且 作为输入。作为输入时，p2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于 内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行 存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势， 当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。 p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl 门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输 入时，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill），也是由于上拉的缘故。 p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下所示： p3.0：rxd（串行输入口）； p3.1：txd（串行输出口）； p3.2：（外部中断0）；0int p3.3：（外部中断1）；1int p3.4：t0（定时器0外部输入）； p3.5：t1（定时器1外部输入）； p3.6：（外部数据存储器写选通）；wr p3.7：（外部数据存储器读选通）。rd p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高 电平时间。 ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存progale / 地址的位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端 以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作 对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储 器时，将跳过一个ale脉冲，如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令时ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如 果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 红外遥控电风扇 9 ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，psen 每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的psen 信号将不出现。psen ：当保持低电平时，访问外部rom；注意加密方式1时，vppea/ea 将内部锁定为reset；当端保持高电平时，访问内部rom。在flash编程eaea 期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 内部结构框图如图3.7所示： 图3.7 at89c51的内部结构框图 （3）t89c51 的基本操作 如图 3.8 所示，在 x1 和 x2 之间接一只石英振荡晶体构成了单片机的时钟 电路，它还有另一种接法，是把外部振荡器的信号直接连接到 xtal1 端，xtal2 端悬空不用。 at89c51 复位引脚 rst/vp 通过片内一个施密特触发器（抑制噪声作用）与 片内复位电路相连，施密特触发器的输出在每一个机器周期由复位电路采样一 次。当振荡电路工作，并且在 rst 引脚上加一个至少保持 2 个机器周期的高电 平时，就能使 at89c51 完成一次复位。 复位不影响 ram 的内容。复位后，pc 指向 0000h 单元，使单片机从起始地 址 0000h 单元开始重新执行程序。所以，当单片机运行出错或进入死循环时， 可按复位键重新启动。 mcs-51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种复位方式。上电复位 利用电容器充电来实现。按钮复位又分为按钮电平复位和按钮脉冲复位。前者 将复位端通过电阻与vcc相接；后者利用rc微分电路产生正脉冲来达到复位目的。 复位电路参数的选择应能保证复位高电平持续时间大于2个机器周期。 