单片机红外遥控系统设计

单片机红外遥控系统设计

摘要：本文设计了一种基于AT89S52单片机的红外遥控系统，可用于控制多种电器的开关，交流电机的转速及启停等方面。阐述了发射部分和接收部分的设计原理和工作过程，介绍了一种红外遥控解码程序的实现方法，并用流程图表示了程序的设计过程。

1 引言

红外线波长远小于无线电波的波长，所以红外遥控不会干扰其他无线设备的工作；其次其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；再次红外线电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作，并且编解码容易，可进行多路遥控；另外红外遥控器作为控制系统的输入设备，具有成本低、灵活方便的特点。红外遥控的这些优点可为用户提供方便的操控手段，因此该技术被广泛应用于各种家电产品、娱乐设施、现代化仪器仪表和工业控制中，为现代家居和生产生活增添了一丝亮色。

单片机集CPU，RAM,ROM,I/O口、中断和定时器于一体，具有体积小，重量轻，控制灵活方便，价格低廉等优点，广泛应用于工业自动化、仪器仪表、家用电器、信息和通信产品以及军事装备等方面。采用单片机进行红外遥控系统设计，具有编程灵活多样，操作码数可随意设定等优点。单片机经过不断地更新换代，其性能也在不断的提升，其中ATMEL公司生产的闪速存储器单片机芯片AT89S52是一种低功耗，高性能的CMOS8位微控制器，本设计以AT89S52单片机为核心，附以相应的外围电路，构成基于单片机控制的红外遥控系统。

  

2 系统硬件设计

本文所设计的红外遥控系统分为两个部分：即遥控发射部分和接收控制部分（整个系统原理框图如图１，图２所示）。整个系统需要解决的关键问题是实现红外信号的有效发射与接收，本设计将采用脉冲个数编码，和单片机软件解码的方式来实现红外遥控器对继电器的开和关，从而控制电器设备。

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                   图１： 遥控发射部分框图

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　　　　　　　　　　图２：接收控制部分电路

２．１遥控发射部分（其电路原理图如图３）：

　　主要由AT89S52单片机、矩阵式操作键盘、红外发射电路和电源部分组成。实现一旦有键按下，单片机进行键盘查询，并由查询的键号控制红外发射管发射相应的脉冲。

２．１．１AT89S52单片机

遥控电路的核心控制芯片采用AT89S52单片机，它具备8KB可重编程Flash存储器，1000次擦写周期，32个可编程I/O口线，3个16位定时器/计数器，8个中断源，看门狗定时器，2个数据指针，另外，AT89S52 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。

２．１．２矩阵式键盘

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矩阵式键盘即行列式键盘，用Ｉ／Ｏ线组成行、列结构，按键设置在行列的交电上，行列线分别连接到按键开关的两图3: 遥控发射部分的电路原理图

端，按键中有无按键按下是由列线送入扫描字，行线读入行线状态来判断的。本设计中的４＊４矩阵键盘扫描时先

经４位输出口向４位列线输出低电平，然后再输入４位行线的状态，若行线状态皆为高电平则表明无键按下，若行线状态有低电平则表明有键被按下。

２．１．３红外发射电路

　　遥控信息码由单片机的定时器0调制成38KHZ的红外线载波信号，由Ｐ３.4口输出，经三极管9013放大后由红外发射管发射出去。

2．2接收控制部分（电路原理图如图4）：

    主要由AT89S52单片机、红外接收电路、数码显示电路、继电器控制电路和电源电路组成。遥控器发射的信号经红外接收处理传递给单片机，单片机根据不同的信息码进行相应的继电器的控制，并完成相应的现实功能。

2．２．１AT89S52单片机

　AT89S52(2)单片机为控制核心，外加12MHZ的晶振。

2．２．２红外接收电路

红外光波不可见，峰值波长940nm左右，属红外波段。红外接收管将接收到的红外线光波转换成电信号，黑色的树脂封装将700nm以下波长的光线滤除。红外一体化接收头是由红外接收管和放大电路组成的，能够接收脉冲编码调制的红外光信号，具有体积小，密封性好，灵敏度高，价格低廉等优点。本设计采用SM0038一体化接收头，其解调频率为38KHZ，当接收到38KHZ的红外脉冲信号时输出为低电平，反之输出高电平。经其解调后的信号输入单片机的中断和串行接收口。通过单片机的中断查询可进行下一步操作。

