便携式温度测试仪的红外数据传输系统设计

1、河 北 科 技 大 学毕业设计说明书(论文学生姓名： 学 号： 学 院： 电气信息学院 专 业： 电气工程及其自动化专业 题 目： 便携式温度测试仪的红外数据传输系统的设计指导教师： 评阅教师：2009年 6 月毕业设计说明书（论文）中文摘要 毕业设计说明书（论文）外文摘要 1 绪论红外数据传输系统是为便携式温度测试仪进行数据传输而设计的，该设计充分了利用了在大学所学习的知识。该课题涉及：单片机AT89C51、红外发光管SE303、一体化红外接收头SM0038、点阵液晶显示模块HY1602、稳压电源、微机接口等方面的知识。该系统主要实现的功能是：1、 可以进行点对点无线数据传输2、 采用点阵液

2、晶显示模块和数码管输出3、 可以存储现场测试的数据4、 可以同上位机通讯，并且将测量的数据传送到上位机，进行数据曲线的显示、分析和打印5、 采用稳压芯片7805进行供电2 红外线传输技术简介2.1 红外辐射概述红外辐射俗称红外线，它是一种人看不见的光线。但实际上它和其他任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何一种物体，只要它的温度高于绝对温度，才有红外线向周围空间辐射出来。我们知道，用一个玻璃三棱镜，可以将一束白光分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七种颜色的单色光。这是因为他们的波长不同，在通过玻璃三棱镜时，产生不同折射现象的缘故。红外线是位于可见光中的红色光以外的光线。它的波长范围大致在0

3、.76um 到100um 的频谱范围之内。相对应的频率大致在41014Hz 到31011Hz 之间。红外线与可见光、紫外线、x 射线、r 射线和微波、无线电波一起，构成了整个无限连续的电磁波谱。在红外技术中，一般将红外区、中红外区、远红外区和极远红外区。这里所说的远近是指红外辐射在电磁波谱中与可见光的距离，靠近可见光的为近红外区。红外辐射和所有电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的。它在真空中的传播速度等于波的频率与波长的乘积，即等于在真空中的传播速度C=f式中 红外辐射的波长，um ；f 红外辐射的频率，Hz ；c光在真空的传播速度，c=3.010cm/s 。红外辐射在大气中传播时，由于大

4、气中的气体分子水蒸气以及固体颗粒、尘埃等物质的吸收和散射作用，使辐射能在传输过程中逐渐衰减。其中水蒸气对红外辐射的吸收本领最强，他在较宽的波长范围内对红外辐射都有强烈的选择性性吸收。红外辐射在通过大气层时被分割为三个波段。只有那些位于吸收带之间的红外辐射，才能透过大气层向远处传播，而处在吸收带之内的红外辐射的这三个波段，即22.6um、35um和814um统称为“大气窗口”。这三个大气窗口对红外技术应用特别重要，因为一般的红外仪器都工作在这三个窗口之内。 102.2 红外技术概述红外通信技术是一种点对点的数据传输协议，是传统的设备之间连接线缆的替代，是目前国际上普遍采用的一种近程无线传输技术。

5、我国电子产品兴起比较晚，红外线通信技术的运用还处在起步阶段。由于这种通信方式具有可靠性高、保密性好、设计成本低、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点，在电子产品中具有广阔的发展潜力。目前，已被广泛应用于遥控遥测、智能仪表、计算机终端、电话机、移动电话、寻呼机、工业设备和医疗设备等领域。红外数据传输采用红外线作为传播媒介进行数据通讯是一种既方便可行又经济实用的选择。这样不仅实现了数据的无线传输，而且去除了外界对采集信号的干扰，突出体现了检测系统的便捷性和可靠性。利用红外通信技术研制带有红外接口的移动式温度数据测试仪，可以去除设备对线缆和连接器的依赖。红外技术是以红外辐射为特定对象，研究其生产、传输

6、、探测以及与其它物质相互作用的规律；并在此基础上，探测红外辐射作为能量和信息传递的手段，在军事上、在宇宙空间技术上、在工农业生产中以及在科学研究的各个方面的重要作用。红外技术是一门综合性的科学技术，它是现代物理学和无线电电子学的重要内容之一，它的发展依附于其它现代科学技术的发展。在最近几十年里，由于光学技术、半导体物理学、无线电电子学以及低温技术的迅速发展，有力地推动了红外技术的发展，使之进入了推广应用的新阶段。今天，红外技术除了广泛地用于军事目标的侦查、探索、跟踪、通讯和红外制导以外，在遥感、遥测、空间技术上也广泛使用。在工农业生产中，红外测温、红外成像、红外监测与控制，都取得了显著的成效。

