智能红外线家电遥控系统的设计

1、 海海 南南 大大 学学 本科生毕业论文（设计）本科生毕业论文（设计） 题 目: 智能红外线家电遥控系统的设计 摘摘 要要 家电产品几乎都具备有 红外线遥控功能，人们也早已习惯按遥控器 的动作，桌上摆满了各式红外线遥控器也是常有的事，而这些遥控器也只 能 控制本身家电用品，本系统特别设计一个接收器，可接收这些遥控器 的控制码，并达到控制继电器 on/off 输出的目的，使这些遥控器又增添 一项用途。 在系统中以红外线传输为主要媒介，对现有红外线遥控开关的产品的 红外发射码进行分析，并藉由单片机系统进行解码，同时提供二个通道的 控制 ，并提供两 ac 负载插座共 1500w 的输出控制。 为了让

2、使用者方便操作本系统，系统分成电源供应模组及微电脑控 制接收模组，两模块间以一条缆线连接。本系统藉由红外线接收感测元件 接收遥控器的发射码，经由 89c51 的处理后，可以控制电源供应模块上的 两个插座通道的接通或关闭。 关键词关键词： 红外线；单片机；89c51；继电器；遥控器 abstract most of the household appliances in the market are equipped with infrared remote control. people accustom to turn on and off appliances with this devi

3、ce. people have their living rooms littered with remote controls. however, each remote control can only manipulate a single appliance that they are designated for. we have designed a special infrared receiver in this research which can receive the control codes in order to turn on and off a control

4、relay. in this system that we designed, analyse signals emit from infrared remote and decode by scm. the controller also provides two ac overload sockets with 1500w output control. in order for user to easily learn how to manipulate this system, we separated this system into two parts: a power suppl

5、y module and a micro-computer controlling receiver module. an wire links both modules together. after an infrared receiver detects an incoming signal, through 89c51, we can manipulate the current flows to either one of the sockets. key words: infrared ，scm ，89c51 ，relay ，remote 目目 录录 第一章 绪论 .1 1.1 背

6、景简介 .1 1.2 红外线遥控器动作原理 .2 1.3 研究动机 .3 第二章 系统架构与硬件 .4 2.1 整体系统构架 .4 2.2 电源供应模组 .5 2.3 89c51 解码控制模组 .6 2.4 红外线收发接收模组 .8 2.4.1 红外线发射模组 .8 2.4.2 红外线接收模组 .9 2.5 遥控格式与编码方式.10 2.6 红外线遥控器编码信号测量 .11 2.6.1 波形图 .12 2.6.1.1 启始位元 .12 2.6.1.2 短码位元.13 2.6.1.3 长码位元.14 2.6.2 pt2221 电源键波形量测信号说明 .15 第三章 系统软件架构 .17 3.1

7、程序说明及流程图 .17 3.2 程序清单 .20 3.3 程序执行说明 .27 致 谢 .28 参考文献 .29 第一章第一章 绪论绪论 1.1 背景简介背景简介 家中许多的电器产品只要有遥控的功能者 ，例如电视机、冷气器及 影音等家电产品，都是以红外线遥控的方式来控制 。其控制的按键有基 本功能遥控，或是做较复杂的功能控制。本论文系以东芝牌电视遥控器 ，收录其遥控发射码数据，及分析其波形 ，进而利用单片机 89c51 来进 行解码控制，制作一个红外线接收开关，本装置的程序部份必须能够准确 遥控码数据 ，使接收动作无误。 1.21.2 红外线遥控器动作原理红外线遥控器动作原理 红外线 led

8、 发光波长在 940nm 左右为不可见光，是以 gaas 组成的二 极体装置，当它被 加上顺向偏压时，就能发出红外光，其顺向电压约为 1.2v, 顺向电流最大值一般可达 50ma, 有的甚至可达 150ma, 其所工作的 顺向电流愈大，所发出之红外线愈强 。红外线 led 之逆向电压最大值为 36v，使用时需多加注意。 红外线 led 的应用很多，家电用遥控器算是其中之一，发射红外光是 以脉 波调驱动红外线 led，其好处是当脉波宽度愈小时，其工作周期愈 小，可使红外线 led 承受较大的峰值电 流，以产生较强的发射光束，通 常可采用不稳态多谐振荡器来做，其所形成的脉波束去驱动红外线 led

