红外线遥控开关电路的设计

摘 要 本系统是以单片机AT89C52为核心设计的红外传输系统。它由红外发射系统和红外接收系统构成。红外发射系统将键盘产生的基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收系统将收到的红外信号进行放大、限幅、检波、整形后送给CPU，CPU根据不同的信号发出控制指令到相应的控制电路。以单片机制作的红外传输系统具有性能好、成本便宜、可扩展性强等特点。

关键词 单片机；红外发送

中图分类号 TP29文献标识码 A文章编号 1673-9671-(2012)012-0108-02

1 引言

随着工业化的进步，传统的采用人工设备进行有线数据传输已远不能满足现在工业化生产的耍要，而采用红外实现的数据传输系统具有速度快、便于接收及抗干扰等特点，使得它应用广泛。

1.1 选题目的和意义

现代工业生产和科学研究对数据传输显示的要求日益提高，在瞬态信号测量、数字图像处理等一些高速、高精度的测量中，需要进行红外传输。对于物理布线困难的地方，采用红外传输技术可以节省大量财力；选择红外传输技术可以避免大量的布线工作，同时也避免了有线网由于线路故障而导致系统瘫痪的弊端。所以红外数据传输将有很好的发展前景。

1.2 国内外研究现状

单片机的发展决定于微机的发展水平和集成电路的发展水平，许多家用电器，各种电子产品均走向利用单片机控制的智能化发展道路。可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用更广泛，由于单片机具有集成度高、功能强、体积小、价格低、抗干扰能力等优于一般 CPU 的优点，因此，在要求较高控制精度和较低成本的工业设计系统中，往往采用单片机作为数字控制器取代模拟控制。

近年来红外技术一直在通讯技术上得到了广泛的应用，尤其是在手机，PDA，笔记本这些设备上。经过这些年来红外技术的发展以及国内外制定的相关行业标准，红外设备及相关技术更加规范，可靠和通

用化。

2 系统总体设计

2.1 系统设计要求

1）根据所设置的数字键，能通过红外线发送所需要的数字。

2）能实现红外接收，并通过单片机控制开关。

3）可进行功能扩展。

2.2 系统设计思想

主要内容是设计一个基于单片机的红外线发送、接收系统，从发送端的遥控器发出信号，再通过红外线对数字进行红外编码，最后通过红外光束将信号发射出去。在接收端，要完成与发射端相反的工作，包括信号接收、解调、解码、最后是信息还原。

本次设计就是利用单片机最小系统结合红外传输、继电器控制设计而成的。其通过红外线接收头接收遥控器发送的信号送到单片机进行处理，以此控制继电器的开关体现在LED的点亮和熄灭上。系统总体构成如图1。

2.3 设计要完成的任务

根据单片机最小系统、外围电路的要求和整体设计思路，本设计要做主要有以下几个方面。

1）按照初步方案画出硬件框图、电路图及制PCB板。

2）根据系统设计要求及硬件框图确定软件流程图并编写相应

软件。

3）焊接电路以及功能电路的软硬件调试。

4）系统软硬件联调。

3 设计方案论证与选择

3.1 传输方式的选择

实现数据传输的方法多种多样，蓝牙技术、高频无线电技术、激光技术、红外技术等均能满足本设计要求。

与前两种方式相比较，红外传输具有以下优点。

1）由于为不可见光，因此，对环境影响很小。红外线的波长远小于无线电波的波长，所以，不会干扰其它家用电器，也不会影响近邻的无线电设备。

2）具有很强的隐蔽性和保密性，在防盗、警戒等安全保卫装置中得到了广泛应用。

3）红外线传输距离一般为几米至几十米或更远一点。

4）红外传输电路具有结构简单，制作方便，成本低廉，抗干扰能力强，工作可靠性高等一系列优点，工作电压低，功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛。

结合以上4个优点，同时考虑本设计实际应用的环境，本设计选择了红外传输方式。

3.2 电路的选择

红外线遥控开关可用LC9301/LC9305、LM567、单片机等电路方案。利用LC9301/LC9305时，由LC9301产生不同频率的波形，LC9305将由红外线接收二极管接收到的波进行译码并驱动相应的电路，这两种芯片在市面上没有流通。利用LM567时，由红外接收管将接收到的红外线译码后送到LM567进行频率比较，若于LM567的中心频率相同芯片8脚将由高电平变为低电平但是发射端和接收端的频率不容易匹配。所以选择单

片机。

常用的单片机有AT89C51、AT89C52、AT89S51、AT89S52等几种型号。与前几种相比，AT89C52具有如下特點：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

