基于单片机的红外遥控智能调光调速器的设计

摘要：设计了一种可以对普通电灯(风扇)进行无级调光(调速)的系统。常用的电视机万能红外遥控器进行操作。通过摇控器上的两个按键进行控制，一个控制设备负载的开与关，一个控制调光(调速)。系统还有自动记忆功能。同时，系统还设有手动按键调节与触摸调节功能。
关键词：无级调光(调速)；红外摇控；记忆

0 引言
    电子遥控技术已经十分成熟了，它能为我们的生活带来方便。在我们日常生活中，处处都可以见到它的影子。比如：在小汽车上，有遥控电子锁。遥控玩具、空调与电视机也用到了遥控。常见的遥控，一是无线遥控，二是红外遥控。红外是一种不可见光，它介于可见光和微波之间，既有可见光的性质，如：直线传播、反射、折射等，又具有微波的一些特性，如穿透力强。红外线遥控是目前使用最广泛的一种遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅安全可靠而且能有效地隔离电气干扰。
    借助于红外线具有的上述特性。利用红外传感器具有灵敏度高、响应速度快和光谱范围窄的特点，同时利用单片机结构紧凑、可靠性高、数据处理能力强、速度快、功耗小、成本低的特点、可以制作灵敏度高、抗干扰能力强、性能优良的红外遥控装置。

1 红外遥控原理
    通用的红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。应用编／解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器：接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。发射电路采用普通电视机上所使用的万能遥控器，在其上选择两个电视机不用的按键即可。

    由电视机万能遥控器发射红外编码，利用一体化红外接收头接收到红外编码经放大、解调后，再经过单片机软件解码后，驱动相应的I／O口工作，即可完成相应的控制功能。

2 单元模块设计
    本系统主要部件包括一体化红外接收传感器、STC89C52单片机系统、调光调速系统，电源电路。
2．1 一体化红外接收传感器电路设计
    HS0038是一种应用于遥控接收或其它方面的小型一体化接收头，中心频率为38．0kHz，可改善自然光的反射干扰，独立的PIN二极管前置放大器集成在同一封装上，内部原理见图2。

    HS0038环氧树脂封装提供一个特殊的红外滤光器，可防止自然光的干扰，HS0038有着极好的抗自然光的性能，可防止无用脉冲的输出。
    将HS0038一体化接收头输出端接在单片机的P3．2口上。一体化红外接收头接收到红外编码经放大、解调后，再经过单片机外部中断0 P3．2口，利用软件对P3．2口上的电平信号进行分析解码即可。
2．2 STC89C52单片机系统
    单片机系统为最小应用系统，包括电源电路、晶振电路、复位电路。这里不再作详细介绍。
2．3 调光调速系统
    电路由输入缓冲器、锁相环、控制逻辑、亮度记忆、相角指针、数字比较器和输出驱动器组成，见图3。电路的基本工作原理为(以调光为例)：人体带电与市电同频，当人体接触触摸片时，经输入缓冲级的削波、放大、整形，成为标准的MOS电平。触摸持续时间大于32ms小于332ms时，控制逻辑部分控制电路呈开关工作状态。当触摸持续时间大于332ms时，控制逻辑部分控制电路呈调光工作状态，输出触发脉冲相位角在41°至159°之间连续周期变化，并根据人眼的感受力，分为快、慢和暂歇三个过程。当触摸结束时，亮度记忆对该时相位角进行记忆，若再施与大于32ms，小于332ms的触摸，电路呈关状态时，相位角仍由该部分记忆，保证电路在下一次开状态时，保持原选定相位角，光源保持原亮度。触发脉冲与市电的同步，由锁相环保证，电路的工作时钟，也均由其产生。同时，电路还具有遥控(即远端触发)功能，和渐睡(即由亮至暗，最后关闭)功能，其延续时间由外电路设置。

    利用单片机可对上述电路进行遥控。以调光为例：将上述电路中的开关AN1并联在一个继电器K1常闭触头的两端。利用红外遥控器中的一个按键控制单片机对该继电器进行操作，每按一次该按键，继电器K1接通与关断(时间30ms左右)一次，即可实现对灯的开与关。将AN1两端再并联在另一个继电器K常闭的两端，利用红外遥控器中另一个按键控制单片机对该继电器进行操作，按一下该按键，继电器K2接通(调光中)。再按一下该按键，控制继电器K2关断(调光结束)。这样，就实现了红外遥控调光功能。调速原理与此一致，这里不作赘述。
2．4 电源电路
    电源可采用阻容降压法，电路如图4所示，注意电容C5要选择高压电容，电阻R4也需要一定的功率，可选0．5W的碳膜电阻。

3 程序设置
    软件设计主要分为主程序、遥控接收解码子程序、继电器驱动程序。利用单片机对红外信号进行快速解码的时候，采用外部中断的方式，中断的触发方式为低电平触发方式，具体的算法为：在外部中断服务程序中，如果起始码和结果码正确，进行解码，否则退出。在解码的时候，等待第一个高电平的到来，即红外遥控引导信号(一个9ms的低电平和一个4．5ms的高电平)，然后收集用户码高8位和8位键值反码数据，并存入一个数组中。解码的关键是如何识别“0”和“1”。程序中设计一个0．14ms的延时函数，作为单位时间，对脉冲维持高电平的时间进行计数，并把此计数值存入一个变量中。看高电平保持的时间是几个0．14ms。高电平保持时间必须比0．56ms长些，但又不能超过1．12 ms，否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此，在程序中，取0．14×6=0．84ms左右比较合理。
    “0”和“1”的具体要求判断由程序中的以下语句判断：
    IRCOM[j]=IRCOM[j]>>1；∥计数小于6，收到的是0，数据最高位补0。
    if(N>=8){IRCOM[j]=IRCOM[j]|0x80；}∥计数大于等于6，收到的是1，数据最高位补1。
    另外当高电平计数为30时(0．14×30=4．2ms)，说明有错误，程序退出。
    程序流程图见图5。

4 结论
    红外遥控调光电路的关键是红外遥控的解码，发射时利用现有的电视机万能遥控，使其有了第二功能。在解码红外信号上，应用了脉冲位置调制(PPM)法。即采集其高低电平宽度的方法，可以还原出信号的各个编码，简化了电路。同时，采用了专用调光调速芯片来控制负载，增强了系统功能、并且能安全、可靠地工作。本设计非常简单的实现了红外遥控信号解码，完成了无级调光与调速功能，效果令人满意。制作好的电路见图6、图7。

    源程序：
   
   
   
    总电路图：