论文摘要：本文介绍了红外多路遥控系统。红外多路遥控系统可实现16路的红外开关控制。以码分制多通道红外遥控为设计的基本思路。通过键盘及代码生成电路、编码、脉冲调制振荡和红外发射构成红外发射电路。通过红外接收，解码以及由单片机控制的医码控制电路组成红外接收电路。
Abstract：The passage has introduced the infrared multichannel system of remote control. The infrared multichannel system of remote control can realize the infrared switch control of 16 roads. With yard divide into system the basic train of thought with much passageway infrared remote control of design. Through keyboard and code generation circuit, coding and pulse modulation vibration with infrared project to form infrared project circuit. Pass infrared take over , decode as well as the medical yard control circuit composition that controled by single flat machine are infrared to take over circuit.
Keyword ：the infrared multichannel system of remote control; MCU; infrared to project; infrared to take over
1.前言
1.1序言
随着技术的飞速发展，尤其是跨入2000年后，红外技术得到了迅猛发展。红外遥控已渗透到国民的各行各业和人们日常生活的方方面面，在自动化、生产控制过程、信息采集和处理、、红外制导、激光武器、电子对抗、监测、红外育种安全防范、家用电器控制及日常生活各个方面都得到了广泛的应用。
1.2国内外研究概况
目前国内外都在进行红外的研究开发，已取得了相当不错的成绩。红外技术的研究开发是自动化控制的主要方向。它的研究针对国民经济的各行各业和人们日常生活的方方面面，在工业自动化、生产控制过程、信息采集和处理、通信、红外制导、激光武器、电子对抗、环境监测、红外育种安全防范、家用电器控制及日常生活（如节能灯控制、自动门控制、节水节能控制、红外医疗与美容、智能玩具、空调、彩灯遥控以及VCD、SVCD和DVD机录放等）各个方面都在进行红外研究开发和控制。
1.3论文主要工作概述
针对国内外的发展情况，可见红外遥控系统是我国未来智能化发展方向。本课题要设计的红外多路遥控系统，主要红外发射和红外接收这两部分，本设计依托市面上常见的红外发射和红外接收元器件，使设计具有传输距离一般、硬件简单、安装方便、价格便宜的优点。本文所介绍的红外多路遥控系统，是采用码分制多通道红外遥控系统装置。早期的码分制的脉冲指令编码多采用分离元器件及小规模数字集成电路，编码、译码电路弄得很复杂，可靠性也差。但随着大规模数字集成技术的发展和日趋成熟，各种大规模专用集成编、译码集成器件的层出不穷，使外围元器件很少，电路简单，功能完善。
2.系统总体方案设计
2.1方案比较
方案一：采用频分制多通道红外遥控发射和接收系统。频分制的频率编码一般采用频道编码开关，通过改变振荡电路的参数来改变振荡电路的振荡参数和频率。当按下不同的编码键时，振荡器就会输出不同频率的指令信号。这些指令信号经驱动级放大后对高频载波进行调制，并驱动红外发光管发出红外光脉冲信号。
