1、畢業設計 題目 智能遙控電風扇 學生所在學院 電氣信息學院 專 業 電子信息工程 學 號 20100184 學 生 姓 名 田維政 指 導 教 師 唐明良 起 止 日 期 2014.1.6至2014.5.25 畢業設計目錄目 錄摘要I1.引言11.1課題研究的意義與作用11.2 研究現狀及發展趨勢22.系統總體設計42.1 本設計的任務要求42.2系統的整體設計43.系統硬件模塊的設計43.1 單片機系統模塊的設計43.1.1 STC89C52單片機的簡介53.1.2 單片機時鐘電路的設計63.1.3單片機復位電路的設計63.2 液晶顯示模塊73.2.1 LCD1602的簡介73.2.2 液晶

2、顯示模塊的設計83.3溫度采集模塊的設計93.3.1 DS18B20簡介93.3.2 DS18B20的特點103.4 繼電器模塊的設計103.4.1 繼電器簡介103.4.2 電磁式繼電器工作原理113.4.3 繼電器電路的設計113.5調速電路的設計113.5.1 固態繼電器簡介113.5.2 MGR-1 D4810型固態繼電器特點123.5.3 固態繼電器調速原理133.6 紅外遙控模塊的設計133.6.1 紅外遙控原理133.6.2 紅外發射端133.6.3 MYS-1838紅外接收端143.7 實時時鐘模塊電路的設計153.7.1 DS1302時鐘芯片簡介153.7.2 DS1302工

3、作原理163.7.3 實時時鐘模塊電路的設計173.8 報警提示電路的設計173.8.1 蜂鳴器簡介173.8.2 有緣壓電式蜂鳴器工作原理173.8.3 電路的設計173.9 感光模塊的設計183.9.1 光敏電阻簡介183.9.2 光敏電阻傳感器模塊183.10 人體檢測電路的設計203.10.1 光電傳感器原理簡介203.10.2 紅外避障傳感器模塊204.系統軟件的設計234.1 系統軟件流程234.1.1 主流程234.1.2 紅外解碼子流程244.1.3 執行機構子流程244.2 系統軟件編譯254.2.1 編程語言選擇254.2.2 編譯器選擇255.系統調試265.1 硬件調試

4、265.1.1硬件調試方法265.1.2硬件電路中常用的抗干擾設計方法265.2 系統軟件程序的編譯與仿真275.2.1程序編譯275.2.2程序調試285.3程序下載295.3.1程序下載工具295.3.2程序下載步驟296.綜合調試307.結束語31參考文獻32附錄1：ASCII表和遙控指令碼表33附錄2：Porteus仿真圖34附錄3：PCB板圖35附錄4：系統總電路圖36附錄5：程序源代碼37 畢業設計中文摘要摘 要電風扇是給人們帶來涼爽夏天的家用電器，智能溫控調速風扇可自動根據室內環境溫度控制風扇轉速。一般的電風扇只有機械檔的人工調速，夏夜溫度下降后人們容易因熟睡忘關風扇而受涼，當溫

5、度升高時，它又不能根據溫度的變化改變轉速。為了使風扇更貼近人們的生活，開發一種新型溫感遙控電風扇控制智能系統是迫在眉睫的。本系統以51系列單片機為控制核心，由遙控板、紅外接收頭、溫度傳感器（DS18B20）使系統根據采集的環境溫度以遙控方式對系統進行變檔調速等控制。主控模塊以STC89C52單片機核心，輸入部分以紅外反射傳感器、光敏傳感器、溫度傳感器組成室內環境傳感，遙控板鍵盤作入，單片機主要完成紅外數據接收、溫度數據、實時時鐘（DS1302）數據的采集、分析及處理形成輸出控制信號和數據；輸出部分主要以PWM脈寬調制信號為中心，搭配普通繼電器繼電器模塊、固態繼電器模塊、液晶顯示模塊、USB端口

6、，大功率LED照明燈，及相應指示燈；輸入輸出模塊同完成人機交互功能；單片機主控中心接收各種輸入信號，驅動液晶顯示，PWM波控制固態繼電器模塊來調節風扇無級轉速，普通繼電器模塊來控制USB端口、LCD電源，LED照明燈和各類指示燈。本系統可實現模擬自然風，使風速更符合人的感受，更具人性化。關鍵詞： PWM無級調速 紅外發射接收 固態繼電器 DS18B20 DS1302 畢業設計正文1.引言1.1課題研究的意義與作用風扇已是日常生活中常用到的電器，電風扇是通過通風換氣來驅熱的。通風換氣是電風扇的主要功能，也是消費者看中它的本質原因。和時髦的空調相比，電風扇具有價格低和耗電量小，不受空間限制，吹出的

