基于单片机的红外遥控器的设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1. 前言

随着科技的日新月异，家用电器的不断增多和普及，作为家用电器重要部件之一，红外遥控器的使用频率越来越高。红外遥控器是一种用户可以在数米外就能对各种家用电器进行操作控制的装置，它有着控制功能强、结构简单、功耗低、体积小、扩展灵活、可靠性高、价格低廉等特点，所以在家电产品领域有着广泛的应用。但是各产品的遥控器互相不兼容，于是我们生活中的遥控器的数量越来越多，使用的时候经常混淆。如果遥控器不慎丢失，对于相对较老的电器，再找到配套的遥控器非常困难。所以就目前的状况来看，具有学习功能的万能红外遥控器将有着广阔的市场前景。

2. 研究现状

最早的遥控器之一，是一个叫Nikola Tesla的发明家在1898年时开发出来的，叫做Method of and Apparatus for Controlling Mechanism of Moving Vehicle or Vehicles。

而最早用来控制电视的遥控器是美国一家叫Zenith的电器公司，在1950年代发明出来的，一开始是有线的。1955年，该公司发展出一种被称为Flashmatic的无线遥控装置，但这种装置没办法分辨光束是否是从遥控器而来，而且也必需对准才可以控制。

1956年Robert Adler开发出称为Zenith Space Command的遥控器，这也是第一个现代的无线遥控装置，他利用超声波来调频道和音量，每个按键发出的频率不一样，但这种装置也可能会被一般的超声波所干扰，而且有些人及动物听得到遥控器发出的声音。

1980年代，发送和接收红外线的半导体装置被开发出来。与超声波相比，红外线有着不易受干扰，不容易引起误操作等诸多优点。因此逐渐采用的红外遥控方式取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，成为当今时代的主流。

由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用红外遥控方式时，不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。红外遥控是利用波长为0.76-1.5um之间的近红外线来传递控制信号的。它具有以下特点：

(1).由于为不可见光，所以红外线对环境的影响很小。

(2).红外线具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安全保卫装置中也得到了广泛的应用。

(3).红外线遥控的遥控距离一般为几米至几十米或更远一点。

(4).由于红外遥控器件工作电压低、功耗小、外围电路简单，因此广泛用于家电控制等领域。

它在技术上的主要优点是：

(1).无需专门申请特定频率的使用执照。

(2).具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点。

(3).传输特性适合于家庭和办公室使用的网络。

(4).信号抗干扰性强，传输准确度高。

从目前市场上主要出现的万能学习型遥控器来看，主要分为两大类型：

(1).固定码式学习型遥控器。这类学习型遥控器采用了不完全归纳法，也就是对市场上所使用的遥控器信号大量的收集总结，对收集的信号分类，然后分而治之--对每种类别都预制一种解码程序和发射程序。

这种方式的学习过程是：

(a).学习信号的采集。

(b).判别信号的类别（属于哪一种解码方案），编码，存储到EEPROM。

优点：这种学习型遥控器的硬件相对简单，对主控制器的工作频率要求不高，因为信号的发送频率，编码方式等等都是已知的，只需要对采集的信号进行判别即可；另外对存储器的容量也没有太高的要求，因为它不存在压缩的问题，按照最原始的最简编码进行存储即可。

缺点：只能对已知的遥控器有效，对于新开发，新型的编码形式就无能为力了。

(2).波形拷贝式学习型遥控器。这类遥控器的设计思想是：把原遥控器所发出的信号进行完全拷贝，进行适当的压缩后，存储在存储器内，当需要发射时，再从存储器内读出解压后还原成原始信号。