红外接收控制电路的组成框图包括红外接收光电转换器、前置放大器、频率译码电路、驱动级和执行机件等。当红外光电检测器接收到发射器发来的红外编码指令后，光电检测管随即将其转换成相应的电信号，再经过前置电压放大器放大后，加至频率译码电路和选频电路，选出不同指令的频率信号，并加至相应的驱动级及执行机件。对应每一频率的指令信号，应有一个相应的选频电路。
在频分制红外遥控电路中，代表控制指令信号的频率一般为几百赫兹至几十千赫兹。发射电路中的频率编码开关的位号应与接收电路中的选频电路的位号相对应，以选出不同频率的指令信号。
红外接收、译码电路由红外接收器、前置放大器、解调器、指令译码器、记忆和驱动级组成。红外光电二极管将接收到的红外光信号转变成相应的电脉冲信号，再经高倍数电压放大后加至解调器进行解调，然后由指令译码器解码出指令信号。指令译码器是与指令编码器相对应的译码器，用于脉冲指令信号译出。译出的指令信号加至相应的记忆和驱动级，驱动执行机件动作，实现红外光遥控。
图2-1： 方案一的方框图
方案二：采用码分制多通道红外遥控发射和接收系统。码分制的遥控指令信号是由编码脉冲发生器（一般由数字集成电路和少量外围元件组成）产生的。码分指令是用不同的脉冲数目或不同宽度的脉冲组合而成的。
指令编码器由基本脉冲发生电路和指令编码开关组成。当按下S1—Sn中的某个指令键时，指令编码器将产生不同编码的指令信号。该编码信号经调制器调制后变为编码脉冲调制信号，再经驱动电路功率放大后加至红外发射级，驱动红外发射管发出红外编码脉冲光信号。
图2.2： 方案二的方框图
2.2方案论证
方案一：采用频分制多通道红外遥控系统。主要用在单通道或者几通道的红外遥控系统中。能够形成一个无线的短距离的遥控系统。主要由发射和接收并执行两部分组成。先是发射部分，用户根据需要按下功能键，在经过编码后通过红外发光二极管发射出信号。经过无线传输后，接收部分接收到发射信号，然后经过芯片内部译码并执行对应遥控路上的发光二极管发光
方案二：采用码分制多通道红外遥控系统。主要用在多通道的红外遥控系统中，遥控系统抗干扰强。能够形成一个无线的中距离的遥控系统。主要由发射和接收并执行两部分组成。用户根据需要按下功能键，先是指令编码器进行编码，在进行信号调制，在由红外发光二极管发射出信号，经过无线传输后，接收部分接收到发射信号，先经过信号处理，在通过单片机软件译码，查表控制对应遥控路上的发光二极管发光
2.3方案选择
频分制红外光遥控电路比较简单，通常应用在遥控通道数目不太多的控制系统中。当频道数目较多时，选频电路和相应电路的数目加多，电路复杂，且各频道间的相互干扰加重，导致误控或误报。采用高品质因数的LC振荡器或选频回路，可提高选频精度和稳定度，但会使LC回路的体积加大，电路便得复杂，调试困难，也加大。因此，这次我们设计的是16路遥控，遥控数目较多，所以不宜采用频分制而采用码分制遥控方式。
3.单元模块电路设计
3.1红外发射电路设计
红外发射电路的设计包括4个部分：(1)键盘及代码产生电路，(2)编码电路，(3)调制振荡电路，（4）红外发射电路。
3.1.1 8421-BCD码控制电路的设计8421-BCD码控制电路采用CMOS型16路模拟开关集成电路CD4067，它和S2-S17按压开关等构成开关编码控制电路，将输入开关状态编成8421-BCD码，并由CD4067的第10，11，13，14脚输出地址码。CD4067的二进制编码的十进制（BCD）与S2-S17接通通道之间的关系如表1所示。
表3-1：CD4067的真值表
图3-2 8421-BCD码控制电路
3.1.2数据编码电路设计由集成电路MC146026组成的编码电路如图所示，虚线框内是MC145026的内部框图，外围器件RS、CTC、RTC决定编码器的时钟频率。在图中：A1-A5是地址线，A6/D6-A9/D9是地址/数据复用线，即MC145026可对9位并行输入数据进行编码，并在接收到传输启动信号（TE）时，输出串行数据。TE是传输启动信号的输入端。当它为低电平时，器件开始启动传输过程，为高电平时，器件完全被阻塞，无信号输出。RS、CTC、RTC是内部振荡器的外接元件，其参数决定振荡器的振荡频率。通常RS、CTC、RTC取值为400pF< CTC<15μF, RS=2RTC, RS>=20KΩ，RTC>=10kΩ，振荡器的频率f≈1/(2.3CTCRTC)，取值范围为1KHZ-40KHZ。若频率超过此范围，精度将降低。DOUT是数据输出端，依次送出经过编码的数据。
