可调遥控电源开关的设计与实现

2023-03-03 16:05| 来源: 网络整理| 查看: 265

【导读】发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数。据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。随着社会的进步和生活水平的提高，人们对物质生活的要求也越来越高。红外线遥控技术在日常生活中应用越来越广泛。红外线遥控系统具有体积小、功耗低、关，从而避免了传统机械式电源开关存在的接触电阻大、易磨损、可靠性低等缺点。的控制四个通道，即可以同时独立的控制四路家庭工作电路。本次设计中使用了。变得简单明了，并且其造价低廉,制作简单,故非常实用。

【正文】武汉理工大学毕业设计（论文）可调遥控电源开关的设计与实现学院（系）：专业班级：学生姓名：指导教师：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日摘要随着社会的进步和生活水平的提高，人们对物质生活的要求也越来越高。近年来,红外线遥控技术在日常生活中应用越来越广泛。红外线遥控系统具有体积小、功耗低、功能强、成本低、易于控制和使用方便等特点，适用于近距离遥控，具有较好的推广应用价值。本文介绍的是一种可调的遥控电源开关，在设计中使用的便是红外线作为遥控传输的媒介，同时使用了双向晶闸管作为电源开关来取代传统的机械式电源开关，从而避免了传统机械式电源开关存在的接触电阻大、易磨损、可靠性低等缺点。整个设计方案中还利用频分制的电路模式来实现电源电压可调的目的，可以同时独立的控制四个通道，即可以同时独立的控制四路家庭工作电路。本次设计中使用了STC89C52单片机作为控制处理系统，采用了软件控制硬件的设计思路，使得整个系统变得简单明了，并且其造价低廉,制作简单,故非常实用。关键词：双向晶闸管，电源开关，频分制，单片机，红外遥控AbstractWiththeprogressofsocietyandimprovementoflivingstandards,peoplealsomoreandmorehightotherequirementofmaterialrecentyears,infraredremotecontroltechnologyismoreandmorewidelyusedinourdailyremotecontrolsystemhassmallvolume,lowpowerconsumption,strongfunction,lowcost,easytocontrolandconvenientuse,etc,appliestocloserangeremotecontrol,hasgoodapplicationintroducedinthispaperakindofadjustableremotecontrolpowerswitch,inthedesignisusedintheinfraredrayasavehicleforremotetransmission,atthesametimeusingthetwo-waythyristorasthepowerswitchtoreplacethetraditionalmechanicalpowerswitch,soastoavoidthetraditionalmechanicalpowerswitchcontactresistanceisbig,easytowearandtear,lowreliability,andusedinthewholedesignschemeoffrequencyscalecircuitmodetoachievethepurposeofthepowersupplyvoltageisadjustable,canbeindependentcontroloffourchannelsatthesametime,itcannotonlycontrolandindependentcircuitfour-wayfamilyinthedesignoftheSTC89C52single-chipmicroputerascontrolprocessingsystem,thesoftwaredesignideaofcontrolhardware,makesthewholesystemsimpleandclear,anditslowcost,easyfabrication,soitisverypractical.Keywords:thebidirectionalthyristor,powerswitch,thefrequencyscale,microcontroller,infraredremotecontrol目录第1章绪论.................................................................1概述..................................................................1红外概述..........................................................1红外遥控的功能与特点..............................................1课题研究的背景........................................................2红外遥控器的发展过程..................................................3国内外的研究现状......................................................4课题研究的内容........................................................5第2章方案论证.............................................................6红外发射单元的选择方案与论证..........