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3.3 本章小结
本章在就上一章课题提出以及信号灯控制的具体要求后对系统进行了具体、全面地研究。本章研究了信号灯的具体配置、时序要求、端口分配、梯形图程序的设计以及PLC外部连线；对于数码管显示，主要研究了数码管的显示原理、控制程序和外部连线等问题，己完成了交通信号灯控制系统设计的大部分。对于系统的仿真，本设计选用三菱公司的GX.Developer程序开发工具进行仿真模拟，具体程序见附录4。
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第4章 信号灯无线遥控系统的设计
4.1 信号灯无线遥控系统的原理
随着电子技术的不断发展及人们生活的便捷性的要求不断提高，遥控技术也应运而生，并在近几年得到了长足的进步。目前市场上出现了越来越多的红外线遥控家电设备及工控设备。这些都在逐渐地改变着人们的生活方式。红外线遥控是目前为止使用最广泛的一种通信和遥控手段。红外线遥控装置由于其具有体积小、功耗低、功能强以及成本低等特点，从而广泛地应用在了彩电、摄相机、空调甚至于手机上。在工业控制中，在高压、有毒气体、高辐射以及粉尘等恶劣条件下，采用红外线遥控不仅安全可靠还要能够有效地隔离电气干扰。
无线遥控方式可分为无线电波式、声控式、超声波式和红外线式等等。由于无线电式遥控方式很容易对其它电视机和无线电通讯设备造成干扰，而且，系统本身的抗干扰性能也很差，误动作多，所以未能大量地使用。超声波式频带较窄，且易受噪声干扰，系统抗干扰能力差以及声控式识别正确率比较低，制造难度大而也未能大量采用。红外遥控方式是以红外线作为载体来传送控制信息，信号易获得。同时随着电子技术的发展，以及单片机的出现，催生了数字编码方式的红外遥控系统的快速发展。另外，红外遥控还兼具很多的优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器小型化且价格低廉；采用数字信号编码和二次调制方式，不仅能够实现多路信息的连续控制，增加遥控功能，很大程度上提高信号传输的抗干扰性，减少了很误动作，而且功率消耗低；而且，红外线不会向室外泄露，不会产生信号干扰；传输效率高、反应速度快、工作稳定可靠等。所以现在很多无线遥控方式都是采用的红外遥控方式。
红外遥控器由于其受遥控距离、角度等影响，使用效果不太好，若是采用调频或调幅发射接收编码，则可以大大提高遥控距离，并且没有角度的影响。红外遥控发射可以用在于室内红外遥控中，它不影响周边环境而且不干扰其它电器设备。但是由于它无法穿透墙壁，所以不同房间的家用电器可使用通用遥控器而不会产生相互干扰;很重要的是电路调试简单，只要按给定的电路连接无误，一般不需任何调试即可正常地投入工作;编解码容易，可进行多路遥控。现在红外遥控在家用电器、室内近距离遥
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控中得到了极为广泛的应用。另外模块还可以用在其他红外遥控系统中，应用前景十分广阔。
4.1.1系统结构及原理
从光学的角度而言，红外线是频率低于红色光的不可见光，红外线的无线光谱的整个频率中只占有很小一个频率段，波长为0.75—100微秒之间。红外光就其性质而言很简单，与普通光线的频率特性并没有多大的区别，但是由于任何有热量的物体都会有能量产生，所以红外的利用非常广泛。当今红外技术的一个很重要的分支，便是红外通信技术的应用。该应用的发展非常广泛而迅速，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十分成熟的特点。而目前最常见的应用形式就是各种各样的遥控器。
单片机红外遥控器主要由单片机、红外遥控发射电路、红外遥控接收电路、状态指示电路、控制电路以及单片机的一些外围电路组成。此外还有电源电路及其它一些外部电路构成。