7、随着红外技术和光电子技术的日臻完善，随着宇宙空间研究的广泛开展，随着红外激光器的出现，红外技术的应用也在不断的扩展，应用在红外技术的领域正在逐步扩大，红外技术应用的项目也在于日剧增。当然，目前还不能预测，红外技术是否可以应用于所用的领域。但可以断言，红外技术无论在科学技术的研究当中，还是在工农业生产的各个方面；无论是在国防军事部门，还是在人民生活当中；无论是在探索宇宙空间，还是用于地球资源勘探，都将发挥出越来越大的作用。我国红外技术起步较晚，但发展较快，应用范围也在不断扩大。当前，在各个主要部门中，都可找到应用红外技术的具体事例。红外技术是一门跨学科的科学新技术，它涉及的知识面甚广，内容及其丰

8、富，在国民经济、国防和科学研究中得到了广泛的应用，已经成为现代光电子技术的重要组成部分，得到世界各国越来越大的重视。3 便携式温度测试仪的红外数据传输系统3.1 便携式温度测试仪简介现代工业中，随着整机集成度的提高和元器件的微型化、复杂化，在各种电器，仪器内或生产过程中温度的采集要求越来越高，控制越来越复杂，因此有必要研制生产一种便于携带，精度可靠的温度测试仪。该仪器能够测量各种仪器内外的温度参数，并能将测量数据方便地传送给电脑，进行数据曲线的显示、分析和打印，以便制定和执行合适的工艺流程。便携式温度测试仪用温度传感器来采集温度信号，将测试点温度的变化转变成电压信号，进而通过A/D转换接口转换

9、为电信号传送给单片机。单片机通过串行接口将温度信号传给上位机，用可视化编程工具Visual Basic6.0制作Windows 界面的数据接收和处理软件，实现温度曲线的实时监测与控制，既方便硬件间的连接又便于测量数据的输出与分析。可用于对温度点的检测，电器内部温度的检测，例如：检测电机绕组的温升、焊点的温度、粮仓内部温度等。传感器是便携式温度测试仪的首要环节和关键部件，其性能的优劣对温度测试仪的性能起着决定性的作用。因此, 建立传感器特性曲线的数学模型就显得非常重要。自动测温应用非常广泛，而温度传感器的电势( 转换为温度值常用两种方法：一是查表法，这种方法速度快，准确度高，但需要人工输入大量数

10、据；另一种方法为公式法，即建立温度传感器特性曲线的数学模型，而温度传感器的-特性常采用分段线性拟合和分段多项式拟合，建模方法简单，但适应性不好。红外通信方式具有可靠性高、保密性好、设计成本低、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点，在电子产品中具有广阔的发展潜力。目前，已被广泛应用于遥控遥测、智能仪表、计算机终端、电话机、移动电话、寻呼机、工业设备和医疗设备等领域。红外数据传输采用红外线作为传播媒介进行数据通讯是一种既方便可行又经济实用的选择。这样不仅实现了数据的无线传输，而且去除了外界对采集信号的干扰，突出体现了检测系统的便捷性和可靠性。利用红外通信技术研制带有红外接口的移动式温度数据测试仪，可

11、以去除设备对线缆和连接器的依赖，通过串行红外接口，仪器可将存储的测量数据方便地传送给上位机。通过控制可实现掉电保存，直到下次采集将数据更新。目前，随着现代科技的高速发展, 以及追求高智能化和高人性化的工作环境,对生产设备设施的自动控制的要求愈来愈高。监控管理系统的主要任务是收集、处理来自现场设备的信号, 实现信息的存储、界面显示、打印、运算、控制等功能,使用先进的高科技手段对设备进行全面监控及统一管理维护, 使整个系统的运作达到更快、更安全的目的。由于Windows 界面美观，操作容易，在其平台上编写各种各样的应用程序也越来越受到广大用户的青睐。3.2 红外数据传输系统硬件设计综述本设计采用A

12、T89C51单片机控制红外发射和接收，发射端采用P1.4口控制驱动三极管Q2进行二进制数据“0”和“1”的传输(数据由I/O口串行发出 ，以及计数器T0的方式2自动重装模式产生），从而可靠地实现了红外发射管D3传输数据“0”时进行高频红外发射和数据“1”时被截止的发射功能。该设计采用点阵液晶显示模块HY1602进行数据实时显示，同时也设计了数码管显示电路，这样使人机界面多样化。为了将数据方便地传送给电脑，进行数据曲线的显示、分析和打印，以便制定和执行合适的工艺流程，该设计采用RS-232C 接口标准，单片机通过串行接口将温度信号传给上位机，进行数据处理。整个电路框图如图3.1，硬件图见电路原理

