红外接收器的设计研究

1、红外接收器的设计研究摘要：随着科学技术的发展，单片机因其该可靠性和高性价比，在智能化家用 电器仪表仪器等恒多领域得到极为广泛的应用。在很多实际单片机系统中，常 常使用非电信号，如光信号，超声波信号等，来传播信息，以实现遥控和遥测 的功能，其中红外遥控是目前最广泛的一种通信和控制手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低，抗干扰强等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响备、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。本课题掌握52系列单片机和红外技术为目的，以红外线为信息传输载体， 对受控对象进行短距离无线控制。关键词：单片机；红外通信；红外数据接收；The

2、 Design And Research of Infrared ReceiverAbstract: With the development of science and technology, SCM because of its high reliablityand cost-effective,in the home appliaances,instrumentation and many otner areas has been widely used.In a lot of practical single-chip microcomputer systemys, non-elec

3、trical signal is widely used to comumicate information, and to achieve the function of remote control and remote sensing, including infrared remote control is the most extensive a communication and control ways.As the infrared remote control device with small size, low power consumption, stronger fu

4、nction and lower costs, the tape recorder, audio equipment, air conditioning machines and other small electric equipment toys take use of infrared remoe control one after another following TVS, VCRS.For the purpose of mastering MCS-52 and infrared technology,this topic treats the infrared as informa

5、tion carrier, controls objects in wireless short-range.Keywords: Single-Chip Microcomputer; Infrared communication； Receive IR data ;目录 TOC o 1-5 h z 1绪论1.研究背景1.研究目的1.研究意义2.2方案论证2.单片机接收模块2.红外接收2.红外编码格式 2.3过程论述3.理论知识3.红外数据通信基本概念 3红外编码原理4STC89C52单片机介绍6.硬件电路7.时钟电路7复位电路8电源电路10红外发射电路 10红外发射二极管特点11单片机红外接收

6、电路 11VS008接收及解码 12小结134设计思想及流程135结果分析及总结1.4结果分析1.4总结14参考文献1.5谢辞16附录1.7.程序代码171绪论研究背景传统的遥控器大多采用无线电技术， 但是随着科技的进步，红外遥控技术 的成熟，红外也成为一种被广泛应用的通信和遥控手段。目前红外技术作为一种高技术，它与激光技术并驾齐驱，在军事上占有举 足轻重的地位。红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外 对抗等在现代和未来战争中都是很重要的战术和战略手段。在70年代以后，军事红外技术又逐步向民用部门转化。红外加热和干燥技术广泛应用于工业、农 业、医学、交通等各个行业和部门。红外测

7、温、红外测湿、红外理疗、红外检 测、红外报警、红外遥感、红外防伪更是各行业争相选用的先进技术。标志红 外技术最新成就的红外热成像技术，它与雷达、电视一起构成当代三大传感系 统，尤其是焦平面列阵技术的采用，将使它发展成可与眼睛相媲美的凝视系统。 采用雷达、红外、紫外、激光等技术的综合型复合光电探测器系统，并不断拓 展其响应频谱范围，降低虚警率和提高多传感器数据融合能力，才能满足未来 战场的需要。例如，美国空军研制的复合告警器，可同时探测红外、可见光、 紫外及射频威胁。以及近年计算机在社会各个领域的渗透，单片机的应用不断的深入。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

8、完全 可靠而且能有效地隔离电气干扰。由于红外抗干扰能力强，不会对周围无线电 设备产生电波干扰，红外虽然被广泛应用，单个产家的遥控不能兼容，具有很 高的安全性。研究目的本设计主要研究和设计一个基于单片机的红外接收系统。系统主要有 MCS-51单片机，红外接收电路，LED显示电路等组成，遥控器编码发射遥控信 号经红外接收处理传送给单片机，单片机根据不同的信息编码控制六位数码管， 显示不同的状态，达到传输的目的。研究意义红外遥控不受周边环境影响，不干扰其他电器设备。由于无法穿透墙壁， 所以不同房间的家用电器能使用通用的遥控设备而且不会产生干扰，只要按定 电路连接，即可投入工作。信息可以直接通过红外光

