周紅 魯曉天 何成飛

摘要：該文應(yīng)用紅外通信方式，實(shí)現(xiàn)了多路紅外發(fā)射與接收控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。發(fā)射電路主要由鍵盤、編碼芯片MC145026以及紅外發(fā)射管組成；接收電路主要由一體化紅外接收頭、解碼芯片MC145027以及STC89C52RC單片機(jī)組成。文中詳細(xì)介紹了各個(gè)單元電路的工作原理及其硬件原理圖，通過理論分析和電路安裝調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)紅外發(fā)射系統(tǒng)對單個(gè)紅外接收的8路設(shè)備控制。結(jié)果表明該系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，控制可靠準(zhǔn)確，故障率低，調(diào)試簡單的優(yōu)點(diǎn)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：紅外通信；MC145026；MC145027；STC89C52RC單片機(jī).

中圖分類號：TP302.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-3044（2015）03-0265-04

Design of Multi-channel Infrared Emission and Receiving Based on STC89C52RC Microcontroller

ZHOU Hong， LU Xiao-tian， HE Cheng-fei

（Electronics and Information Engineering School，Yangtze University， Jingzhou 434023， China ）

Abstract： The design of multi-channel infrared emission and receiving control system is realized with infrared communication. Transmitting circuit is mainly composed by the keyboard， encoder chip MC145026 and the infrared emitter； which receiving circuit is by the integrate reception， decoder chip MC14027 and the STC89C52RC microcontroller. This paper introduces the working principle of each unit circuit and its corresponding hardware principle diagram ， installation and debugging through theoretical analysis and circuit， the single infrared emission system of 8 single infrared receiving device control .The systems has advantages such as strong anti-interference， reliable and accurate control， low failure rate， and simple debugging. It has high application value.

Key words： infrared communication； MC145026；MC145027；STC89C52RC microcontroller

1 概述

隨著電子科技的迅速發(fā)展，紅外技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，紅外遙控的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各行各業(yè)和人們的生活的各個(gè)方面，伴隨著科技的的發(fā)展，人們對紅外技術(shù)的研究也越來越深入，應(yīng)用范圍也更加廣泛，特別是紅外遙感技術(shù)和紅外通信技術(shù)領(lǐng)域里、數(shù)字技術(shù)和傳感技術(shù)的巨大進(jìn)步，更是推動(dòng)了紅外技術(shù)的發(fā)展[1]。目前，無線產(chǎn)品在商業(yè)產(chǎn)品中的使用已相當(dāng)普遍，但是大多數(shù)都存在著很大的局限，多半采用的是模擬電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，這使得產(chǎn)品抗干擾能力比較差，精確程度不夠高，保密性能不夠好，而且采用模擬電路的調(diào)試和維護(hù)不方便[2]。隨著無線技術(shù)的發(fā)展，越來越多的遠(yuǎn)距離控制數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)引入了紅外線作為傳輸媒介進(jìn)行通信，組成了無線紅外遙控通信系統(tǒng)。采用此技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)，其成本低，精度高，保密性好，技術(shù)穩(wěn)定性強(qiáng)[3-5]。本文的核心是設(shè)計(jì)出基于STC89C52RC單片機(jī)的無線紅外多路遙控發(fā)射/接收系統(tǒng)的硬件電路和軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對8個(gè)受控對象的工作狀態(tài)進(jìn)行遙控，適用于工業(yè)，醫(yī)療，家用電器等設(shè)備的開啟或關(guān)閉控制。

2 紅外數(shù)據(jù)通信的原理

紅外通信是以紅外線作為通信載體實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間近距離的通信和信息的轉(zhuǎn)發(fā)，它一般由紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成，通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)。在發(fā)射端，發(fā)送的數(shù)字信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)制編碼后，送入電光變換電路，經(jīng)紅外發(fā)射管轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外光脈沖發(fā)射到空中；在接收端，紅外接收器對接收到的紅外光脈沖進(jìn)行光電變換，解調(diào)譯碼后恢復(fù)出原信號，這就構(gòu)成了紅外通信系統(tǒng)[6]。

