紅外遙控發(fā)射和接收系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　紅外遙控發(fā)射和接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是以紅外技術(shù)為基礎(chǔ),可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控,擺脫了信息傳遞需要導(dǎo)線的限制,而且紅外實(shí)現(xiàn)方式靈活,得到了廣泛的應(yīng)用。特別是隨著芯片技術(shù)的發(fā)展,紅外集成芯片價(jià)格的降低,更加擴(kuò)展了紅外的應(yīng)用范圍?，F(xiàn)在在我們的日常生活中都能感受到紅外的應(yīng)用，以及它給我們帶來(lái)的便利。

2、本設(shè)計(jì)充分利用能夠很容易買到的普通電視機(jī)遙控器，通過(guò)編碼發(fā)射紅外線，然后由通用紅外接收芯片sw0038實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外的接收，但是因?yàn)榭紤]到題目的要求僅僅是實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)開關(guān)的簡(jiǎn)單開管控制，所以舍棄了依靠單片機(jī)來(lái)對(duì)遙控器發(fā)出的紅外進(jìn)行解碼實(shí)現(xiàn)多種控制的方案。本方案簡(jiǎn)潔可行，充分利用現(xiàn)有的資源進(jìn)行開發(fā)，取得比較好的效果，并且具有良好的移植性，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的修改就應(yīng)用到其他領(lǐng)域。</p><p>　　關(guān)鍵字：紅外遙控 紅

3、外解碼 雙穩(wěn)態(tài)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design is take the infrared technology as a foundation, realizing the wireless remote control, getting rid of the the limit of wire

4、information transmission. Beacause infrared technology is easy to be realized,it is widely used in many fields. Specially ,with the chip technology development, infrared integrated chip price reducing, even more expanded

5、 the infrared application scope . Now in our daily life ,we can feel the application of the infrared, and the convenience it has brought us.In </p><p>　　Key word: infrared remote control infrared decode bi

6、stability</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)……………………………………3</p><p>　　1.1任務(wù)要求………………………………………3</p><p>　　1.2總體方案設(shè)計(jì)…………………………………3</p><p>　　1.2.1設(shè)

7、計(jì)思路……………………………………‥3</p><p>　　1.2.2 方案論證與比較……………………………‥4</p><p>　　1.2.3 系統(tǒng)組成……………………………………8</p><p>　　2 單元電路設(shè)計(jì)與仿真……………………………8</p><p>　　2.1 電源部分電路的設(shè)計(jì)…………………………8</p>

8、<p>　　2.2 紅外發(fā)射部分電路設(shè)計(jì)……………………‥9</p><p>　　2.3 紅外接收電路部分設(shè)計(jì)……………………‥10</p><p>　　2.4電源電路仿真…………………………………11</p><p>　　2.5 雙穩(wěn)態(tài)電路仿真…………………………‥11</p><p>　　3 結(jié)論…………………………………

9、……………12</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………12</p><p><b>　　1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.1任務(wù)要求</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)一個(gè)紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并要求可以用紅外進(jìn)行遙控，實(shí)行對(duì)繼電器的開關(guān)控制。<

10、/p><p><b>　　1.2總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.2.1設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)帶遙控的紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)可以劃分為幾個(gè)部分。首先為電源模塊，考慮到我所使用的芯片電壓為5伏，所以采用了先通過(guò)橋堆整流，然后濾波，選用比較常用的電源穩(wěn)壓芯片7805便可以得

11、到實(shí)驗(yàn)所需要的5v電壓。紅外發(fā)射電路舍棄了自己制作紅外發(fā)射電路的方法，因?yàn)榭紤]到實(shí)現(xiàn)遙控紅外控制，一個(gè)很重要的因素是容易操作，所以選用了易購(gòu)的電視機(jī)遙控器，不但可以方便實(shí)現(xiàn)遙控功能，還可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外的功能擴(kuò)展。接收部分采用了通用的紅外接收芯片sw0038，接收來(lái)自遙控器的紅外編碼信號(hào)，然后接入一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路，每按鍵一次，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的相應(yīng)控制。</p><p>　　圖1 紅外接收部分電路圖</p>

