基于單片機(jī)的紅外遙控開關(guān)系統(tǒng)

王瑞

摘要：本次研究設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的紅外遙控開關(guān)系統(tǒng)，對(duì)紅外遙控系統(tǒng)的方案進(jìn)行深入討論，對(duì)單片機(jī)的選型分析，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件電路。由于Proteus軟件的限制，在仿真中采用光耦對(duì)紅外收發(fā)器件進(jìn)行模擬，并且將數(shù)字溫度信號(hào)進(jìn)行發(fā)送和接收，并通過LCD1602顯示進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收正確性的驗(yàn)證，同時(shí)也可以在仿真軟件的示波器中對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的波形進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：紅外;單片機(jī); 遙控器

紅外遙控是最早應(yīng)用于無線傳輸中的通訊方式，由于紅外線的波長(zhǎng)要比無線電波小，對(duì)其余的無線電設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生干擾。并且紅外線遙控工作原理十分簡(jiǎn)單，而且所需要的元器件少，功耗低的特點(diǎn)。而現(xiàn)在隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G技術(shù)等的飛速發(fā)展，相信基于紅外技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)的智能控制系統(tǒng)會(huì)起到重大影響。

1.紅外遙控開關(guān)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

紅外遙控系統(tǒng)主要包括發(fā)射和接收兩個(gè)部分，其中發(fā)射部分使用到了脈沖的個(gè)數(shù)編碼，把待要發(fā)射出的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。而接收的部分，主要是利用紅外的接收管對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，之后單片機(jī)再利用接收到的信號(hào)做出合理分析，繼而最終輸出控制信號(hào)。

1.1 發(fā)射部分電路設(shè)計(jì)

其電路設(shè)計(jì)的原理見下圖1，其控制核心主要是單片機(jī)，控制的端口為P26，控制此端口發(fā)出編碼驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

1.2接收部分電路設(shè)計(jì)

這一部分的電路主要是依據(jù)一體化紅外接收裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)的，內(nèi)部包括光敏三極管、增益放大電路、檢波以及整形的功能，可以輸出TTL 信號(hào)，這一信號(hào)單片機(jī)可以進(jìn)行識(shí)別[12-13]，這種設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化接收部分的復(fù)雜度，方便電路的設(shè)計(jì)和操作。本次課題的研究設(shè)計(jì)選擇的接收頭型號(hào)為HS0038，接收紅外線的信號(hào)頻率可達(dá)38 kHz、其周期約為26μs，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢波、放大以及整形等功能。

2紅外遙控開關(guān)軟件設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)射主程序流程

在軟件的過程中，首先要做初始化處理，之后再利用調(diào)用鍵對(duì)子程序進(jìn)行處理。要看控制鍵是否被按下了，若已經(jīng)確定控制鍵被按下那么開始進(jìn)入掃描階段，要逐行進(jìn)行處理。通過按鍵號(hào)查詢到發(fā)射的子程序，之后紅外信號(hào)作發(fā)射處理，具體流程為：第一步要裝入發(fā)射的脈沖個(gè)數(shù)，如果脈沖的個(gè)數(shù)是1，那么做返回處理，回到主程序。如果不是1，則需發(fā)出1ms的脈沖，此時(shí)發(fā)射的過程便結(jié)束了。

2.2 遙控接收控制流程圖

首先為初始化狀態(tài)，遙控的接收部分主要程序進(jìn)行延時(shí)處理或初始化均為初始化狀態(tài)。在接收過程這部分，采取的方式為中斷形式。

3 系統(tǒng)仿真測(cè)試

3.1 仿真模型建立

選擇軟件Proteus，用DS18B20的數(shù)字溫度傳感器代替輸入量，并且在數(shù)據(jù)發(fā)送和接收端分別添加示波器來觀察發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的波形觀測(cè)，同時(shí)在LCD上將溫度的值顯示出來。

仿真模型分為數(shù)據(jù)發(fā)送、光耦轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)接收三個(gè)部分。其中光耦轉(zhuǎn)換部分用來模擬紅外的收發(fā)。該模塊的輸入端接發(fā)送模塊的單片機(jī)的TXD1端，輸出接收模塊單片機(jī)的RXD2端，通過此模塊完成兩個(gè)部分的數(shù)據(jù)傳送。

3.2 仿真結(jié)果及分析

在仿真模型中，設(shè)置DS18B20的數(shù)據(jù)為4.9，在發(fā)送端的LCD上能夠顯示出此時(shí)溫度值是4.9，同時(shí)在接收端也能顯示溫度值是4.9。證明數(shù)據(jù)的傳輸是正確的。為了能夠更直接地觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸過程，在發(fā)送模塊的發(fā)送端和接收端分別檢測(cè)波形，即通道A和通道C。通道A和通道C的數(shù)據(jù)完全一致，因此可以保證紅外遙控過程中能夠使得編碼和解碼出一樣的數(shù)據(jù)。證明了本系統(tǒng)中單片機(jī)編程的正確性。

總結(jié)

在仿真中在發(fā)射端按下一個(gè)鍵值后，經(jīng)編碼器產(chǎn)生遙控編碼脈沖，這些指令信號(hào)由調(diào)制電路調(diào)制成38kHz的信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后輸出;接收端接收到紅外線信號(hào)后解調(diào)成38kHz的信號(hào)并送入單片機(jī)，單片機(jī)解碼后在LED顯示器顯示相應(yīng)的按鍵值，驗(yàn)證了程序的正確性。

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