红外遥控电风扇 10 图3.8 at89c51基本操作电路 3.3.4 4 红外发射电路红外发射电路 本遥控发射器采用码分制遥控方式，码分制红外遥控就是指令信号产生电 路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。 在确定选择 at89c51 作为本设计发射电路核心芯片和点触式开关作为控制 键后，加上一个简单红外发射电路和 12m 晶体振荡器便可实现红外发射。 发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极 管，由于内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它 发出的便是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外 线波长为 940nm 左右，外形与普通 5 发光二极管相同，只是颜色不同5。 遥控发射通过键盘，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这 种代码指令信号调制在 40khz 的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲， 通过空间传送到受控机的遥控接收器。p1 口作为按键部分，p0.7 口作为发射部 分。电路图如图 3.9 所示： 红外遥控电风扇 11 图3.9 红外发射电路 3.53.5 红外检测接收电路红外检测接收电路 在接收过程中，脉冲通过光学滤波器和红外二极管转换为 40khz 的电信号， 此信号经过放大、检波、整形、解调，送到解码与接口电路，从而完成相应的 遥控功能。接收电路图见图 3.10。 通常，红外遥控器将遥控信号（二进制脉冲码）调制在 40khz 的载波上， 经缓冲放大后送至红外发光二极管，产生红外信号发射出去。将上述的遥控编 码脉冲对频率为 40khz（周期为 26s）的载波信号进行脉幅调制（pam） ，再经 缓冲放大后送到红外发光管，将遥控信号发射出去。 根据遥控信号编码和发射过程，遥控信号的识别即解码过程是去除 40khz 载波信号后识别出二进制脉冲码中的 0 和 1。由 mcs51 系列单片机 at89c51、一体化红外接收头、还原调制与红外发光管驱动电路组成。 接收部分主要元件是红外接收管，它是一种光敏二极管（实际上是三极管， 基极为感光部分） 。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常 工作，即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵 敏度6。 红外遥控电风扇 12 图3.10 红外接收电路 3.63.6 控制电路控制电路 在控制部分采用了隔离驱动电路，用光电器件作为隔离元件，利用光耦来 隔离强电，以防止强电影响单片机的工作。 光电隔离的目的是割断两个电路的电气联系，使之相互独立，从而也就割 断了噪声从一个电路进入另一个电路的通路7。光电隔离是通过光电耦合器实 现的。光耦又称光电隔离器或光电耦合器，它是以光为媒介来传输电信号的器 件，通常把发光器与受光器封装在管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光 线，受光器接收后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“光电光” 的转换。光电耦合器是把一个发光二极管和一个光敏三极管封装在一个外壳里 的器件。外壳有金属和塑料的两种。发光二极管和光敏三极管之间用透明绝缘 体填充，并使发光管与光敏管对准，以提高其灵敏度，光电耦合器的电路符号 如图 3.11 所示。 对于数字量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平 “1” ；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“0” 。 optoisolator1 发发 发发 发发发 发发发 图 3.11 光电耦合器原理图 输入信号使用发光二极管发光，其光线又使光敏三极管产生电信号输出， 红外遥控电风扇 13 从而既完成了信号的传递又实现了电气上的隔离。光电耦合的响应时间一般不 超过几个微秒。 光电耦合器的输入端与输出端在电气上是绝缘的，且输出端对输入端也无 反馈，因而具有隔离和抗干扰两方面的独特性能。通常使用光电耦合器是为实 现以下两个主要功能： 电平转换：ttl 电路与电源电路之间不需另加匹配电路就可以传输信号， 从而实现了电平转换。 