12、;<p>　　電路原理：主要由紅外接收頭和ＩＣ４０６９組成的紅外控制開關(guān)電路。紅外接收頭靜態(tài)時(shí)輸出高電平。當(dāng)收到遙控發(fā)射器送來(lái)的紅外脈沖信號(hào)時(shí)，接收頭的第腳輸出低電平（脈沖信號(hào)）。經(jīng)ＩＣａ整形、放大、倒相而得到負(fù)脈沖信號(hào)，再由Ｄ５、Ｃ４、Ｒ３檢波，延時(shí)送至ＩＣｂ（達(dá)到反相器的閾值電壓），致使ＩＣｂ輸出低電平，然后Ｃ４端電壓經(jīng)Ｒ３放電，使ＩＣｂ輸入端低于反相器的閾值電壓，ＩＣｂ輸出端恢復(fù)高電平。這樣，每按動(dòng)一次紅外發(fā)射器，在

13、ＩＣ６輸出端就得到一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，去觸發(fā)由ＩＣｃ和ＩＣｄ組成的雙穩(wěn)態(tài)電路，促使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，輸出Ｈ或Ｌ電平，通過(guò)Ｒ８控制單向可控硅的導(dǎo)通或截止，進(jìn)而控制燈具的亮與滅。1.2.2 方案論證與比較</p><p>　　（1）電源電路的方案論證與選擇</p><p>　　方案一：直接使用5v電源。</p><p>　　方案二：自己制作電源，利用橋堆進(jìn)行整流，電容濾波，

14、在通過(guò)常用的7805整流芯片就可以得到我們所需要的5v電壓。</p><p>　　方案選擇：考慮到市面找到一個(gè)5v的電源比較難，并且一般的電源的穩(wěn)定性并不能滿足要求，而自己對(duì)9v電源進(jìn)行整流和穩(wěn)壓就可以滿足要求。</p><p>　?。?） 遙控電路的方案論證與選擇</p><p>　　方案一：利用555芯片制作振蕩電路產(chǎn)生一定頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使紅外發(fā)出信號(hào)</

15、p><p>　　方案二：使用可以很容易購(gòu)買到的電視遙控器，因?yàn)榧夹g(shù)很成熟，發(fā)射的距離也比較遠(yuǎn)，而且所布的按鍵也很適合實(shí)現(xiàn)遙控控制。</p><p>　　方案選擇：考慮到實(shí)現(xiàn)遙控功能，使用遙控器可以更方便的實(shí)現(xiàn)和進(jìn)行遙控操作，而555電路所做的發(fā)射裝置的可移動(dòng)性并不是很好，所以選用電視機(jī)遙控器作為紅外的發(fā)射裝置實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)散功能。</p><p>　　圖2 555構(gòu)成的紅外

16、發(fā)射電路</p><p>　　圖3 555內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖4 555引腳排列</p><p>　　圖5 555構(gòu)成的多偕振蕩器 圖6 普通電視機(jī)遙控器</p><p>　　(3)接收電路方案論證與選擇</p><p>　　方案一：使用紅外接收二極管

17、</p><p>　　方案二：使用集成的芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外的接收和解碼，而通用紅外接收芯片sw0038就是一款常用的紅外接收芯片，還可以配合單片對(duì)編碼的紅外信號(hào)進(jìn)行解碼</p><p>　　方案選擇：紅外接收芯片集接收、整形、放大于一體，具有良好的接收能力，而且更加方便紅外接收系統(tǒng)的擴(kuò)展</p><p>　　圖7 使用紅外接收管接收電路圖</p>&l

18、t;p>　　圖8 紅外接收芯片sw0038以及其典型連接電路</p><p>　　(4) 紅外解碼方案論證與選擇</p><p>　　方案一：使用單片機(jī)進(jìn)行解碼，可以對(duì)電視機(jī)遙控器的紅外編碼進(jìn)行解碼，因?yàn)榧t外編碼器有一套專門的時(shí)序規(guī)則對(duì)所發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行編碼，所以這種方法可以實(shí)現(xiàn)多種功能的遙控控制，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，在很多的家用電器中都經(jīng)常能夠看到。</p><