13、图。 3.3 红外数据传输系统硬件电路分析AT89C51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。片内带有一个4KB 可擦除只读存储器（EPROM ）。其输出引脚和指令系统都与MCS 51兼容。因此AT89C51是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。主要性能有：4KB 可改编程序Flash 存储器（可经受1000次的写入/擦除），28*8字节内部RAM ，32条可编程I/O线，2个16位定时器/计数器，6个中断源，可编程串行通道，片内时钟震荡器。本设计中单片机选用AT89C51，接外部晶体，引脚XTAL1接外部晶体的一个引脚在单片机内部，它是构成片内震荡

14、器的反相放大器的输入端；引脚XTAL2接外部晶体的另一个引脚，在单片机内部，它是上述震荡器的反相放大器的输出端。由于CPU 只执行内部程序存储器中的程序，所以外部访问允许引脚EA 保制高电平。如果要使CPU 只访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），则EA 引脚必须保持低电平。设计中按键处理采用中断方式（INT0），这样可以提高CPU 的效率。红外通信是一种无线、非接触控制技术, 具有抗干扰能力强, 信息传输可靠, 功耗低, 成本低, 易实现等显著优点, 已被广泛应用于遥控遥测、智能仪表、计算机终端、电话机、移动电话、寻呼机、工业设备和医疗设备等领域%，并越来越多的应用到计算机系统中

15、。红外通信是利用波长为900nm 1000nm 的红外波作为信息的载体, 发射装置把二进制信号经过高频调制后发送出去，接收装置把接收的红外高频信号进行解调为原来信息的一种通信传输方式。其中调制方式有脉宽调制（通过改变脉冲宽度调制信号PWM ）和脉时调制（通过改变脉冲串之间时间间隔调制信号PPM ）两种。 如图3.2所示： (a (b图3.2 (a脉宽调制方式 (b脉时调制方式常用的红外发光二极管（如SE303PH303），其外形和发光二极管LED 相似，发出红外光（近红外线约0.93m ）。管压降约1.4V ，工作电流一般小于20mA 。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。发射红外线

16、去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip ，就能增加红外光的发射距离。提高Ip 的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲中空比约为1/41/3；一些电气产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。常见的红外发光二极管，其功率分为小功率（1mW10mW）、中功率(20mW50mW和大功率(50mW100mW以上 三大类。要使红外发光二极管产生调制光，只需在

17、驱动管上加上一定频率的脉冲电压。用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外按收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二极管。红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管和接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线才工作。双管红外发射电路，可提高发射功率，增加红外发射的作用距离。单片机红外通信有发送和接收两个组成部分。发送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

18、, 通过红外发射管发射红外信号。红外接收端普遍采用价格便宜, 性能可靠的一体化红外接收头(如SM0038和HS0038, 它们接收红外信号频率为38, 周期约26 接收红外信号, 它同时对信号进行放大、检波、整形, 得到电平的编码信号, 再送给单片机, 经单片机解码并执行, 去控制相关对象，如图3.2所示： 图3.3 单片机红外遥控的过程下面介绍实现红外通信的三种设计方法：设计一1单片机红外遥控原理(1 二进制信号的编码该方法采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码, 即采用脉宽调制方式，可由发送单片机来完成。用图3.4( 表示二进制信号中的高电平1, 其特征是脉冲中低电平与高电平的宽度均等于

19、0.26, 相当于10个26的宽度；用图3.4( 表示二进制信号中的低电平0, 其特征是脉冲中高电平的宽度等于0.26, 而低电平的宽度是高电平的二倍, 等于0.52, 相当于20个26的宽度。上述10个和20个脉冲宽度还可适当调整, 以适应不同数据传输速度的需要。 图3.4 二进制信号的编码(2 二进制信号的调制二进制信号的调制仍由发送单片机来完成, 它把编码后的二进制信号调制成频率为38的间断脉冲串, 相当于用二进制信号的编码乘以频率为38的脉冲信号得到的间断脉冲串, 即是调制后用于红外发射二极管发送的信号。如图3.5所示, 是二进制信号的编码波形, 是频率为38(周期为26 的连续脉冲串

20、, 是经调制后的间断脉冲串(相当于=, 用于红外发射二极管发送的波形。图3.5中, 待发送的二进制数据为101。 图3.5 二进制信号的调制(3 二进制信号的解调二进制信号的解调由一体化红外接收头0038来完成, 它把收到的红外信号(图3.6中波形, 也是图3.5中波形 经内部处理并解调复原, 输出图3.6中波形正好是对图3.5中波形的取反。 图3.6 HS0038的输入输出波形0038的解调原理可理解为:在输入有脉冲串时, 输出端输出低电平, 否则输出高电平。一体化红外接收头0038的外部结构如图3.7所示,1脚接电源地,2脚接+5,3脚为数据输出端(电平, 反相输出, 可直接与单片机相联。