9、传输，也可用红外线产生一定频率的载波， 在通过 调制，解调最后获得信息，这是今天大多红外遥控采用的方法。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。由于红外抗干扰能力强，不会对周围无线电设备产生电波干扰，红外 虽然被广泛应用，单个产家的遥控不能兼容， 具有很高的安全性。用8051单片 机准确的接收红外遥控信号，并写出高效的代码。使得红外传输能够更准确的 控制和传输信号。2方案论证单片机接收模块1方案1 :采用比较通用的52系列单片机。此类单片机是八位单片机，具有用算能力强，程序灌入方便，价格便宜等 特点。支持c语言，程序容易理解，容易调试。本次

10、课题研究用到两个中断源， P0 口。方案2:采用凌阳16位单片机spce061a。与8051单片机比较，spce061a, 14个中断源。但是本研究没用到这么多 中断，而且价格昂贵。具有更丰富的资源。综合考虑，选择方案1。红外接收方案：采用专用红外接收器。VS0038是塑封一体化红外线接收器，它是一种集红外线接收、放大、整 形于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与 TTL电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号 时为低电平，而体积和普通的塑封三极管大小一样。红外编码格式7红外编码格式常有两种，NE5口 RC5NEC格式特征：.使用38k载波频

11、率。.引导码间隔是9ms+4.5ms.使用16位客户代码。.使用8为数据代码和8位取反的数据代码。.红外接头周期是108ms如图2.1所示（红外接收偷得到的波形）。图2.1RC5相对简单一些。第一位是起始位s通常是逻辑1。第二位是场位F通常为逻辑1,在RC5 扩展模式下将他的最后六位命令代码扩充到七位代码，这样可以从64个键值扩 充到128个键值。第三位控制位C它在每按下一个键后反转，这样就可以区分 一个键到底是一直按着没松手还是松手后重复按。川| D 0 |o 0 1 | W 0 | 1 1 I 1JiRRnjifuimumr-图2.2综合考虑，使系统更可靠，和遥控器一般使用的是 NECS码

12、，选择方案一。3过程论述理论知识红外数据通信基本概念3红外数据通信，就是通过红外线传输数据，它是使用红外线作为传播介质 的数据传输方式。在计算机早期，数据都是通过线缆传输的，线缆传输麻烦， 需要特制接口，很不方便。后来就有了红外，蓝牙等无线传输技术。红外线是波长在750nm1000nnt间的电磁波，红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线，波长在 0.75um25umIrDA 是国际红外数据协会(Infrared Data Association)的缩写，,DA相继制订了很多红外通信协议，有的侧重数据传输速率，有的侧重低功耗，也 有二者兼顾的，在红外技术发展的早期，存在好几个红外通信标准，不同

13、的标 准之间红外设备不能进行红外通信。为了使各种红外通信设备之间能够互联互 通，1993年，有二十多个大厂商发起成立了红外数据协会（IrDA）,统一了红 外通信标准，这就是目前被广泛使用的IrDA红外数据通信协议及规范。IrDA1.0协议基于异步收发器URAT最高传输速率为115, 2kb/s ,简称SIR （Serial infrared串行红外协议）采用3/16EN/DEC编/解码体制，卜DA1.1 协议提高通信速率到4M/s,简称FIR （fast infrared 快速红外协议）采用4PPM（pluse position modulation脉冲位置调制）编译码机制，同方是在低速时保留

14、IrDA1.0 协议规定。之后IrDA又推出了最高速率为16Mb/s的协议，简 称为VFIR （very fast infrared特速红外协议）。IrDA标准包括三个基本规范和协议：卜PHY（infrared physical layer link specifi cation红外物理层连接规范）,irlap （infrared link accessprotocol 红夕卜链接访问协议）和 irlmp （infrared link management protocol 红外连接管理协议）。Irphy规范制定了红外通信的挺进按设计上的目的和要求。Ialap和irlmp为两个软件层，负责对连

