光电红外遥控开关设计(光电系统课程设计)【PCB图-仿真图-单片机C语言-分工-心得】

本科生课程论文论文题目光电红外遥控开关设计课程名称光电系统设计学生姓名学号所在学院所在班级指导教师29 / 32目 录摘要3关键词：光电技术，红外遥控开关，单片机，多路3引言4一、课程设计目的4二、课程设计任务与要求41、设计任务42、设计要求5三、系统总体设计方案51、红外遥控技术的简介52、系统总体设计方案53、光电红外遥控开关系统框图（系统分析）6四.总电路设计61、硬件设计原理62、系统功能的实现方法6五、系统硬件设计71、元器件选择72、单元模块电路设计7（1）光电红外遥控开关发射电路7（2）光电耦合电路8（3）光电红外遥控开关接收电路93、系统原理硬件电路图10六、系统软件设计101、光电红外遥控开关发射102、光电红外遥控开关接收113、软件程序流程114、编程代码11七、Protues仿真结果111、光电遥控开关仿真电路图112、调试结果与分析12八、将电路图转换为PCB印刷电路板图121、发射部分工程图及PCB图122、接收部分工程图及PCB图14九、团队分工及心得体会151、团队介绍及分工152、队员心得16（1）成员116（2）成员217（3）成员318（4）成员418参考文献19附录1 光电红外遥控开关系统电路原理图20附录2 光电红外遥控系统发射部分程序21附录3 光电红外遥控系统接收部分程序26附录4 元器件明细清单29光电红外遥控开关设计摘要本次设计课程是光电红外遥控开关，利用红外线对多路的电器进行开关控制，采用把编码格式进行不同编码，产生不同频率脉冲，控制不同电器设备，达到开关控制的目的。硬件部分主要包括发射部分（包括键盘矩阵、编码调制、红外发送二极管），接收部分分为红外接收头（包括光/电转换、放大解调）和解码MCU。软件部分包括发射编码程序、接收解码程序、数码显示函数等。按下遥控开关不同数字产生不同频率的编码，数码管会显示不同的数字从而达到遥控开关的目的。关键词：光电技术，红外遥控开关，单片机，多路引言光电技术无论在生活领域、科技领域、医学领域都发挥着不可替代的作用。目前市面上的遥控器铺天盖地，对于家电设备的控制，首选红外遥控开关，然而技术和经济的发展使得家庭数字化趋势越来越强烈，单一遥控开关已经不能满足用户要求和市场需求，如果把家用的所有遥控器都解码出来，用一个遥控器来控制多路电器，就方便多了。而光电红外遥控开关辐射较小，不会对人体健康产生较大危害，能与其他电器各行其道。又因为红外线波长较长，所以不同的家用电器不会相互作用。随着单片机的出现，产生了数字编码方式的红外遥控系统。红外遥控彰显出了它独特的魅力。红外线发射装置的遥控发射器造型小且价格低。数字信号编码和二次调制不仅能够完成多路信息的调控，增多遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低。红外线向室外泄露的小，更不会出现信号串扰；它的反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠。所以现在许多遥控器都采用红外遥控方式。本论文主要是通过结合自己所学过的光学、电学、单片机方面的知识，设计红外遥控来控制家庭的多路开关，能用一个遥控器来控制家中较多的电器电源开关，解决生活中开关单一从而造成的使用不便，材料浪费等问题。一、课程设计目的综合运用光学、光电检测、电子技术、单片机课程的理论知识，掌握光电红外遥控开关系统的理论设计原理和系统总体设计方案，及系统分析与各模块单元电路的设计，掌握参数计算、元器件选择等。学会画完整的系统原理电路图和系统印刷电路板布线设计图。提高对软件编程和排错调试能力，提高对系统功能故障分析的能力。学会用keil编译和Protues的ISIS仿真，并根据分析影响仿真结果的各种可能的因素，找到问题并改进解决，完成一份光电系统设计报告，团队分工合作完成光电红外遥控开关课题。二、课程设计任务与要求1、设计任务利用光学、光电检测、电子技术、单片机课程的知识，设计一个光电红外遥控开关设计光电系统，包括相关的探测部分、电子线路、单片机控制、程序设计、系统仿真、电路板设计等。2、设计要求光电红外遥控开关系统总体设计方案；系统分析与各模块或单元电路的设计、参数计算、元器件选择等；完整的系统原理电路图；所需的元器件清单；仿真调试方案与步骤、相应测量表格与测量结论；完整的系统印刷电路板布线设计图。三、系统总体设计方案1、红外遥控技术的简介 红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令，波长为0.76um-1.5um。用近红外作为遥控光源，是因为红外发射器件(红外发光管)与红外接收器件(光敏二极管、三极管及光电池)的发光与受光峰值波长在0.8um-0.94um，在近红外光波段内，二者的光谱正重合，能够很好匹配，可获得较高的传输效率及较高的可靠性。红外线作为遥控模式是红外遥控器的载体。因为长波红外线的波长比无线电波较小，用红外线遥控不会干扰到其他家用设备，更不会引起其他的无线电设备的正常工作。况且红外遥控开关有较低的额定电压，有较小的功率损耗，电路简便，有较广的发展前景。红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输，发送端采用脉时调制方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去。接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。2、系统总体设计方案以单片机为核心器件设计一个2路或2路以上红外遥控开关，实现控制多个家用电器的功能。