技术解析：基于AT89C52单片机的遥控电扇

本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 09:54 编辑

　　传统电风扇多采用机械方式进行控制，功能少，噪音大，各档的风速变化大。随着科技的发展和人们生活水平的提高，家用电器产品趋向于自动化、智能化、环保化和人性化，使得由微机控制的智能电风扇得以出现。随着电子制造业的不断发展，社会对生产率的要求越来越高，各行业都需要精良高效、高可靠性的设备来满足要求。作为一种老式家电，电风扇具有价格便宜、摆放方便、体积轻巧等特点。由于大部分家庭消费水平的限制，电风扇作为一个成熟的家电行业的一员，在中小城市以及乡村将来一段时间内仍然会占有市场的大部分份额，但电风扇功能简单，不能满足智能化的要求。本文利用了单片机的红外控制功能，对电扇的控制结构进行了重新的设计，使得人在距离电扇10m范围内就可以短程控制电扇，使得人不用走近电扇即可对电扇的风速进行调控，方便，实用，具有广阔的市场前景。
　　1 系统功能简介
　　传统的电扇都是由机械按键来控制电扇的启停，本设计采用红外遥控进行控制，由一单片机作为发射电路的主控部分，根据传统的机械按键也设计了4个按键控制，分别是关闭，小风速，中档风速，高风速。用户可以在夏天的时候，坐在沙发上，就可以完成电扇的打开，关闭，高速，低速的调节。
　　2 系统结构
　　该设计的系统的框图如图1所示。


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　　由图1我们可以看到该设计一共由6大模块构成，其中2个单片机AT89C52模块是相同的，他们分别是单片机的最小系统，具有单片机的最基本的启动和复位功能，其中按键部分完成按键功能，将0或者1的电平送给单片机进行处理，至于红外发送模块，功能就是把单片机编制好的红外编码发送出去，红外接收模块仅仅完成接收工作。后面的单片机模块完成对红外脉冲的解码，由不同的编码完成对电机的控制，也就相当于对电扇进行控制了。
　　3 系统硬件设计
　　3.1 遥控发射电路设计
　　如图2所示，该图为红外遥控发射电路图。


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　　在图2中，单片机采用AT89C52，这是遥控电路的主芯片。ATMEL公司生产的AT89C52单片机采用高性能的静态80C51设计，并采用先进工艺制造，还带有非易失性的Flash程序存储器，它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多。其主要性能特点如下：
　　*8kBFlashROM，可以擦除1000次以上，数据保存10年。
　　*256字节内部RAM。
　　*电源控制模式：1)时钟可停止恢复2)空闲模式3)掉电模式。
　　*6个中断源。
　　*4个中断优先级。
　　*4个8位I/O口。
　　*全双工增强型UART。
　　*3个16位定时/计数器：T0，T1(标准80C51)和增加的T2(捕获和比较)。
　　*全静态工作方式：0～24MHz。
　　在单片机的右半部分，接有4个按键分别是S2，S3，S4，S5与单片机的P0口的0到3号端口相连。P0口在用作输入的时候，必须接有上拉电阻。在单片机的左半部分是最小系统模块和红外发射部分，遥控器的信息码由AT89C52单片机的定时器1中断产生40kHz红外线方波信号，由P3.5口输出，经过三极管9013放大，由红外线发射管发送。改变电阻R3的大小可以改变发射距离。
　　3.2 红外遥控接收电路设计
　　单片机的左半部分是万能红外接收头IR1838，其管脚1为输出，管脚2，3分别是接地和电源的输入，电源电压仍然为5V，左半部分的单片机的最小系统完成的是单片机的复位功能和启停，右半部分电路是由一个DAC0808芯片构成，该芯片输出与一个放大器相连，通过放大后将电压加在直流电机的两端，从而驱动了电机的工作。关于DAC0808它的主要参数为，误差最大，快速建立时间为150ns，高速输入乘以转换率为：8mA/μs，电源电压为±4.5～±18V到，该芯片为低功耗的，最大功耗为33mW。该DAC是8位的，也就意味着输入的范围为0到255，输出的电压从0～10V变化的，这样最小精度为10/255V，但是经过一个集成放大器后，也就能驱动一个小小的电动机了。
　　4 系统软件设计
　　4.1 红外发射和接收原理
　　先讲一讲什么是红外线。我们知道，人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm;紫光的波长范围为0.38～O.46μm。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。
　　常用的红外遥控系统一般分发射和接收2个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明3种颜色。判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样：用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉距法来粗略判定。
　　接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。
　　由于红外发光二极管的发射功率一般都较小(100mW左右)，所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用μPC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽;一种是塑料封装。均有3只引脚，即电源正(VDD)、电源(GND)和数据输出(VO或OUT)。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管.非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。在本系统的中采用的是40kHz的红外发射波，接收装置采用的是万能红外接收头IR1838。