................................6红外接收单元的选择方案与论证..........................................6单片机的选择..........................................................7电路设计最终方案决定..................................................7第3章系统整体设计方案.....................................................8硬件电路设计..........................................................8红外发射机电路....................................................8接收及控制电路...................................................10受控电路.........................................................11电路工作过程.....................................................12软件设计.............................................................12程序工作原理.....................................................12程序代码.........................................................14第4章实物制作与调试......................................................15发射机部分...........................................................15发射机主要组件介绍...............................................15发射机实物制作...................................................17接收控制及受控部分...................................................18主要组件介绍.....................................................18接收机实物制做...................................................24调试.................................................................26发射机部分.......................................................26接收机部分.......................................................28第5章总结................................................................29参考文献...................................................................30附录.......................................................................32致谢......................................................................38武汉理工大学毕业设计（论文）1第1章绪论概述红外概述红外线遥控是目前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、空调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。从光学的角度而言，红外光是频率低于红色光的不可见光，在无线光谱的整个频率中占有很小一个频率段，波长为—100微秒之间，其中—3微秒之间的红外光称为近红外，3—30微秒之间的红外光称为中红外，30—100微秒之间的称为远红外。红外光就其性质而言很简单，与普通光线的频率特性没有很大的区别，但是，由于任何有热量的物体均有能量产生，所以红外的利用非常广泛，而且不可取代，能否检测红外、能测到多少红外或者红外检测的技术是否可以应用于任何自然的或想象的场合是红外应用技术的关键[1]。当今红外技术的一个重要分支是红外通信技术的应用，这个应用的发展非常迅速，尤其是红外通信应用于计算机设备中，近几年的发展已经表现出其非常成熟的特性。红外遥控的功能与特点红外遥控技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它是把红外线作为载体的遥控方式。由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用红外遥控方式时，不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。红外遥控是利用波长为m之间的近红外线来传递控制信的。它具有以下特点：1．由于为不可见光，因此，对环境影响很小。红外线的波长远小于无线电波的波长，所以，红外遥控不会干扰其它家用电器，也不会影响近邻的无线电设备。武汉理工大学毕业设计（论文）22．红外线为不可见光，具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗，警戒等安全保卫装置中也得到了广泛的应用。3．红外线遥控的遥控距离一般为几米至几十米或更远一点。4．红外线遥控具有结构简单，制作方便，成本低廉，抗干扰能力强，工作可靠性高等一系列优点，特别是室内遥控的优先遥控方式。