杭州电子科技大学本科毕业设计
2 概述
2.1 基于单片机的红外遥控系统概述
当今社会科学技术的发展与日俱增，人们生活水平也是日益提高，为了减少人们的工作量，所以对各种家用电器、电子器件的非人工控制的要求越来越高，针对这种情况，设计出一种集成度比较高的控制体系是必然的。现代科技的飞速发展在许多危险、不可近场合也对远程控制提出了越来越高的要求。
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
单片机的集成度很高，它体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化、使用方便等突出特点，尤其耗电少，又可使供电电源体积小、质量轻。所以特别适用于“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，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机特别适合把它做到产品的内部，取代部分老式机械、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。
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的改变红外线的强度，以达到调制的目的，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。
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。由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电设备。最典型的应用就是家电遥控器。红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否则，就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器)。同类产品的红外线遥控器，也可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方面。
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本设计主要研究并设计一个基于单片机的红外发射及接收系统，实现对四路开关的隔离控制并对工作状态设备计数。控制系统主要是由 MCS-51 系列单片机、电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LED 显示电路等部分组成，单片机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码控制四路 LED 发光二极管各个状态，并完成相应的状态指示（如图 1）。
红外遥控 按键 编码 和调制 红外发射 红外接收 红外接收 解码并响应 图 1 红外线遥控系统框图
2.2 本设计方案思路
本设计主控芯片采用目前比较通用的MCS-51系列单片机。此类单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大，市场上比较多见，价格便宜且技术比较成熟容易实现。
红外传输利用载波对信号进行调制从而减少信号传输过程中的光波干扰,提高数据传输效率。由单片机AT89S51定时器 T0 产生周期性的 26.3 的矩形脉冲,即每隔13us，定时器 T0 产生中断输出一个相反的信号使输出端产生周期的 38KHz 脉冲信号。再由单片机将键盘信息及系统识别码等数据调制在红外载波上经红外发射头发射出去。接收方由红外一体化接收头实现对接收信号的放大解调并还原为数据流，经由单片机解码后对相关IO口进行操作（如图 1）。
2.3 研发方向和技术关键
（1）合理设计硬件电路，使各模块功能协调； （2）红外发射信号的脉冲波形； （3）红外发射信号的编解码； （4）单片机对IO口的操作；
2.4 主要技术指标
（1）遥控距离4到6m
（2）遥控路数为 4路，即可对 4 个受控设备同时进行开关控制； （3）工作频率为 38KHz，即红外发射和接收的载频为 38KHz； （4）接收端可显示受控状态。
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3 总体设计
红外遥控系统是集中集光、电于一体的系统。其工作原理是用户按键信号经单片机编码处理后转化为脉冲信号，经由红外发射头发送出去；接收端由红外一体化接收头实现对接收信号的放大解调并还原为数据流，经由单片机解码后对相关IO口进行操作，从而完成整个遥控操作。
整个系统主要是由电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LED 显示电路等部分组成。系统硬件由以下几部分组成：红外数据发射电路，键盘采用普通按键键盘，按键统一接在单片机P0口。整体设计思路为：根据扫描到不同的按键值对发射脉冲编码赋值后 AT89S51 将按照数据处理要求从 P3.5 输出控制脉冲与 T0 产生的 8KHz 的载波（周期是 26us）进行调制，经 NPN 三极管对信号放大驱动红外发光管将控制信号发送出去。红外数据接收则是采用 HS38B 一体化红外接收头，内部集成红外接收、数据采集、解码的功能，只要在接收端 INT0 检测头信号低电平的到来，就可完成对整个串行的信号进行分析得出当前控制指令的功能。然后根据所得的指令去操作相应的用电器件工作，如图 2所示。 遥 控 按 键 执 行 部 分 编码 单片机 红外 发射管 红外传输 解码 单片机 红外 一体化 接收头 图2 系统总体结构框图
3.1 红外遥控发射部分
红外遥控发射部分系统框图见图 3。发送端采用单片机的定时中断功能，由定时器 T0 产生周期为 26us 的矩形脉冲,即每隔13us定时器 T0 产生中断输出一个相反的信号使单片机输出端产生周期为38KHz的脉冲信号。脉冲图如图 4所示。系统通过直连单片机的按键获取用户遥控信息，经按键扫描确认，然后交由
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单片机对将要发射数据进行整理，将待发送的二进制信号编码调制在38kHz脉冲基波上，生成脉冲发射信号,最后通过红外发射管发射红外信号。
电源 5V 按键部分 单片机 89S51 编码 驱动 红外发射 图 3 红外遥控发射电路框图
图 4 38KHz 载波信号
3.2 红外遥控接收部分
红外遥控接收电路框图见图 5。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(HS38B , 它接收红外信号频率为38KHz ,周期约26μs)。它能同时对信号进行放大、检波、整形,得到TTL 电平的编码信号。红外接收头收到信号后单片机立即产生中断，开始接收红外信号。接收到的信号经单片机解码得到用户遥控信息并转至IO口执行,同时单片机还完成对处于工作状态的设备进行计数并显示。
红外接收 9V 电源 5V 单片机 89S51 解码 设备数显示 光电隔离 图 5 红外遥控接收电路框图
受控设备 3.3 红外编码标准
本设计中采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码,编码由发送单片机来完成。以间隔0.56ms、脉宽为0.565ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的
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“1”；以间隔1.685ms、脉宽为0.565ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“0”，其波形如图6所示。
0.56ms 1.685ms Bit“1” Bit“0” 2.25ms 1.125ms 图 6 二进制信号“1”和“0”的编码
遥控编码脉冲信号由引导码、识别码、识别反码、控制码、控制反码信号组成。引导码也叫起始码，由宽度为5ms的高电平和宽度为3ms的低电平组成，用来标志遥控编码脉冲信号的开始。如图7所示。
图 7 信号引导码图
5ms 高电平 3ms 低电平 识别码也叫系统码，它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防止各遥控系统的误动作。控制码也叫功能码，它代表了相应的控制功能，接收机可根据功能码的数值完成各种功能操作。识别反码与控制反码分别是识别码与控制码的反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差错。脉冲位置表示的“0”和“1”组成的 32 位二进制码前 16 位控制指令，控制不同的红外遥控设备。而不同的红外家用电器又有不同的脉冲调控方式，后 16位分别是 8 位的控制码和 8 位的控制反码。串行数据码时序图如8 所示。
引导码识别码识别反码控制码控制反码
图 8 串行数据码时序图
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