紅外遙控發(fā)射和接收系統(tǒng)課程設計

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

2、本設計充分利用能夠很容易買到的普通電視機遙控器，通過編碼發(fā)射紅外線，然后由通用紅外接收芯片sw0038實現(xiàn)對紅外的接收，但是因為考慮到題目的要求僅僅是實現(xiàn)對一個開關(guān)的簡單開管控制，所以舍棄了依靠單片機來對遙控器發(fā)出的紅外進行解碼實現(xiàn)多種控制的方案。本方案簡潔可行，充分利用現(xiàn)有的資源進行開發(fā)，取得比較好的效果，并且具有良好的移植性，可以通過簡單的修改就應用到其他領(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)方案設計……………………………………3</p><p>　　1.1任務要求………………………………………3</p><p>　　1.2總體方案設計…………………………………3</p><p>　　1.2.1設

7、計思路……………………………………‥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 單元電路設計與仿真……………………………8</p><p>　　2.1 電源部分電路的設計…………………………8</p>

8、<p>　　2.2 紅外發(fā)射部分電路設計……………………‥9</p><p>　　2.3 紅外接收電路部分設計……………………‥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……………………………………………12</p><p><b>　　1系統(tǒng)方案設計</b></p><p><b>　　1.1任務要求</b></p><p>　　實現(xiàn)一個紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)的設計，并要求可以用紅外進行遙控，實行對繼電器的開關(guān)控制。<

10、/p><p><b>　　1.2總體方案設計</b></p><p><b>　　1.2.1設計思路</b></p><p>　　題目要求設計一個帶遙控的紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)，整個系統(tǒng)可以劃分為幾個部分。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、到實驗所需要的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，因為考慮到實現(xiàn)遙控紅外控制，一個很重要的因素是容易操作，所以選用了易購的電視機遙控器，不但可以方便實現(xiàn)遙控功能，還可以方便地實現(xiàn)對紅外的功能擴展。接收部分采用了通用的紅外接收芯片sw0038，接收來自遙控器的紅外編碼信號，然后接入一個雙穩(wěn)態(tài)電路，每按鍵一次，實現(xiàn)對開關(guān)的相應控制。</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)時輸出高電平。當收到遙控發(fā)射器送來的紅外脈沖信號時，接收頭的第腳輸出低電平（脈沖信號）。經(jīng)ＩＣａ整形、放大、倒相而得到負脈沖信號，再由Ｄ５、Ｃ４、Ｒ３檢波，延時送至ＩＣｂ（達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輸出端恢復高電平。這樣，每按動一次紅外發(fā)射器，在

13、ＩＣ６輸出端就得到一個負脈沖信號，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Ｒ８控制單向可控硅的導通或截止，進而控制燈具的亮與滅。1.2.2 方案論證與比較</p><p>　?。?）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，利用橋堆進行整流，電容濾波，

14、在通過常用的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9v電源進行整流和穩(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)動信號使紅外發(fā)出信號</

15、p><p>　　方案二：使用可以很容易購買到的電視遙控器，因為技術(shù)很成熟，發(fā)射的距離也比較遠，而且所布的按鍵也很適合實現(xiàn)遙控控制。</p><p>　　方案選擇：考慮到實現(xiàn)遙控功能，使用遙控器可以更方便的實現(xiàn)和進行遙控操作，而555電路所做的發(fā)射裝置的可移動性并不是很好，所以選用電視機遙控器作為紅外的發(fā)射裝置實現(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：使用集成的芯片來實現(xiàn)對紅外的接收和解碼，而通用紅外接收芯片sw0038就是一款常用的紅外接收芯片，還可以配合單片對編碼的紅外信號進行解碼</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：使用單片機進行解碼，可以對電視機遙控器的紅外編碼進行解碼，因為紅外編碼器有一套專門的時序規(guī)則對所發(fā)出的信號進行編碼，所以這種方法可以實現(xiàn)多種功能的遙控控制，具有很強的應用價值，在很多的家用電器中都經(jīng)常能夠看到。</p><

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

20、多的弊病。而且通過使用遙控器，操作時可實現(xiàn)人與設備的分離，從而更加方便使用。</p><p>　　單片機遙控接收電路 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，只有三個引腳．分別是+5V電源、地、信號輸出。常用的一體化接收頭的外形及引腳見

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

22、定時器1開始計時．到下一個脈沖到來時，即再次產(chǎn)生中斷時，先將計時值取出。清零計時值后再開始計時．通過判斷每次中斷與上一次中斷之間的時間間隔。便可知接收到的是引導碼還是 O和1。如果計時值為9ms。接收到的是引導碼，如果計時值等于1．12ms，接收到的是編碼O。如果計時值等于2 25ms．接收到的是編碼1。在判斷時間時，應考慮一定的誤差值。因為不同的遙控器由于晶振參數(shù)等原因，發(fā)射及接收到的時間也會有很小的誤差。</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 設外部中斷0(或者1)為下降沿中斷，定時器0(或者1)為16位計時器．初始值均為O。b 第一次進入遙控中斷后，開始計時。c從第二次進入遙控中斷起，先停止計時。并將計時值保存后，再重新計時。如果計時值等于前導碼的時間，設立前導碼標志。準備接收下面的一幀遙控數(shù)據(jù)，如果計時值不等于前導碼的時間，但前面已接收到前導碼

