低成本家居自动化控制系统(西安电子科技大学).doc

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1、摘 要随着电子技术，通信技术，网络技术的发展，人们的生活水平也普遍随之提高，原先的非自动非智能家居设备已经逐渐的不能满足人们的需求了，现在的家装要求的档次越来越高，生活家居要求一种人性化、自动化、一体化、智能化，基于其良好的发展前景和广阔的市场，本设计就低成本家居的自动化控制系统进行了简单的设计，该设计是基于单片机的一种学习型万能遥控器和一个红外接收控制器，该遥控器可以实现对各种红外线遥控器发射的信号进行识别、存储和再现等功能，从而实现对各类家用电器的控制。学习型万能遥控器由单片机、红外线接收、红外线发射、LED显示、按键和语音提示等部分组成。红外接收控制器能够接收遥控器发出的红外控制信号，按

2、照指令通过控制电机的正反转来控制窗帘的开闭。本设计详细介绍了学习型万能遥控器和红外接收控制器的软硬件设计方法，并给出了具体的各单元电路设计、程序设计及主程序流程图。关键词：家居自动化；红外遥控；单片机；语音学习；word文档 可自由复制编辑AbstractWith the development of electronic technology, communication technology, network technology, people s standard of living is also generally increase as the original non-auto

3、matic non- smart home devices have gradually can not meet peoples needs .The quality of the home improvement requirements are now more high , home life requires a humane, automation, integration, intelligent, based on its good prospects for development and the broad market , the design is a low-cost

4、 home automation control system for a simple design that is based on SCM a learning universal remote control and an infrared receiver controller . The remote control can be achieved on a variety of signals emitted infrared remote identification , storage and reproduction functions , enabling control

5、 of various types of household appliances . Learning Universal Remote received by the microcontroller, infrared, infrared transmitter , LED display , integral part of the keys and voice prompts . Infrared remote control receiver controller capable of receiving infrared control signals sent in accord

6、ance with the instruction by reversing motor control to control the opening and closing curtains . The design details of the hardware and software design learning universal remote control and infrared receiver controller , and gives each unit a specific circuit design, program design and main flow c

7、hart.Keywords: home automation; infrared remote control ;SCM;voice learningword文档 可自由复制编辑目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1智能家居的简介11.2智能家居的发展前景21.3课题研究的目的及意义21.4论文主要研究的内容21.5论文的组织3第二章 低成本家居系统的总体设计42.1低成本家居控制系统的设计思想42.2遥控器系统的总体设计42.2.1红外接收控制端的设计62.2.2红外发射端的控制6第三章 低成本家居的硬件电路设计83.1 遥控器系统的硬件电路设计83.1.1单片机的最小系统

8、的设计83.1.2 键盘电路的设计113.1.3 红外接收电路的设计123.1.4 红外发射电路的设计143.1.5 语音提示电路的设计173.1.6 LED显示电路的设计183.1.7 遥控器系统总体电路图的管脚说明193.2 红外接收控制器系统的硬件电路设计203.2.1 二进制信号的编码说明203.2.2 红外接收控制系统的工作原理213.2.3 接收端电路的总体电路管脚说明22第四章 低成本家居系统程序的设计234.1主程序的设计234.2键盘程序的设计244.2.1键盘子程序的设计244.2.2键盘连击现象及处理254.3学习子程序的设计264.4 LED显示子程序的设计274.5

9、语音子程序的设计274.6 红外接收控制器的程序设计29结 束 语31参 考 文 献32致 谢33附录A 遥控器及红外接收控制器总体原理图34附录B 源程序35第一章 绪 论蒸汽机的发明掀起了人类历史迈向工业的新篇章，而网络的出现无疑将信息化深深的烙印在了人类文明的璀璨长卷上。电子信息技术，控制技术的日益提升，社会信息化的逐步加快，促使人们的生活、工作、学习以及通讯的关系日渐紧密，信息化社会在改变人们生活习惯和工作方式的同时，也对我们的传统住宅提出了挑战。环视周遭，我们很容易的发现，人们对家居的要求早已不再只是简单的物质空间，更为关注的是一个高度安全、舒适以及美观方便的居住环境，先进的通信设施