21、 图3.7 HS0038的外观及引脚(4 二进制信号的解码二进制信号的解码由接收单片机来完成, 它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码, 还原出发送端发送的数据。如图3.6, 把波形解码还原成数据信息101。(5 基于字节传输的红外遥控数据格式在发送字节的开始先通过单片机发送20个脉冲宽度(每个脉冲周期26 的高电平作为传输开始, 接着发送8位数据(字节高位在前, 低位在后, 最后发送10个脉冲宽度的低电平作为传输结束, 如图3.8所示： 图3.8 基于字节传输的红外遥控数据格式2单片机红外遥控的实现(1硬件电路设计如图3.9, 单片机采用AT89C2051, 它是51系列8位单片机, 内

22、部有2的程序存储器, 外部有P1和P3两个8位并口, 选用晶振频率Fosc=24MHz。图3.9(a中,SE303是红外发射二极管, 当P1.0=1时, 三极管9013导通,SE303通电发射红外线, 实际上发射的是频率为38KHz 的脉冲串；反之, 三极管9013截止,SE303截止,不发射。图3.9(b中, 一体化红外接收头HS0038的圆形面为红外接收面, 它与SE303红外发射管的有效收发直射距离可达35。(2软件设计发射程序设计编程要点:因HS0038的红外接收频率为38 KHz,所以载波信号采用38 KHz的矩形波。载波信号的产生由子程序产生, 矩形波周期=26。对 (a (b图3

23、.9 (a 发射电路 (b 接收电路需要发送的二进制信号调制, 如图3.4，1用10个的低电平和10个的脉冲表示, 0用20个的低电平和10个的脉冲表示, 占空比分别为1:2和1:3,符合NEC 通用编码,8比特帧, 带同步帧(传输开始 和结束帧(传输结束, 如图3.8。 发射一个字节的子程序如下:程序清单 注释SEND: MOV A, #32H ；发送2的ASCII 码32MOV R4, #8 ；发送8位MOV R5, #20 ；传输开始(同步帧, 发送20个脉冲LCALL H ；调用一次子程序, 产生一个周期26的脉冲GO: RLC A ；先发送字节的高位JC SI ；判断是发送0还是1M

24、OV R5, #20 ；发送编码0, 先发送20个脉冲宽度的低电平LCALL L ；调用一次子程序, 产生宽度为26的低电平MOV R5, #10 ；再发送10个脉冲LCALL HLJMP NEXTSI: MOV R5, #10 ；发送编码1, 先发送10个脉冲宽度的低电平LCALL LMOV R5, #10 ；再发送10个脉冲LCALL HNEXT: DJNZ R4, GO ；发送8位未完, 继续MOV R5, #10 ；8位传输结束, 再发送10个脉冲宽度的低电平(结束帧LCALL LRET；-一个周期=26的脉冲(24晶振, 一个机器周期=0.5- H: SETB P1.0 ；0.5MO

25、V R6, #11 ；0.5DJNZ R6, $ ；执行11次1 次=11 CLR P1.0 ；0.5 MOV R6, #11 ；0.5 DJNZ R6, $ ；11 DJNZ R5, H ；1 RET；1L: CLR P1.0 ；0.5 MOV R6, #24 ；0.5 DJNZ R6, $；24RET ；1接收程序设计编程要点:HS0038输出的信号是解调后的反向信号(如图3.6波形E, 所以接收到的信号解码时也要经过反向才能和发送信号编码一致。当接收到同步帧后, 进入解码部分, 接收完一帧后, 处理收到的数据并进入下一次接收。解码采用软件抽样判决, 以15个脉冲为判决门限, 在门限时刻读

26、得低电平时如图3.10中点, 即可判定为编码1; 在门限时刻读得高电平时(如图3.10中B 点, 即可判定为编码0。解码一位后, 需等到下一位的高电平到来, 再计数15个脉冲后, 判断读得的电平是高还是低, 进行解码。 图3.10 波形解码示意图接收一个字节的程序如下:程序清单 注释 RECE: MOV R5, #8 ；接收8位JB P1.0, $ ；等待同步帧, 同步帧为低电平 MOV R7, #15 ；同步帧(低电平 到来后, 延时等待15LCALL DELAY JB P1.0, JNB P1.0, $ GO: MOV R7, #15 LCALL DELAYJNB P1.0, RE1 CL

27、R C RLC A JB P1.0, JNB P1.0, LJMP NEXT RE1: SETB C RECE $ $ 个脉冲的时间；调用一次子程序DELAY, 产生一个26的延时；延时15个脉冲后, 若P1.0=1,转RECE重新检测；延时15个脉冲后, 若1.0还是0,传输开始, 再等编码中的高电平(如图8中点和点；编码中的高电平到来后, 延时15个脉冲的时间；延时15个脉冲后, 1.0=0转1,1.0=1顺序执行；P1.0=1时应解码为0(图8中点,使标志C 清0；把标志C=0移入寄存器中, 经8次移位到的高位(图8中G 点所在高电平段(图8中H 点所在低电平段；转接收下一位；P1.0=