9、，可以较高的频率传送，而得到较远的传送距离。 一般只以红外线接收二极管做为接收感测元件时，其接收灵敏度通 常较低，遥控距离很短。另有一种红外线接收模块，其采积体化的设计， 将红外线接收二极体及所需的信号放大，检波、波形整形电路等电路积体 化，外加金属外壳，增加了感应灵敏度及遥控距离，红外线接收模块只有 3 支脚，一支接正电源、一支接地 、另外一支为输出，供应电压 4.7v5.3v 之间 输出信号位准，ttl ic 相容，可以直接与 89c51 配合使 用。 1.31.3 研究动机研究动机 在现代化家庭中，遥控开关应用在各类电器产品中，已相当的普遍， 举凡电视机冷气机、音响 、数位影音光盘机等等

10、 ，几乎是一般家庭的基 本配备，且都具备有遥控的功能，这些伴随而来的遥控器 ，除了控制指 定的电器产品外，似乎也只能摆在角落一方 ，听候主人作单调的操弄。 然而，若能利用微控制器，将这些各式各样的遥控器所发射的码加以分析 ，再由 89c51 执行解码，则上述遥控器将会被额外赋予控制另一个电器用 品的功能。 本论文重点在于如何利用现有之遥控器非常少用之按键, 不仅可遥控 原本之电器，亦可操控本装置；利用红外线的指向特性，让这二电器可以 分别遥控。一般市售的遥控开关 ，大都以随机附送专有遥控器来控制开 关，最 现实的一点，减少一支遥控器成本,会使本装置极具竞争 力(遥控 器约占本装置成本之 1/2

11、) 第二章第二章 系统架构与硬件系统架构与硬件 2.12.1 整体系统构架整体系统构架 整个系统由电源供应模组及 89c51 微电脑解码组所组成，为了增强实 用性，在结构部分采用分离式，如同一般的延长线外加一个小型的接收器。 电源部分乃直接取自交流电 220v，且在成本上的考量与缩小体积上的考虑， 使用电容降压式的设计，所提供的 dc5v 给微控制器及 dc24v 给继电器， 图 2.1 为整体系统架构图。 图 2.1 系统架构图 2.22.2 电源供应模组电源供应模组 ac220v 直接接一个塑胶电容器承受大部份压降 ，再经稳压电路得到 dc5v，给 89c51 解码组，降压电路原理为 c1

12、 阻抗 xc= 1/(2f*c)，本设 计采 1.5u 之塑胶电容，xc= 1/(6.28*60*1.5)=1.77k 能提供，最大负载电 流是 2200/1.77k=124ma, 电容器两端需并联一个放电电阻，以防插头拔掉 后误触电容两端而触电，另外，全波整流后接一稽纳二极管除输出 dc24v 给 两个继电器外，亦接至 7805 提供稳定的 5v 给 89c51 用。图 2.2 为电 源供应模块 图 2.2 电源供应模块电路图 2.32.3 89c5189c51 解码控制模组解码控制模组 微控制解码器采用 89c51。在红外线接收界面则使用模组元件，且在元 件输入端加上退耦合电路以降低感度，

13、以防光杂讯干扰本系统，另外，在 机壳方面亦罩上暗红色之压克力板，有助于红外线光谱接收。压电喇叭以 及 led 作状态指示用 图 2.3.1 为 89c51 解码控制模组电路图（p3.2，p3.5 接口作为动作指令输 出口分别接电源模块 load1 与 load2） 图 2.3.2 为电源稳压模组电路图 图 2.3.3 为压电喇叭工作模组电路图 图 2.3.1 89c51 解码控制模组电路图 图 2.3.2 电源稳压模组电路图 图 2.3.3 压电喇叭工作模组电路图 2.42.4 红外线收发接收模组红外线收发接收模组 2.4.12.4.1 红外线发射模组红外线发射模组 图 2.4.1 为红外线发