AT89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1 000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

此外，AT89C52设计和配置了振荡频率可为0 Hz并可通过软件设置省电模式。另外，AT89C52可降至0 Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

3.3 负载电路的选择

继电器是用来实现电路中联结点的闭合或切断的控制器件，通常它用于自动控制系统、遥控遥测系统、通信系统等系统的控制设备或保护装置中，当作为被控制量的参数（诸如电压、电流、温度、压力等）达到预定值时开始动作，使被控制电路连通或断开，从而实现所要求的控制或保护使用电磁继电器时应注意以下几点。

1）电磁继电器线圈的动作电流一般为几十毫安，应考虑对它的驱动。利用晶体管或晶体管列阵驱动时，必须在线圈两端加反向钳位二极管，以保护驱动器件。

2）少数电磁式继电器的线圈时有极性要求的，即所谓极化继电器。直流电压驱动时要注意电压极性。

3）电磁继电器型号的选择首先应考虑触电所带负载的性质与容量，其次要考虑驱动线圈的电源电压及驱动能力。

4）电磁继电器触电动作时会产生强烈的火花干扰，必须考虑此干扰对系统的影响，必要时采取屏蔽等相应抗干扰措施。

本系统使用的是电磁式继电器它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种电磁开关。当线圈中有电流通过时，铁芯被磁化后将衔铁吸合，衔铁向上运动时推动动接点和静接点接通从而将负载中的LED

点亮。

4 系统硬件电路设计

4.1 红外传输的基本原理

红外通信是利用940 nm近红外波段的红外线为传递信息的载体，即通信信道。发送端用脉时调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并利用该脉冲序列驱动红外线发射管以光脉冲的形式向外发射红外光，而接收端将接收到的光脉冲信号转换成电信号，在经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原成二进制数字电信号后输出。简而言之，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，而红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。

1）二进制信号的编码和调制。采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码，可由发送单片机来完成。二进制信号的调制仍由发送单片机来完成，它把编码后的二进制信号调制成频率为38 kHz的间断脉冲串，相当于用二进制信号的编码乘以频率为38 kHz的脉冲信号得到的间断脉冲串，调制后的间断脉冲串即是红外发射二极管要发送的信号。

2）二进制信号的解调和解码。二进制信号的解调由一体化红外接收头TL1838来完成，它把收到的红外信号经内部处理并解调复原（TL1838的解调可理解为：在输入有脉冲串时，输出端输出低电平，否则输出高电平）。二进制信号的解码由接收单片机来完成，它把红外接收頭送来的二进制编码波形通过解码，还原出发送端发送的数据。

4.2 发射电路设计

以PT2262为核心组成的红外线编码发射电路。

4.3 接收电路设计

以AT89C52单片机为核心组成的红外信号解码电路。

接收电路主要包括单片机最小系统、红外接收电路和负载电路三部分。AT89C52的18、19脚外接12 MHz的晶振和2只30PF的瓷片电容，与其内部电路一起产生12 MHz的时钟信号。其中复位电路接单片机的9脚，主要是用于整个电路的复位。

红外接收采用了高灵敏红外接收头TL1838作为红外接收器件。TL1838内部高度集成了红外接收输入电路、传输阻抗放大器、自动增益控制（AGC）电路、带通滤波器、比较器以及施密特触发器等。他将接收到的红外光信号转换为电压信号，经AGC放大、干扰抑制、带通滤波器选频（其中心频率为信噪比，在比较器中进一步提高抗干扰性，再经过积分器、施密特触发器，最后在38 kHz），送至单片机解码电路。红外编码脉冲信号直接传送至单片机AT89C52的1脚（P1.0），处理发来单片机的编码信号。

负载电路采用了由继电器控制LED点亮和熄灭的电路。

4.4 实物电路

红外信号发射部分用遥控器，红外线接收部分用单片机接收并驱动负载。

5 统功能说明

5.1 数字发送

按下发送部分的“开始”或“翻转”键，发送信号。

5.2 接收显示

接收电路处于工作状态，红外接收头将接收到的信号送入单片机并驱动相应的负载电路。

6 结束语

本设计是在红外遥控的工作原理与编码方式的基础上，将红外线技术与单片机技术结合起来设计并制作了红外数据传输系统。基本达到了设计要求，通过发射电路的按键可以控制相应数字的发送、接收等操作，并且可以自动检测到位和扩展性能等特点。操作灵活、方便，并具有较高抗干扰能力。

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