红外遥控系统设计
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课 程 设 计
(论文)
沈阳航空航天大学
题目 红外遥控系统设计
班 级 94070102 学 号 2009040701070 学 生 姓 名 张 远 康 指 导 教 师 高 云 红
课 程 设 计 任 务 书
课 程 名 称 专业基础课程设计 院(系) 自动化学院 专业 测控技术与仪器 班级 94070102 学号 2009040701070 姓名 张远康 课程设计题目 红外遥控系统设计 课程设计时间: 2012 年 7 月 9 日至 2012 年 7月 20 日 课程设计的内容及要求: 1. 内容
利用51单片机开发板及红外遥控器设计一红外接收系统。当遥控器按键按下时,接收系统有对应的数据显示。 2. 要求
(1)掌握红外信号的编码原理及解码方法。
(2)设计红外接收电路,实现红外发射信号的实时显示。 (3)制定设计方案,绘制系统工作框图,给出系统电路原理图。 (4)用汇编或C语言进行程序设计与调试。 (5)完成系统硬件电路的设计。
(6)撰写一篇7000字左右的课程设计报告。
指导教师 年 月 日 负责教师 年 月 日 学生签字 年 月 日
沈阳航空航天大学
课 程 设 计 成 绩 评 定 单
课 程 名 称 专业基础课程设计 院(系) 自动化学院 专业 测控技术与仪器
课程设计题目 红外遥控系统设计 学号 2009040701070 姓名张远康 答辩日期 2012年7月 20 日 指导教师(答辩组)评语:
课程设计成绩
指导教师(答辩组)签字 年 月 日
沈阳航空航天大学
课 程 设 计 成 绩 评 定 单
课 程 名 称 专业基础课程设计B 院(系) 自动化学院 专业 测控技术与仪器
课程设计题目 红外遥控系统设计 学号 2009040701070 姓名张远康 答辩日期 2012年7月 20 日 指导教师(答辩组)评语:
课程设计成绩
指导教师(答辩组)签字 年 月 日
沈阳航空航天大学
目录
0 前言 ................................................................................................................................... 1 1 总体方案设计 ................................................................................................................... 2 2 硬件电路设计 ................................................................................................................... 3
2.1 单片机最小系统设计................................................................................................ 3
2.1.1 时钟电路 ......................................................................................................... 3 2.1.2 复位电路 ......................................................................................................... 4 2.2 红外遥控系统设计................................................................................................... 5
2.2.1 发射原理 ......................................................................................................... 5 2.2.2 接收电路设计 ................................................................................................. 6 2.3 LED电路设计............................................................................................................ 6 2.4 步进电机驱动电路设计........................................................................................... 7 3 软件设计 ........................................................................................................................... 8