同时，由于采用红外线遥控器件时，工作电压低，功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛。它在技术上的主要优点是：1．无需专门申请特定频率的使用执照；2．具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点；3．传输速率适合于家庭和办公室使用的网络；4．信号无干扰，传输准确度高；它的缺点是：由于它是一种视距传输技术，采用点到点的连接具有方向性，两个设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物。而且通讯距离较短，此外红外LED不是一种十分耐用的器件[2]。课题研究的背景随着电子工程在产品设计中的应用日益广泛，对产品的人性化设计成为设计领域一个新的革命。遥控器主要由形成遥控信号的微处理器芯片、晶体振荡器、放大晶体管、红外发光二极管以及键盘矩阵组成。随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使遥控技术有了日新月异的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。在当今社会科学技术的发展与日俱增，人们是生活水平也是日益提高，为了减少人的工作量，所以是对各种家用电器、电子器件的非人工控制的要求也是越来越高，针对与这种情况，设计出一种集成度比较高的控制体系是必然的。单片机的集成度很高，它具有体积小、质量轻、价格便宜、耗电少等突出特点，尤其耗电少，又可使供电电源体积小、质量轻。所以特别适用与“电脑型产品”，它的应用已深入到工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活用品(家电、玩具)等各种领域。单片机特别适合于把它做到产品的内部，取代部分劳师机械、武汉理工大学毕业设计（论文）3电子零件或元器件。可使产品缩小体积，增强功能，实现不同程度的智能化[3]。红外线是一种光线，具有普通光的性质，可以以光速直线传播，强度可调，可以通过光学透镜聚焦，可以被不透明物体遮挡等等。特别制造的半导体发光二极管，可以发出特定波长（通常是近红外）的红外线，通过控制二极管的电流可以很方便地改变红外线的强度，达到调制的目的，因此，在现代电子工程应用中，红外线常常被用做近距离视线范围内的通讯载波，最典型的应用就是家电遥控器。使用红外线做信号载波的优点很多：成本低、传播范围和方向可以控制、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。因此被广泛地应用在各种技术领域中。带红外遥控器的家电给我们的生活带来极大的方便，但遥控器多了很容易弄混，如果有一种可对家中各种红外遥控器发射的控制信号进行识别、存储和再现的智能型红外遥控器，用这样一个遥控器控制家中所有电器该有多好。为此，我们试着设计一种以单片机为核心的智能型遥控器。通过此设计可以提高我们对专业知识的运用能力，让我们把在大学三年中所学到的专业知识真正的运用到实践当中。在设计过程中使我们能够把专业知识系统的，有条理的连接起来[4]。红外遥控器的发展过程70年代末，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，遥控技术才得到快速地发展。在遥控方式上大体经历了从有线到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控这样几个阶段。无论采用何种方式，准确无误传输信号，最终达到满意的控制效果是非常重要的。最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。较为理想的是光控方式，逐渐采用红外线的遥控方式取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，成为当今时代的主流。由于红外线在频谱上居于可见光之外，所以抗干扰性强，具有光波的直线传播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。信息可以直接对红外光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的强弱进行传输，也可以用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进调制，接收端再去掉载波，收到信息。从信息的可靠传输来说，后一种方法更好，这就是我们今天看到的大多数红外遥控器所采用的方法。由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用红外遥控方式时，不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。同时，由于采用红外线遥控器件时，工作电压低、功耗小，外围电路简单，因此它武汉理工大学毕业设计（论文）4在日常工作生活中的应用越来越广泛[5]。国内外的研究现状红外通信由来已久,但是进入90年代,这一通信技术又有新的发展,应用范围更加广泛。1995年，一个由部件、计算机系统、外围设备和电信厂商组成的大型集团——红外数据协会(IrDA)就红外通信的一套标准达成一致。现在约有120家以上的厂商支持红外通信标准。其中的许多厂商已推出符合红外通信标准并支持Windows95的产品。红外数据协会开发的这种新的无线通信标准还得到PC机产业的有力支持。主要的开发厂商，如微软、苹果、东芝和惠普公司，已推出了在计算机之间采用这种高速红外数据通信的PC机、笔记本计算机、打印机和手持式个人数字助理(PDA)设备。此外，红外通信的连通性已用在大多数新的笔记本计算机中，并成为一种最具成本效益和便于使用的无线通信技术而问鼎市场。目前家电中用的最多的遥控方式是红外遥控，红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。价格低廉，编码简单，近距离的遥控使用红外遥控非常有优势。