28、0时应解码为1(图8中A 点,；跳过后续高电平；再跳过后续低电平使标志C 置1RLC A ；把标志C=0移入寄存器中 JNB P1.0, $NEXT: CJNZ R5, GO ；8位未接收完, 继续 RET；-6延时子程序(24晶振, 一个机器周期=0.5-DELAY: NOP ；0.5 MOV R6, #24 ；0.5 DJNZ R6, $ ；24 DJNZ R7, DELAY；每次1RET ；1(可忽略按上述红外遥控方法, 信号的传输速度可达1200bps 。在数据传输协议中, 还可加上地址帧设备号识别和校验帧。 设计二该方法采用脉时调制方法，数据比特的传送仿照不带奇偶校验的RS232通信

29、，首先产生一个同步头，然后接着发送8位数据比特，如图3.11所示： 图3.11 数据发送波形图该系统的发射电路部分如图3.12所示。采用塑封的SE303ANC 发射二极管，波长为940nm 。CPU 按照协议规定导通或截止发射二极管，从而产生特定频率的发射信号，这里选用的频率为38.9kHz 。.I/O口 .图3.12 红外发射部分 N1图3.13 红外接收部分该系统红外接收部分的基本电路如图3.13所示。接收管采用日本光电子公司的PIC 12034，其接收频率为37.9kHz ，它直接将37.9kHz 的调制信号解调为基带信号，提供缎带接收CPU 。该芯片接收灵敏度高，性能稳定。其基本工作过

30、程为：当接收至37.9kHz 信号时，输出低电平，否则输出为高电平。本系统采用的是51系列单片机，以中断方式检测接收信号。这里的非门对收信号起整形作用。 设计三1串行口红外通信硬件设计该方法采用PPM 脉时调制方式，红外发射和红外接收电路主要包括新茂单片机SSU7301、日本光电子公司的红外发射管SE303和红外接收管PIC12043，以及驱动三极管8550、电阻和电容，红外通信硬件原理图如图3.14所示： 图3.14 红外通信硬件原理图(1 红外发射硬件设计(2 红外接收硬件设计红外接收是利用红接收管PIC12034收到高频信号输出低电平确定为数据“0”，而没收到高频信号输出高电平确定为数据

31、“1”的方式经过解调，把数据通过单片机SSU7301的串行数据接收口RXD(P3.0进行串行方式接收(接收数据存储在串行口缓冲器SBUF 中 。表1 状态关系表 图3.15 信号调制波形图2. 红外通信软件设计红外载波频率为38kHz1kHz ，初始速率为1200 bps ，通信的字节格式为8位二进制码D0D7，传输时加上一个起始位(0，一个偶校验位P 和一个停止位(1,共11位，传输时先传低位，后传高位，传输序列见图3.16。根据以上要求，本设计中红外载波频率采用38.4kHz ，波特率为1200bps ，串行口采用模式3为9位异步通信方式，加1位起始位和1位结束位，传送一个字节数据为11位

32、。 (1 红外载波和定时器/计数器T0设置红外载波频率f2为38.4kHz ，当定时器/计数器T0模式控制器TMOD 中C/T=0和M1M0=10时，SSU7301的定时器/计数器T0设置成模式2方式。此时,TL0和TH0预置成1个可以自动重装的8位的定时器/计数器。用软件将TL0和TH0预置相同的初值后，当TL0计数值增1溢出时，一方面使TF0置1，申请中断；另一方面产生的溢出脉冲将TH0的数据值自动打入到TL0中去，不需要用软件对TL0重新置初值。(2 串行口和定时器/计数器T1波特率发生器设置串行口采用模式3为9位异步通信方式，波特率为1200bps 。由串行口控制寄存器SCON 的操作

33、模式选择位SM0、SM1都置1设置为模式3，当定时器/计数器T1模式控制器TMOD 中C/T=0和M1M0=10时，SSU7301的定时器/计数器T1设置成模式2方式作为波特率发生器。通过介绍上述三种设计方法，我们对红外通信技术有了较全面的认识。设计一采用脉宽调制方式，其硬件电路比较简单，而信号编码方法较为复杂，但是其解码方法比较先进，采用软件抽样判决方法，这样便于软件实现。设计二采用脉时调制方式，硬件电路简单，但是需要软件实现脉冲串的调制。设计三不仅硬件电路简单，而且软件容易实现。将三种设计方法归纳总结，设计出便携式温度测试仪的红外数据传输系统的实现方法。现介绍如下：便捷式温度测温仪红外发射