19、p>　　方案二：使用普通的電路進(jìn)行識(shí)別，也可對(duì)紅外進(jìn)行解碼，只不過(guò)只能識(shí)別是否有鍵按下，但是這種電路很方便，不需要使用單片機(jī)，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的單一紅外控制。</p><p>　　遙控器使用方便，功能多．目前已廣泛應(yīng)用在電視機(jī)、VCD、DVD、空調(diào)等各種家用電器中，且價(jià)格便宜，市場(chǎng)上非常容易買到。如果能將遙控器上許多的按鍵解碼出來(lái)．用作單片機(jī)系統(tǒng)的輸入．則解決了常規(guī)矩陣鍵盤線路板過(guò)大、布線復(fù)雜、占用I／O口過(guò)

20、多的弊病。而且通過(guò)使用遙控器，操作時(shí)可實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備的分離，從而更加方便使用。</p><p>　　單片機(jī)遙控接收電路 紅外遙控接收可采用較早的紅外接收二極管加專用的紅外處理電路的方法。如CXA20106，此種方法電路復(fù)雜，現(xiàn)在一般不采用。較好的接收方法是用一體化紅外接收頭，它將紅外接收二極管、放大、解調(diào)、整形等電路做在一起，只有三個(gè)引腳．分別是+5V電源、地、信號(hào)輸出。常用的一體化接收頭的外形及引腳見

21、圖3和圖4。紅外接收頭的信號(hào)輸出接單片機(jī)的INTO或INTl腳．典型電路如圖5所示．圖中增加了一只PNP型三極管對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大。</p><p>　　遙控信號(hào)的解碼算法及程序編制。遙控器無(wú)鍵按下。紅外發(fā)射二極管不發(fā)出信號(hào)，遙控接收頭輸出信號(hào)1。有鍵按下時(shí)．O和1編碼的高電平經(jīng)遙控頭倒相后會(huì)輸出信號(hào)O．由于與單片機(jī)的中斷腳相連，將會(huì)引起單片機(jī)中斷(單片機(jī)預(yù)先設(shè)定為下降沿產(chǎn)生中斷)。單片機(jī)在中斷時(shí)使用定時(shí)器0或

22、定時(shí)器1開始計(jì)時(shí)．到下一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，即再次產(chǎn)生中斷時(shí)，先將計(jì)時(shí)值取出。清零計(jì)時(shí)值后再開始計(jì)時(shí)．通過(guò)判斷每次中斷與上一次中斷之間的時(shí)間間隔。便可知接收到的是引導(dǎo)碼還是 O和1。如果計(jì)時(shí)值為9ms。接收到的是引導(dǎo)碼，如果計(jì)時(shí)值等于1．12ms，接收到的是編碼O。如果計(jì)時(shí)值等于2 25ms．接收到的是編碼1。在判斷時(shí)間時(shí)，應(yīng)考慮一定的誤差值。因?yàn)椴煌倪b控器由于晶振參數(shù)等原因，發(fā)射及接收到的時(shí)間也會(huì)有很小的誤差。</p>&l

23、t;p>　　以接收TC9012遙控器編碼為例，解碼方法如下：</p><p>　　a 設(shè)外部中斷0(或者1)為下降沿中斷，定時(shí)器0(或者1)為16位計(jì)時(shí)器．初始值均為O。b 第一次進(jìn)入遙控中斷后，開始計(jì)時(shí)。c從第二次進(jìn)入遙控中斷起，先停止計(jì)時(shí)。并將計(jì)時(shí)值保存后，再重新計(jì)時(shí)。如果計(jì)時(shí)值等于前導(dǎo)碼的時(shí)間，設(shè)立前導(dǎo)碼標(biāo)志。準(zhǔn)備接收下面的一幀遙控?cái)?shù)據(jù)，如果計(jì)時(shí)值不等于前導(dǎo)碼的時(shí)間，但前面已接收到前導(dǎo)碼