由于红外一体化接收头的出现，大大降低了红外遥控的成本和技术难度，目前不仅在家电领域，在玩具、安防等领域也有广泛的应用。红外遥控系统主要由红外遥控发射装置、红外接收设备、遥控微处理机等组成。因此，遥控系统是一涉及单片机的数字系统。目前国内红外遥控电子元器件的竞争很激烈，导致了价格的低廉，表面上有利于消费者，可是长期恶性竞争，互相压价格，必将导致产品质量的下降，最终损害的只能是消费者。红外遥控的前景依然看好，不过红外遥控的现状不容乐观。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，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[6]。武汉理工大学毕业设计（论文）5课题研究的内容本课题主要是用STC89C52单片机制作多通道红外线遥控电源开关电路，采用频分制的电路模式，实现通过红外线的控制来使电路正常工作的功能。该设计的接收机用单片机构成选频电路，通过软件来实现硬件的功能，使电路变得简单，操作方便，调试也方便。而开关模块部分将使用双向晶闸管来取代传统的机械式电源开关，有效的避免了传统机械式电源开关存在的接触电阻大、易磨损、可靠性低等缺点。利用双向晶闸管的导通与关断，实现电源的开关，具有不产生电火花、安全方便、在可燃气体等场合使用尤为安全等优势。武汉理工大学毕业设计（论文）6第2章方案论证红外发射单元的选择方案与论证方案一：采用一片高速CMOS型四重二输入带施密特触发器的与非门74F132芯片，其中一组“与非门”组成载波振荡器，振荡频率在38kHz左右，红外发光二极管采用TSAL6200红外发光二极管，它的脉冲编码信号与载波信号合成转变成一定频率的电信号，通过发光二极管产生光脉冲码发射出去。此种设计难免使电路结构复杂，且器件价格昂贵，本设计不予采用。方案二：采用RC振荡电路产生一定频率的振荡波，然后经过数字元件二输入与非门整形后成为规则的方波后加载到以同样方式产生的高频率载波上形成调制波，最后经过红外发光二极管发射出去。这种电路结构简单可靠且容易实现，故本次设计采用的是此种单元电路。红外接收单元的选择方案与论证方案一：采用前置放大电路、解调电路、指令检出电路、记忆及驱动电路组成；当红外接收器件收到遥控器发射二极管的红外光信号时，它将红外光信号变成电信号并放入前置放大器进行放大，再经解调后，由指令信号检出电路将指令信号检出，最后由记忆和驱动电路驱动执行电路，实现各种操作。但是电路繁杂，价格过高，所以本文不予采用。方案二：采用红外接收一体化红外接收器HS0038，该接收器是黑色环氧聚光透镜，能够滤除可见光干扰，集红外接收和放大于一体，内含红外线PIN接收管、选频放大器和解调器，不需任何外接元件，就可以完成从红外遥控信号中分离出基带信号，输出与TTL电平兼容的所有工作。因此我们采用这种实现容易的电路作为本设计的单元电路。武汉理工大学毕业设计（论文）7单片机的选择单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小并且完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。单片机性能不断提高，其应用系统也不断发展，就我国的8位单片机应用系统而言，从70～80年代盛行的Z80到80～90年代的INTEL8031，再到90～2020年代的INTEL80C51或AT89C51，而目前流行使用的STC89C52单片机是INTELMCS-51系列的8位单片机。它具有40引脚，片内带8KB闪速存储器EEPROM，一般作程序存储器；片内带256KBRAM；提供32条I/O引脚，大部分引脚都可作数字和脉冲输入和输出；3个16位定时计数器，对外计脉冲数可使用单片机的(T0)或(T1)；6个中断源，其中直接提供外部中断处理可使用(INT0)或(INT1)；2个可编程标准串口，其引脚为(RXD)和(TXD)；时钟频率可达4～24MHz；具有睡眠状态，指令系统与8031指令系统完全兼容。除上述技术性能外，还有价格低廉，保密性强，功耗低，应用灵活、方便等优点。故选择STC89C52单片机为本设计的核心是较佳的选择。这种单片机具有足够的空余硬件资源，可以实现其他的扩充功能。如果考虑使用电池供电，则可采用LV系列单片机[7]。电路设计最终方案决定综上各方案所述，对此次作品的方案选定：采用STC89C52单片机作为主控制系统、HS0038红外接收器为主要器件的接收单元和由型号为CD4011的四个二输入与非门集成芯片为中心的发射单元电路。按照系统设计功能的要求，初步确定系统由发射机模块、接收控制发射模块以及受控模块组成。武汉理工大学毕业设计（论文）8第3章系统整体设计方案该设计的原理其实很简单，就是利用红外线作为传输控制信号的介质。控制部分按下按钮产生相应频率的待调制波经过调制电路形成调制波，然后通过红外线发射机发出经过调制的红外控制信号，经过红外接收头的接收及解调后，传送给单片机，单片机分析处理信号后，输出高低电平控制开关电路的接通或者断开，以完成对开关电路的控制功能。整个硬件电路包含有红外发射控制、接收及处理、受控电路等三个模块。整个系统中发射部分的工作原理框图如图所示，接收控制及受控部分的原理框图如图所示.图发射机工作原理框图图接收控制及受控部分工作原理框图硬件电路设计红外发射机电路红外线发射机电路如图所示。IC1中的与非门A、B及电阻R3~R6、电容C1等组成多路振荡器，分别按下按钮S1~S4时，电路中B与非门的输出端分别产生400、600.、800、1000Hz四种不同震荡频率的方波，分别作为四个通道指令信号调制信号红外管发射接收指令处理指令发出控制信号由控制信号实现开关的导通与关断模拟交流电源武汉理工大学毕业设计（论文）9的控制指令信号。为了提高电路的抗干扰能力，把指令信号调制在38kHz的载波上再发射出去。与非门C、与非门D、电阻R8、电容C2等组成频率为38kHz的方波振荡器。指令信号通过与非门C的一个输入端对此振荡器进行调制，由与非门D输出的脉冲调制信号直接驱动红外发光二极管VD1发射红外信号。电阻R2的作用是平时使与非门A的输入为低电平，经四级反相后与非门D的输出仍为低电平，故平时未按下S1~S4时，VD1没有工作，整个发射电路的静态工作电流小于1A。