图3-3 编码电路
该振荡器的频率为1.6KHZ，RS=100KΩ，则CTC=2700PF，RTC=50KΩ。当振荡器经过4分频电路送至并/串转换电路作为时钟，将输入的代码按A1-A5、A6/D6-A9/D9的顺序移至三态编码器，对输入为“0”（低电平）时，输出为两个窄脉冲；输入为逻辑“1”（高电平）时，输出为两个宽脉冲；当输入为开路（高阻）时，输出为一个宽脉冲和一个窄脉冲。当TE为低电平时，MC145026按以上编码规律将输入A1-A5、A6/D6-A9/D9进行编码并输出串行数据。只要它保持低电平，MC145026可以不间断的输出
图3-4 MC145026的三态编码波形
3.1.3脉冲调制振荡和红外发射电路设计
为了提高传输信号的抗干扰能力，因此将编码信号调制在较高频率的载波上发射，设计的技术指标要求载波频率为50KHZ，所以采用CMOS门电路构成的脉冲调制振荡电路。它采用四2输入端与非门集成电路CD4011，其中YF2，YF3和R2，RP1、C2组成可控式载波振荡器。所谓可控是指该振荡器振荡与否取决于YF2第6脚电平的高低。当MC145026输出的编码脉冲为低电平时，振荡器不会振荡；当为高电平时，振荡器起振。振荡器的振荡频率取决于RP1C1时间常数，调节RP1使之振荡在40HZ。MC145026输出脉冲对振荡器的控制，实质上是编码脉冲对载波振荡器的载波调制，YF3输出的已调载波信号经YF4整形后，加至由VT1，VT2组成的达林顿型放大器的基级，经放大后驱动红外发光二极管发出红外载波调制指令信号。
图3-5 脉冲调制振荡电路和红外发射电路
3.2红外接收电路设计
红外接收电路主要由红外接收电路，解码电路和单片机控制的译码及控制电路组成。
3.2.1红外接收电路设计
虽然在设计中我们采用的是FPS-4091芯片，但由于它是由CX20106组成的，所以还是有必要对CX20106进行一定的介绍。红外接收管PH302将光信号转换为电信号，从CX20106的第一脚输入，经前置放大器，限幅放大器放大后送至带通滤波器，带通滤波器的中心频率与红外发射载波频率相同。检波器，积分器组成的解调电路对接收信号进行解调。施密特触发器对解调信号进行整形，从第七脚输出，该输出为集电极开路电路，因此要接上上拉电阻R3，外围器件R1，C1的参数决定放大器的增益，当R1=4.7Ω，C1=1υF时，电压增益约为79dB，R1增大，C1减小则会使增益降低。R2确定带通滤波器的中心频率，调节R2可使F0的变化范围为30KHZ—60KHZ。C3是检波电容，一般取值为2.2υF—4.7υF。R3是上拉电阻，一般取值为1KΩ—3KΩ。
图3-6 CX20106构成的红外接收电路
FPS—4091是一种高灵敏度接收组件，它内含一个红外光电二极管和红外接收放大电路。红外光电二极管选用PH302，红外接收器件采用CX20106。它的外壳用铜皮或铁皮封装，形成一个抗电磁干扰的屏蔽盒，外部只露出三个引脚。如下图所示为它的内部电路图，它其实与CX20106构成的红外接收电路差不多了，之所以选择FPS—4091是因为它比CX20106更集成化，更利于我们的操作。
图3-7 FPS—4091内部结构图
FPS—4091的输出信号经反向器放大、倒相后，经由VD2、VD3和C7组成的整流器电路整流、滤波后输出，可消除杂散的电磁干扰或瞬间接收到的红外光干扰信号。
图3-8 红外接收电路
3.2.2 解码电路设计
解码电路的功能是将解调后的串行数据进行解码，使其成为BCD控制代码，并使控制代码并行输出。MC145027是与MC145026配对使用的通用接收解码器，MC145027的内部结构及其组成的解码电路如图所示。图中数据提取电路的作用是判别和检测输入数据的特性；其外围电路中R1C1组成的电路用来判定接收到的脉冲是窄脉冲还是宽脉冲，时间常数R1C1应调整为1.72*编码器时钟周期，即