就其工作原理来说，当有键按下时，系统延时一段时间防止干扰，然后启动振荡器，键编码器取得键码后从ROM中取得相应的指令代码。遥控器一般采用电池供电，为了节省电量和提高抗干扰能力，指令代码都是经32～56kHz范围内的载波调制后输出到放大电路，驱动红外发射管可以发射出940nm的红外光。当发送结束时振荡器也随之关闭，系统处于低功耗休眠状态。
该红外遥控发射器的设计目的就是根据按键的不同，发射出不同的红外信号。本系统采用单片机制作，采用编程的方法，由于编程具有灵活性，故应用范围较广泛，并且操作码可以随意设定。
以下是遥控系统的几个主要组成部分： 4.1.2 系统的组成
无线遥控系统就其组成来说，主要分为发射电路、接收电路及外围控制电路等部分。最后通过接收电路的输出端与PLC输入端相连以完成控制功能。以下是几个主要的硬件组成部分：
1. 遥控器电源
对于遥控器电源，由于普通遥控器功率一般都在几到几十mw，所以仅用一块电压为5V的干电池即可实现对遥控器的供电。
2.红外线遥控发射器
红外遥控发射器由键盘矩阵、遥控专用集成电路、驱动电路和红外发光二极管几 个部分组成。
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红外发射遥控电路原理框图4.1，红外线遥控发射器的信号是由一串由数字0和1的二进制代码组成的，不同的芯片对0和1的编码会有所不同，现有的红外遥控包括两种方式：脉冲位置调制（PPM）以及脉冲宽度调制（PWW）。这两种形式编码的代表分别是NEC和PHILIPS的RC.5。 +5V电源 行列式键盘 单 片 机 红外发射 电路 低功耗电路 图4.1 红外发射遥控电路原理框图
3.红外线遥控接收器
红外线遥控接收器是由放大器、限幅器、带通滤波器、解调器、积分器、比较器等组成的，比如采用较早的红外接收二极管加专用的红外处理电路的方法。在实际应用中，以上所有的电路都集成在一个电路中，也就是我们常说的一体化红外接收头。一体化红外接收头按载波频率的不同，型号也不一样。由于与CPU的接口的问题，大部分接收电路都是反码输出，只有三个引脚，分别是+5V电源、地、信号输出。
接收部分红外发射遥控电路的原理框图如图4.2所示，当红外线发射端发出的信号到达后，红外接收电路负责对信号进行采集并进行相应的译码，然后输入接收端的单片机中进行运算，最后由接收端单片机将采集的信号转化为相应的高、低电平输出至PLC的X002-X005输入端，并由PLC控制生成相应的信号灯控制信号以及数码管显示信号，实现控制信号的输入。
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+5V电源 红外接收 电路 状态指示 电路 单 片 机 控制电路
图4.2 红外接收遥控电路原理框图
4.1.3 系统的工作方式
本设计主要是以AT89C2051单片机作为核心，综合应用了单片机的中断系统、定时器、计数器等知识。在实际操作中，遥控操作的不同，遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别不同的操作的。遥控接收器则是通过对红外光接收频率的识别，判断出控制操作，进而来完成整个红外遥控的接收过程。
本设计中，在与PLC的通信当中，通过数字接收端的信号来驱动PLC的数字开关量，从而达到东西南北向强通开关的启动及停止作用。
本系统根据按红外发射频率的不同，来识别不同的按键。操作键设定为2个，K0和K1，分别接至单片机的P1.0至P1.1口。对应的红外发射频率分别为300Hz、600 H。发射时间确定为一个定值，由定时器1来定时，时间为100ms。当100ms时间到了以后，定时器1发生中断，停止计时，红外光也即时停止发射。 由定时/计数器来控制发射频率，T0作为定时器，当T0的定时时间到了以后，中断程序使P3.4断口的电平反转一次，然后T0重新设置为与工作定时值与前相同，等时间到中断程序使P3.4端口再翻转一次，如此往复，红外信号就可以按照一定的时间间隔发射出去。 该方法可以通过设定T0的定时时间来控制红外信号的发射频率。遥控器平时处于闲置状态，当有键按下时，由外部中断1产生中断，使CPU回到工作状态，待执行完操作后才又回到低功耗状态。 35