图红外发射机电路原理图红外发射机电路原理图通过Protues软件仿真后的仿真图如图所示，图中示波器的A、B、C、D四个通道分别显示的是A与非门输入端、A与非门输出端、B与非门输出端、红外发射管VD1正极的波形。图红外发射机仿真图武汉理工大学毕业设计（论文）10接收及控制电路红外接收及控制电路如图所示，电路由接收部分和处理控制部分组成。图接收及控制电路R1、C1组成单片机的复位电路，接通电源瞬间，由R1对C1的充电过程，单片机STC89C52的复位端9脚获得一个高电平复位脉冲，使单片机进入程序所设定的初始状态，其引脚~均输出低电平。HS0038是红外线专用接收集成电路，它由红外线接收管、带通放大器、检波和脉冲整形电路等部分组成，其内部带通滤波器的中心频率为38kHz。当HS0038没有接收到发射机发射的红外信号时，其3脚一直输出高电平，当芯片接收到发射机发射的红外信号后，其3脚即输出经过解调之后的指令信号到单片机的。单片机根据输入的信号的频率决定改变引脚~，具体地说就是400Hz对应、600Hz对应、800Hz对应、1000Hz对应。控制部分的软件仿真如图所示，通过触点开关在单片机的脚输入固定频率的信号，如400Hz（或者600Hz、800Hz、1000Hz），以此来模拟接收元件输入接收到的指令信号，在单片机中加载预先编写好的相应控制程序，打开仿真按钮，然后可以看到当按下不同的开关时相应的输出口电平会发生改变。武汉理工大学毕业设计（论文）11图控制部分电路仿真图受控电路受控电路部分主要包括双向晶闸管、发光二极管以及用以提供模拟交流电源的单片机，如图所示。电路中双向晶闸管Q1~Q4用作电源开关来取代传统的机械式电源开关，通过发光二极管VD1~VD4的亮与灭来体现双向晶闸管的通与断，用以验证双向晶闸管可以用作家庭电路的电源开关。单片机IC3用来提供模拟家庭电路的交流电，同时让双向晶闸管作为电源开关能正常工作。图受控电路武汉理工大学毕业设计（论文）12电路工作过程以第一通道为例说明电路的工作过程：打开发射机和接收机的电源开关，将发射机的红外发射头对准接收机的接收元件后按一下发射机的按钮S1，接收元件接收到发射机发射的信号，解调出来后将指令信号输入单片机的脚，此时单片机内软件开始定时并同时对输入的指令信号进行计数，当计时结束后，程序开始对计数值进行判断，并根据判断结果对脚进行置电平（由低电平变为高电平），此时由脚控制的Q1双向晶闸管由于控制极具有高电平而处于导通状态，使其所在回路的发光二极管VD1发光。当再次按下S1按钮时，单片机再次通过定时计数以及判断数值后对相应的脚置电平（由高电平变为低电平），此时由脚控制的双向晶闸管Q1由于控制极处于低电平，所以在其回路中的模拟交流电源电压处于过零状态时Q1将变为断开状态，与之相连的发光二极管VD1将由发光变为熄灭，其余三个通道的工作过程以此类推。当控制每一通道的电源工作状态时，其他三个通道的工作状态不受影响，即每一通道均可独立控制[4]。整个电路即是通过这样的工作原理来验证设计要求中的遥控、电源电压可调以及由双向晶闸管作为电源开关的设计要求软件设计程序工作原理控制部分的程序流程图如图所示。程序采用C语言编写，初始化时~口置低电平，口置高电平，将定时器T0设定为计数器，定时器T1和T2设定为定时器，脚为T0计数器外部计数脉冲的输入端。接下来程序不断的检测脚是否出现低电平，在发射机不发射红外线信号时脚始终为高电平，程序处于等待状态；一旦发射机发射红外信号后脚就会出现低电平，程序检测到后即向下执行，首先由一个10ms的延时语句来用作软件消抖，然后开启T0计数器和T1定时器，由T0计数器对脚输入的脉冲信号进行计数。计数的闸门时间必须小于一般人习惯按发射机按键的时间，否则不能对输入脉冲进行正确计数，这里定为100ms（即T1定时器的定时时间为100ms），当输入脉冲的频率为400Hz时，计数值为40，即计数值是频率的十分之一。计数结束后程序对计数值进行筛选，由于发射机采用了RC振荡器，其频率稳定性较差，为了提高电路工作的可靠性，在筛选时允许脉冲频率有一定的误差，当计数值在30~50之间时改变脚的输出状态（即将取反），当计数值在50~70武汉理工大学毕业设计（论文）13之间时改变的输出状态，当计数值在70~90之间时改变的输出状态，当计数值在90~110之间时改变的输出状态。筛选结束后程序在50ms的时间内检测脚的电平，如果在50ms的时间内脚出现低电平，则重新进行50ms的检测。进行这项检测的目的是防止发射机一次按键引起接收机的重复动作，只有在按键松开后程序能返回到初始状态[8]。开始初始化=0？N100ms计数Y计数值输入AA30？A50？A70？A90？A110？50ms内=0？取反取反取反取反NNNNNNYYYYYY10ms延时去抖武汉理工大学毕业设计（论文）14图控制部分程序流程图模拟交流电源部分的程序流程图如图所示，初始化时~都置低电平，然后经过一个10ms的延时之后再将~分别取反，依次不停的循环下去，这样~就会输出周期为20ms的方波，频率刚好为50Hz，用来模拟交流电给双向晶闸管和发光二极管供电。图模拟交流电源程序流程图程序代码控制部分单片机及模拟交流电源部分单片机相应的程序代码分别见附录C及附录D。开始初始化10ms延时~电平置反武汉理工大学毕业设计（论文）15第4章实物制作与调试发射机部分发射机主要组件介绍（1）CD4011图CD4011图片及引脚图CD4011的图片及引脚图如图所示，其内部集成有4个CMOS二输入与非门。二输入与非门的逻辑表达式为Y=AB，其真值表如图所示，CD4011内部结构图如图所示。ABY001011101110图二输入与非门真值表(1)当A=0、B=0时，A和B相与结果为0，再取非之后则为1（即Y=1），如真值表第一行。(2)当A=0、B=1时，A和B相与结果为0，再取非之后则为1，即输出Y=1，如真武汉理工大学毕业设计（论文）16值表第二行。(3)当A=1、B=0时，A和B相与结果为0，再取非之后则为1，即输出Y=1，如真值表第三行。(4)当A=1、B=1时，A和B相与结果为1，再取非之后则为0，即输出Y=0，如真值表第四行。