3.1 主程序设计............................................................................................................... 8 3.2 红外解码子程序设计............................................................................................... 9 3.3 显示子程序设计..................................................................................................... 10 3.4步进电机驱动子程序设计...................................................................................... 11 4 调试分析 ......................................................................................................................... 12 5 结论及进一步设想 ......................................................................................................... 12 参考文献 ............................................................................................................................... 13 课设体会 ............................................................................................................................... 14 附录1 电路原理图 ............................................................................................................ 15 附录2 程序清单 ................................................................................................................ 16
沈阳航空航天大学课程设计论文 红外遥控系统设计
2.2.2 接收电路设计
根据遥控信号编码和发射过程,遥控信号的识别-----即解码过程应是去除38KHz载波信号后识别出二进制码中的0和1。红外接收头接收到调制后的遥控信号,经前置放大、限幅放大、带通滤波、峰值检测和波形整形,从而解调出与遥控信号反相的遥控脉冲。红外接收头解调出的编码是二进制码,包含着遥控按键信息,其时序图如图7所示。但它还不便于CPU读取识别,为此可添加解码芯片,再送给CPU读取。为方便起见,本设计直接用单片机程序解码,而不添加任何解码电路,红外接收头送入单片机的中断口P3.2,如图8所示。
图7 遥控信号时序图
图8 接收头电路原理图
2.3 LED电路设计
为直观起见,当遥控器数字键按下时,数码管能够实时显示当前键值,同时可以由按键来控制数码管显示的开和关。这里采用共阳七段极数码管,接在单片机的P0口上,如图9所示。此外,还添加了流水灯电路,在单片机的P2口接有八个LED灯,如图10所示,可以通过遥控器来控制其点亮或熄灭以及闪烁的快慢。在单片机开发试验箱上,能明显看出流水灯的动态显示,当遥控器按下加速
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键时,LED会高速的闪烁。
图9 数码管电路原理图
图10 流水灯电路原理图
2.4 步进电机驱动电路设计
电机是一种常用控制器件,通过驱动电路接口,实现单片机对电机的控制,包括电机的转速、方向控制。本设计采用的是对步进电机的控制,如图9所示。步进电机的控制采用脉冲的节拍控制方式驱动电路采用达林顿驱动器ULN2003,由单片机的P1口经反相器74ls14连到驱动芯片上,驱动芯片的四端输出与四相
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步进电机的四个引脚相接,如图11所示。由图知,在驱动电路的另外两个输出端还接有蜂鸣器、法光二极管等器件,在本设计中,以发光二极管的亮灭来标志步进电机的启动与停止。
图11 驱动电路原理图
3 软件设计
3.1 主程序设计
根据设计方案,在软件设计上主要分为三个部分,包括初始化子函数、红外解码子函数、显示子函数。
其中,初始化程序包括中断开启,I/O口初始化等,是程序运行的前提;红外解码程序是在中断里执行的,当按键按下时,触发单片机中断,从而转到接收子程序,这是是整个程序较为核心的部分,为后续的显示、控制程序提供了前提;显示子程序,是接收到信号后的事件处理部分,包括数码管的显示与关闭、步进电机的开启与停止等。每个部分都写成子函数形式,本课题的软件设计采用了模块化设计的思想,主程序流程如图12所示。
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开始 初始化 N RELAY==0? Y 开启电机 关闭电机 N LED_flag==1? Y 开流水灯 关闭流水灯
图12 主程序流程图
3.2 红外解码子程序设计
红外解码是程序中非常关键的一个模块,只有能将遥控器按键信息识别出来,才能进行正确的显示或控制。根据前面所述,遥控器所发送的信号分为引导码、地址码、数据码和数据反码,因此当按键被按下使单片机产生中断时,应先