24、，則判斷是遙控?cái)?shù)據(jù)的O還是1。d 繼續(xù)接收下面的地址碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼。e 當(dāng)接收到32位數(shù)據(jù)時(shí)，說(shuō)明一幀數(shù)據(jù)接收完畢。此時(shí)可停止定時(shí)器的計(jì)時(shí)，并判斷本次接收是否有效．如果兩次地址碼相同且等于本系統(tǒng)的地址，數(shù)據(jù)碼與數(shù)據(jù)反碼之和等于0FFH，則接收的本幀數(shù)據(jù)碼有效。否則丟棄本次接收到的數(shù)據(jù)。f 接收完畢，初始化本次接收的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備下一次遙控接收。</p><p>　　方案選擇：

25、使用單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多功能的遙控，但是根據(jù)題意只需要實(shí)現(xiàn)遙控的紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)即可，考慮到方案二簡(jiǎn)單，并且也可以實(shí)現(xiàn)題目的要求，所以選擇方案二，舍棄單片機(jī)解碼的方案。</p><p>　　1.2.3 系統(tǒng)組成</p><p>　　這是一個(gè)紅外遙控發(fā)射和接收系統(tǒng)，所以紅外的傳輸距離是一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素，紅外的發(fā)射能力需要達(dá)到一定的要求，而接收系統(tǒng)也需要一定的靈敏度，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)都需

26、要重點(diǎn)注意。</p><p>　　2 單元電路設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　2.1 電源部分電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　通過(guò)對(duì)9v電源進(jìn)行整流濾波，再由7805進(jìn)行穩(wěn)壓，就可以達(dá)到所需的電壓，穩(wěn)定性能夠達(dá)到要求。</p><p>　　圖9 7805典型連接電路</p><p>　　圖10 7805實(shí)物外形圖&l

27、t;/p><p>　　圖11 塑封硅整流橋堆</p><p>　　圖12 塑封硅整流橋堆極限值和溫度特性</p><p>　　圖13 電源電路圖 </p><p>　　2.2 紅外發(fā)射部分電路設(shè)計(jì)</p><p>　　采用紅外遙控實(shí)現(xiàn)紅外的編碼與發(fā)射</p><p>　　圖14 TC90

28、12編碼芯片的遙控器編碼格式</p><p>　　①0和1的編碼遙控器發(fā)射的信號(hào)由一串O和1的二進(jìn)制代碼組成．不同的芯片對(duì)0和1的編碼有所不同。通常有曼徹斯特編碼和脈沖寬度編碼。TC9012的O和1采用PWM方法編碼，即脈沖寬度調(diào)制，其O碼和1碼如圖1所示(以遙控接收輸出的波形為例)。O碼由O．56ms低電平和0．56ms高電平組合而成．脈沖寬度為1．12ms．1碼由0．56ms低電平和1．69ms高電平組合而

29、成．脈沖寬度為2．25ms。在編寫解碼程序時(shí)．通過(guò)判斷脈沖的寬度，即可得到0或1。</p><p>　　②按鍵的編碼當(dāng)我們按下遙控器的按鍵時(shí)，遙控器將發(fā)出如圖2的一串二進(jìn)制代碼，我們稱它為一幀數(shù)據(jù)。根據(jù)各部分的功能。可將它們分為5部分，分別為引導(dǎo)碼、地址碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼。遙控器發(fā)射代碼時(shí)．均是低位在前。高位在后。由圖2分析可以得到．引導(dǎo)碼高電平為4．5ms，低電平為4．5ms。當(dāng)接收到此碼時(shí)．表示

30、一幀數(shù)據(jù)的開始。單片機(jī)可以準(zhǔn)備接收下面的數(shù)據(jù)。地址碼由8位二進(jìn)制組成，共256種．圖中地址碼重發(fā)了一次。主要是加強(qiáng)遙控器的可靠性．如果兩次地址碼不相同．則說(shuō)明本幀數(shù)據(jù)有錯(cuò)．應(yīng)丟棄。不同的設(shè)備可以擁有不同的地址碼．因此。同種編碼的遙控器只要設(shè)置地址碼不同，也不會(huì)相互干擾。圖中的地址碼為十六進(jìn)制的0EH(注意低位在前)。在同一個(gè)遙控器中．所有按鍵發(fā)出的地址碼都是相同的。數(shù)據(jù)碼為8位，可編碼256種狀態(tài)，代表實(shí)際所按下的鍵。數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼的

