基于红外线传感器计数系统的实训论文说明书.doc

编号： 传感器综合设计实训(论文)说明书 题 目： 红外线传感器应用设计 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师：胡机秀、王守华、归发第、孙安青 2013年07月04日桂林电子科技大学实训论文说明纸 第 3 页 共 3 页 桂林电子科技大学实训论文说明纸 第 3 页 共 3 页 摘 要随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的遥控系统开始进入了人们的生活。传统的遥控器采用专用的遥控编码及解码集成电路，这种方法虽然制作简单、容易，但由于功能键数及功能受到特定的限制，只实用于某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。而采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样、操作码个数可随便设定等优点。本设计主要应用了AT89C2051单片机作为核心，综合应用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识，应用红外光的优点。遥控操作的不同，遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别不同的操作。遥控接收器通过对红外光接收频率的识别，判断出控制操作，来完成整个红外遥控发射、接收过程。其优点硬件电路简单，软件功能完善，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。关键字：红外信号调制；红外信号接收；单片机解码 AbstractWith the development of our society and the gradual improvement of science and technology, various kinds of help remote control systems have began to enter peoples life. The traditional remote controllers adopt special remote control code and decode integrated circuits, though this kind of method is simply and easily, it is only the practical application of some certain special electric equipments because of the counted functional keys is counted and the restricted function, so the range of application is limited. But the remote controllers which adopt the microprocessors have many advantages such as flexible operating and unceremonious manipulative keys.The design has used AT89C2051 microprocessor as core, integratively apply the interruptive system, timer , counter ,etc. mainly to design originally and also take the advantage of the infrared light. The remote control launcher distinguishes different operation through the control on frequency of infrared emission of light. The remote control receiver judges control operation by adopting the discerned frequency of the received infrared light to finish the whole launching and receiving course.Its advantage is that the hardware circuit is simple, the software is with perfect function, have certain use and reference value.Keywords: Infrared signal modulation；Infrared signal receiver；Microcontroller decoding目 录引言11 概述11.1 设计背景11.2 设计内容12 红外线传感器简介22.1 红外线传感器原理22.2 红外线特点22.3 红外遥控系统的组成22.3.1发射电路组成22.3.2接收电路组成32.4 红外信号调制和解调原理32.4.1发射电路组成32.4.2接收电路组成42.4.3接收电路组成42.4.4接收电路组成53 系统硬件的设计53.1 红外遥控解码器的原理图53.1.1单片机最小系统电路53.1.2电源电路63.1.3显示电路63.1.4红外接收电路73.2 红外遥控解码器的PCB74 性能测试与分析85 实训总结9谢 辞10参考文献11附 录12桂林电子科技大学实训论文说明纸 第 15 页 共 15 页 引言红外线技术是在最近十几年中发展起来的一门新兴技术。它已在科技、国防和工农业生产领域获得了广泛的应用。红外线是一种不可见光，由于是位于可见光中红色光以外的光线，故称为红外线。红外线的波长范围大致在O.761000m，工程上常把红外线所占据的波段分为4个部分，即近红外、中红外、远红外和极远红外。目前，红外线遥控是使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。本文所采用的主要元件为STC90C51RC型单片机和一体化红外接头，主要是通过遥控器利用数字调制的编码方式，来对单片机的显示进行控制，达到数据传输和接收的目的。通过设计红外遥控电路来巩固和加强对这段时间来所学的理论知识，熟悉和掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，熟悉传感器的使用，并且进行印制电路板的设计和制作，对印制电路板的制作工艺流程有较为详细和完整的印象和感触。通过对印制电路板的腐蚀、钻孔、焊接等步骤，加深对单片机软硬件知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。