R1C1=3.95*RTCCTC
R2、C2组成的电路用来检测按接收到的末位信号，时间常数R2C2应等于33.5*编码时钟周期，即
R2C2=77*RTCCTC
这个时间常数用来判定输入Din保留低电平的时间是否已达到4个数据周期，达到了则数据提取电路将提取到的低电平信号送到控制电路，控制逻辑电路使有效传输输出端VT为低电平，此时传输终止。
图3-9 解码电路及其内部组成图
收到的串行数据从MC145027的第7脚输入，经数据提取电路判别后与序列发生器产生的本地地址 码一比特一比特的进行比较。如果第一次收到的地址码和本地地址码相符，则将紧接着收到的4位数据码储存在内部4比特移位寄存器中（不移到输出锁存器）。当第二次收到的地址码仍与本地地址码相符，则将新收到的数据码与上一次存储的数据码加以比较，若两次相同则控制逻辑电路使有效传输输出端VT为高电平。4比特移位寄存器中的数据码转移到输出锁存器，并且在输出锁存器保留，直到新的数据代替它。保留在锁存器的数据经缓冲器后输出，同时有效传输输出端VT保持高电平。若两次不相同或4个数据周期内没有收到信号，则VT为低电平。
在发送端，MC145026的地址信息和数据信息均可用三态码来表示，但在接收端，地址可置成三态地址，而数据中的“开路”将被译为1。因此数据信息必须是1或0。
图3-10 封装后的解码电路
3.2.3 译码及控制电路设计
经过解码电路后我们采用的是单片机进行译码，这样不仅硬件电路利于扩展，而且还使电路看起来简单。用P1口的P10--P13来作为经过解码后的单片机的输入，然后通过对其编程实现译码，译码后用P0和P1口共16个引脚来作为译码后的输出去控制利用发光二极管作成的开关显示部分。
图3-11 单片机控制电路
图3-12 开关指示电路
3.2.4电源电路设计
图3-13 直流稳压电源的组成框图
（1）电源变压器：将220V,50HZ的交流电压转换成10V整流电路
（2）滤波电路：利用电感和电容的阻抗特性，将整流后的单向脉动电流中的交流分量滤去，是单向脉动电流变换成平滑的直流电。
（3）稳压电路：当电网电压波动或负载的变动会导致负载上得到的直流电不稳定，影响设备的性能，用稳压管，即采用一些负反馈方式的稳压电路，使之自动调节不稳定因素，从而得到稳定电压本图中二极管的作用是：放电使LM系列两端的电压差稳定（约0.5-0.7V），小电容的作用是防止自激振荡，后面的电容有存储能的作用，5V电源的发光二极管是指示灯，供电部分输入220V、50HZ的交流电，输出电压+5V，供给整个电路电源，电流最大为400mA； LM7815和LM7805负载重，功率大，加装了散热片，LM7915则不需要散热片，这样在保证了性能的同时也降低了，对于电容的选择要考虑LM7815 、LM7805 和LM7915最小允许电压降Ud,电网的波动。
参数计算：
（1）允许纹波峰峰值△t=18*1.414(1-10%)-0.7-Ud-15=4.9V
C=I*△t/△U=1430μf
选取滤波电容C=2200/30μf
（2）+5V电源
允许的最大纹波峰峰值△t（max）=9*1.414(1-10%)-1.4-2.3-5=2.76V
C=I*△t/△U=3600μf
选取滤波电容C=4700/16μf
图3-14 电源部分电路图
4.软件设计
4.1译码控制部分的软件编制
首先来看我们的编程思路，即程序的流程图。我们在查询有了解码以后将其分为了两组。而不是一起的。
4.1.1定义程序
#ifndef _define_h
#define _define_h
#include<reg52.h>
#include<stdio.h>
sbit EOC = P1^4;
#define uchar unsigned char
#endif
4.1.2主程序
#include "define.h"
uchar code disp[]={