31、各位求反，通過(guò)比較數(shù)據(jù)碼與數(shù)據(jù)反碼．可判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確。如果數(shù)據(jù)碼與數(shù)據(jù)反碼之間的關(guān)系不滿足相反的關(guān)系．則本次遙控接收有誤．?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)丟棄。在同一個(gè)遙控器上．所有按鍵的數(shù)據(jù)碼均不相同。在圖2中，數(shù)據(jù)碼為十六進(jìn)制的0CH，數(shù)據(jù)反碼為十六進(jìn)制的0F</p><p>　　2.3 紅外接收電路部分設(shè)計(jì)</p><p>　　采用簡(jiǎn)單通用型紅外接收電路，遙控器每按一次，便觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)一次，實(shí)

32、現(xiàn)對(duì)開關(guān)的控制</p><p><b>　　圖15 雙穩(wěn)態(tài)電路</b></p><p><b>　　2.4電源電路仿真</b></p><p>　　圖16 電源仿真圖</p><p>　　經(jīng)過(guò)使用仿真軟件multisim對(duì)電源進(jìn)行仿真，經(jīng)過(guò)仿真后認(rèn)為此電路可以實(shí)現(xiàn)我所要求的電壓及穩(wěn)定度。<

33、/p><p>　　2.5 雙穩(wěn)態(tài)電路仿真</p><p>　　使用multisim對(duì)雙穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行仿真，因?yàn)樵谠娐分羞b控器每按一次，雙穩(wěn)態(tài)電路就會(huì)翻轉(zhuǎn)一次，但是仿真元件庫(kù)中沒(méi)有本設(shè)計(jì)中用到的一些芯片，所以只能對(duì)一些單元電路進(jìn)行仿真。在仿真中，用函數(shù)發(fā)生器發(fā)出矩形波來(lái)模擬按鍵，然后看是否雙穩(wěn)態(tài)的輸出隨輸入的變化而進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖17 雙穩(wěn)態(tài)仿真電

34、路</p><p>　　圖18 示波器仿真結(jié)果（黑代表輸入信號(hào)，橘黃代表輸出信號(hào)）</p><p><b>　　3 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為紅外遙控發(fā)射和接收系統(tǒng)，分為發(fā)射和接兩個(gè)部分。發(fā)射部分直接使用家用的電視機(jī)遙控器進(jìn)行控制，遙控器中采用專門的紅外編碼芯片進(jìn)行編碼，發(fā)射效果比一般的紅外發(fā)射電路要好；而接收部分則選擇依靠

35、通用的紅外接收芯片和一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路組成，接收電路每接收一次紅外信號(hào)，穩(wěn)態(tài)電路就自動(dòng)翻轉(zhuǎn)一次，從而就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的紅外遙控控制。本設(shè)計(jì)采用常用的電子元器件和簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，因?yàn)橹T多原因沒(méi)能夠按照電路作出實(shí)物，進(jìn)行實(shí)際地測(cè)試，有機(jī)會(huì)一定要親自驗(yàn)證。這是第一次進(jìn)行設(shè)計(jì)，雖然沒(méi)有做出實(shí)物，但是在這過(guò)程中還是遇到了很多的困難，懂得理論與實(shí)際中間還是有一定的差距，以后還有很多要做，不斷提升自己，有所收獲。</p>&l

36、t;p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 黃智偉.電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析.北京：電子工業(yè)出版社，2005年第二版</p><p>　　2 高吉祥主編,高天萬(wàn)副編,陳和,朱衛(wèi)華等編著.模擬電子技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004年第1版</p><p>　　3 黃智偉主編，王彥，陳文光，朱衛(wèi)華等編著.全