34、和红外接收电路主要包括单片机AT89C51、红外发射管SE303和红外接收头SM0038，以及驱动三极管8550、电阻和电容。 红外通信硬件原理图如图3.17所示： 图3.17 硬件原理图1. 硬件设计红外发射是利用单片机AT89C51的I/O口(P1.4控制驱动三极管Q2进行二进表2 状态关系表红外接收是利用红外接收管SM0038收到高频信号输出低电平确定为数据“0”，而没收到高频信号输出高电平确定为数据“1”的方式经过解调，把数据通过单片机AT89C51的I/O口(P1.5进行串行方式接收。2. 软件设计红外载波频率为38kHz1kHz，通信的字节格式为8位二进制码D0D7，传输时加上一个

35、起始位，一个偶校验位P 和一个停止位, 共11位，传输时先传高位，后传低位。根据以上要求，本设计中红外载波频率采用38.4kHz ，波特率为9600bps ，加1位起始位和1位结束位，共传送11位数据。红外载波频率f 为38.4kHz ，当定时器/计数器T0模式控制器TMOD 中C/T=0和M1M0=10时，AT89C51的定时器/计数器T0设置成模式2方式。此时,TL0和TH0预置成1个可以自动重装的8位的定时器/计数器。用软件将TL0和TH0预置相同的初值后，当TL0计数值增1溢出时，一方面使TF0置1，申请中断；另一方面产生的溢出脉冲将TH0的数据值自动打入到TL0中去，不需要用软件对T

36、L0重新置初值。系统的晶振为11.0592MHz, 则TL0和TH0的初值计算如下:f2=38.4kHz 得T=1/f2=1/38.4k2610-6=26 s所以高频调制反转的周期TC=T/2=26/2=13s即定时器/计数器T0的初值TL0=TH0=28-(TCf1/12=256-(1310-611.0592106/12=256-11.9808244=0F4H在定时器/计数器T0的中断服务程序中只用两条指令即可实现高频调制, 即 CPL P3.4和RETI 。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，这里介绍的字符型液晶

37、模块是一种57点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行20个字等等。本设计中采用2行16个字的1602液晶显示器。实物如图3.18所示： 图3.18 1602液晶显示器下面介绍它的使用方法：1602采用标准的16脚接口，其中： 第1脚：VSS 为地电源 第2脚：VDD 接5V 正电源 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可通过一个10K 的电位器调整对比度。 第4脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器 第5脚：RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低

38、电平时进行写操作。当RS 和RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS 为低电平RW 为高电平时可以读忙信号，当RW 为低电平RS为高电平时可以写入数据。 第6脚：E 端为使能端，当E 端为高电平跳变成为低电平时，液晶模块执行命令。 第714脚：D0-D7为八位双向数据线。 第15脚：背光电源+ 第16 脚：背光电源-1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM ）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假文等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文的字母“A ”的代码是01000001B （41H ），显示时模块把

39、地址41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A ”。它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平，0为低电平） 指令1：清显示，指令码01H ，光标复位到地址00H 位置 指令2：光标复位，光标返回到地址00H 指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移S ：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效 指令4：显示开关控制。D ：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 指令5：光标或显

40、示移位S/C：高电平时移动显示的文字，低电平移动光标 指令6：功能设置命令DL ：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F：低电平时显示57的点阵字符，高电平时显示510的点阵字符 指令7：字符发生器RAM 地址设置 指令8：DDRAM 地址设置 指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接受命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令10：写数据 指令11：读数据HY1602液晶显示模块可以和单片机AT89C51直接接口，电路如图3.19所示，其接口时序如图3.20所示。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之

41、前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则，此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。比如第二行第一个字符的地址是40H ，那么是否直接写入40H 就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1，所以实际写入的数据应该是01000000B（40H ）+10000000B（80H ）=11000000B（C0H ） 图3.19 1602与AT89C51接口 图3.20 HY1602接口时序以下是在液晶模块的第二行第一个字符的位置显示字母“A ”的程序：ORG0000HRS EQU P3.7 ；确定具体硬

42、件的连接方式RW EQU P3.6 ；确定具体硬件的连接方式E EQU P3.5 ；确定具体硬件的连接方式MOV P1，#00000001B ；清屏并光标复位ACALL ENABLE ；调用写入命令子程序MOV P1，#00111000B 示模式：8位2行57点阵ACALL ENABLE ；调用写入命令子程序MOV P1，#00001111BACALL ENABLEMOV P1，#00000110BACALL ENABLEMOV P1，#01000001BSETB RSCLR RW；RW=0CLR E；E=0ACALL DELAYSETB EAJMP $写入控制命令子程序：ENABLE ：CL