10、，完备高效的信息终端，自动、智能的家电，网络化的资源管理及购物方式等等。现今社会人们日益膨胀的需求使得家居智能化已然成为一种趋势。1.1智能家居的简介家居智能化系统的概念起源于上世纪70年代的美国，随后，传播到欧洲、日本等国并且得到了很好的发展。在我国，智能家居这一概念推广较晚，约在90年代末家居智能化系统才得以进入国内，但发展速度惊人，至今已存在相当数量的智能化小区及住宅。所谓智能家居是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物，它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。家居智能化系统将家庭中各种与信息相关的通信

11、设备、家用电器以及家庭保安装置通过有线或无线的方式连接起来，并进行集中或异地的监控、管理，保持家庭住宅环境的舒适、协调。与普通的家居相比，智能家居不仅具备传统的居住功能，提供舒适温馨，高效安全的高品位生活环境，还将一个被动静止的居住环境提升为一个有一定智慧协助能力的体贴的生活帮手，进一步优化住户的生活质量。许多国家先后提出了不同的智能家居方案，例如，早期新加坡模式的智能化家居系统包括：安防报警、可使对讲、监控、家居控制、智能布线箱、宽带网络接入等。而现今的智能化家居系统拥有更加优越且复杂的配置。例如，网上购物、远程报警、紧急求助等新功能就是根据现在社会的发展，人们日益暴涨的需求而开发设计的。1

12、.2智能家居的发展前景由于智能家居系统还缺乏统一明确的国际标准，许多公司开发出的产品都是基于自己组的网络和信息交换协议，很多产品是针对特定的组网环境开发的，部分核心技术没有对外公布，技术复杂，直接导致了使用范围的局限性。再者，缺乏对应的第三方产品，各个接入设备之间不能兼容，互操作性差，不利于产品的扩充，因而进一步局限了产品的发展。再加上，有的系统成本过高，严重影响了产品的普及。因此设计一个符合国家国情和规范的集远程控制和本地控制为一体的智能家居控制系统是非常具有现实意义的，且势在必行。作为智能家居的核心系统的智能家居的控制系统，它的设计功能的完善必将推动住宅智能化的发展。而系统功能的集成化、用

13、户使用的傻瓜化以及市场的平民化将是智能家居控制器的发展趋势，系统也将逐步迈向绿色化。最终，我想全人类的梦想是智能家居控制系统将囊括所有的家事杂物，让我们真正的享受舒适温馨的家庭生活。1.3课题研究的目的及意义带红外遥控器的家电给我们的生活带来极大的方便，但遥控器多了很容易弄混，如果有一种可对家中各种红外遥控器发射的控制信号进行识别、存储和再现的智能型红外遥控器，用这样一个遥控器控制家中所有电器就可以很好的解决这个问题。为此，我们试着设计一种以单片机为核心的智能型遥控器及接收端。该红外遥控器可以很好地学习市面上流行的各种遥控器的红外遥控编码，并且能够学习和控制各种不同类型的红外遥控设备，给人们日

14、常生活中遥控红外家用电器时带来很大的方便。通过此设计可以提高我们对专业知识的运用能力，让我们把在大学四年中所学到的专业知识真正的运用到实践当中。在设计过程中使我们能够把专业知识系统的，有条理的连接起来。1.4论文主要研究的内容本次设计中的自动化控制系统实际上是一个独立自动化家居控制系统中的控制模块和接收模块，即一个学习型万能遥控器和一个窗帘接收器的设计。该设计主要是围绕核心单片机AT89S52来设计外围模块化电路，以及与各模块相配合的软件来实现遥控器的万能学习功能和窗帘的遥控开闭。与常见的遥控器不同的是本次设计中的遥控器采用了语音提示模块，能够帮助用户快速的进行操作。因为在往常的使用学习型遥控