14、射器的工作方块图，当按下某一按键后，遥控器 上的控制芯片(8051 单片机)便进行编码产生一组句柄，结合载波电路的载 波信号(一般采用 38khz)而成为合成信号，经过放大器的提升功率而推动 红外线发射二极管，将红外信号发射出去，所要发射的句柄必须加上载波 才能使信号的传送距离加长，一般的遥控器有效距离为 7 米。 图 2.4.1 红外线发射器的工作方块图 2.4.22.4.2 红外线接收模组红外线接收模组 图 2.4.2（1）为红外线接收的工作方块图，其主要控制组件为红外 接收模块，其内部含有高频滤波电路，专门用来滤除红外线合成信号的载 波信号（38khz）而送出发射器的控制信号。当红外线合

15、成信号进入红外 线接收模块，在其输出端便可以得到原先的数字控制编码，只要经过单片 机的译码程序进行译码，便可得知按下了哪个键，而做出相对应的控制处 理完成红外线遥控操作。 图 2.4.2 （1）红外线接收的工作方块图 图 2.4.2 （2）红外线发射 led 及接收模块 2.52.5 遥控格式与编码方式遥控格式与编码方式 由于每家厂商设计出 来的遥控器都不 一样，即使是使用相同的控制 芯片，也会做特殊的编码设计，以避免遥控器间互相的干扰。本论 文以 国内较常用的厂牌之电视机及冷气机遥控器做实验 ，首 先，以 toshiba 电视机遥控器 为例 ，其使用国内遥控器最常用的编码芯片 pt2221

16、，编 码方式由前导信码、编码资料、结束信号共 32 位元 ，其中的编码资 料 包含厂商固定编码及按键编码 ，厂商固定编码为避免与其他家电厂商重 复 ，而按键编码则是遥控器上的各个按键编码。图 2.5 为红外线发射信 号编码格式。 图 2.5 红外线发射信号编码格式 2.62.6 红外线遥控器编码信号测量红外线遥控器编码信号测量 由于红外线数位信号并非周期信号，因此必须靠数位式示波器的记 忆功能来记录并追踪信号的存在。示波器首先调在 auto 调整适当的 tim/div 待波形信号 出现，将 trigger 调在中央位置后，再 切换至 normal 观察设定无误则调至 single 准备正式量测

17、记 录波形，观测之前 红外线接收模块之输入端须做处理 图 2.6 为观察红外线遥控器信号电路 。 图 2.6.1 观察红外遥控器信号电路 2.6.12.6.1 波形图波形图 以储存式示波器量测 pt2221 红外线编码芯片电源键的波宽。 2.6.1.12.6.1.1 启始位元启始位元 (start(start bit)bit) 低准位波宽为 9ms,高准位波宽为 4.6ms 图 2.6.2 启始位元低准位波宽波 形图，图 2.6.3 启始位元高准位波宽波形图。 图 2.6.2 启始位元低准位波宽波形 图 2.6.3 启始位元高准位波宽波形图 2.6.1.22.6.1.2 短码位元短码位元 短码

18、的波宽为 1.18ms,图 2.6.4 为短码的波宽波形图。 2.6.4 短码的波宽波形图 2.6.1.32.6.1.3 长码位元长码位元 长码的波宽为 2.26ms,图 2.6.5 为长码的波宽波形图。 图 2.6.5 为长码的波宽波形图 2.6.22.6.2 pt2221pt2221 电源键波形量测信号说明电源键波形量测信号说明 由储存式 示波器之 ch1 量测遥控器编码芯 pt2221 电源键的一组发射 码，经记录波宽值并与程序模拟器测定值比较如下表所示，表 2.1 及表 2.2 为示波器量测值与程序模拟器量测值比较。 表 2.1 示波器量测值与程序模拟器量测值比较 表 2.2 示波器量