7、風更貼近于自然等的優勢，暫時不可能被空調取代，擁有龐大的目標消費群。現行市面上的風扇大多是手工操作，模擬調控為主要控制手段，價格低廉，功能簡單，其智能及自動化程度遠遠跟不上現代人的生活需求和應用要求；而且在功耗方面，一般的風扇的電機是采用電機抽頭的小型電機來實現調速，這種調速方式單一，消費者選擇的空間不大，而且在效率方面，節能方面的表面的確令人不滿意。面對著市場壓力和消費者的需求，放眼市場，各種特設功能的電風扇可謂五花八門，各種附加的新功能，彰顯了個性，也在無形中提高了電風扇的檔次。而智能溫感遙控電風扇也必將作為消費市場的新寵兒，為電風扇行業增加新的亮點。而將微控制器嵌入到工業控制中，將會成為

8、一種不可阻擋的趨勢，微控制器強大的控制能力將會使工業產品的功能和性能得到很大的提升。也對應了時下流行的幾個趨勢，自動化和智能化，無線化，寬帶化，低功耗化等趨勢。現在電風扇的現狀：大部分只有手動調速，功能單一，存在隱患或不足。比如說人們常常離開后忘記關閉電風扇，浪費電且不說還容易引發火災，長時間工作還容易損壞電器。再比如說前半夜溫度高電風扇調的風速較高，但到了后半夜氣溫下降，風速不會隨著氣溫變化，容易著涼。之所以會產生這些隱患，其根本原因是缺乏對環境的檢測。若有了智能溫控調速電風扇，使電風扇系統朝著自動化、智能化，尤其是節能的方向發展。它可以檢測室內溫度，并根據溫度自動改變電風扇的電機轉數，實現

9、不同風速的自動轉換，按預設溫度自啟動，低溫停止的功能。該設計實現了家電產品的更新換代，提高了產品的附加值。從而迎合人們對健康、安全、節能減排和綠色環保的新需求。單片機和一般的數字和模擬芯片相比有著強大的功能，而且編程簡單，因此利用單片機來實現對控制電機轉速與類型設置十分理想；本設計的研究目的就是實現對直流電風扇電機的控速來模擬風扇控制器，掌握單片機硬件和軟件的綜合設計方法。風扇的控制有很多的方法，比如簡單的有利用機械方式進行定時控制，有用模擬電子技術和數字電子技術進行轉速等控制的。隨著人們生活水平的提高，人們對風扇的要求也越來越高，不但要求風速能夠控制，而且要求風種模式能夠多種選擇，隨著單片機

10、技術的不斷發展，單片機已廣泛應用于各種家用電器產品中，它不僅大大提高了原有產品的性能質量, 而且產品成本有所下降, 生產也更簡便。通過單片機可以利用其本身的定時與中斷功能編程實現風扇的風種控制，包括有正常風，自然風與睡眠風等的模式；而風速的控制也有多種方法，例如可以通過單片機控制固態繼電器（雙向可控硅）的導通角來調節電風扇的輸入電壓，以實現電風扇的無級速度調節,從而實現多檔控速,但這里采用了通過單片機定時器輸出脈寬調制PWM波控制占空比并外加一個固態繼電器來控制風扇電機的轉速，通過遙控板鍵盤輸入設置有不同占空比對應著電風扇各個檔位風速。各功能狀態使用液晶、發光管和蜂鳴器對應輸出顯示。本系統電路

11、設計比較簡單，主要是充分利用了STC89C52單片機的資源，軟件編程實現各功能，成本較低，實用性較強。此外，在某些場合下，比如危險作業區，在人不適合作業的地方，比如有毒氣產生的區域，高溫或低溫的地方，爆破點等危險場合，或者是家庭居室中控制，無線的應用將會得到非常廣泛的應用，可見紅外遙控的研究也是很有實踐意義的。1.2 研究現狀及發展趨勢風扇控制，主要有兩點，一是控制方式，二是系統電機調速方式，也就是風速的調節方式 ，還有一點就是人機交互方式，風扇控制的差別就要體現在這兩個方面。風扇控制系統目前在市場上主要有幾種類型，傳統的類型即現在大多數人在使用的手動控制類型，該類型機子控制方式是手動控制，且