图CD4011内部结构图（2）GL560GL560是一种红外发光二极管，其图片如图所示。图红外发光二极管常用的红外发光二极管，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。管压武汉理工大学毕业设计（论文）17降约，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。发射红外线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T，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约1/3-1/4；一些电器产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小脉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(1mW-10mW)、（20mW-50mW)和大功率（50mW-100mW以上)三大类。要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压[9]。发射机实物制作发射机实物电路正、反面如图所示，IC1选CMOS与非门集成电路CD4011，其内部集成有四个CMOS二输入与非门，VD1选用φ5的红外发光二极管，如GL560.、GL537等。电容C1、C2选用稳定性较好的瓷片电容和独石电容，以保证振荡频率的稳定性。电阻R6的阻值，可用电阻串联或并联的方式获得此阻值，也可以用，这时四通道的频率变为1050Hz，对电路的正常工作没有影响。S1~S4选用触点开关。图发射机正、反面图武汉理工大学毕业设计（论文）18接收控制及受控部分主要组件介绍（1）HS0038HS0038是与红外发光二极管相对应的红外接收元件，其图片和引脚图如图所示。图HS0038图片及引脚图红外接收电路一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。在本系统中我们采用红外一体化接收头HS0038，外观图如图所示。HS0038黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。它能与TTL、COMS电路兼容。HS0038为直立侧面收光型。它接收红外信号频率为38kHz,周期约26μs，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号。三个管脚分别是地、＋5V电源、解调信号输出端[10]。HS0038的内部结构：1、PIN：PIN光敏二极管光敏二极管工作时加有反向电压，没有光照时，其反向电阻很大，只有很微弱的反向饱和电流（暗电池）。当有光照时，就会产生很大的反向电流（亮电流），武汉理工大学毕业设计（论文）19光照越强，该亮电流就越大。光敏二极管是一种光电转换二极管，所以又叫光电二极管；（1）PN结光敏二极管由于相应速度慢，不能再通信系统中得到应用。（2）PIN光敏二极管就是在PN结中间夹入一层轻掺杂本征半导体。（3）PIN光敏二极管特点：响应时间短、暗电流小，入射光量与输出电流的直线性良好；（4）PIN光敏二极管的主要用途：遥控，传真机，光通信（短距离）。2、AGC(AutomaticGainControl)：自动增益控制（放大器）（1）增益表示放大器功率放大倍数,以输出功率同输入功率比值的常用对数表示,单位为分贝。（2）它是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进行调整。当输入信号较弱时，线性放大电路工作，保证输出信号的强度；当输入信号强度达到一定程度时，启动压缩放大线路，使输出幅度降低，满足了对输入信号进行衰减的需要。也就是说，AGC功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。3、BandPass（band-passfilter)：带通（滤波器）带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。4、Demodulator：解调器解调是将模拟信号转化为数字信号。HS0038对数据格式的要求:(Thedatasignalshouldfullfillthefollowingcondition:）载波频率接近38kHz。1、要求脉冲的长度不小于10个周期。2、脉冲之间的时间距离不小于14个周期。3、如果每个脉冲的长度超过，那么需要在数据流中添加一些空隙（空隙的长度要在脉冲长度的4倍以上）。4、每秒钟可以连续接收800个短脉冲[11]。（2）STC89C52STC89C52属于增强型的89C51单片机，其图片和引脚图如图所示。武汉理工大学毕业设计（论文）20图STC89C52图片及引脚图STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。参数1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统80512.工作电压：～（5V单片机）/～（3V单片机）范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz4.用户应用程序空间为8K字节5.片上集成512字节RAM6.通用I/O口（32个），复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。武汉理工大学毕业设计（论文）217.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/,TxD/）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。8.具有EEPROM功能9.共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T24路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒11.