15、器的经验中我们总是要照着说明书来进行操作，比较麻烦并且还容易出错。而本次设计中因为采取了语音提示模块，能够实时的对用户进行操作指导，学习型遥控器的易用性和成功率大大提高。总的来说，本次设计最主要的研究内容就是与单片机相匹配的单元电路的设计以及系统程序的设计。1.5论文的组织本文的具体内容安排如下：第一章绪论 全面介绍低成本智能家居的背景及发展前景，另外本论文还详细介绍了课题的设计思想和研究的主要功能即对学习型遥控器的设计和对窗帘的自动控制。第二章低成本家居的控制系统的总体设计，阐述系统的总体方案及可行性。第三章低成本家居的控制系统的硬件电路的设计，包括单片机的最小系统、键盘电路的设计、红外发射

16、电路和接收电路的设计、语音提示电路的设计、显示电路的设计、遥控器系统的总体电路管脚说明。第四章低成本家居的控制系统的软件设计详细分析了学习型遥控器的软件控制部分，最后对本次论文的设计工作进行总结并致谢。 第二章 低成本家居系统的总体设计本次设计的红外学习型遥控器及红外接收控制器，综合考虑设计的易行性和经济性，该设计的系统采用模块化设计。系统主要由发射单元、接收单元、存储单元、输入单元、显示单元、语音单元及其外围电路构成。发射单元实现红外发射功能，接收实现红外接收解码功能，存储单元实现对红外信号的存储，输入单元实现键盘的输入功能，显示单元实现系统的显示功能，语音单元实现系统的语音帮助功能。2.1

17、低成本家居控制系统的设计思想本系统的设计思想是利用单片机AT89S52对多个红外遥控编码的脉冲宽度进行测量，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的指定地址。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，通过三极管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。 遥控器有两种工作状态：“学习”状态和“控制”状态，使用者可通过学习/控制复用键（就是该系统原理图中所指的学习键）进行转换。当使用者在学习状态每按下一个控制键，红外线接收电路就开始接受红外线信号，同时将其转换成电信号，然

18、后经过检波、整形、放大，再由CPU定时对其进行采样，将每个采样点的二进指数据以8位为一个单位，分别存放到指定的存储单元中去，供以后对该设备控制使用。当遥控器处于控制状态时，使用者每按下一个控制键，CPU从指定的存储单元中读取一系列的二进制数据，串行输出(位和位之间的时间间隔等于采样时时间间隔)给信号保持电路，同时由调制电路进行信号调制，将调制信号经放大以后，由红外线发射二极管进行发射，从而实现对该键对应设备功能的控制。2.2遥控器系统的总体设计单片机AT89S52作为中央处理器来集中处理各部件传回来的信息以控制各个单元部件。工作的大致原理是AT89S52接收各个部件的信号并处理，分辨出系统当前

19、的工作状态，然后分辨出各部件传送的是存储信息还是控制信号，如果传回来的是存储信息则把该存储的信息存进对应的存储单元；如果传回来的是控制信号，则把处理好的控制信号再传送致各单元；系统总的结构框图如图2-1所示。控制器AT89S52LED显示红外发射电路语音模块红外接收解调器按键单元图2-1 学习型红外遥控器的总体设计 框图中的接收单元采用一体化红外接收头SM3311。一体化红外接收头SM3381能够接收和处理红外信号，接收来的红外信号经过一体化红外接收头的处理，能够转换成高低电平送给AT89S52存进对应存储单元，单片则能够将高低电平存储进自身的内存单元，这样就能够实现红外学习功能的接收阶段的工

20、作。红外发射单元则刚好与红外接收单元相反，当单片机检测到有控制信号进来时，单片机马上找到与控制相对应的内存单元，将其中的信息取出来，转换成高低电平送给红外发射头，由红外发射头经过9103系列放大三极管放大后送给红外二极管发射出去；本次设计的红外接收和红外发射模块都选择的是一体式接收器。按键单元用来输入，本次设计中的按键有17颗，其中1颗是学习/控制转换键，用于在学习和发射两种功能之间切换，其他16颗按键则是用户可以自定义功能的按键，由用户自行来选择每一颗按键将要学习的功能。比如，其中四颗用来学习电视机的遥控功能，另外四颗用来学习空调的遥控功能等等，选择非常灵活。本次设计中的LED 指示电路用来