12、只能在近距離中控制。其內部電機是帶多抽頭的交流電機，一個抽頭對應一個檔位，以此來區分風速級別，也有其他種機子，是用過零比較器去控制可控硅的導通角，從而由可控硅去控制電機的轉速；此種類型的機子控制方式單一且在某些特定場合會帶來不便，此外其調速方式比較呆板，不能滿足用戶需求，而且當檔位變化時，如果設計不好，會有電火花產生，存在安全隱患。此外市面上還有用單片機結合傳感器等類型的機子，比如，帶溫度控制傳感器的風扇，能根據室溫控制風扇轉速，這種機子是將微控制器強大的控制能力注入到了系統中，從而實現了自動化及智能化；區別只在于控制方式由人工控制變成了溫度調控，此外由于有了微控制器，電機的調速方式可采用不同

13、的調節方法，如，采用PWM多種算法等，電路的形式也有了多種選擇，此外還可以增加其他的功能 ，如吹風的模式選擇，定時關機，自動休眠以節省電能等，此外還有語音控制的風扇控制系統，亮點就在于它的人機交互改良了，由此微控制器在系統中的應用的潛力巨大。在電機調速方式上，隨著家用電器產品變頻技術的發展, 單相電機的變頻調速已成為一種可行的方法, 在這種調速系統中, 脈寬調制(PWM ) 技術仍然是提高調速性能的主要手段。雖然PWM 技術的實現方法很多,然而, 為了降低產品的制造成本, 采用微機控制軟件實現PWM 控制具有成本低、調制方式靈活等特點,比較適合于家用電器產品的要求。本文針對電風扇電機的調速要求

14、, 提出了采用直接PWM (DPWM )軟件計算的方法, 并在51 系列單片機STC89C52上實現, 該方法可以很容易地實現電機的調速, 其PWM 算法簡單, 易于實現, 是一種較為實用的方法。2.系統總體設計2.1 本設計的任務要求（1）根據所確定的方案做出一個總的系統框圖（其中包含各個電路模塊）。（2）設計出硬件電路和軟件編程。硬件部分包括有單片機最小系統，外接控制電機轉速的固態繼電器部分，驅動USB端口，LED照明的普通6腳普通繼電器部分，LCD數據顯示部分，紅外遙控部分，光電傳感部分，紅外反射傳感部分，溫度傳感部分，實時時鐘電路部分。軟件部分包括有初始化狀態，溫度采集，實時時鐘采集，

15、遙控解碼，占空比控制，定時器中斷控制，控制輸入輸出數據顯示部分，蜂鳴器信號產生部分。（3）最后將準備好的原件按照電路圖焊接好，將程序燒錄到單片機中，然后測試運行，檢查其控制效果，風扇智能效果。2.2系統的整體設計系統輸入端包括紅外檢測模塊、感光模塊、實時時鐘模塊、溫度檢測模塊和紅外遙控模塊共同組成采集外部環境數據和外部輸入數據，經過單片機進行數據分析與處理，然后控制輸出端，輸出端包括運行指示燈，提示音模塊，LCD顯示模塊，繼電器開關，調速模塊。系統的整體設計框圖如圖2-1所示。 圖2-1系統整體設計框架 3.系統硬件模塊的設計 3.1 單片機系統模塊的設計3.1.1 STC89C52單片機的簡

16、介STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52 可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為

17、止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。 （1）特性 8位CPU； 32根I/O線； 8K字節程序存儲空間； 512字節數據存儲空間； 內帶2K字節EEPROM存儲空間； 3個16位的定時器/計數器； 4個外部中斷； 看門狗定時器。（2） STC89C52的芯片采用PID封裝，一共40個引腳，與外圍電路組成單片機最小系統。其中外圍電路包括晶振電路、復位電路、電源濾波電路。STC89C52最小系統如圖3-1所示。 圖3-1 STC89C52最小系統3.1.2 單片機時鐘電路的設計時鐘是時序的基礎，STC89C52單片機內部有一個構成振蕩器的高增益反向放大器，它的輸入端為芯片引腳X