43、R RSCLR RWCLR EACALL DELAYSETB ERET判断液晶显示器是否忙的子程序DELAY ： MOV P1，#0FFHCLR RSSETB RWCLR E ；显示器开、光标开，光标允许闪烁 ；调用写入命令子程序 ；写入显示起始地址（第二行第一个位置）；调用写入命令子程序 ；字母A 的代码 ；RS=1 ；准备写入数据 ；执行显示命令 ；判断液晶模块是否忙？ ；E=1 ；显示完成，程序停车NOPSETB EJB P1.7，DELAY ；如果P1.7为高电平表示忙，就循环等待 RETEND程序在开始时对液晶模块功能进行了初始化设置，约定了显示格式。注意显示字符时光标是自动右移的，

44、无须人工干预，每次输入指令都先调用判断液晶模块是否忙的子程序DELAY ，然后输入显示位置的地址0C0H ，最后输入要显示的字符A 的代码41H 。1RS232简介串行通信大多采用RS-232C 接口标准，目前已经有几种。RS-232-C 标准最初是远程通信连接数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment 与数据通信设备DCE （Data Communication Equipment ）而制定的。因此这个标准的制定，并未考虑计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机（更准确的说，是计算机接口）与终端或外设之间的近端连接标准。RS-232C 标准中所提到的“发

45、送”和“接收”，都是站在DTE 立场上，而不是站在DCE 的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是CPU 和I/O设备之间传送信息，两者都是DTE ，因此双方都能发送和接收。常用的串口有9针串口（DB9）和25针串口（DB25），通信距离较近时(12m，可以用电缆线直接连接标准RS232端口(RS422,RS485较远 ，若距离较远，需附加调制解调器（MODEM ）。最为简单且常用的是三线制接法，即地、接收数据和发送数据三脚相连。(1 RS-232C的电气特性（见表3）(2 B9和DB25的常用信号脚说明（见表5）(3 RS232C串口通信接线方法（三线制）首先，串口传输数据只要有接收数据针

46、脚和发送针脚就能实现：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连或一个串口和多个串口相连。同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连 对9针串口和25针串口，均是2与3直接相连；两个不同串口（不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口）。表4是对微机标准串行口而言的，还有许多非标准设备，如接收GPS 数据或电子罗盘数据，只要记住一个原则：接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，信号地对应相接，就能百战百胜。表3 表 4 表5 (4 串口调试中要注意的几点：串口调试时，准备一个好用的调试工具，如串口调试助手、串口精灵等，有事半功倍之效果；建议不要带电插拨串口，插

47、拨时至少有一端是断电的，否则串口易损坏。(5 单工、半双工和全双工的定义在通信过程的任意时刻，信息只能由一方A 传到另一方B ，则称为单工。如果在任意时刻，信息既可由A 传到B ，又能由B 传A ，但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输。如果在任意时刻，线路上存在A 到B 和B 到A 的双向信号传输，则称为全双工。（ 见表6）电话线就是二线全双工信道。 由于采用了回波抵消技术，双向的传输信号不致混淆不清。双工信道有时也将收、发信道分开，采用分离的线路或频带传输相反方向的信号，如回线传输。表 6串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息出错，例如，传输字符E，其各位为： 0100，0101

48、=45H，D7D0 。由于干扰，可能使位变为1，这种情况，我们称为出现了“误码”。我们把如何发现传输中的错误，叫“检错”。发现错误后，如何消除错误，叫“纠错”。最简单的检错方法是“奇偶校验”，即在传送字符的各位之外，再传送1位奇/偶校验位。可采用奇校验或偶校验。奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为奇数，如： 1 0110，0101 0 0110，0001偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为偶数，如： 1 0100，0101奇偶校验能够检测出信息传输过程中的部分误码（1位误码能检出，2位及2位以上误码不能检出），同时，它不能纠错。在发现

49、错误后，只能要求重发。但由于其实现简单，仍得到了广泛使用。 有些检错方法，具有自动纠错能力。如循环冗余码（CRC ）检错等。2单片机与上位PC 机串口通信的硬件实现. .图3.21 RS232与AT89C51接口本设计系统中通过标准串口RS232实现单片机与上位机的通讯。由于RS-232C 是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准, 其逻辑电平对地是对称的, 与TTL,MOS 逻辑电平完全不同. 逻辑0电平规定为+5+15之间, 逻辑1电平为-5-15之间, 因此，RS-232C 驱动器与TTL 电平连接必须经过电平转换.MAX232是单片集成双RS-232发送/接收器, 适用于各种E

50、IA-232C 和V.28/V.24的通信接口. 该芯片内部有一个电源电压变换器, 可以把+5V电源变换成RS-232C 所需电平. 采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源. 通信接口原理如图3.21所示. 3串行口和定时器/计数器T1波特率发生器设置串行口采用模式1为8位异步通信方式，波特率为9600bps 。由串行口控制寄存器SCON 的操作模式选择位SM0、SM1为01设置为模式1，当定时器/计数器T1模式控制器TMOD 中C/T=0和M1M0=10时，AT89C51的定时器/计数器T1设置成模式2方式作为波特率发生器，其波特率表示为： 波特率=（T1的溢出率）/ n当SMOD