19、测值与程序模拟器量测值比较(续) 第三章第三章 系统软件架构系统软件架构 3.1 程序说明及流程图程序说明及流程图 红外线家电遥控器的控制程序文件名为 ib.asm。控制程序包含遥控 器的译码程序及继电器的控制程序 图为主程序控制的工作流程。在主控程序循环中主要工作为等待红外 线信号的出现，并跳过前导信号，开始收集连续 32 位的编码数据，存入 内存的连续空间。红外线信号译码后输出 4 字节数据，经由程序比较处理， 再控制继电器动作及压电喇叭发出声响做动作指示。工作指示灯 led 所 扮演的角色为状态指示，当确认红外线的信号出现时，led 会亮起做指示。 信号收集译码完毕后，led 会熄 图

20、3.1 主程序流程图 ir_in 是将红外线信号译码的子程序，其输出结果为 4 字节数据，其 动作原理及程序设计译码第二章已经作出分析，红外线信号译码数据是存 放存在变量 ircom 处，占用连续 4 字节的内存空间，并以 r0 寄存器间 接寻址方式做存取。而程序中实际程序比较处理时，只比较了第 3 个字节 （即按键编码） ，程序中使用数字键 1234，其第 3 个字节正是数字 1234， 程序代码定义如下： ；ir 遥控器按键 1 2 3 4 比较码 code_k1 equ 01h code_k2 equ 02h code_k3 equ 03h code_k4 equ 04h 在比较时便可以

21、轻易处理。在一般情况下都可以正常动作，但在有噪 声干扰的时候则会产生误动作。通常较理想的比较应该是完整比较，比较 完 4 个字节数据，才做出相应动作，则较难产生误动作。 控制程序说明如下： delay: 延迟子程序。 led_bl： 工作指示灯闪烁。 bz： 压电喇叭发出声响。 de： 短暂延迟。 del： 0.1ms 延迟子程序 op: 红外线译码后执行相应的动作。 ir_in: ir 译码 4 字节数据。 3.23.2 程序清单程序清单 本程序清单如下： 1 ；ib.asm io51 decode rc99 +relay2 2 ; io51 pcb copyright cmy 2003 3

22、 ; asm :keil 4 ; - 5 ; decode c0 c1 c2 c3 ；ir 译码 4 字节数据 6 ; check c2 ；比较第 3 字节 7 ;- 8 ; ir 遥控器按键 1 2 3 4 比较码 9 code_k1 equ 01h 10 code_k2 equ 02h 11 code_k3 equ 03h 12 code_k4 equ 04h 13 14 ircom equ 30h ；红外线信号译码数据放置变量起始位 置 15 com equ 32h ；比较第 3 字节 16 ;- 17 irin equ p3.2 ；红外线 ir 信号输入位 18 wled equ p3

23、.7 ；工作指示灯引脚定义 19 spx equ p3.4 ；压电喇叭控制信号 20 ry1 equ p3.5 ；继电器 1 控制引脚 21 ry2 equ p3.6 ；继电器 2 控制引脚 22 ;- 23 org 0h ；程序代码由地址 0 开始执行 24 jmp begim 25 ;- 26 begin: 27 clr ry1 ；继电器 1 状态设为 off 28 clr ry2 ；继电器 2 状态设为 off 29 call bz ；红外线信号 ir 输入位设为高电平 30 setb irin ；led 闪动，表示程序开始执行 31 call led_bl 32 loop 33 34

24、mov r0,#ircom ；设置 ir 译码起始位置 35 call ir_in ；ir 解码 36 call op ；执行译码动作 37 jmp loop ；继续循环执行 38 ;- 39 ; delay r5*10 ms ；延迟子程序 40 delay: ；总延迟时间 r5*10ms 41 mov r6,#50 42 d1: mov r7,#100 43 djnz r7,$ 44 djnz r6,d1 45 djnz r5,delay 46 ret 47 ;- 48 led_bl: ；工作指示灯闪烁 49 mov r4,#4 50 le1: cpl wled ；位方向 51 mov r5