18、TAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調電容，構成一個穩定的自激振蕩器。本設在XTAL1和XTAL2跨接晶振Y1和微調電容C1，C2。電容選30pf，晶振頻率選擇12MHz。由石英晶體構成的振蕩器產生的脈沖頻率很穩定且速率很高，且電路簡單。時鐘電路如圖3-2所示。 圖3-2時鐘電路 3.1.3單片機復位電路的設計復位是單片機的初始化操作，除了進入系統的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統處于死鎖狀態時，為擺脫困境，也需按復位鍵以重新啟動。單片機復位電路設計的好壞，直接影響到整個系統工作的可靠性。STC89C52芯片的第9腳RESET是復位信號的輸入端，

19、復位信號時高電平有效，有效時間應持續2個機器周期以上，若使用頻率為12MHz的晶振，則復位信號持續時間超過2µs才能完成復位操作。圖3-3所示為復位電路，只要VCC上升時間不超過1ms，通過在VCC和RESET引腳之間加一個10µf的電容，上電瞬間，電容充電電流最大，電容相當于短路，RESET端為高電平，自動復位；電容兩端的電壓達到電源電壓時，電容充電電流為零，電容相當于開路，RESET端為低電平，程序正常運行；當開關S按下，RESET端為高電平為高電平，系統復位。 圖3-3復位電路3.2 液晶顯示模塊3.2.1 LCD1602的簡介1602液晶也叫1602字符型液晶它是一

20、種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以他不能顯示圖形。（1）LCD1602的特性+5V電壓，對比度可調； 內含復位電路； 提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能； 有80字節顯示數據存儲器DDRAM；內建有192個5X7點陣的字型的字符發生器CGROM；8個可由用戶自定義的5X7的字符發生器CGRAM4。（2）LCD1602 主要技術參數顯示容量:16×2個字符；芯片工作電壓:4.55

21、.5V；工作電流:2.0mA(5.0V)；模塊最佳工作電壓:5.0V；字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。（3）LCD1602 引腳功能說明 第1 腳：VSS接地； 第2 腳：VDD接5V正電源；第3 腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度； 第4 腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器； 第5 腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W

22、 為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據； 第6 腳：E端為使能端，當E 端由高電平跳變成低電平，液晶模塊執行命令； 第714 腳：D0D7為8位雙向數據線； 第15 腳：背光源正極； 第16 腳：背光源負極。3.2.2 液晶顯示模塊的設計本設計通過單片機控制lcd1602顯示室內溫度及電風扇的檔位。LCD1602第3腳VO為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳R/W為讀寫信號線，高電平時進

23、行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。第6腳E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。如圖所示P0口接lcd1602的八位數據接口，P2.5、P2.6、P2.7分別接LCD1602的RS、RW、EN端，液晶顯示電路如圖3-4所示。 圖3-4 液晶顯示電路3.3溫度采集模塊的設計3.3.1 DS18B20簡介DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫

24、度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現912位的數字值讀數方式。DS18B20測溫原理如圖3-5所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即 為所測溫度。

25、圖3-5 DS18B20測溫原理3.3.2 DS18B20的特點(1)獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；(2)多個DS18B20可以并聯在惟一的三線上，實現多點組網功能；(3)無須外部器件；(4)可通過數據線供電，電壓范圍為3.05.5；(5)零待機功耗；(6)溫度以9或12位數字；(7)用戶可定義報警設置；(8)報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；(9)負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 用于采集溫度，并將采集到的溫度傳送給單片機。DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是寄生電源供電方式，單片機端口接單線總

26、線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉；另一種是采用電源供電方式。DS18B20的2腳為數字信號輸入/輸出端，此管腳必須接上拉電阻，使其在無數據傳輸時一直處于高電平狀態，以此保持信號的穩定傳輸，1腳為電源地，3腳為外接供電電源輸入端。單片機根據溫度作相應處理，并輸出處理結果。溫度采集電路如圖3-6所示。 圖3-6溫度采集電路3.4 繼電器模塊的設計3.4.1 繼電器簡介繼電器（relay）是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，當輸入量（電、磁、聲、光、熱）達到定值時，

27、輸出量將發生跳躍式變化。它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。3.4.2 電磁式繼電器工作原理電磁繼電器的工作原理和特性電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“