0xFE,0xFD, 0xFB, 0xF7, 0xEF, 0xDF, 0xBF,0x7F, //P0 管脚为低电平时，发光二极管发光
0xFE,0xFD, 0xFB, 0xF7, 0xEF, 0xDF, 0xBF,0x7F //P2 管脚为低电平时，发光二极管发光
};//P0口与P2口各管脚依次为低
uchar temp,i;
main()
{
P0=0xff;P2=0xff;P1=0x00;
EOC=0;
while(1)
{
if(EOC=1)//查询有解码信号输出？有EOC=1
{
temp=P1;//把P1口 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 上的解码数据存入temp
if (temp<0x08)//如果temp小于9，为前八路遥控，
{
i=temp; //P0口为前8路的显示指示，通过查表控制对应那路的显示发光
P0=disp[i];
}
else
{
i=temp;//P2口为后8路的显示指示，通过查表控制对应那路的显示发光
P2=disp[i];
}
}
}
}
5．系统调试
在器件焊接好后我们先进行硬件调试，电源模块调试：依据电源模块电路图把元器件焊接好之后，仔细检查元器件是否焊接有误，电路板是否存在虚焊或焊渣短路等现象，检查无误后，把稳压电源的一端接上单片机电源接口，打开稳压电源开关，调节到7V左右，接着用试触法，把另一端与模块电源另一端试触，试触时间要短，观察稳压电源的电流显示，如果电流不是很大，一般小于0.1A，证明焊接可以，如果电流很大，则要再检查电路是否真的焊接好了。假如试触没有大的电流，就把稳压电源加到电源模块上。把万用表打开到20V量程档，把万用表的接地端，即黑表笔接到单片机插座的第20引脚上，单片机20引脚是接地的，再用万用表的红表笔试触单片机的第40引脚，40端是接电源的，试触的同时观察万用表，如果万用表显示不超过5V，则证明焊接没有我们问题，假如电压很高，则证明焊接还需仔细检查，至此电源模块调试完毕。单片机模块调试：电源模块调试完毕后，把元器件插进插座，仔细检查无误后，接上电源，我们利用单片机本身的程序，假如单片机是好的，电路焊接也没有问题，我们可以观察到8个发光二极管流水似的轮流发光，假如没有反应，则检查电路板和器件。把万用表打开到蜂鸣档，万用表接地端接到二极管接地端，电源端接试触接到另一端引出脚上，假如看到发光二极管发光，则证明发光二极管焊接正确。确保硬件没有问题后，我们进行软件调试。从而进行各部分模块调试。
5.1红外发射机的调试
红外发射机的调试可以按照控制代码---编码---脉码调制---红外发射的顺序进行调试。（1）调试控制代码形成电路即键盘及其代码产生电路时，可依次固定16路的按键电平为低电平，用示波器依次测试CD4067的输出ABCD点的电平，应符合BCD码的电平。（2）调试编码部分时，应先将编码时钟频率调到设计值，可用频率计在MC145026的第12脚测试，然后按下第一路按键电平为S1，用双踪示波器测MC145026第12脚的时钟波形和第15脚的输出波形。（3）调试脉码调制振荡电路，应先与编码输出断开，将载频调到设计值。再与输出相连接，使第一路按键为低电平，用示波器测其波形，观察与设计预期波形是否相符。
5.2红外接收机的调试
红外接收机的调试应先调接收电路的增益和接收中心频率，从使用的是通用型FPS-4091红外接收模块，在第二脚用示波器检测其输出波形是否是输出整形后的指令码脉冲。在红外接收时还需要对单片机的软件部分进行调试，看其是否符合要求。
5.3联机调试
系统在连调时,可先将编、解码电路进行有线连调，即将红外发射器的输出（MC145026的第15脚）与红外接收机解码器的输入（MC145027的第9脚）直接相连，按各路按键，所对应的发光二极管能亮、灭转换。有线联调正确后，则可进行无线联调。
在无线联调时常见的故障是遥控距离较短，不满足要求，一般可通过增大红外管发射电流，或将几个红外发射管串联发射等，还可以将红外发射管和红外接收管均放入黑盒屏蔽，仅在发射和接收处开个小窗口，这样可消除杂散红外光的干扰，使有用信号增强。