15、接经行设置，管理和维护，在 irlap 和irlmp基础上，正对一些特定的红外通信应用系统，irda还发布了更高级的 协议如ircomm, irlan 等等。红外传输的距离在几厘米到几十米之间，发射角 度常在015度之间，发射强度与接收灵敏度因不同器件，设计而不同。 考虑到红外光的反射原因，在全双工的方式下发送的信号也可能被本身全部接 受。因此红外通信需采用异步半双工方式（通信的某一方接收和发送是交替进 行的）。红外通信的基本原理是发送端将基带二进制调制为一系列二进制脉冲用信 号，通过红外发射管发射信号。常用的有两种方法，PWMpulse wide modulation脉宽调制）和 PPM（p

16、ulseposition modulation脉位调制）。PWMHI通过脉冲宽度来调制，PPM是通过脉冲之间的时间问隔来调制的。接收端将接受的光信号转换成电信号，再经放 大，等处理送给解调电路经行解调成二进制数字信号。红外编码原理9一般的，红外遥控器将遥控信号（二进制脉冲码）调制在38K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。二进制脉冲吗有 多种形式，其中最为常用 PWMH和PPM码，前者以宽脉冲表示1,窄脉冲表示 0.后者脉冲宽度一样，但是码位的宽度不一样，位码宽的表示 1,位码窄的表 示0。采用脉宽调制的用行码时，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.

17、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” ，如图2.3所示。图3-1遥控器发出由“ 0”和“1”组成的42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，LC7461产生的遥控编码是连续的42位二进制码组, 其中前26位为用户识别码，能区别不同的红外遥控设备，防止不同机种遥控码 互相干扰。后16位为8位的操作码和8位的操作反码用于核对数据是否接收正 确。| 一舁蚂1 地一项“一一码 ！-据应码1一引nneuiflOTowm

18、皿nrwF丁丁图3.2申行数据时序码（其中的地址码为用户识别码，它又分为用户码与用户反 码）。当遥控器上任意一个按键按下超过 36ms时，芯片的振荡器使芯片激活，将 发射一个特定的同步码头，对于接收端而言就是一个9ms的低电平,和一个4.5ms的高电平，这个同步码头可以使程序知道从这个同步码头以后可以开始 接收数据。图3.3如图3.3所示为引导码解码的关键是如何识别“ 0”和“1”，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

19、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左右即可。根据红外编码的格式，程序应该等待 9ms的起始码和4.5ms的结果码完成 后才能读码。信号调制图3.4 o敢位口 效位1 数位口” 般位1“ 故位”3. TOC o 1-5 h z 38JCIIX LTfJLrLrLrLrirLntLrLrULrirL:获外发处信号：nnnnnnnnr| HY

20、PERLINK l bookmark11 o Current Document *V#; * : *图3.43.2 STC89C52单片机介绍网STC89C521一种带8K字节闪烁可编程可榛除只读存储器(FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory )的低电压，高性能 COMOS8 微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。具有超强抗干扰，高速，低功耗的单片机，指令代码完全兼容8051单片机， 12时钟机器周期和6时钟机器周期任意选择。主要特点：.工作

21、电压：5.5- 3.4V（5V单片机）/5.5 - 3.4V（5V单片机）。.工作频率范围：0-40MHz实际工作频率可达 48MHz时钟频率0-24MHz.用户应用程序存储空间 4K/8K/16K/32K/64K; , 8K可反复擦写Flash ROM, 256x8bit 内部 RAM.通用32个I/O 口（POP3） P0 口是开漏输出，作为总线扩展用，不用加，8k程序3s即可完成。.ISP （在系统可编程），无需专用编辑器，仿真器，可通过用口（P3.0/P3.1 ）直接下载用户程序。6.共三个16位定时计数器，2个串行中断，2个外部中断源，共6个中断源 7.通用I/O 口 （35/39个