28、常開、常閉”觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態的靜觸點稱為“常閉觸點”。3.4.3 繼電器電路的設計輸入端信號先由PNP型三極管放大，經放大后的電壓由穩壓二極管穩壓，穩壓后的電壓足夠驅動繼電器線圈，同時信號輸入時伴有LED指示，繼電器線圈有電壓后，產生磁場并吸合開關K1，控制電路導通；當沒有輸入信號時，三級管沒有輸出信號，繼電器線圈不能夠驅動，不能產生磁場，從而不能吸合開關K1，控制電路斷開。繼電器電路圖如圖3-7所示。 圖3-7 繼電器電路3.5調速電路的設計3.5.1 固態繼電器簡介固態繼電器（亦稱固體繼電器）英文名稱為Solid

29、State Relay，簡稱SSR。它是用半導體器件代統電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態轉變成通態。從而代替傳統的電磁式繼電器。實現對單相或者三相機的正反轉控制，或者其它控制。無觸點無動作噪音.開關速度快無火花干擾和可靠性高等優點。按負載電源的類型不同，固態繼電器分交流和直流兩種，按觸發類型又分為過零觸發型和隨機觸發型。電路主要由輸入(控制)電路，驅動電路和輸出(負載)電路三部分組成，其中驅動電路可以包括隔離耦合電路、功能電路和觸發電路三部分。

30、3.5.2 MGR-1 D4810型固態繼電器特點過零觸發型ACSSR為四端器件，其內部電路原理如圖3-8所示。左面為輸入控制端（直流），直流控制信號先通過光電耦合器，耦合后的信號在經過過零電路，最后經過功率控制電路控制右端220V（交流）輸出信號。其參數特性如下：（1）單相固態繼電器；（2）控制方式：直流控交流(DC-AC)；（3）負載電流：10A；（4）負載電壓：480V/AC；（5）控制電壓：3-32V/DC；（6）控制電流DC：3-25mA AC：12mA。 圖3-8 內部電路原理 當有正向驅動信號時，光電耦合（OPC）電路中發光二級管由驅動信號點亮，光電三級管接收光信號從而產生相應電

31、信號，發生耦合現象，避免電氣干擾；然后通過由4只二極管（IN4001） 組成的橋電路，正反向控制雙向可控硅控制端，當控制端有信號輸入，雙向可控硅導通，在半個交流周期導通220V交流電，從而實現直流控制交流。MGR-1 D4810型固態繼電器內部電路圖如圖3-9所示。 圖3-9 固態繼電器內部電路3.5.3 固態繼電器調速原理固態繼電器輸入端加上直流或脈沖信號到一定電壓值后，輸出端就能從斷態轉變成通態。利用固態繼電器這一工作原理，若使用單片機輸出可調脈沖電壓信號（脈沖電壓大于固態繼電器驅動電壓），通過改變矩形脈沖的占空比（PWM），來調節通斷時間，間接實現改變輸出端有效電壓值，從而改變電風扇的轉

32、速。3.6 紅外遙控模塊的設計3.6.1 紅外遙控原理眾所周知，人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中紅光的波長范圍為0.620.76m，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外光按波長范圍分為近紅外、中紅外、遠紅外、極紅外4類。紅外線遙控是利用近紅外光波長為0.761.5m之間的近紅外線來傳送控制信號的。用近紅外作為遙控光源，是因為目前紅外發射器件(紅外發光管)與紅外接收器件(光敏二極管、三極管及光電池)的發光與受光峰值波長一般為0.8um0.94um，在近紅外光波段內，二者的光譜正好重合，能夠很好地匹配，可以獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。 常用的紅外遙

33、控系統一般分發射和接收兩個部分。紅外遙控的發射電路是采用紅外發光二極管，它實際上是一只特殊的發光二極管，目前大量使用的紅外發光二極管發出的紅外線波長為940nm左右，由于其內部材料不同于普通發光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發出的是紅外線而不是可見光。紅外光經過調制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發射器發射雕紅外光轉換為相應的電信號，再送后置放大器，以供后續電路進行解碼等操作。  3.6.2 紅外發射端發射端一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統、調制電路、驅動電路、發射電路等幾部分組成。當按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產生

34、所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載體進行調制，再由驅動電路進行功率放大后由發射電路向外發射經調制定指令編碼信號。發射端所使用的晶振頻率455kHz。在發射端要對晶振進行整數分頻，分頻系數為12，以455kHz÷1237.9kHz38kHz，所以發射載波頻率為38kHz。（1）技術參數遙控距離：1018米 (直線無障礙距離)；發射管紅外波長：940Nm；晶振：振蕩頻率455KHz；紅外載波頻率：38KHz。 （2） 指令碼 指令碼和遙控板按鍵一一對應的值。每一個指令碼代表一個編碼數據，然后把數據調制到紅外線載波上，通過紅外線發射端發送出去。按鍵指令碼對應表如附錄1所示。 3.6.3