用8052单片机片控制发射端U1，AT8952单片机控制接收端U2，中间通过光电耦合装置实现红外发射和接收一体化系统。选用44矩阵键盘，可控制16路电器的开关。发射部分包括键盘矩阵、红外数据编码和调制、红外发送二极管。当按下遥控按钮时，单片机将红外信号编码和调制，并产生相应的控制脉冲，接收部分包括红外接收头（光/电转换、放大解调）和解码MCU，中间连接电路（光电耦合器），方便实现在实现红外遥控开关系统一体化仿真。接收到红外遥控信号后，将光信号转变为电信号在经放大、解调、滤波后, 将编码信号送入到单片机AT89C51中进行信号识别、解码,然后单片机在进行相应的处理,从而达到控制家电的目的。3、光电红外遥控开关系统框图（系统分析）红外控制电路AT89C52单片机红外接收电路遥控器发射电路AT89C52单片机遥控器操作键盘图1 基于单片机的红外遥控系统硬件组成模块四.总电路设计1、硬件设计原理红外发射接收一体系统分为红外发射部分U1和红外接收部分U2。发射部分是将发送的二进制信号调制成脉冲信号，再发射。P1口作为键扫描端口，采用 4 4矩阵键盘，当按下某一个键后会发出对应的编码。经单片机的编码程序，发射相对应的脉冲频率，即产生具有不同的编码数字脉冲，定时器1中断产生38Khz红外方波信号，其P3.6口输出待发射数据，由三极管放大后向接收端发射。该数据和 38k载波信号调制后发射到接收电路，接收电路再通过光电耦合器即IRLINK模块解调后送到U2的外部中断INT0。由光电耦合器将电能转化为光能，发射出去。激励红外光二级管产生具有脉冲串的红外波，传送到遥控接收器。接收到信号后，单片机获取发射频率，由CPU确定发射频率，进行解码，确定控制信号，经由接收装置对红外信号的接收、放大、检波、整形，并产生遥控编码脉冲，完成整个遥控功能。2、系统功能的实现方法二进制信号将会有单片机进行调制，经过单片机后，编码的二进制信号变成间断脉冲串，然后发射出去。红外遥控发射器发射的一帧数据由引导码、低8位用户编码、 8位数据码、 8位数据码的反码组成。用户识别码能区别不同的红外遥控设备，防止不同机种遥控码互相干扰。后16位为8位数据码和8位数据码的反码，每次8位的数据码被传送之后，它的反码也随即被传送，用于确保接收数据准确。采用脉冲宽度调制方式，采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的 0，以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的1。红外数据帧经编码后，还要用38kHz的方波进行脉冲幅度调制。图2 常见红外遥控调制解调过程波形图五、系统硬件设计1、元器件选择红外发光二极管、光敏二极管，AT89C52单片机，44矩阵键盘，八段数码管，八线驱动器，解调器，LED等。图3 红外发射器件及接收器件红外发光二极管是红外遥控发射电路主要组成部分；接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。2、单元模块电路设计（1）光电红外遥控开关发射电路红外遥控发射部分的包括单片机、行列式键盘、数码管显示、三极管放大电路。控制核心为AT89C52，单片机的定时器1中断产生38Khz红外方波信号，其P3.6口输出待发射数据，由三极管放大后向接收端发射。该数据和 38k载波信号调制后发射到接收电路，接收电路再通过光电耦合器即Proteus软件自带的IRLINK模块调制后送到U2的外部中断INT0。当按下某一个键后会点亮LED灯，并产生具有不同的编码数字脉冲，会发出对应的编码。例如按下键K6，按照红外发射数据帧结构，将通过P3.4口串行发送“ 00，00， 0x06， 0xf9”，其中，前面的“ 00， 00”为用户码，对于不同的设备需作相应的修改；“ 0x06”是代表6号键，“ 0xf9”是“ 0x06” 的反码，用于校验，提高传输准确性。P1口作为键扫描端口，采用 44矩阵键盘，P0口相接数码管显示的值是矩阵键盘的按键值，P3.7接发光二极管和220电阻。图4 光电红外遥控开关发射电路图（2）光电耦合电路光电耦合器是以光为媒介来传输电信号的器件，把红外发光二极管与光敏二极管封装在管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，光敏二极管接收后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了光电光的转换。由三极管放大后的信号，接红外发射接收一体化装置光电耦合器即Proteus软件自带的IRLINK模块，其接入了解调器，以实现对脉冲编码信号调制的红外光信号的接收。然后对红外信号的接收、放大、检波、整形，得到TTL电平编码，将信号解调后送到U2的外部中断P3.3INT0口。图5 光电耦合电路（3）光电红外遥控开关接收电路红外接收部分是由红外接收头（光电耦合器、放大解调器）和解码MCU组成。把遥控发射器发来的红外光信号转换成电信号，再放大、限幅、检波、整形，形成遥控指令脉冲，解调电路将已调制的编码信号解调出来，还原为编码信号，通过解码得到遥控器的键码值，输出至单片机。数码管的二进制编码输出口为P1口，调解后的红外遥控信号的接收口为 P3.2。图6 光电红外遥控开关接收电路图3、系统原理硬件电路图图7 系统原理硬件电路图六、系统软件设计1、光电红外遥控开关发射图7所示是红外发射接收一体化仿真电路，为了便于在proteus上仿真实验。主要有单帧编码发射程序，38KHz脉冲发射程序，按键扫描，按键消抖动和延时程序。对44矩阵键盘扫描，得到按键码，并根据按键码查找出对应的红外发射编码。调制后编码发射，根据前述的编码协议通过P3.4口发射红外编