1 概述1.1 设计背景随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的遥控系统开始进入了人们的生活。传统的遥控器采用专用的遥控编码及解码集成电路，这种方法虽然制作简单、容易，但由于功能键数及功能受到特定的限制，只实用于某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。而采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样、操作码个数可随便设定等优点。本设计主要应用了AT89C2051单片机作为核心，综合应用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识，应用红外光的优点。遥控操作的不同，遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别不同的操作。遥控接收器通过对红外光接收频率的识别，判断出控制操作，来完成整个红外遥控发射、接收过程。1.2 设计内容本课题是红外线传感器设计的红外遥控解码器，通过STC89C52单片机读取并控制，在1位数码管上显示按键数值，并且对应的二极管点亮。2 红外线传感器简介2.1 红外线传感器原理红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。 2.2 红外线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。2.3 红外遥控系统的组成红外遥控系统由红外发射部分和红外接收部分组成，发射电路部分主要实现红外信号的编码产生以及发射，接收电路部分主要实现红外信号的接收、解码以及控制可控调光电路，完成灯泡的开关及亮度调节。2.3.1发射电路的组成红外遥控电发射器主要由单片机、操作键盘和红外发射电路三部分组成。红外发射部分结构图如图2.1所示：+3V电源 红外发射电路内部遥控编码器键盘输入发射指示灯图2.1 红外遥控电路发射设计原理框图当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出去。控制系统采用3V电源电压，并具有低功耗空闲和掉电方式控制。2.3.2接收电路组成红外接收部分结构如图2.2所示：220V AC单片机+5V电源电路红外接收电路接通检测数码管显示点亮LED状态指示电路图2.2 红外遥控电路接收设计原理框图当红外接收器接收到控制脉冲后，经单片机处理由显示设备显示出当前受控电器的序号，并判断是否对电灯进行调光，如需调光则经调光电路处理后实现调光功能。系统采用5V单电源电压供电，能满足低功耗空闲状态，并具有掉电记忆控制功能。2.4 红外信号调制和解调原理2.4.1红外信号的编码图2.3红外信号的编码组红外信号首先根据按键功能，通过编码成数据码（Data Code），携带在系统码（Custom Code；Custom Code）和引导码之后。数据反码（Data Code）则是为了使接收信号能够校对。引导码（Leader Code）则是用来识别是红外遥控信号还是其他干扰信号的开关。下面以PD6121G为例，其产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G最多额128种不同组合的编码。2.4.2红外信号的调制方式PD6121G采用脉宽调制的串行码。引导码的周期为13.5ms，脉宽为9ms，间隔为4.5ms。其中，数字信号“0”的编码是，脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms；数字信号“1”的编码是，脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms，其波形如图2.4所示。图2.4 红外信号的调制2.4.3红外信号接收图2.5 一体化红外接头红外信号的接收，使用了一体化红外接头。现在的红外接收器都采用一体化红外接收头。它将红外接收管（光电二极管）、放大器、滤波器及解调器集成在个硅片上，不仅尺寸小、无需外部元件，并且具有抗光电干扰性能好(无需外加磁屏蔽及滤光片)、并有接收角度宽等特点。目前市售的一体化红外接收头有两种封装，其引脚排列不同，RPM-638红外接收头如图2.5所示。有球面受光面，工作电压VCC为5V，接收角度Q=55。静态电流ICC=0。5mA，工作频率f0=38kHz。2.4.4红外信号解调图2.6 红外信号接收波形从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84ms左右均可。3 系统硬件的设计3.1 红外遥控解码器的原理图3.1.1单片机最小系统电路 图3.1 单片机最小系统电路 单片机最小系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统包括：单片机、晶振电路、复位电路。3.1.2电源电路图3.2 电源电路电源分别用两组插针，每组两个。一组接VCC，一组接GND，还有一个LED串联电阻，作为通电标识，以防VCC、GND接反。3.1.3显示电路图3.3 显示电路数码管由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示数字09，字符AF、H、L、P、R、U、Y等符号及小数点“.”。共阴极数码管中8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起，即为共阴极接法，简称共阴数码管。通常，共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为高电平时，该端所连接的字符导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。同样，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。图3.4 数码管实物单片机LED共阴极段码表：3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H；0-77FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,76H；8-F3.1.4红外接收电路图3.5 红外接收电路将RPM-638的OUT端与单片机的P3.2口相连接，通过对P3.2口输送接收到的数据，进入单片机存储起来然后等待解码。3.2 红外遥控解码器的PCB图3.6 红外接收电路PCB4 性能测试与分析一开始的时候，因为在网络和说明书上都找不到功能键的编码，而且根据遥控器型号的不同，功能键的编码也是不同的，所以，要先单片机开发板上的LED组测试某一型号下功能键的编码。