22、），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉。.通用异步用行口（UART）,还可用定时器软件实现多个 UART可编程UART用 行通道。.工作温度范围：-40-85C （工业级）,0 -75 C （商业级）。.软件设置睡眠和唤醒功能。.低功耗空闲和掉电模式上拉电阻，作为 I/O 口用时需加上拉电阻。12.2个读写中断口线。13.3级加密位。硬件电路时钟电路STC89C5内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXDffi TXD 分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。 内部方式的时钟电路如图3.5 （a） 所示，在RXDf口 TXD引脚上外接定

23、时元件， 内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐 振回路。晶体振荡频率可以在1.212MH之间选择，电容值在530pF之间选 择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求,只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz勺方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2,供单片机使用图3.5 (a)内部时钟方式图3.5 (b)外部时钟方式复位电路(1)复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进

24、入系统的正常初始化之外，当由于程序 运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新 启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响。(2)复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持 续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz勺晶振，则复位 信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图 3.6所示:RST/VqVixVss图3.6整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至 施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，

25、然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，具电路如图3-7(a)所示。这佯，只要电源 Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电 复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，具电路如图 3.7 (b)所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，具电路如图3.7 (c)所&051VacRESET JX示：8ViiRsr vFJV35图3.7 (a)上电复位图3.7 (a)按键电平复位图3

26、.7 (a)按键脉冲复位上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MH磊振，能保证复位信号高电平持续 时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用图44 (b)上电复位方式。STC89C52&体介绍如下：主电源引脚(2根)VCC(Pin40):电源输入，接+ 5V电源。GND(Pin20):接地线。外接晶振引脚(2根)XTAL1(Pin19):片内振荡电路的输入端。XTAL2(Pin20):片内振荡电路的输出端。控制引脚(4根)RST/VPP(Pin9):复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30):地址锁存允许信号。PSEN(Pin29):外部存储器读选通信

27、号EA/VPP（Pin31）:程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令， 如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C5211片机有4组8位的可编程I/O 口，分别位PR P1、P2、P3 口，每个口有8位（8根弓I脚），共32根。电源电路采用US瞅电，7805稳压图3.8 USB供电图3.9 7805 稳压电路红外发射电路红外遥控系统通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如下图所示。发射部分将指令脉冲编码信号调至在在波 震荡器产生的载波上（调制）然后用用这脉冲调制信号去驱动红外发光二极管， 在发

28、出经过红外调制的红外广波，其系统图如下所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转 换放大器、解调、解码电路。红外遥控系统原理框图：10rj 渠趋1同出了宜匚三。1a 选手江发:身j岩缶国 */电政天|川嬴谢廿4群6g速拄瘦比仁君注图 3.10红外发射二极管特点接收及编码收器及解码VS0038是塑封一体化红外线接收器，它是一种集红外线接收、 放大、整形于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收 到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到 红外信号时为低电平，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红 外线遥控和红

29、外线数据传输。特点：.采用具有反射功能的结构形式，能将管芯侧面的红外线集中，产生较强的光 功率。.高输出光功率，低驱动电压。.易与晶体管集成电路相匹配。.体积小、重量轻、结构坚固耐震、可靠性高。.金属玻璃封装的器件，具有玻璃表面耐磨性好、光洁度高、耐焊接、耐高低 温性能好等特点。单片机红外接收电路VS0038是塑封一体化红外线接收器，它是一种集红外线接收、放大、整形 于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与 TTL 电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为 低电平，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红 外线数据传输。