35、MYS-1838紅外接收端接收端一般由接收電路、放大電路、調制電路、指令譯碼電路、驅動電路、執行電路(機構)等幾部分組成。由于紅外發光二極管的發射功率一般都較小（100mW左右），所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。接收電路將發射器發出的已調制的編碼指令信號接收下來，并進行放大后送解調電路，解調電路將已調制的指令編碼信號解調出來，即還原為編碼信號。指令譯碼器將編碼指令信號進行譯碼，最后由驅動電路來驅動執行電路實現各種指令的操作控制。最近幾年不論是業余制作還是正式產品，大多都采用成品紅外接收頭。（1）技術參數工作電壓：3V5V ；接收距離：10m20m。

36、（2）封裝及其電路MYS-1838型接收頭采用鐵皮屏蔽。三只引腳分別是3腳：電源正（VDD），2腳：電源負（GND）和1腳：數據輸出（VOUT）。封裝如圖3-10所示，電路如圖3-11所示。 圖3-10 MYS-1838封裝 圖3-11 MYS-1838電路3.7 實時時鐘模塊電路的設計3.7.1 DS1302時鐘芯片簡介DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需三根I/O 線：復位（RST）、I

37、/O 數據線、串行時鐘（SCLK）。時鐘/RAM 的讀/寫數據以一字節或多達31 字節的字符組方式通信。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。DS1302 工作時功耗很低，保持數據和時鐘信息時，功耗小于1mW。DS1302 的外部引腳功能說明如圖3-12所示。 圖3-12 DS1302封裝DS1302 的內部結構如圖3-13 所示，主要組成部分為：電源控制、移位寄存器、控制邏輯、振蕩器與分頻器、實時時鐘以及RAM。單片機

38、通過數據線、時鐘線、和復位線對特定的數據地址進行讀寫操作，從而寫入初始時鐘，讀取時鐘數據。 圖3-13 DS1302的內部結構3.7.2 DS1302工作原理DS1302 工作時為了對任何數據傳送進行初始化，需要將復位腳（RST）置為高電平且將8 位地址和命令信息裝入移位寄存器。數據在時鐘（SCLK）的上升沿串行輸入，前8 位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數據，寫操作時輸出數據。時鐘脈沖的個數在單字節方式下為8+8（8 位地址+8 位數據），在多字節方式下為8 加最多可達248 的數據。對DS1302 的操作就是對其內部寄存器的操作，DS1302 內部共有

39、12 個寄存器，其中有7 個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數據位為BCD 碼形式。此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發寄存器及與RAM 相關的寄存器等。時鐘突發寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器以外的寄存器。日歷、時間寄存器及控制字如表（1）所示。表中最后一位RD/W 為“0”時表示進行寫操作，為“1”時表示讀操作。表3-1日歷、時鐘寄存器與控制字對照 3.7.3 實時時鐘模塊電路的設計外部晶振接X1和X2引腳，VCC1接供電電源，VCC2接后備電源，SCLK、DSIO、CE接單片機引腳。電路如圖3-14所示。 圖3-14 實時時鐘模塊電路3.8 報警提示電路的

40、設計3.8.1 蜂鳴器簡介蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發聲器件。蜂鳴器按工作方式主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型；按驅動方式主要分為有緣蜂鳴器和無源蜂鳴器兩種類型。3.8.2 有緣壓電式蜂鳴器工作原理（1）電磁式蜂鳴器：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互纏繞蜂鳴器。（2）有源蜂鳴器：蜂鳴器內部帶震蕩源，直接給它一定的電壓就可以響。3.8.3

41、電路的設計由于單片機的驅動電流比較小，所以直接驅動蜂鳴器音聲比較小，驅動LED比較暗淡，在蜂鳴器和LED正端加電源，負極接單片機，因為單片機有比較大的灌電流，所以能滿足設計需求，無需加其他器件。電路如圖3-15所示。 圖3-15 蜂鳴器報警電路3.9 感光模塊的設計3.9.1 光敏電阻簡介光敏電阻（photocell）又稱光敏電阻器或光導管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅