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART12.工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）13.PDIP封装[12]STC89C52RC单片机的工作模式：：典型功耗A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序：典型功耗2mA：典型功耗4Ma～7mA，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备STC89C52RC引脚功能说明VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（～，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（～，1～8引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。此外，/计数器2的外部技术输入（）和定时器/计数器2的触发输入（）。在对FlashROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。武汉理工大学毕业设计（论文）22P2端口（～，21～28引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对FlashROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（～，10～17引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。（29引脚）：外部程序存储器选通信号是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH武汉理工大学毕业设计（论文）23的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。特殊功能寄存器在STC89C52RC片内存储器中，80H～FFH共128个单元位特殊功能寄存器（SFR）。并非所有的地址都被定义，从80H～FFH共128个字节只有一部分被定义。还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。STC89C52RC除了有定时器/计数器0和定时器/计数器1之外，还增加了一个一个定时器/计数器/计数器2的控制和状态位位于T2CON和T2MOD。定时器2是一个16位定时/计数器。通过设置特殊功能寄存器T2CON中的C/T2位，可将其作为定时器或计数器。定时器2有3种操作模式：捕获、自动重新装载（递增或递减计数）和波特率发生器，这3种模式由T2CON中的位进行选择[13]。（3）双向晶闸管双向晶闸管是双向晶体闸流管的简称，又可称做双向可控硅整流器，以前被简称为可控硅，其图片和结构图如图所示。图双向晶闸管图片及结构图双向可控硅具有两个方向轮流导通、关断的特性。双向可控硅实质上是两个武汉理工大学毕业设计（论文）24反并联的单向可控硅，是由NPNPN五层半导体形成四个PN结构成、有三个电极的半导体器件。由于主电极的构造是对称的（都从N层引出），所以它的电极不像单向可控硅那样分别叫阳极和阴极，而是把与控制极相近的叫做第一电极A1，另一个叫做第二电极A2。双向可控硅的主要缺点是承受电压上升率的能力较低。这是因为双向可控硅在一个方向导通结束时，硅片在各层中的载流子还没有回到截止状态，必须采取相应的保护措施。双向可控硅组件主要用于交流控制电路，如温度控制、灯光控制、防爆交流开关以及直流电机调速和换向等电路。晶闸管T在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路[14]。晶闸管的工作条件：1.晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态2.晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态,这就是晶闸管的闸流特性,即可控特性.3.晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。门极只起触发作用4.晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断[15]。接收机实物制做接收机电路正、反面分别如图和图所示，IC1用一体化红外接收集成元件HS0038，IC2和IC3用HTC公司的STC89C52单片机集成电路。X1和X2用12MHz的石英晶振，VD1~VD4用φ3的红色发光二极管，U1和U2用10K的排阻，Q1~Q4用型号为97A6的双向晶闸管，电源为5V的直流电源或三节。武汉理工大学毕业设计（论文）25图接收机电路正面图接收机电路反面安装前用单片机编程软件Keil3编写好相应的C程序并编译成HEX文件，然后用专用烧程软件将HEX文件烧写进单片机中。武汉理工大学毕业设计（论文）26调试发射机部分制作完成后的发射机电路在测试中四个通道的指令信号频率分别如图至图所示，由图可以看出四个通道的实际指令信号频率与理论计算值都有较大出入，分析原因应该是实物电路中所用的电阻和电容的标称值和实际值之间都有误差，导致实际的振荡频率与理论值不符。在后面接收机的单片机程序中将根据实际频率来调整相应的筛选范围。图S1通道的指令信号频率武汉理工大学毕业设计（论文）27图S2通道的指令信号频率武汉理工大学毕业设计（论文）28图S3通道指令信号频率图S4通道指令信号频率安装完成后的调试工作主要集中在设法增大红外发射二极管的发射功率上，以便能提高遥控器的遥控距离，在本次调试中是通过去掉驱动用的三极管改为直接由CD4011输出口驱动红外发射二极管来实现增大发射功率的目的。接收机部分接收机部分在测试时最初发现软件一直无法实现预期的功能，经过不断的修改程序之后，最终将控制部分程序修改完善并能实现全部的预期效果。