21、指示遥控器当前状态，由于本次设计中的LED显示只用来显示发射“0”和接收“1”，所以显示模块设计起来比较简单，可以使用简化了的显示电路，以降低设计的繁琐性。本设计中比较有特色的是采用了常规遥控器所没有的功能语音帮助功能，该功能用来提示用户当前状态和指导用户进行遥控器学习功能的使用，其中最重要的还是用语音来帮助用户进行学习功能的使用，这将在实际的使用中为用户提供非常大的帮助。本次设计中的语音模块采用语音芯片ISD1420来实现。该芯片功能比较强大，能够满足任何学习型遥控器的要求。2.2.1红外接收控制端的设计本次设计中的红外接收控制端是一个红外窗帘接收控制端，该控制器基于单片机AT89S52设计

22、，主要由AT89S52，一体化红外接收头，中间触点，边缘触点，继电器和马达组成。系统的工作原理是一体化红外接收头检测接收红外信号，并且将红外信号变成高低电平送给单片机AT89S52，单片机AT89S52识别编码信号中的信息，产生相对应的控制信号送给继电器来控制马达正转反转，结合中间触点和边缘处触点传回的信号，单片机就能够精确的控制马达的停转，从而控制窗帘的遥控开启和关闭。红外接收控制端系统的总体框图如2-2图所示。系统框图中的单片机和红外接收头与本次设计中的学习型红外遥控器中的采用统一型号，它们在系统中所担当的角色和在学习型遥控器中差不多，区别在于红外接收控制器中的单片机不要存储红外接收头传回

23、的红外信息。该单片机接收经过红外接收头转换过的红外信号也就是高低电平后，能够识别红外信号里面所包含的控制信息，识别完成之后，单片机会自动产生一个控制信号去控制继电器达到控制马达操纵窗帘的开闭，从而实现窗帘的自动开闭。2.2.2红外发射端的控制本次设计中的红外发射电路中的载波信号直接由单片机模拟产生，经过三极管放大后，驱动红外发光二极管，在软件处理过程中应用延时程序模仿38kHz的红外载波信号，电路中放大三极管采用9013系列，红外发光二极管采用普通的遥控器中的器件。第三章 低成本家居的硬件电路设计任何一个系统都离不开硬件的支持，没有好的硬件的支持再精妙的软件都只是空中楼阁，根本发挥不了应有的功

24、能。由此不难看出硬件设计在电子设计中的重要性。硬件部分的设计在电子设计中是首当其冲的，设计一个系统最开始要考虑的就是硬件部分，只有在有了硬件之后才能去逐一设计与硬件相匹配的软件。3.1 遥控器系统的硬件电路设计出于对可行性和经济性两个方面的考虑，本次设计的学习型红外遥控器采用模块化的单元电路来完成设计。一个系统采用模块化的单元电路有很多的好处，模块化的设计使得系统的总体结构简单明了，便于设计人员随时检查更改；模块化的设计使得系统的功能大大增强；模块化的设计使得系统的设计难度大大简化。3.1.1单片机的最小系统的设计单片机的最小系统指的是由最基本的电路元件组成的，外接部分简单的电路就能够独立完成

25、一定的工作任务的单片机系统。52系列的单片机的最小系统由单片机芯片、电源、时钟电路和复位电路组成。（1）单片机AT89S52的概述单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小并且完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定

26、的任务。单片机性能不断提高，其应用系统也不断发展，就我国的8位单片机应用系统而言，从7080年代盛行的Z80到8090年代的INTEL8031，再到902000年代的INTEL80C51或AT89C51，而目前流行使用的AT89S52单片机是INTEL MCS-51系列的8位单片机。它具有40引脚，片内带8KB闪速存储器EEPROM，一般作程序存储器；片内带256KBRAM；提供32条I/O引脚，大部分引脚都可作数字和脉冲输入和输出；3个16位定时计数器，对外计脉冲数可使用单片机的P3.4(T0)或P3.5(T1)；6个中断源，其中直接提供外部中断处理可使用P3.2(INT0)或P3.1(IN

27、T1)；2个可编程标准串口，其引脚为P3.0(RXD)和P3.1(TXD)；时钟频率可达424MHz；具有睡眠状态，指令系统与8031指令系统完全兼容。除上述技术性能外，还有价格低廉，保密性强，功耗低，应用灵活、方便等优点。故选择低功耗、低价格的图3-1 AT89S52单片机AT89S52单片机为本设计的核心是较佳的选择。AT89S52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS51指令系统及805