24、，則判斷是遙控數(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 當接收到32位數(shù)據(jù)時，說明一幀數(shù)據(jù)接收完畢。此時可停止定時器的計時，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)，準備下一次遙控接收。</p><p>　　方案選擇：

25、使用單片機可以實現(xiàn)對多功能的遙控，但是根據(jù)題意只需要實現(xiàn)遙控的紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)即可，考慮到方案二簡單，并且也可以實現(xiàn)題目的要求，所以選擇方案二，舍棄單片機解碼的方案。</p><p>　　1.2.3 系統(tǒng)組成</p><p>　　這是一個紅外遙控發(fā)射和接收系統(tǒng)，所以紅外的傳輸距離是一個需要重點考慮的因素，紅外的發(fā)射能力需要達到一定的要求，而接收系統(tǒng)也需要一定的靈敏度，在整個系統(tǒng)設計時都需

26、要重點注意。</p><p>　　2 單元電路設計與仿真</p><p>　　2.1 電源部分電路的設計</p><p>　　通過對9v電源進行整流濾波，再由7805進行穩(wěn)壓，就可以達到所需的電壓，穩(wěn)定性能夠達到要求。</p><p>　　圖9 7805典型連接電路</p><p>　　圖10 7805實物外形圖&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)射部分電路設計</p><p>　　采用紅外遙控實現(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>　?、?和1的編碼遙控器發(fā)射的信號由一串O和1的二進制代碼組成．不同的芯片對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．通過判斷脈沖的寬度，即可得到0或1。</p><p>　?、诎存I的編碼當我們按下遙控器的按鍵時，遙控器將發(fā)出如圖2的一串二進制代碼，我們稱它為一幀數(shù)據(jù)。根據(jù)各部分的功能?？蓪⑺鼈兎譃?部分，分別為引導碼、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．均是低位在前。高位在后。由圖2分析可以得到．引導碼高電平為4．5ms，低電平為4．5ms。當接收到此碼時．表示

30、一幀數(shù)據(jù)的開始。單片機可以準備接收下面的數(shù)據(jù)。地址碼由8位二進制組成，共256種．圖中地址碼重發(fā)了一次。主要是加強遙控器的可靠性．如果兩次地址碼不相同．則說明本幀數(shù)據(jù)有錯．應丟棄。不同的設備可以擁有不同的地址碼．因此。同種編碼的遙控器只要設置地址碼不同，也不會相互干擾。圖中的地址碼為十六進制的0EH(注意低位在前)。在同一個遙控器中．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．數(shù)據(jù)應丟棄。在同一個遙控器上．所有按鍵的數(shù)據(jù)碼均不相同。在圖2中，數(shù)據(jù)碼為十六進制的0CH，數(shù)據(jù)反碼為十六進制的0F</p><p>　　2.3 紅外接收電路部分設計</p><p>　　采用簡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

32、現(xiàn)對開關(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)過使用仿真軟件multisim對電源進行仿真，經(jīng)過仿真后認為此電路可以實現(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對雙穩(wěn)態(tài)電路進行仿真，因為在原電路中遙控器每按一次，雙穩(wěn)態(tài)電路就會翻轉(zhuǎn)一次，但是仿真元件庫中沒有本設計中用到的一些芯片，所以只能對一些單元電路進行仿真。在仿真中，用函數(shù)發(fā)生器發(fā)出矩形波來模擬按鍵，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，橘黃代表輸出信號）</p><p><b>　　3 結(jié)論</b></p><p>　　本設計為紅外遙控發(fā)射和接收系統(tǒng)，分為發(fā)射和接兩個部分。發(fā)射部分直接使用家用的電視機遙控器進行控制，遙控器中采用專門的紅外編碼芯片進行編碼，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雙穩(wěn)態(tài)電路組成，接收電路每接收一次紅外信號，穩(wěn)態(tài)電路就自動翻轉(zhuǎn)一次，從而就可以實現(xiàn)對開關(guān)的紅外遙控控制。本設計采用常用的電子元器件和簡單的電路實現(xiàn)了系統(tǒng)設計要求，因為諸多原因沒能夠按照電路作出實物，進行實際地測試，有機會一定要親自驗證。這是第一次進行設計，雖然沒有做出實物，但是在這過程中還是遇到了很多的困難，懂得理論與實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</b></p><p>　　1 黃智偉.電子電路計算機仿真設計與分析.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