第二个问题是发现发射机在距离接收机一米以内遥控时出现的误码率比较高，预测可能是因为在这个距离段内遥控时信号波出现了干涉现象，影响了单片机对信号频率的计算。武汉理工大学毕业设计（论文）29第5章总结随着社会与科学技术的迅速发展，电子信息科学与技术也随之得到了突飞猛进的发展，电子产品在人们的日常生活中也得到越来越广泛的应用，对人们的生活产生了巨大的影响，给人们的生活带来了很大的方便，人们的生活也越来越离不开电子信息科学与技术，电子产品的飞速发展使社会生活进入了一个崭新的电子信息时代。而如今远程红外遥控技术的应用更是给人们带来了更多的方便与快捷，其中可调遥控电源开关正在逐步代替传统的手工电源开关，现在这门技术已经变得非常成熟，毫无疑问远程红外遥控技术显然已成为当今社会生活的主流方向。本文所设计的可调红外遥控电源开关系统，具有成本低、操作方便、电路简单、环保、体积小、重量轻等优点，通过接收发射端的控制信号，在接收部分实现了相应的控制。这个技术的应用将会给人们的生活带来更多方便与快捷，在未来的社会生活中将会得到更多更广泛的应用,具有良好的市场前景和丰润的经济效益。同时我们可以看到，本次设计无论从经济效益还是从电路结构上来说，都不是最先进的，受红外线定向性和传输距离的限制，也只适用于短距离的普通环境遥控控制，很多方面都需要改进和提高。武汉理工大学毕业设计（论文）30参考文献[1].曾洁,郭永伟.基于MC33993与AT89C2051的多路红外遥控系统的电路设计[J].电子技术应用,2020,10(1):78-80.[2].裴彦纯,陈志超.基于单片机系统的红外遥控器应用[J].电子与封装,2020,12(3):39-41.[3].黄智伟编著，单片无线发射与接收电路设计（第二版）[M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武汉理工大学毕业设计（论文）32附录附录A发射机总电路图

武汉理工大学毕业设计（论文）33附录B接收机总电路图武汉理工大学毕业设计（论文）34附录C控制部分单片机程序代码include/*设置52单片机头文件*/defineuintunsignedint/*宏定义uint为无符整型*/defineucharunsignedchar/*宏定义uchr为无符字符型*/sbitin=P3^4。/*声明单片机的脚为in*/sbits1=P0^0。/*声明单片机的脚为s1*/sbits2=P0^1。/*声明单片机的脚为s2*/sbits3=P0^2。/*声明单片机的脚为s3*/sbits4=P0^3。/*声明单片机的脚为s4*/uints,p,q,n=0,num=0,i,j。/*定义无符整型变量*/uchartl,th。/*定义无符字符型变量*/voidmain()/*主函数*/{in=1。/*给各管脚赋初值*/s1=0。s2=0。s3=0。s4=0。TMOD=0x15。/*定时/计数器T0和T1工作方式控制，设置定时器T0为计数器定时器T1为定时器*/TH0=0。/*T0高8位赋初值0*/TL0=0。/*T0低8位赋初值0*/TH1=(65536-50000)/256。/*T1高8位赋初值*/TL1=(65536-50000)%256。/*T1低8位赋初值*/RCAP2H=(65536-50000)/256。/*T2高8位预置数赋初值*/RCAP2L=(65536-50000)%256。/*T2低8位预置数赋初值*/TH2=RCAP2H。/*T2高8位赋初值*/TL2=RCAP2L。/*T2低8位赋初值*/EA=1。/*开总断*/ET1=1。/*开定时器1中断*/ET2=1。/*开定时器2中断*/while(1)/*总循环体，持续检测脚电平*/{while(in==0)/*检测脚是否出现低电平*/{p=1。/*给p变量赋初值*/for(i=0。i10。i++)/*延时消抖程序，延时10ms*/for(j=0。j110。j++)TR0=1。/*开T0计数器*/TR1=1。/*开T1定时器*/while(p)/*等待程序*/武汉理工大学毕业设计（论文）35{if(num==2)/*若num等于2则说明100ms时间到*/{TR0=0。/*关计数器T0*/TR1=0。/*关T1定时器*/tl=TL0。/*将T0低8位的值赋给tl*/th=TH0。/*将T0高8位的值赋给th*/s=th*256+tl。/*将T0计数值换算为10进制后赋给s*/TH0=0。/*T0计数器低8位清0*/TL0=0。/*T0计数器低8位清0*/p=0。/*跳出等待程序*/num=0。/*num值清零*/}}/*等待定时器1定时50ms*/if(s=10amp。amp。s60)s1=~s1。/*判断计数值是否大于等于30并小于60，然后置s1为其相反值*/if(s=60amp。amp。s90)s2=~s2。/*判断计数值是否大于等于60并小于90，然后置s2为其相反值*/if(s=90amp。amp。s110)s3=~s3。/*判断计数值是否大于等于90并小于110，然后置s3为其相反值*/if(s=110amp。amp。s160)s4=~s4。/*判断计数值是否大于等于110并小于160，然后置s4为其相反值*/q=1。/*q重新置1/TR2=1。/*开定时器T2*/while(q)/*等待定时器T2定时50ms*/{if(in==0)n++。/*若在定时的50ms期间脚出现一次低电平则n值加1*/}}}}voidTo_time()interrupt3/*T1中断服务程序，3为定时器T1中断序号，表示对应T1中断*/{TH1=(65536-50000)/256。/*T1高8位重装初值*/TL1=(65536-50000)%256。/*T1第8位重装初值*/num++。/*num值加1*/}voiddelay()interrupt5/*T2中断服务程序，5为定时器T2中断序号，表示对应T2中断*/{TF2=0。/*T2溢出标志位软件清0*/武汉理工大学毕业设计（论文）36if(n==0)/*判断定时期间n是否为零，防止一次操作出现多次响应*/{q=0,TR2=0。/*若n为零则跳出等待

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