28、2产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89S52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。本次设计就采用 AT89S52，其内部的8kB存储器足以存储遥控器自身的程序以及16个红外信号，免去了使用外部存储器的繁杂，并且它的价格便宜，功耗低，保密性强，可以应用灵活。本次设计中的单片机AT89S52的特性如下表3-1所示兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个

29、中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能表3-1 AT89S52主要功能特性表（2）单片机AT89S52的最小原理图由于本次设计方案只要采用一个单片机，故本次设计中的单片机采用最小系统设计。系统最小系统的接线如图3-2所示。3-2单片机的最小控制系统时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。单片机的定时功能是用片内的时钟电路和定时电路来完成的，而片内的时钟产生有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。单片机以晶体振荡器的振荡周期

30、为最小的时序单位，片内的各种微操作都以此周期为时序基准。振荡频率二分频后形成状态周期，一个状态周期包含2个振荡周期，振荡频率二分频后形成机器周期，一个机器周期包含有6个状态周期或者12个振荡周期，1到4个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间便是指令周期。本设计AT89S52的振荡方式选择内部震荡方式，片内高增益反相放大器通过XTAL1，XTAL2外接作为反馈元件的晶体（呈感性）与电容组成的并联谐振回路过程的一个自激振荡向内部时钟提供振荡时钟。电容的值通常取30pF左右。如图3-2所示：AT89S52的XTAL1和XTAL2之间加了一个12MHz的晶振，两个电容器C1、C2起稳定振荡频率、快

31、速起振的作用，电容值为10pF，实际电路中应该将电容器尽量靠近单片机。3-2 单片机最小系统当AT89S52单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。52系列单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，52单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检

32、查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。由于本设计只采用内部存储器，不会执行外部程序，因此EA端一般为高电平。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。本次设计中AT89S52的复位端RST接一个开关实现上电复位。上电复位在单片机每次通电时执行。上电时利用电容C1的充电延迟特性，+5V的电压全部落在电阻R2上高电平输入RST脚，单片机复位操作，但电容

33、C1充电接近结束时，电阻R2上电压趋于0，RST脚输入低电平，结束复位操作。手动复位开关在在单片机运行出错时用到，按下复位键K，高电平输入RST脚，强制单片机进行复位操 作，系统化可以退出错误运行状态。电源端Vcc接5V电源，双功能控制端E(_)A(_)/Vpp端接高电平，单片机优先访问片内存储器，当访问范围大于某一范围时，再转去访问片外存储器。3.1.2 键盘电路的设计本次设计遥控器共设置17个按键，其中包括一个学习/控制转换键和16个自定义控制键。16个控制按键中的每一个按键都可以学习一种红外信号实现一种功能，用户可以自己选择每一个键的功能，从而实现对电视机、空调、DVD等等家用电器的控制

34、。为了尽量节省单片机引脚的使用，本次设计中的控制键盘选择使用矩阵键盘，由16个轻触按键按照4行4列排列。将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。这种键盘外围元件少，扩充灵活，而且功耗低。键盘的硬件电路如图3-3所示。由图3-3可以看出，该键盘为4行4列（44）共16个键，使用8条I/O口作为控制线，其中P1.0、P1.1、P1.2、P1.3为扫描线，P1.4-P1.7作为列回复线。其工作原理是：首先使

35、P1.4-P1.7为低电平，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3为高电平，读取P1.4P1.7的状态并存放在某个存储器的低4位中，此时高4位置零。然后使P1.4P1.7为高电平，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3为低电平，读取P1.0、P1.1、P1.2、P1.3的状态并存放在某个存储器的高4位，而低4位为低电平。最后，将这两个存储器存放的数值取逻辑后，再判断其结果产生按键的键值。这种键盘的优点是及其的省硬件，缺点是编程稍显复杂，运行键盘扫描程序时对单片机时间的占用相对比较多一点，不过这对单片机AT89S52来说影响不会很大，因为图3-3 键盘硬件电路AT89S52有足够的RAM和存储空