隔离：这时由于信号电路与接收电路之间被隔离，因此即使两个电路的接 地电位不同，也不会形成干扰。 光电耦合器中光敏三极管的基极有引出和不引出两种形式。基极引出通常 是经一个电阻接地。 通过接地电阻可以控制耦合的响应速度和灵敏度。总的来说，电阻越小， 响应速度越高。控制电路如图 3.12 所示： 图3.12 控制电路 3.73.7 电源电路设计电源电路设计 （1）稳压电路 典型应用电路如图 3.13 所示。图中 c5 用于频率补偿，防止自激振荡和抑 制高频干扰；c6 采用电解电容，以减少电源引入的低频干扰对输出电压的影响； d4 是保护二极管，当输入端短路时，给 c4 一个放电的通路，防止 c4 激穿8。 红外遥控电风扇 14 图 3.13 稳压电路 （2）直流稳压电源的设计 直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分 组成。框图如图 3.14 所示： 图 3.14 直流稳压电源 3.83.8 显示部分的设计显示部分的设计 由 led 组成的 7 段发光管显示器是不太复杂的单片机应用系统常用外部设 备之一。 红外遥控电风扇 15 表表 3.13.1 七段七段 ledled 字形码字形码 显示字符共阳极 字符码 共阴极 字符码 03fhc0h 106hf9h 25bha4h 34fhb0h 466h99h 56dh92h 67dh82h 707hf8h 87fh80h 96fh90h 在本设计中使用了四个 7 段 led 显示器，而多位显示器连用有两种方法。 其一，每一位都用各自的 8 位输出口控制，在显示某字符时，相应的段恒定发 光或不发光。这种显示方法属于静态显示。显然，静态显示需占用较多的 i/o 口线。 其二，是动态显示。即将多个 7 段 led 的段选端复接在一起，只用一个 8 位输 出口控制段选，段选码同时加到各个 7 段 led 显示器上，通过控制各个显示器 公共阳极轮流接高电平的办法，逐一轮流地启动各个 led。在这种方法中，只 要恰当地选择点亮时间和间隔时间，就会给人以这样一种假相：似乎各位 led 是“同时”显示的。动态显示法是目前各种单片机采用的流行方法。其优点是 硬件简单， “动态”由软件实现。因而我选用动态显示的方法。其显示格式如表 3.2， 表表 3.23.2 数码管显示格式数码管显示格式 数码管 1数码管 2 风速 d 相应数字 模式 e 相应数字 定时 a 相应数字 红外遥控电风扇 16 4.系统软件的设计系统软件的设计 该系统的控制软件主要可以分为测温和红外两个大的部分，其中具体有单 片机初始化程序、定时服务程序、红外发射编码和红外接收解码程序等模块。 4.14.1 定时定时/ /计数器应用计数器应用 （1）定时/计数器功能简介9 at89c51单片机内部设有两个16位可编程的定时/计数器，简称定时器0和定 时器1，分别用t0和t1表示。其功能同一般定时计数器，主要作用是：第一，作 为一段特定时间长短的定时；第二，可以计算由t1或t0引脚输入的脉冲数，前 者在应用上可以产生正确的时间延迟及定时去执行中断服务程序，而后者则是 计数器或者计频器的设计。在本设计中这两种作用都用到了。 这两个定时器本身有四种工作模式可供使用，如表4.1所示。 表表4.14.1 四种工作模式四种工作模式 m1 mo 工作方式功能说明 0 0 模式 013 位计数器 0 1 模式 116 位计数器 1 0 模式 28 位自动重装计数器 1 1 模式 3定时器 0：分成两个 8 位计数 器 定时器 1：停止计数 （2）定时器相关的控制寄存器 tmod为模式控制寄存器，主要用来设置定时/计数器的操作模式；tcon为控 制寄存器，主要用来控制定时器的启动与停止。两个16位的定时/计数器t0和t1 均可以分成2个独立的8位计数器即th0、tl0、th1、tl1，它们用于存定时或计 数的初值。 模式控制寄存器-tmod tmod是一个专用寄存器，用于控制t1和t0的操作模式及工作方式，其各位 定义如下： 表表4.24.2 tmodtmod寄存器寄存器 d7d6d5d4d3d2d1d0 红外遥控电风扇 17 gate c/t m1m0gate c/t m1m0 gate：门控位。当 gate0，定时器只由软件控制位 tr0 或 tr1 来控制 启停。位为 1 时，定时器启动开始工作为 0 时，定时器停止工作。当 i tr gate1 时，定时器的启动要由外部中断引脚和位共同控制。只有当外部中 i tr 断引脚或为高电平时，置 1 才能启动定时器工作。0int1int i tr c/：功能选择位。