30、11图 3.111脚接电源（+VCQ, 2脚gnd接系统的地线（OV , 3脚脉冲信号输出，经非门 U6缓冲与P24的判断信号惊醒逻辑与是的进入INT0的信号是红外数据发射电 路输出端的相反相信号，只要检测到 INT0信号下降沿从而测出控制指令的功图 3.12VS008接收及解码+9红外数据是把遥控发送的数据（已调信号）转换成一定格式指令脉冲（调 制信号，基带信号），是完成红外的接收，放大，解调，还原成发射格式（高低 点位刚好相反）的脉冲信号。这些工作通常由一体化接收头完成，输出 TTL兼 容电平。最后通过解码把脉冲信号转换成数据，从而实现数据的传输。本课题的核心部分在于红外接收功能的演示，其

31、中红外数据就收是对红外 二进制脉冲的宽度进行测量，从而获得红外遥控脉冲的信息。怎样才能实时， 正确对红外二进制脉冲进行测量呢？这就要采用外部中断。红外电路图3.13。12IR321ijvccVCC I丁卜PSDAGND图 3.133.4小结发射模块采用LC7461产生的遥控编码，接收模块采用 STC89C5印片机作 为控制核心，主要硬件电路组成，采用 VS008小型一体化红外接收头，电源电 路，数码管。4设计思想及流程(1)程序使用到的52单片机的IO 口主要有P0与P2, P3的INT0与P3. 分别用来实现红外数据的接收和蜂鸣器的控制)。(2)程序的关键部分是红外解码，而根据红外线发出的红

32、外信号编码的规 则可以看出，二进制码“ 0”和“1”最主要的区别在于脉冲时间的长短，所以 根据判断脉冲时间便可以判断是“ 1”还是“0”。13图4.15结果分析及总结结果分析按1键111111按6键666666按2键222222按7键P 777777按3键333333按8键888888按4键；444444按9键F999999按5键555555按10键蜂鸣器响表5.1研究现象表5.1所示，遥控器按相应的键码，通过红外解码，单片机中断, 控制相应电路，可实现无线信号传输。总结51单片机接受红外实现的关键是对脉冲宽度的准确测量，定时函数准确的 设置。通过对系统调试和测试，红外线能够传输和信息控制。通

33、过遥控器发出 信息，经过编码，解码，传给单片机，通过单片机程序控制不同信息。符合研 究目的。可以实现远距离无差错，并且能高效的传输数据。14参考文献1戴佳，苗龙，51单片机应用系统开发典型事例M,中国电力出版社，2005 , 9:25-34。2楼然苗，李光飞,51单片机设计实例M,北京航空航天大学出版社，2008,7:76-82。3张艺和，陈敌北，例说8051M,人民邮电出版社，2006, 5 : 14-31。4张龙三，c语言控制与应用M,清华大学出版社，2009 : 45-98。5迟荣强，单片机原理与接口技术M,高等教育出版社，2007:34-76。6孙肖子 模拟电子技术M,西安电子科技大学

34、出版社，2006: 145-167。7赵瑛琪，用8051接受红外的实现J电脑知识与技术 2005 : 193-194 。8刘建清，从零开始学单片机技术M国防工业出版社，2007:143-189。9朱海凌通信原理M,西安电子科技大学出版社 2004,6: 72-165 。10陈键锋 微机原理与接口技术M高等教育出版社2008, 2 45-78。Maury Wright .disk Drivers at 40 Lean.Mean.strorage machine.199 6AT Attavhment with packetInterface Extensition (ATA/ATAP-5) ANS

35、I NCITS 1998。1516附录程序代码具体程序代码：#include#include#include#define TURE 1#define FALSE 0sbit IR=P3A2;/红外接口标志sbit Q=P2A5;sbit dula=P2A6;sbit wela=P2A7;constsbit FM=p2A3;unsignedchardofly=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;unsigned char irtime;/红外用全局变量bit irpro_ok,irok;unsigned char IRcord4;unsigned char irdata33;void Delay(unsigned char mS);void Ir_work(void);void Ircordpro(void);void delay()unsigned char i,j;for(i=0;i20;i+)for(j=0;j100;j+);17 void tim0_isr (void) interrupt 1 using 1定时器 0 中断服务函数 (irtime+;)void ex0_isr (void) interrupt 0 using 0/