引起遥控距离较短的原因还有可能是发射的载波频率与接收机带通滤波器的中心频率不一致，可试着微调发射载波的频率，观察遥控距离的变化，使系统达到最佳工作状态。
6.系统功能和指标参数
6.1红外多路遥控系统的功能
1、遥控路数为16路。
2、可控制设备的开关状态，并且在接收端能判别开关信号，以发光二极管的亮、暗表示受控设备的开关。
3、工作频率为40KHZ。
4、遥控距离不小于3m。
6.2系统的指标参数
在设计其载波频率为40KHZ时，着主要取决于RC振荡器RC时间常数即
F0≈1/（2.2(R2+RP1)C1）
调节RP1的值就可使振荡频率为40KHZ。
红外多路遥控系统根据其所在的位置不同就有不同原因的干扰。根据其来源不同，主要有空间干扰(通过电磁辐射进入)、供电系统干扰以及印制板与电路间产生的相互干扰。所以在设计上，应该采取必要的软硬件措施，免除和减小各种不良因素对系统的影响和损害，从而提高系统的稳定性和可靠性。
本系统在硬件设计过程中，主要采取以下几个方面的指标来提高系统的抗干扰能力:对于空间辐射干扰的抑制，主要解决办法是屏蔽。静电屏蔽使用导体即可。为达到电磁屏蔽的目的，可以把控制系统安装在用铁板做成的封闭机箱内，来屏蔽外部静电和电磁场的干扰。
①设计印制电路板时，合理布线，力求将系统中个元件之间、电路之间可能产生的不利影响限制在最低程度；
②元件排列及信号走线尽量有序，短直，简洁，避免相邻电路相互影响；
③尽量避免过长的平行走线，减少布线的分布电容；
④接地线尽量加宽以减少接地电阻，并解决好接地点问题；
⑤了避免印制电路形成环路接受噪声形成干扰；
⑥按钮等在操作时会产生火花，必须利用RC电路加以吸收；
⑦电源的设计将强弱电严格分开，不把它们设计在一块电路板上，电源线的走向尽量与数据传递的方向一致。在印制电路板的各个关键部位配置去藕电容，电源输入端跨接10uF的电解电容。每片集成电路电源的引脚上并接O.OluF高频电容。对于抗噪声能力弱、关断时电流变化大的器件,应在芯片的电源线((VCC)和地线(CGND)间直接接入0.01uF去耦电容。
⑧CMOS芯片的阻抗很高，易受外界的干扰，故电路中不使用的输入端不允许悬空，否则会引起逻辑电平不正常。根据实际情况，将多余的输入端与正电源或地相接。
7.设计
此次智能仪器课程设计经过为我的不懈努力，目前基本达到了预期的要求，通过对整个系统的调试，可得到如下结论：16路开关可通过红外发射和接收对遥控距离不小于3m的可控式开关进行控制，这次是以发光二极管的亮、暗表示受控设备的开关，即可让正确的发光二极管暗或亮。而且在译码部分利用的是单片机还可以进行扩展，增大该系统的功能。但由于时间关系，扩展部分就只有用其他时间加以改善，实现更强大的功能。
使系统结构简单，可靠性高，低，实用效果良好。在本次设计中，首先是加强了我对红外接收和红外发射的掌握，这方面是目前比较热门的话题，通过这次的课程设计也增加了我对学习红外部分的兴趣。其次，也加深了对单片机知识的学习，把以前没有搞懂的知识理解了，使单片机学习不在是停留在书本知识的学习，而是将其应用与实践中，使其成为一个系统的体系。还有就是通过设计我也认识到软件的编程工作不光可以用汇编来完成，还可以用高级语言来实现，如C51等，这样可以使编程更简单、容易。但我在这方面还懂得不多，因此我将在以后的时间中加强这方面的学习，使自己在软件设计方面有更大的进步和发展。最后，我认为自己的设计还是不够完美，其中还有一些地方应该得到改进，，我相信再以后的学习中我会更加努力希望在单片机设计方面有所发展。
首先感谢靳斌老师的。在设计和论文过程中，我始终得到老师的悉心教导和认真指点，使得我的理论知识和动手操作能力都有了提高。同时，也得到了同学的帮助，我们一起学习和研究,使我受益匪浅。
最后，感谢所有给予我关心和支持的老师和同学!
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