36、间去处理数据。3.1.3 红外接收电路的设计本次设计中，在完全达到设计要求的情况下，尽量减小设计的难度，所以本次设计中的红外接收部分采用市场上常见的一体化红外接收芯片SM3381。而不是采用前置放大电路、解调电路、指令检出电路、记忆及驱动电路组成的红外接收电路；这种电路也能实现当红外接收器件收到遥控器发射二极管的红外光信号时，再将红外光信号变成电信号并放入前置放大器进行放大，再经解调后，由指令信号检出电路将指令信号检出，最后由记忆和驱动电路驱动执行电路。但是这种电路设计其它繁杂困难，接线多，元器件的参数匹配也相对比较复杂，并且最重要的一点是这种电路价格过高，甚至超过了一体化红外接收头的价格。所

37、以本文不予采用。（1）红外一体接收头SM3811的概述本次设计中红外接收电路选用了市面上常见的一体化红外接收SM3381。SM3381集光电转换、解码和放大于一体，可以不接任何额外的外接原器件就可以输出需要的脉冲。SM3381平时输出为高电平，当有遥控信号输入时，其输出为高低电平脉冲，故接收时一个码由一个低电平后跟一个高电平构成。利用不同长短高低电平的组合，可构成不同的码。一体化红外接收器SM3381，该接收器是黑色环氧聚光透镜，能够滤除可见光干扰，集红外接收和放大于一体，内含红外线接收管、选频放大器和解调器，不需任何外接元件，就可以完成从红外遥控信号中分离出基带信号，输出与TTL电平兼容的所

38、有工作。（电源引脚、地线和信号线）SM3381使用起来比较方便，电路结构简单。因为SM3381集光电转换、解码和放大于一体，可以不接任何外接元器件就可以解出需要的脉冲。此脉冲波可以直接被单片机捕捉并通过T0（P3.4）存储到单片机的数据存储器中，最后将学习结果存放到EEPROM中，还原时，AT89S52扫描按键，识别相应的键值，从EEPROM中取出对应键值的遥控基带信号，即二进制的高电平与低电平的维持时间，再把基带信号调制到由P3.3产生的38kHz的载波信号上。（2）红外接收电路原理图图3-4 SM3381红外接收电路本次设计中采用SM3381一体化红外接收器，其电路原理图如图3-4所示。一

39、体化红外接收头自己就有将红外信号转换成高低电平的功能。一体化红外接收头的输出端与单片机的P3.4口连接。word文档 可自由复制编辑当一体化红外接收头检测到红外的信号时候，直接能将红外信号送给单片的P3.4引脚，单片机将经过一体化红外接收头转换的红外信号存储至自带的内存单元中待下次对应的控制按键被按的时候再原封不动的拿出来。3.1.4 红外发射电路的设计本次设计中的红外发射电路中的载波信号直接由单片机模拟产生，经过三极管放大后，驱动红外发光二极管，在软件处理过程中应用延时程序模仿38kHz的红外载波信号，电路中放大三极管采用9013系列，红外发光二极管采用普通的遥控器中的器件。（1）9031系

40、列三极管概述9013三极管是一种三端器件，内部有两个离的很近的背靠背排列的PN结（发射结和集电结）。两个PN结上加不同极性、不同大小的偏置电压时，半导体三极管呈现不同的特性和功能。在此的三极管实现放大的功能，是将微弱的电信号不失真的放大到需要的数值，为了增强电信号几乎每个电子系统中都要用到放大电路。9013技术指标：集电极-发射极电压 25V集电极-基极电压 45V发射极-基极电压0.7V集电极电流IC Max 0.5A耗散功率 0.625W工作温度 -55 +150特征频率 150MHz三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因，首先是由于三极管BE结的非线性（相当

41、于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。在90系列，包括低频小功率硅管9013（NPN）、9012（PNP）、低噪声管9014（NPN）、高频小功率管9018（NPN）等。它们的型号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6（低频小功率硅管）、3AX31（低频小功率锗管）等，它们型号都印在金属外壳上。

