智能家居中紅外遙控模塊的設(shè)計方案

本文通過遙控技術(shù)和單片機(jī)的相互結(jié)合設(shè)計在智能家居應(yīng)用的燈光控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)，用遙控的方式對系統(tǒng)燈光進(jìn)行控制。本方案主要解決信號的發(fā)射和接收，在信號的處理接收之后對不同信號的程序處理，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對燈泡的開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)。

　　引言

　　智能家居是指利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù) ,將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起 ,通過統(tǒng)籌管理 ,讓家居生活更加舒適、安全、有效。

　　隨著人們生活水平的提高和電子技術(shù)的發(fā)展，家居智能化已經(jīng)開始走進(jìn)了我們?nèi)粘５纳?。人們已?jīng)不滿足于按鍵式的手動開關(guān)來控制燈具，從而開發(fā)出了智能化水平更高的專業(yè)照明控制的遙控系統(tǒng)，其成本低，質(zhì)量高，應(yīng)用靈活方便。而由于具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，紅外線遙控已經(jīng)是目前應(yīng)用最廣泛的一種通信和遙控手段。

　　1 紅外線遙控基本原理

　　紅外線遙控就是利用紅外線(又稱紅外光)來傳遞控制信號，實(shí)現(xiàn)對控制對象的遠(yuǎn)距離控制。具體來講，就是由發(fā)射器發(fā)出紅外線指令信號，由接收器接收下來并對信號進(jìn)行處理并識別，再通過相應(yīng)的控制芯片，最后根據(jù)接收到的不同信號實(shí)現(xiàn)對控制對象的各種功能的遠(yuǎn)距離控制。

　　紅外線發(fā)射器由指令按鍵、信號產(chǎn)生電路、頻率調(diào)制電路、驅(qū)動電路及紅外線發(fā)射器件組成，如圖1 所示。當(dāng)指令鍵按下時，指令信號產(chǎn)生電路便產(chǎn)生所需要的控制指令信號。

　　這里的控制指令信號是以某些不同的特征來區(qū)分的。常用的區(qū)分指令信號的特征是頻率特征和碼組特征，即用不同的頻率或不同的編碼的電信代號代表不同的指令。這些不同的指令信號經(jīng)過頻率調(diào)制，最后由驅(qū)動電路驅(qū)動紅外線發(fā)射器件，發(fā)出紅外線遙控指令信號。

　　圖1 紅外線發(fā)射的組成

　　紅外接收器由紅外線接收器件、前置放大電路、信號解調(diào)電路、指令檢測電路組成，如圖2。當(dāng)紅外線接收器件接收到發(fā)射器的紅外線指令信號時，它將紅外光信號變?yōu)殡娦盘柌⑺腿肭爸梅糯笃鬟M(jìn)行放大，再經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后由指令信號檢出電路將指令信號檢出，實(shí)現(xiàn)各種操作。

　　圖2紅外線接收器的組成

　　要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遙控功能，就必須先選擇信號指令傳送的方式。根據(jù)遙控的方式和使用者場合不同，可以把這些控制信號特征進(jìn)行各種組合編碼。如電壓極性的組合方式，電信號相位的組合方式，電信號幅值的組合方式，頻率的組合方式，脈沖的寬度、相位、幅度等參數(shù)的組合方式及脈沖編碼組合方式等。脈沖編碼組合方式具有指令容量大，抗干擾能力強(qiáng)，保密性好及便于用邏輯電路來實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。

　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計方案

　　紅外遙控電路由發(fā)射電路和接收電路組成，發(fā)射部分由按鍵開關(guān)電路、控制芯片和紅外發(fā)射電路三部分組成。當(dāng)按下遙控按鈕時，單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，經(jīng)紅外發(fā)射二極管發(fā)射出去。接收部分由紅外接收頭、控制芯片、調(diào)光電路組成，當(dāng)紅外接收器接收到控制脈沖后，經(jīng)單片機(jī)處理，判斷是否對電燈進(jìn)行調(diào)光或開關(guān)，根據(jù)需要執(zhí)行相應(yīng)的操作，接收系統(tǒng)采用的是5 伏單電源電壓供電。如下圖所示：

　　圖3 系統(tǒng)設(shè)計框圖

　　2.1 遙控系統(tǒng)主控芯片

　　在本系統(tǒng)中選擇的是51 系列的AT89C51芯片，AT89C51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51 是一個低功耗高性能單片機(jī)，40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時內(nèi)含2 個外中斷口，2 個16 位可編程定時計數(shù)器，2 個全雙工串行通信口，AT89C51 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。

　　其將通用的微處理器和Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。2.2 紅外發(fā)射電路模塊

　　在本系統(tǒng)設(shè)計中，單片機(jī)發(fā)出的信號如何被紅外發(fā)射管識別，發(fā)射管能否正常發(fā)射紅外信號是發(fā)射電路要解決的關(guān)鍵問題。

　　要發(fā)射紅外信號，必須要有紅外發(fā)射器件。紅外發(fā)光二極管是一種能產(chǎn)生紅外光的發(fā)光二極管，目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm 左右，外形與普通發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。常見的紅外發(fā)射二極管有黑色，透明色，它與普通發(fā)光二極管的最大區(qū)別在于所發(fā)出的光為不可見光，而普通發(fā)光二極管發(fā)出的是各種顏色的可見光[5]，通常，紅外發(fā)光二極管分為兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是遙控發(fā)射型紅外發(fā)光二極管(即最常用的手持遙控器所用的紅外發(fā)射二極管);一種是近距離發(fā)射型紅外發(fā)光二極管，這種二極管把紅外光的發(fā)射與接收共集為一體。由于本設(shè)計實(shí)現(xiàn)的是家居遙控，因此采用第一種即可。

　　如圖4 所示為系統(tǒng)遙控發(fā)射原理圖，P1.0 口為按鍵輸入口;P2.0 口為紅外發(fā)射端口，用于輸出38kHz 載波編碼，脈沖經(jīng)9013(NPN)放大然后由紅外發(fā)射管輸出;第9 腳為單片機(jī)的復(fù)位腳，采用RC 手動復(fù)位電路;18、19 腳接晶振。

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