此方式的工作过程分以下几步完成：将原始发射信号波形采集到主控MCU的RAM中、分析信号、压缩信号、存储信号。

(a).发射信号波形的测量：这一步主要是将原始信号存储到RAM中。

(b).分析信号：对采集到的信号进行分析，比如对信号发送的的高低电平的时间等参数进行细致分析，便于下一步的压缩。

(c).压缩编码：根据常用高低电平的时间、特殊高低电平的时间、发送周期等，对原始信号进行压缩编码。

(d).存储信号：把压缩编号后的数据存储到EEPROM中。

优点：可以学习各类遥控器的编码，灵活性高。

缺点：对主控制芯片和存储器的要求都比固定式要高。整体成本上贵于固定码式学习型遥控器。

由于遥控器发出的编码信号变化多样，市场上成百上千的编码方式并存，并没有一个统一的国际标准，只有各芯片厂商各自的标准，使得模拟并替换各种原厂遥控器成为难点。而且客户码、命令码也是由不同厂商自行规定的，导致第一种方案有很大的局限性，因此第二种是较为合适的方案。即通过记录各种不同类型的遥控器的编码波形，将其存储下来并与某个按键关联，从而实现学习的功能，这样做不必关心编码的细节，通用性大大提高。

本次设计以第二种方案为基础，使用单片机进行红外遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样、操作码个数可随意设定等优点。解决了只适用于某一专用电器产品的遥控器应用范围受限制的问题。

3. 原理及实现

3.1红外的简单发射接收原理

发射电路采用红外发光二极管发出经过调制的红外光波，如图3-1所示。

接收电路由红外接收二极管、三极管或者硅光电池组成，将红外发射器发射的红外光转换成相应的电信号，再送至放大器处理还原成信号，如图3-2所示。

图3-1 红外发射 图3-2 红外接收

3.2系统总体流程和模块的实现

单片机红外遥控系统主要分为：单片机控制模块、红外接收模块、红外发射模块、键盘模块、显示模块等。

系统原理框图如图3-3所示。

图3-3 系统原理框图

(1).单片机

使用STC89C52单片机，它是一种低功耗、高性能CMOS工艺的8位微处理器，与工业标准型80C51单片机的指令系统和引脚完全兼容。 32 位I/O口线、8k字节Flash、512字节RAM完全满足设计需求，而且成本低，加密性好，抗干扰能力强。

(2).红外发射模块

将红外遥控编码调制到38KHz的载波信号上，再经过红外发光二极管发射出去。红外发光二极管是一种由PN结构成的注入电流型发光器件，在加上合适的正向偏置电压后，就可以发出一定波长的近红外光。

(3).红外接收模块

采用一体化红外接收头。红外一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等一体的模块，不需要任何外接原件，就能完成从红外接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合各种红外遥控和红外数据传输。这种红外接收电路不仅简单而且更可靠。

(4).显示模块

采用1602字符液晶屏，显示一些发射和接收的状态信息。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，每一个字符都有一个固定的代码。

(5).键盘模块

行列式键盘，用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行、列线交点处，行、列线分别连接到按键开关的两端。在按键较多时，可以节省I/O口。

主程序流程图如图3-4所示。

图3-4 主程序流程图

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.拟研究或解决的问题

本次毕业设计是设计一个基于单片机的红外线万能遥控器，能够学习不同遥控器的某些按键功能。

通过使用单片机来达到预想的设计目标，需要学习并完成的研究内容主要包括：

(1).红外编码协议的学习

(2).各硬件模块的选取

(3).红外信号发射与接收部分的调试

(4).单片机各模块软件程序的设计

(5).单片机与PC之间的串口通信等

2.拟采用的研究手段（途径）

利用单片机对多个红外编码的脉冲宽度进行测量，并原封不动地把发射信号中高、低电平的时间宽度记忆至存储区。当要发射红外信号时，从存储区中还原出相应的红外遥控编码，并调制到38KHz的载波信号上，最后通过放大电路驱动红外发光二极管发射红外信号，达到学习和发射的目的，从而实现一个遥控器控制多种红外遥控设备。

3.工具和开发平台简介

(1).本设计使用51系列单片机

51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。

(2).开发平台为Keil C51平台

Keil C51是美国Keil Software公司（ARM公司之一）出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。

与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。

进程安排