42、速下降。（1）組成 光敏電阻器是利用半導體的光電導效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，又稱為光電導探測器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強，電阻增大。（2）功能 光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.40.76）m的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設計大為簡化。3.9.2 光敏電阻傳感器模塊 （1）

43、LM393工作原理光敏電阻傳感器模塊主要由光敏電阻、LM393電壓比較器和電位器組成。光敏電阻感應光的強度，轉化為模擬電壓，并有模擬輸出；模擬電壓與電位器分壓后的參考電壓輸入LM393比較器比較，若大于參考電壓輸出高電平（數字1），若小于輸出低電平（數字0）。通過調節電位器，就可以調節光強度的閾值，當光的強度是否閾值，傳感器感知輸出。 （2）LM393使用特點 LM393是高增益,寬頻帶器件，像大多數比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產生耦合，則很容易產生振蕩。這種現象僅僅出現在當比較器改變狀態時，輸出電壓過渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個問題，標準PC板的設計對減小輸入輸出寄生

44、電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號，而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.010mV)能導致快速轉換,使得不可能產生由于寄生電容引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入IC并在引腳上加上電阻將引起輸入輸出在很短的轉換周期內振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時間相當快，則滯回將不需要；LM393偏置網絡確立了其靜態電流與電源電壓范圍 2.030V無關，注意：比較器的所有沒有用的引腳必須接地。LM393內部電路如圖3-16所示。 圖3-16 LM393內部電路（3）模塊參數 可以檢測周圍環境的亮度和光強； 靈敏度可調（數字電位器調節）； 工作電壓3.3V-5V； 模擬量

45、電壓輸出； 數字開關量輸出（0和1）。（4）接口說明模塊在無光條件或者光強達不到設定閾值時，DO口輸出高電平，當外界環境光強超過設定閾值時，模塊D0輸出低電平。通過調節R2電位器調節比較電壓從而實現光照閾值調節。其中D2為電源指示，D1為輸出信號指示，C1為電源濾波電容，C2為光敏電阻濾波電容。電路如圖3-17所示。 第1腳：VCC； 第2腳：GND； 第3腳：DO數字量輸出接口（0和1）； 第4腳：AO模擬量輸出接口。 圖3-17 光敏電阻傳感器電路3.10 人體檢測電路的設計3.10.1 光電傳感器原理簡介光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。光電傳感器在一般情況下

46、，有三部分構成，它們分為：發送器、接收器和檢測電路。發送器對準目標發射光束，發射的光束一般來源于半導體光源，發光二極管(LED)、激光二極管及紅外發射二極管。光束不間斷地發射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。3.10.2 紅外避障傳感器模塊（1）LM741簡介LM741是一種應用非常廣泛的通用型8腳單通道運算放大器集成電路。單位增益帶寬1MHz，輸入失調電壓6mV。由于采用了有源負載，所以只要兩級放大就可以達到很高的電壓增益和很寬的共模及差模輸入電壓范圍。本電路采用內部補

47、償，電路比較簡單不易自激，工作點穩定，使用方便，而且設計了完善的保護電路，不易損壞。（2）LM567工作原理LM567 為通用鎖相環電路音調譯碼器，其基本功能概述如下：當LM567的腳輸入幅度25mV、頻率在其帶寬內的信號時，腳由高電平變成低電平，腳輸出經頻率/電壓變換的調制信號；如果在器件的腳輸入音頻信號，則在腳輸出受腳輸入調制信號調制的調頻方波信號。用外接元件獨立設定中心頻率帶寬和輸出延遲。主要用于振蕩、調制、解調、和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對講機亞音頻譯碼，遙控等。管腳功能描述: 、腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網絡和環路單級低通濾波網絡。腳所接電容決定鎖相環路的捕

48、捉帶寬：電容值越大，環路帶寬越窄。腳所接電容的容量應至少是腳電容的2倍。腳是輸入端，要求輸入信號25mV。、腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f2，且f21/1.1RC。腳是邏輯輸出端，其內部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。內部電路如圖3-18所示。 圖3-18 LM567內部電路（3）紅外避障模塊技術參數輸出電流：100mA；供電電壓：5V； 消耗電流：DC<25mA；響應時間： <2ms；指向角：15°,有效距離3-80CM 可調；檢測物體：透明或不透明體；工作環境溫度：-25+55。（4）電路設計當傳感器工作時，發送器（紅外發射二