3 本設(shè)計(jì)各部分設(shè)計(jì)電路及其功能實(shí)現(xiàn)

3.1 發(fā)送電路硬件電路設(shè)計(jì)

3.1.1 鍵盤輸入電路

本文中設(shè)計(jì)的輸入只有8個(gè)，而且所采用的微控制器有足夠的引腳，故可采用將每個(gè)按鍵輸出端直接接至微控制來構(gòu)成鍵盤輸入電路。若鍵盤中有按鍵按下，P1端口就會(huì)產(chǎn)生一組數(shù)據(jù)，微控制器直接讀取該數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理。鍵盤輸入電路如圖1所示。

圖1 鍵盤輸入電路

3.1.2 編碼電路

編碼電路是由集成電路MC145026及其外部電路組成，如圖2所示，它將單片機(jī)處理的按鍵數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)信號，經(jīng)調(diào)制后發(fā)射出去。具體做法是：采用STC89C52RC單片機(jī)的一個(gè)端口作為MC145026的數(shù)據(jù)端和地址端口，將MC145026的高2位地址直接接地，后3位地址作為擴(kuò)展，后4個(gè)數(shù)據(jù)位進(jìn)行編碼來控制8個(gè)設(shè)備，如表1所示。另外由單片機(jī)的一個(gè)引腳控制設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)使能信號，當(dāng)改引腳為低電平時(shí)，MC145026將所存儲(chǔ)的地址碼和數(shù)據(jù)碼通過數(shù)據(jù)輸出引腳將數(shù)據(jù)串行發(fā)送出去。

圖2 編碼電路

表1 MC145026設(shè)備編碼地址對照表

[設(shè)備編號＼&MC145026所分配的數(shù)據(jù)＼&1＼&00000 1000＼&2＼&00000 1001＼&3＼&00000 1010＼&4＼&00000 1011＼&5＼&00000 1100＼&6＼&00000 1101＼&7＼&00000 1110＼&8＼&00000 1111＼&]

說明：粗體字符表示自制引導(dǎo)碼，斜體字符表示數(shù)據(jù)碼

3.1.3 調(diào)制電路

為了提高傳輸信號的抗干擾能力，還需要將編碼信號調(diào)制在一個(gè)較高的頻率的載波上發(fā)射，本文中載波頻率為38KHZ，故可以采用CMOS門電路構(gòu)成的脈沖調(diào)制電路，如圖3所示。當(dāng)編碼信號輸出為低電平時(shí)，振蕩器不工作；當(dāng)編碼器輸出為高電平時(shí)，振蕩器正常工作。

圖3 調(diào)制電路

3.1.4 紅外發(fā)射電路

紅外發(fā)射電路是由三極管放大電路和紅外發(fā)射管組成，其中三極管主要是對發(fā)射信號進(jìn)行電流放大，當(dāng)基極電壓為高電平時(shí)，紅外發(fā)射管導(dǎo)通，向外發(fā)送信號，反之，三極管截止，紅外發(fā)射管不工作。如圖4所示。

圖4 紅外發(fā)射電路

3.1.5 發(fā)送電路設(shè)計(jì)中單片機(jī)主電路

發(fā)送電路設(shè)計(jì)中的單片機(jī)主芯片是采用宏晶公司的STC89C52RC芯片，其主要特點(diǎn)為采用Flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS—51完全兼容，且采用高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)，將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，能在線編程，成本較低，其接口電路如圖5所示。

圖5 發(fā)送電路設(shè)計(jì)中單片機(jī)主電路

3.1.6 發(fā)送電路設(shè)計(jì)中顯示電路

發(fā)送電路設(shè)計(jì)中顯示電路采用8段共陰數(shù)碼管組成，將外接引腳輸入相應(yīng)的高電平，即可點(diǎn)亮其中的發(fā)光二極管，通過發(fā)光二極管的顯示組合，可以產(chǎn)生相應(yīng)的字符顯示，如圖6所示。選用STC89C52RC的P0口作為輸出端，該端口輸出時(shí)已經(jīng)外接上拉電阻，所以驅(qū)動(dòng)能力比較強(qiáng)，用P0口作為驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管時(shí)，其對應(yīng)的編碼如表2所示，此部分與接收端顯示電路設(shè)計(jì)相同。