2．２．３数码显示电路

为方便识别发射的按键号码，以及显示受控制的电路，在接收部分设置数码显示电路。显示电路主要由显示驱动器4511和数码管LED组成。CD4511是7段译码器，与其它驱动器不同的是，它显示数码‘6’和‘9’时没有拖尾现象，它所驱动对象是共阴极LED数码管。CD4511的四个信号输入端用单片机P1端口中的四位来实现。

2．２．４继电器控制电路

继电器控制电路可由单片机的P0和P2口输出，一共可以有16个支路，即可以控制16个电器，而这16个支路的电路形式完全相同，在本次设计模型中，可选择其中的一个或几个支路来演示。以P2.1口为例，将其连接到继电控制电路中三极管9012的基极，三极管的射极接继电器，使整个控制部分接到交流电器中。当P2.1输出低电平时，三极管导通，继电器吸合，对应的电器设备电源接通，设备开启工作；否则P0或P2口相应引脚输出为高电平，三极管截止，继电器断开，对应的电器设备因断电而不能工作。

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　　　　　　　　图４: 接收控制部分的电路原理图

3 系统软件设计

本设计的软件分为发射部分和接收部分。

发射部分的工作原理为：系统上电初始化，进入主程序循环状态。调用键盘扫描处理子程序，当无按键按下时，系统处于等待状态；当有按键按下时，系统通过按键检查子程序，检查按键号并转入相应的发射子程序。（键扫描程序流程图如图５）　

在发射子程序中，利用定时器０将待发射信号调制成38KHZ的载波信号，经三极管放大后驱动红外发射管，发射调制脉冲信号。发射信号采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的编码，最小为２个脉冲，其它信息码的脉冲个数逐个递增。为了使接收可靠，第一位码宽为３ｍｓ，其余为１ｍｓ，码间距为１ｍｓ，遥控码数据帧间隔大于１０ｍｓ。遥控器上每一个按键都有唯一的一个键号，ＣＰＵ通过查询得到的键值发射事先设定个数的脉冲。（红外发射程序流程图如图6）

图5：键扫描程序流程图

图6：发射程序流程图

接收部分工作原理为 ：系统上电初始化后，对单片机的INT1口进行检测，当其为高电平时，系统处于等待状态；当其为低电平时，将启动中断服务程序。红外接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的下降沿触发中断程序，实时接收数据帧，并对第一位码的码宽进行验证。若第一位的低电平码的脉宽小于2ms,将作为错误帧处理。当间隔位的高电平脉冲宽大于3ms时，结束接收，然后根据累加器A中的脉冲数，在单片机P1．O—P1．3口输出相应的二进制数据，经译码器的译码后驱动数码显示管显示相应按键，同时P0或P2口的某一对应引脚输出控制信号，使继电器原有状态发生改变，此时即完成一次数据的接收处理。

4 结束语

本设计采用红外发射和接收的方式，保证了信号传输的可靠性，并且控制简单、实施方便，成本低廉。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。但是，由于受红外线定向性和传输距离的限制，该系统只适应于短距离的遥控控制(10 m以内)，而且操作时遥控器要有一定的角度，如果中间有墙、门窗等障碍物时，红外线将无法穿透。如果采用调频或调幅等发射接收编码，可提高遥控距离，并且不受角度的影响。

    红外编码的格式多种多样，本设计只是选取了其中的一种。

（1）李广弟《单片机基础》北京航空航天大学出版社 2001年第2版，2003年9月第6次印刷， P11-37,P200-203

（2）刘东汉《基于微处理器解码多功能遥控系统的设计》<现代电子技术>2006年第8期，P27-29

（3）朱光忠《基于单片机的红外遥控开关控制器》<计算机工程与设计>2006年第11期，P2097-2099