51、=0时，n=32；当SMOD=1时，n=16，（本设计中SMOD=0）则 波特率=（T1的溢出率）2SMOD / 32 T1的溢出率=（f1/12）/(28-T1初值 得：波特率=（T1的溢出率）2SMOD / 32=（f1/12）/(28- T1初值 2SMOD / 32 得：定时器/计数器T1初值TL1=TH1=28-(f12SMOD /(1232波特率本设计系统中，还采用数码管（LED ）作辅助显示器，实现这种现实方法比较多。但是，对于五个LED 显示，就必须采取必要的措施才能实现。本设计采用廉价的74HC164集成块实现五个LED 显示。 硬件电路如图3.22所示： .4HC164*1

52、K.图3.22 I/O口扩展五位LED 显示电路74HC164为TTL 单向8位移位寄存器, 可实现串行输入、并行输出。其中A 、B(脚1、2 为串行数据输入端,2个引脚按逻辑与运算规律输入信号, 并接到AT89C51的P1.7脚。CLK(脚8 为时钟输入端, 连接到AT89C51的P1.6脚。每一个时钟信号的上升沿加到CLK 端时, 移位寄存器移1位,8个时钟脉冲过后,8位二进制数全部移入74HC164中。MR(脚9 为复位端, 当MR=0时, 移位寄存器各位为0, 只有当MR=1时, 时钟脉冲才起作用。Q1Q8(脚36和1013 并行输出端分别接LED 显示器的g,f, ,a 各段对应的引

53、脚上。5片74HC164首尾相串, 而时钟端则接在一起, 这样, 当输入8个脉冲时, 从单片机P1.7脚输出的数据就进入第1片74HC164中, 而当第2个8个脉冲到来后, 该数据就进入了第2片74HC164, 而新的数据则进入了第1片74LS164。这样, 当第5个8个脉冲完成后, 首次送出的数据被送到了最右面的74HC164中, 其他数据依次出现在第1、2、3、4片74HC164中。3.4 下位机软件设计综述软件工作流程如下:上电复位后，系统首先检查开始键是否按下，若按下，则开始进行工作，接收端先发送红外命令使发送端开始工作，同时接收端做好接收准备。接收到数据后先显示，然后由串口传送到上位

54、机，再进行必要的数据处理。流程图.如图3.23所示： 图3.23 主程序流程图由于系统一个按键设置了两种功能，即开始和结束，所以程序中设置了一个按键标志位AN ，若AN=1则执行开始功能，若AN=0则执行结束功能。主程序中AN 初始化为零，则按下键后，进入按键中断处理程序，置AN 为1，并允许定时器T1、T0开始计数，再返回主程序进行红外数据接收。如果在程序运行当中按下键，同样进入中断处理程序，清AN 为零，并停止定时器T1、T0计数，返回主程序后，系统停止工作。流程图如图3.24所示： 图3.24 按键中断处理程序流程图红外载波频率为38kHz1kHz，通信的字节格式为8位二进制码D0D7，

55、传输时加上一个起始位，一个奇偶校验位P 和一个停止位, 共11位，传输时先传高位，后传低位。根据以上要求，本设计中红外载波频率采用38.4kHz ，加1位起始位和1位结束位，共传送11位数据。38.4kHz 载波频率由定时器/计数器T0产生，T0设为方式2模式，系统的晶振为11.0592MHz,TL0和TH0的初值经计算为F4H 。流程图如图3.25所示，红外发射信号调制波形图如图3.26所示。 图3.25 红外发送程序流程图 图3.26 信号调制波形图二进制信号的解码由一体化红外接收头SM0038来完成, 它把收到的红外信号经内部处理并解码复原输出。SM0038的解码原理可理解为:在输入有脉冲串时, 输出端输出低电平, 否则输出高电平。当接收到开始脉冲后，进入解码部分, 接收完一帧后, 存储收到的数据并进入下一次接收。解码采用软件抽样判决, 以10个脉冲为判决门限, 在门限时刻读得低电平时, 即可判定为编码0; 在门限时刻读得高电平时, 即可判定为编码1。解码一位后, 再计数10个脉冲后, 判断读得的电平是高还是低, 进行解码，如图3.27所示。红外接收程序流程图如图3.28所示。 图3.27 波形解码示意图 图3.28 红外接收程序流程图通讯方式：波特率采用9600bps ，奇偶校验，采用应答方式，即上位机发出命令字，下位机接收到时执行相应的命令，然后返回