25、,#10 ；延迟 100ms 52 call delay 53 djnz r4,le1 54 ret 55 ;- 56 bz: ；压电喇叭发出哗的一声 57 mov r6,#0 58 b1: call de 59 cpl spk 60 djnz r6,b1 61 62 mov r5,#5 63 call delay 64 ret 65 ;- 66 de: mov r7,#180 ；短暂延迟 67 de1: nop 68 djnz r7,de1 69 ret 70 ;- 71 title: dbib.asm io51 decode rc99 4 key 1234+relay2 72 ; dela

26、y r5*0.1 ms ；0.1ms 延迟子程序 73 del: 74 mov r5,#1 75 delay1: 76 mov r6,#2 77 e1: mov r7,#17 78 e2: djnz r7,e2 79 djnz r6,e1 80 djnz r5,delay1 81 ret 82 ;- 83 op: ；执行译码动作 84 mov a,com 85 cjne a,#code_k1, a1 ；不是按键 1 则继续比较 86 call bz ；压电喇叭发出哗的一声 87 cpl ry1 ；继电器 1 位反向 88 ret 89 a1: 90 mov a,com 91 cjne a,#c

27、ode_k2, a2 ；不是按键 2 则继续比较 92 call bz ；压电喇叭发出哗的一声 93 call bz 94 cpl ry2 ；继电器 2 位反向 95 ret 96 a2: 97 mov a,com 98 cjne a,#code_k3, a3 ；不是按键 3 则继续比较 99 call bz ；压电喇叭发出哗的一声 100 call bz 101 call bz 102 ret 103 a3: 104 mov a,com 105 cjne a,#code_k2, a4 ；不是按键 4 则继续比较 106 call bz ；压电喇叭连续四次发出哗的一声 107 call bz

28、108 call bz 109 call bz 110 ret 111 a4 112 ret 113 ;- 114 ; ir 译码 4 字节数据 115 ir_in: 116 i1: jnb irin,i2 ；等待 ir 信号出现 117 jmp i1 118 i2: mov r4,#20 ；延迟一次 119 i20: call del 120 djnz r4,i20 121 jb irin,i1 ；确认 ir 信号出现 122 clr wled ；led 亮起 123 i21: jb irin,i3 ；等 ir 变为高电平 124 call del 125 jmp i21 126 i3: m

29、ov r3,#0 ；8 位计数清 0 127 ; collect to 8 bits lo8+hi4-0 lo8+hi16-1 128 ll: jnb irin,i4 ；等 ir 变为低电平 129 call del 130 jmp ll 131 i4: jb irin,i5 ；等 ir 变为高电平 132 call del 133 jmp i4 134 ;high level count, about 1.4/1.6 ms judge 0/1 135 i5: mov r2,#0 ；0.1ms 计数 136 l1: call dell 137 jb irin,n1 ；等 ir 变为高电平 13

30、8 ; ir=0 check count value r2 139 mov a,#8 140 clr c 141 subb a,r2 ；判断高地位 142 ; if c=0 bit=0 143 mov a,r0 144 rrc a 145 mov r0, a 146 ; process 1 bit ok 处理完一位 147 inc r3 148 cjne r3,#8, ll ；需处理完八位 149 ; 1 byte ok, collect next byte 8 bits 150 mov r3,#0 151 inc r0 152 cjne r0,#34h, ll ；收集到 4 字节了 153

31、jmp ok 154 n1: inc r2 155 cjne r2,#30, l1 ；0.1ms 计数过长则时间到自动离开 156 ok: setb wled ；led off 157 ret 158 ;- 159 end 3.3 程序执行说明程序执行说明 程序执行后工作指示灯 led 闪动表示程序开始执行，红外线遥控器 数字键 14 编号为 s1s4.当按下 4 按键后有效，工作指示灯闪动，表示有 收到红外线信号。操作如下： （1）按下遥控器上的 s1 键，则继电器 1 将 on，压电喇叭发出哗的 一声，再次按下遥控器上的 s1 键，继电器 1 将 off。 （2）按下遥控器上的 s2 键，则继电器 2 将