KEYCODE: case 0x0c:DataPort=1;break;/1 显示相应的按键值 case 0x18:DataPort=2;break;/2 case 0x5e:DataPort=3;break;/3 case 0x08:DataPort=4;break;/4 case 0x1c:DataPort=5;break;/5 case 0x5a:DataPort=6;break;/6 case 0x42:DataPort=7;break;/7 case 0x52:DataPort=8;break;/8 case 0x4a:DataPort=9;break;/9这个是从遥控器发射出来的功能键的红外编码。其中数字键1-9定义为1-9，然后加入解调程序，程序的定义为，接收到红外编码后，对照KEYCODE表中已经的编码数据向P2口，也就是数码管输送显示数据，即实现了解调。5 实训总结通过这次实训，再一次了解焊接印制电路板的流程，而且在实训的过程中，通过上网收集所有资料，整合所有资料，获得的收获非常的多，学习到了很多在课堂上学不到的知识。在制作这个红外遥控解码器的过程中，里面涉及的专业知识包括了数字逻辑电路，通信原理，单片机原理。以及各种各样的软件例如Protel99，用来画原理图，以及PCB；Proteus，用来仿真解码电路；还有Keil C，用来编译单片机软件程序，以及通过串行口烧录程序进单片机的程序。通过使用这些软件，遇到了很多从未遇到的难题，特别是脉宽调制的制式，在网上有很多不同的版本。脉宽的长度也非常的不同，这使得在制作红外遥控解码器的过程中起到了很大的阻碍作用。这些只能通过无限次的测试和试验来了解到所使用的万能电视机遥控器的制式。除此之外，程序的部分也是非常巧妙的，如何检测，比较也是难度比较大的。虽然这种存入和比较的程序非常简单，但是不是经常在做这些东西的人是很难想到的。经过参考前人的智慧和积累和个人的思考和整合，终于实现了基本的功能，这是值得庆幸。经过本次实训，使我明白合作的愉快和进步。实训使我再一次的复习了上课所学的知识使理论联系了实际，巩固并深化了对课本基本知识的认识和理解，使理论得以升华。这也让我更进一步的了解了单片机编程和传感器的应用。在完成设计论文的时候我参考了很多资料，通过老师和同学的帮助，我也学会了其他电路的设计方法。通过此次实验，使我收获很大，同时也使我获得了许多经验和教训：（1）在设计电路时，设计思路要很清晰，逐个击破，才能较快较成功地完成整个电路的设计；（2）在焊接电路板时，不能出现虚焊漏悍，才能使电路板美观好看，并且实现功能好，为调测板子节省了时间；（3）在调测电路板时，要耐心仔细，不能忽视每一个细节，保证整体功能的实现情况下，才可以较好地对电路进行更好的创新设计；从这次实训中，我认识到了亲身实践是我们大学生活很有用也很充实的一步，通过实训能学到在课堂上学不到的很多东西。在课堂上我们仅仅知道该怎么去做，但没有亲自实践，只能是靠想象，所以有很多东西都难以理解。在实训的过程中，我发现了自己的许多不足之处。例如对电路检测错误判断还不是很确定，检测时有时候也不是很仔细。这使得我认识到，今后要加强自己的学习，不断接触更深层次的知识，把知识综合运用起来，了解知识并应用知识不断地提高自己的动手能力，真正做到理论与实践的相结合！谢 辞在王守华老师、孙安青老师、归发弟老师、胡机秀老师的耐心指导下及同学的帮助下使我顺利的完成了本次的课题实训内容。开始老师指导我们课题方案设计，在选题以及研究设计方法上给予的悉心指导，使我尽快理清思路，通过请教老师以及查找资料使我较快的完成了对软件的编程及调试和顺利完成了论文写作。整个实训内容都是在老师悉心指导下完成的，老师严谨的治学作风、求实的工作态度使我受益匪浅，更重要的是从老师身上学到了对待任何事情的那种精益求精和一丝不苟的精神和态度。在本次实训中，我遇到了很多难题，然而这些难题让我不断的学习，在困难中进步，本次实训同学们帮了我很多忙，通过同学之间的相互帮助，我更加顺利地完成了本次实训，在此感谢我的同学朋友们！在此我要感谢指导教师对我的教导，感谢学校给我们提供实训的机会！参考文献 1 王毓银.数字电路逻辑设计M.北京.高等教育出版社，2005.2 彭介华.电子技术课程设计M.北京.高等教育出版社，2003.3 戴峻峰,付丽辉. 多功能红外线遥控器的设计. 传感器世界.2002,8(12):16184 李光飞，楼然苗，胡佳文等. 单片机课程设计实例指导.北京：北京航空航天出版社.2004,1681705 阎石.数字电子技术基础M.南京.高等教育出版社，1997.6 孙余凯.传感器应用电路300例M.北京.电子工业出版社，2008.8 陶红艳.传感器及现代检测技术M.北京.清华大学出版社，2009. 附 录程序#include /包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义sbit IR=P32; /红外接口标志#define DataPort P2 /定义数据端口 程序中遇到DataPort 则用P2替换unsigned char code DuanMa=0xC0,0xf9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, 0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0xff,0xFF;/ 显示段码值09unsigned char irtime;/红外用全局变量bit irpro_ok,irok,IR_CODE_OK;unsigned char IRcord4;unsigned char irdata33;void Ir_work(void);void Ircordpro(void);void tim0_isr (void) interrupt 1 using 1 irtime+; /用于计数2个下降沿之间的时间/*- 外部中断0中断处理-*/void EX0_ISR (void) interrupt 0 /外部中断0服务函数 static unsigned char i; /接收红外信号处理 static bit startflag; /是否开始处理标志位 if(startflag) if(irtime=33)/引导码 TC9012的头码，9ms+4.5ms i=0; irdatai=irtime;/存储每个电平的持续时间，于以后判断是0还是用1 irtime=0; i+; if(i=33) irok=1; i=0; elseirtime=0;startflag=1;/*- 定时器0初始化-*/void TIM0init(void)/定时器0初始化 TMOD=0x02;/定时器0工作方式2，TH0是重装值，TL0是初值 TH0=0x00; /重载值 TL0=0x00; /初始化值 ET0=1; /开中断 TR0=1; /*- 外部中断0初始化-*/void EX0init(void) IT0 = 1; /指定外部中断0下降沿触发，INT0 (P3.2) EX0 = 1; /使能外部中断 EA = 1; /开总中断/*- 键值处理-*/void Ir_work(void)/红外键值散转程序 IR_CODE_OK= 1; switch(IRcord2)/判断第三个数码值 case