49、極管）通過LM567控制下發送一定頻率的紅外光束，只要在前方一定角度范圍內有障礙物，則有部分光束反射回來，光再通過接收器的前面的光學元件如透鏡和光圈濾出有效信號；接收器（光電二極管）感應到反射光，則會產生電信號，然后經過運放器LM741放大后，再輸入LM567進行解碼，如接收到的頻率和發送的頻率一樣，LM567輸出數字信號（0），表示有障礙物；否則輸出數字信號（1），表示無障礙物。并帶有有輸出指示燈。電路圖如圖3-19所示。 圖3-19 紅外避障傳感器電路4.系統軟件的設計4.1 系統軟件流程4.1.1 主流程體統上電復位后，首先進行初始化，配置I/O口、傳感器驅動、液晶驅動等，然后檢測紅外避

50、障傳感器，判斷前方是否有人，若有讀取溫度傳感器溫度值和實時時鐘時間數據值；檢測光敏電阻傳感器，判斷光線強度；外部中斷口檢測是否有紅外遙控輸入，若有輸入，再配合是否有人和是否天黑兩個外部條件，對紅外接收頭接收的數據進行紅外解碼，再把解碼數據送入系統執行機構的子程序。系統主流程圖如圖4-1所示。圖4-1 系統主流程4.1.2 紅外解碼子流程紅外解碼子程序，是程序通過定時器外部中斷的方式解碼出碼值數據，在以條件判斷的形式結合外部環境條件，計算出執行功能數據、定時數據、溫度閾值數據。再每次解碼后蜂鳴器都會發出100ms的提示音。紅外解碼子流程如圖4-2所示。 圖4-2 紅外解碼子流程4.1.3 執行機

51、構子流程經過紅外解碼后，得到控制命令。系統先處理實時時鐘數據和溫度傳感器數據，根據控制命令數據，更具是否有人的條件驅動繼電器開關1，控制USB端口和LCD背光，沒人關閉LCD背光和USB口以節約電量的目的；再根據溫度閾值和實際溫度值的差值來計算出PWM波的脈沖寬度，并輸出PWM波；定時結束則關閉PWM波輸出并有定時結束提示音，提示時間一分鐘；同時更具外部光線強度智能開啟和關閉LED照明的繼電器開關。執行機構子流程如圖4-3所示。 圖4-3 執行機構子流程 4.2 系統軟件編譯4.2.1 編程語言選擇本系統主控芯片為51系列芯片，芯片編程可以選用匯編語言編程和C語言編程，匯編語言過程流程更清晰，

52、代碼更優化，不過介于本系統功能比較多，程序量比較大，故選擇C語言編程，編程便捷，更容易排錯。4.2.2 編譯器選擇KeilC51標準C編譯器為8051微控制器的軟件開發提供了C語言環境,同時保留了匯編代碼高效,快速的特點。C51編譯器功能不斷增強，這個集成開發環境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統，項目管理器，調試器。uVision4 IDE可為它們提供單一而靈活的開發環境。所以選擇Keil uVision4最為本次設計的集成開發工具。 5.系統調試5.1 硬件調試5.1.1硬件調試方法(1)檢查電路焊接好電路后，必須先認真檢查電路連線是否有錯誤。對照電路圖，按一定的順序逐級對應檢查

53、。特別要注意檢查電源是否接錯，電源與地是否有短路，二極管方向和電解電容的極性是否接反，集成電路和晶體管的引腳是否接錯，觀察焊點是否牢固，應特別注意電源系統檢查，以防止電源短路和極性錯誤，必要時利用數字萬用表的短路測試功能，可以縮短排錯時間。(2)排除電源故障在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，檢查VCC與GND之間電位，輸出啊電壓在 5V4.8V之間屬正常。(3)通電觀察一定要確定電路板電源端無短路現象后，才能給電路接通電源。電源一經接通，不要急于用儀器觀測波形和數據，而是要觀察是否有異常現象，如冒煙、異常氣味、放電的聲光、元器件發燙等。如果有，不要驚慌失措，而應立即關斷電源，待排除故障后方可重新接通電源。然后，再測量每個集成塊的電源引腳電壓是否正常，以確信集成電路是否已通電工作。(4) 指標測試在電路調試正常之后，開始根據設計要求電路的進行測試。測試并記錄測試數據，對測試數據進行分析，最后作出測試結論，以確定電路是否符合設計要求。如有不符，則應仔細檢查問