圖6 發(fā)送電路設(shè)計(jì)中顯示電路

表2 8段數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)編碼對照表

[顯示字符＼&共陰數(shù)碼管編碼＼&NC（不顯示）＼&FFH＼&0＼&3FH＼&1＼&06H＼&2＼&5BH＼&3＼&4FH＼&4＼&66H＼&5＼&6DH＼&6＼&7DH＼&7＼&07H＼&8＼&7FH＼&9＼&6FH＼&]

3.2 接收電路硬件設(shè)計(jì)

3.2.1 一體化紅外接收電路

紅外接收電路由一體化紅外接收頭及其外圍電路組成，本文中采用應(yīng)用較為廣泛的一體化接收元件IRM388S，它內(nèi)含高速林密度PIN光電二極管，其接口電路如圖7所示。

圖7 一體化紅外接收電路

3.2.2 解碼電路

解碼電路由與編碼芯片MC145026對應(yīng)的解碼芯片MC145027及其外圍電路組成，如圖8所示。

圖8 解碼電路

3.2.3 微控制器處理電路

接收電路中微控制器電路所采用的主芯片同發(fā)射電路中單片機(jī)主電路所采用的芯片相同，即STC89C52RC，其外圍接口電路如圖9所示。

圖9 微控制器處理電路

3.2.4 接收電路中設(shè)備電路

接收電路中設(shè)備電路由8個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)電阻組成，發(fā)光二極管的正極引腳接至限流電阻，負(fù)極直接接至微控制器引腳，如圖10所示。當(dāng)所對應(yīng)微控制器的引腳設(shè)置為輸入且為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，為高電平時(shí)，發(fā)光二極管熄滅，由此可以控制設(shè)備的工作和停止?fàn)顟B(tài)。

圖10 接收電路中設(shè)備電路

4 測試結(jié)果分析

4.1 38KHZ信號產(chǎn)生測試結(jié)果

38KHZ產(chǎn)生測試結(jié)果是通過示波器測量并打印的，其中部分打印結(jié)果如圖11所示，3次測量結(jié)果如表3所示。

圖11 38KHz示波器測量打印結(jié)果示例

表3 38KHz信號產(chǎn)生測試結(jié)果

[測量次數(shù)＼&測量結(jié)果＼&第1次＼&38.3979KHz＼&第2次＼&38.3989KHz＼&第3次＼&38.3978KHz＼&]

4.2 按鍵編碼測試結(jié)果

按鍵編碼測試結(jié)果是通過示波器測量并打印的，每個(gè)按鍵編碼測試的結(jié)果如表4所示。

4.3 受控設(shè)備控制測試及其顯示測試結(jié)果

受控設(shè)備控制的測試是通過外接的發(fā)光二極管亮滅來判斷的，顯示測試是通過數(shù)碼管顯示的字符來判斷的，每個(gè)按鍵按下所對應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)狀態(tài)以及數(shù)碼管顯示如表5所示。

說明：粗體字符表示當(dāng)前無設(shè)備正在運(yùn)行，斜體字符表示該設(shè)備未工作。

5 結(jié)論

本文主要是基于STC89C52RC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了多路紅外發(fā)射與接收，設(shè)計(jì)中的所采用的一體化紅外線接收頭IRM388S接收頻率在30KHZ至39KHZ之間，能夠正常的解調(diào)，使得設(shè)計(jì)具有硬件簡單、安裝方便、價(jià)格便宜、抗干擾能力強(qiáng)、控制可靠準(zhǔn)確。因此此系統(tǒng)適用于短距離、多終端的場合。同時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際中的具體要求，更換不同的負(fù)載，以滿足生產(chǎn)生活的需要。

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