当 c/o 时设置为定时器工作方式，计数脉冲由tt 内部提供，计数周期等于机器周期。当 c/1 时设置为计数器工作方式，计t 数脉冲为外部引脚 t0 或 t1 的引入的外部脉冲信号。 m1、m0：操作模式控制位，2 位可形成 4 种编码，对应于 4 种操作模式。 tmod 模式控制寄存器不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置定时器的 工作方式及操作模式，低 4 位用于定义定时器 0，高 4 位用于定义定时器 1，系 统复位时 tmod 所有位均为 0。 控制寄存器-tcon tcon 的作用是用于控制定时器的启动、停止及定时器的溢出标志和外部中 断触发方式等。 各位定义如下： 表表 4.34.3 tcontcon 寄存器寄存器 8fh8eh8dh8ch8bh8ah89h88h tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0 tf1和tf0：分别为定时器1和定时器0溢出标志。当定时器计满产生溢出 时，由硬件自动置“1” ，并可申请中断。进人中断服务程序后，由硬件自动清 0。这两位也可作为程序查询的标志位，在查询方式下应由软件来清0。 tr1 和 tr0：为定时器 1 和定时器 0 的启动控制位。当由软件使清 0 i tr 而停止定时器的工作。定时器启动时该位应置“1” 。 定时器的启动与门控位和外部中断引脚有关。当 gate 设置为 0，定时器的 启动由1 控制；当 gate 设置为 1 时，定时器启动除了1 外，还要求 i tr i tr 外部中断引脚1 时定时器方可启动工作。inti ie1 和 ie0：为外部中断 1和外部 0的中断请求标志位。当外1int0int 部中断源有请求时其对应的中断标志位置“1” 。复位由触发方式来设置。 it1 和 it0：为外部中断 1 和外部中断 0 的触发方式选择位。设置为 i it “0”时为电平触发方式；设置为“1”时为边沿触发方式。 tcon 中低 4 位是与外部中断有关的位，高 4 位为定时器控制位。它是一个 红外遥控电风扇 18 可以进行位寻址的寄存器。当系统复位时所有位均为 0。若要启动定时器可以 使用位操作指令 setb来启动。 i tr （3）定时计数器的操作模式 本次设计使用模式 2，它有有自动重新加载初值的功能，使定时器做更精 确的计时。在模式 2 工作下，计数器最多可计数个数为 m256，计时时间 8 2 最长为： 1.085us*2560.28ms （4.1.1） 而计数初值的加载方法为： th0256-c （4.1.2） 其中 c 为所要计数的值，计数时间长度为： 1.085us*c （4.1.3） 本设计采用模式2，其具体程序如下： tmod=0x22； /8 位自动重装模式 th1=0xf3； /40khz 初值 tl1=0xf3； 4.24.2 遥控码的发射遥控码的发射 （1）遥控码的发射 当某个操作按键按下时，单片机先读出键值，然后根据键值设定遥控码的 脉冲个数，再调制成 40khz 方波由红外线发光管发射出去10。 通常，红外遥控是将遥控信号（二进制脉冲码）调制在 40khz 的载波上， 经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。为了提高抗 干扰性能和降低电源消耗，将上述的遥控编码脉冲对频率为 40khz（周期为 26us）的载波信号进行脉幅调制（pam） ，再经缓冲放大后送到红外发光管，将 遥控信号发射出去。 电器 0 的遥控输出码 电器 1 的遥控输出码 红外遥控电风扇 19 图 4.1 码分制编码波形图 红外信号发射过程:首先装入发射脉冲个数（发射时为 3ms 脉冲，停发时为 1ms 脉冲） ，此时若发射脉冲个数为 1 则返回主程序，若不为 1 则发 1ms 脉冲， 然后停发 1ms 脉冲，这样便结束整个发射过程。 在实践中，采用红外线遥控方式时，由于受遥控距离、角度等影响，使用 效果不是很好，如采用调频或调幅发射接收码，可提高遥控距离，并且没有角 度影响。 （2）发射端程序流程图 图 4.2 遥控发射主程序流程图 红外遥控电风扇 20 图 4.3 遥控发射器遥控码发射程序流程图 4.34.3 红外接收红外接收 遥控接收部分的主程序初始化及延时过程如下:首先初始化，然后判断是否 有键按下，若有则数码管显示数据，并发送相应信号，若无键按下，则返回。 （1）数码帧的接收处理 当红外线接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平将启动中断程序， 实时接收数据帧。