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延时以避开高电平9ms、低电平4.5ms的引导码,之后再接收四组数据。其程序流程图如图13所示。
接收数据码 数据校对 子程序返回
图13 接收子程序流程图
接收地址码 等待P3.2变低 等待P3.2变高 接收子程序 等待P3.2变高 3.3 显示子程序设计
当按键信号来临时,需要及时显示当前键值,并产生一定的控制信号。单片机将遥控信号解码后,该子程序将被执行。它包括数码管的显示与关闭控制、流水灯的闪烁与关闭及其闪烁速度控制、步进电机的转向及其转速控制、按键声音的开启与关闭控制。控制方式采用标志位的方法,即每个设备都有开启和关闭的功能,当相应控制按键被按下后,该标志位取反即可,从而用单个按键即可实现两种状态的控制。而控制程序是在主程序中循环执行的,只是通过标志位的改变间接实现对设备的控制。这里定义了四个控制标志位,包括步进电机的开启与停
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止标志位、流水灯的开启与关闭标志位、电机正反转标志位、数码管显示与关闭标志位。该子程序相对麻烦,因为里面涉及对不同的按键产生不同的控制信号的问题,需用上分支结构switch语句来处理多情况的问题,并根据不同的情况产生不同的控制信号,流程图如图14所示。
Y 改变显示缓冲值 判断控制键种类 为数字键? N 按键判断 显示子程序
改变相应控制标志位显 示 子程序返回 图14 显示子程序流程图
3.4步进电机驱动子程序设计
本设计所用的电机是四相的步进电机,因此控制方式分为单四拍控制、双四拍控制和八拍控制,这里只采用八拍的控制方式。该程序较为简单,只需在程序了定义一个全局变量的数组代码,这些代码便是步进电机的脉冲代码,由于是八拍控制,因此需要八组数据代码,这是一组正转的代码,将该代码反过来送给电机之后,电机便能反转。此处是用标志位方式来控制电机的正反转的,该程序的流程图如图15所示。
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步进电机子程序
Motor_flag==1? Y 电 机 正 转 电 机 反 转 N
子程序返回
图15 显示子程序流程图
4 调试分析
本设计硬件电路较为简单,因此主要问题是在软件的调试上,最关键的部分还是红外解码程序。因为需要区分数据的高低电平,在软件上实现起来相对困难一些。红外信号用宽脉冲表示高电平,在脉冲表示低电平,因此需要用延时方式得到脉冲的大致宽度,方能得到正确的数据。一开始的时候,只是在接收子程序里设置按键声音控制以及数码管显示部分,但没有实现功能,后来发现时解码不对,就通过液晶显示器将解码信号显示出来,再根据显示的数据去改程序代码中的参数,终于得到了预期的结果,实现了课设要求的内容。
5 结论及进一步设想
根据实验结果,本设计基本完成了设计要求,但是由于时间上的原因,该系统还存在着一定缺陷,比如,硬件部分没有加红外解码电路,为后续软件代码的编写带来负担,为此可以通过添加一片解码芯片来实现,来进一步改善电路的性能。
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参考文献
[1] 刘复华.单片机及其应用系统.北京:清华大学出版社,1992
[2] 李斌,董慧颖.可重组机器人研究和发展现状.沈阳工业学院学报,2005,
3(2):5-10
[3] 陈光明等主编.电子技术课程设计与综合实训.北京:北京航空航天出版社,
2007年
[4] 李剑心.基于单片机的红外发射器.电气电子教学学报,2009,18(2):22-30 [5] 田裕康.单片机在电子系统设计课程实验的应用.电气电子教学学报,2008,
19(4):23-27
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课设体会
经过两周时间,课设已然顺利完成。与其他同学题目相比,我这个还算比较容易实现,只是用了一些基本知识,设计起来不难。开始拿到题目,在一天之内在单片机开发箱上完成了硬件与软件的调试,但由于期末时间比较紧张,在硬件上只是用了现有的基本模块,没有增添其它特殊功能,软件上也还有许多不完善之处。同时让我认识到,科学是老老实实的学问,容不得半点虚假,在学术方面,一定要做到严谨,这也是对我们做学问的要求,对我们专业素养的形成起着潜移默化的作用。
硬件电路的设计以前做的不多,虽然之前也做过一些电子设计有关的比赛,但我主要负责一些软件调试,编写程序算法,对硬件了解不是太多,这一点固然不是我所擅长,所以动手能力和其他同学相比确实是还远远不够的,在今后的学习中还需加强。通过本次课设,加强了对单片机和通信方面知识的运用,同时也让我学到了很多课本上学不到的东西,也包括从别的同学的课设题目中,体会到实践的重要性,无论在平时学习,或是在工程实际中,理论知识固然重要,但要真正到实际中,却又不是那么容易了,在仿真过程中,经调试容易能得到理想结果,然而转到实物就显得困难些了。这次课设是理论到实践的一次跨越,同时又通过实际反作用与理论,让我加深了对理论知识的理解,对今后的学习更是有着莫大的作用。
在此想感谢指导老师高云红老师,无论是理论授课环节还是实验过程,我都从老师身上学到很多,让我受益匪浅,对我以后的专业知识的进一步学习有重要的作用。同时也让我感觉到,我们应该去多实践,运用我们自己所学知识去体会那一份属于自己的成功。
[2012年7月 17日完成]
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附录1 电路原理图
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