42、我国生产的晶体管有一套命名规则：第一部分的3表示为三极管。第二部分表示器件的材料和结构，A： PNP型锗材料， B： NPN型锗材料 ，C： PNP型硅材料，D： NPN型硅材料 。第三部分表示功能，U：光电管， K：开关管， X：低频小功率管，G：高频小功率管，另外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。常用小功率品种三极管参数（表3-2）:参数型号极性PCM/MWICM/MAU(BR)CEO/VHFEICBO/UACOB/PF备注FT/MHZ9014NPN45010045600-10000.05塑封150表3-2 三极管的参数三极管有一个重要参数就是电流放大系数。当三极管的基极

43、上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。首先：根据电路工作频率确定选用低频管或高频管。低频观特征频率FT2.5MHz高频管的fT达几千兆赫，甚至更高。其次：根据三极管实际工作的最大集电极电流Icm，管耗Pcm，以及电源电压Vcc选择合适的三极管，要选用的三极管的PcmPcm，IcmIcm，U(BD)CEOVcc。对于三极管值的选择，太大了容易引起自身的振荡，这样的三极管工作起来不稳定，一般选在4

44、0-100之间。但是9014低噪声，高值，值达数百时温度性能很好，选用管子穿透电流ICEO越小越好，这样电路的稳定性好。三极管的主要参数反映了三极管各种性能的指标，是分析三极管电路和选用三极管的依据。电流放大系数，共发射极电流放大系数、共发射极直流电流放大系数、共发射极交流电流放大系数，共基极电流放大系数。Ic/mAVce/V图3-5 NPN型三极管共射极连接时的输出特性曲线集-基反向饱和电流ICBO：ICBO是指发射极开路，在集电极与基极之间加上一定的反向电压时，所对应的反向电流。它是少子的漂移电流。在一定温度下，ICBO是一个常量。随着温度的升高ICBO将增大，它是三极管工作不稳定的主要因

45、素。穿透电流ICEO：ICEO是指基极开路，集电极与发射极之间加一定反向电压时的集电极电流。该电流好像从集电极直通发射极一样，故称为穿透电流。ICEO和ICBO一样，也是衡量三极管热稳定性的重要参数。频率参数是反映三极管电流放大能力与工作频率关系的参数，表征三极管的频率适用范围。共射极截止频率f，特征频率fT，三极管的值是频率的函数，中频段=o几乎与频率无关，但是随着频率的增高，值下降。当值下降到中频段O1倍时，所对应的频率，称为共射极截止频率，用f表示，当三极管的值下降到1时所对应的频率，称为特征频率。在ffT的范围内，值与f几乎成线性关系，f越高，越小，当工作频率ffT，时，三极管便失去了

46、放大能力。如下图3-5所示为NPN型三极管共射极连接时的输出特性曲线。（2）红外发射电路原理图图3-6 9103系列红外发射硬件电路红外信号还原时，AT89S52扫描按键，识别相应的键值，从数据存储器中取出对应键值的遥控信号，即二进制的高电平与低电平的维持时间，再把信号调制到由I/O口产生的38kHz的载波信号上，通过红外发射单元电路将高低电平信号变成红外信号发射出去，从而实现学习和遥控的功能。系统的发射部分中的放大器采用9013系列三极管，红外发光二极管采用普通的遥控器中的器件。从单片机I/O口出来的高低电平信号经过三极管的放大后送给红外二极管发射出去，实现控制作用。发射电路的输入端接在单片

47、机的P3.3口，原理图如图如图3-6所示。3.1.5 语音提示电路的设计本次设计中的遥控器较以前的学习型遥控器的一个很大的优点就是设计了语音提示这一功能，语音提示功能能够直接指导使用者操作遥控器，省去了一边看说明书一边操作的麻烦，给了使用者极大的方便，该设计中语音提示功能采取语音芯片来实现。该设计中予以芯片采用采用一体化语音模块ISD1420。（1）语音芯片ISD1420的概述语音芯片ISD1420是语音处理集成电路，ISD1420芯片型号的最后2位数字表示语音录放时间的长度。录放音时间最长为20s。这种语音芯片内部有基准时钟源，以单一电源+5V供电。芯片的录放次数可达10万次，外围元件就可以构成一个录放音电路。在芯片内存储的语音信息可保存100年。配合相应的在录音和放音时可以通过按键控制，极其方便。ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国ISD公