在数据帧接收时，将对第一位（起始位）码的码宽进行验证。 若第一位低电平码的脉宽小于 2ms，将作为错误码处理。当间隔位的高电平脉 宽大于 3ms 时，结束接收，然后根据累加器 a 中的脉冲个数，执行相应输出口 红外遥控电风扇 21 的操作。图 4.4 就是红外线接收器输出的一帧遥控码波形图11。 图 4.4 红外线接收器输出的一帧遥控码波形图 （2）接收端程序流程图 图 4.5 遥控接收器主程序流程图 中断过程:首先判断低电平脉宽度是否大于 2ms,若脉宽不到 2ms，则中断返 回；若低电平大于 2ms，则接收低电平脉冲计数。接下来看判断高电平脉宽度 1ms 第一位1ms 10ms 3ms 10ms 红外遥控电风扇 22 冲是否大于 3ms，若脉宽不到 3ms，则返回上一接收计数过程；若高电平脉宽大 于 3ms，则按照脉冲个数至对应功能程序；此时中断返回。 图 4.6 遥控接收器中断程序流程图 4.44.4 调速调速单元单元 脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其 是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，pwm 控制技术的理论基础为： 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使 输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或 其他所需 要的波形12。 4.54.5 系统的软硬件的调试系统的软硬件的调试 在完成系统硬件的检查后主要是对软件进行调试，对遥控器的调试主要是 红外遥控电风扇 23 用示波器观察能否在遥控接收器中输出图 4.4 所示的波形，调整发射电阻的大 小可以改变红外线发射的作用距离。其性能指标： 调试后系统性能指标测试如下： （1） 最大遥控距离：10m （2） 发射接收角：水平最大 90 度 硬件电路制作完成并调试好后，便可将程序编译好下载到单片机试运行。 红外遥控电风扇 24 结束语结束语 毕业设计是我大学专科学习的过程向学校、社会交出的一张总结答卷。它 不仅是我对大学三年所学知识的总结，也是把所学知识融会贯通运用到实践当 中的一次尝试，是衡量我三年学习成果的必要标准。 通过此次的毕业设计，不仅使我深刻的巩固以往的所学习本专业的知识， 也实际熟练了本专业的技能操作。在毕业设计过程中，通过翻阅有关单片机、 红外遥控等方面的书籍，拓宽了我的知识面，并对单片机的知识有了总体的理 解，经过了反复思考的过程。这让我能够深刻的体会到基础知识与实际还是存 在着差异，实际应用中还要考虑到各个方面的因素，这给我以后的学习和工作 奠定了坚实的基础。 在毕业设计即将结束之际，我要感谢我的指导老师谭老师，从毕业设计的 准备到结束，整个过程中她给予了我多方面的支持和帮助。因为有老师的大力 帮助，使得我可以很快的解决制作过程中所遇到的问题和困难，也使我从中学 习到许多知识及做人的道理。增强了我自主学习和动手的能力。为我们今后步 入工作岗位打下良好的基础。 在此我还要感谢和我一起完成毕业设计的同学，论文完成过程中，同学们 互相鼓励，互相帮助，互相分享资源，探讨论文，空前团个终点，又是另外一 个起点。吃水不忘挖井人，我将铭记大家对我的帮助，以后更好的为人民为社 会服务。 最后还要感谢我生活及学习了三年的学校，在这次毕业设计中提供给我们 良好的环境及便利的条件，让我们全心投入到这次毕业设计中。 再次感谢所有帮助过我的人们！并祝愿我们学院越来越美好！ 红外遥控电风扇 25 参考文献参考文献 1 华成英，童诗白.模拟电子技术基础m 北京：高等教育出版社，2006 ：12-31 2 杨路明. c语言程序设计教程m 北京：北京邮电大学出版社，2005 ：23 -100 3 胡骅， 陈明.protel 99 se 原理图与pcb设计m 北京：机械工业出版社，2005：42- 311 4 王振营，李满，杨君.proteldxp2004电路设计与制版实用教程m.北京：中国铁道出 版社，2006,(6) ：122-321 5 黄颖松,吴皓东. 用“积木式”实验板学习51单片机j.电子制作, 2007,(08) ：1- 221 6 罗政球.提高电子电路抗干扰能力经验谈j. 电子制作, 2006,(10) ：1-15 7 胡汉才.单片机原理及其接口技术m. 北京：清华大学出版社，2006,3 ：1-12 10 陆东旭，甄钊博. 自制简单的51开发板j. 电子制作, 2008,(01) ： 2-8 11 吴金戌.8051单片机实践与应用研究m .