浙江天台中学红外遥控电风扇
机电系 电子信息工程专业
【摘要】电风扇作为一种价格便宜、体积小巧的清热解暑的家用电器，在家庭中的普及率非常高，其技术的发展也越来越成熟。本文介绍了一种利用红外无线遥控来对电风扇调速定时的设计方法。整个系统的核心部分就是红外遥控和单片机控制。系统以AT89S51单片机为控制器，通过红外接收管接收遥控器信号，单片机解码后进行相应的控制。控制方面包括两个方面：自动控制和手动控制。自动控制状态下风扇根据温度自动调档；手动控制状态下通过遥控器定时和调速。系统的温度测量采用DS18B20数字温度传感器，定时采用DS1307时钟芯片。当前的时间和温度都可以通过液晶显示器显示。 fifa2003
【关键词】红外遥控、单片机、定时、调速
1引言
在炎热的夏天，人们离不开可以降温的家电，虽然在城市生活中空调已经非常普遍，但是电风扇引起便宜的价格、小巧的体积、摆放方便等优点仍然占领着中小城市和农村家庭的大部
分市场，而且技术也越来越成熟，功能越来越完善。
电风扇是利用电机驱动扇叶旋转以使空气加速流通来实现结束清凉的目的的，它起源于1830年，一名叫詹姆斯·拜伦的人从钟表的结构中受到启发发明了可以固定在天花板上的机械风扇，这种风扇利用发条驱动，但是要得到清凉的风需要爬到天花板高度上发条，使用很麻烦。1872年，法国人约瑟夫研制出靠发条涡轮启动、利用齿轮链条转动的机械风扇。到了1880年，美国人舒乐将扇叶直接装在电动机上，接上电源，利用电能控制风扇，这就是真正意义上的电风扇。1908年，美国的埃克发动机电气公司研制出了齿轮左右摇头的电风扇，防止了电风扇不必要的三百六十度转头送风问题。此后，电风扇的种类开始越来越丰富，台扇、吊扇、地扇、壁扇等，可以根据场合的需求选择种类，而且控制方式也开始改进，从旋钮、按钮的控制方式发展为触摸式、遥控式控制方式，后来又出现了可以定时、自动换挡的智能型风扇。
本文提出了一种可以通过红外遥控器实现定时调速控制风扇的设计方案，整个系统是以单片机为核心控制器来实现智能化的。目前，单片机以其高可靠性、高性能价格比，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，
到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。
由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机，在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。目前，可用于MCS-51系列单片机开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以极方便地利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。
2 方案设计
2.1 方案比较与选择
2.1.1 遥控方式选择
基于超声波遥控方式。超声波遥控方式中的超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作，同时，该种方式作用距离短，通用性强，可互换。假如采用无线电
遥控方式。无线电具有绕射和穿透性，不受角度、方向和障碍物的限制。但是由于我们生活的周围充满了电磁波和无线电波，所以无线电遥控很容易受到干扰，稳定性不够高。还可以采用为红外线遥控方式。红外线技术出现较早，成本低，控制内容多，抗干扰能力强，不会发生任何误动作，响应速度快，不会对其它电器产生干扰，体积小，成本低，功耗小，与其它方式比，可降低消耗功率90%，而且在日常家庭生活中，几乎家家都有电视遥控器，只需要利用电视遥控器，再用单片机加一个红外接收头就可以读取遥控器的键值，进而根据键值执行相应的操作。
所以综上所述，从家具布局和实用性方面考虑，本设计选用红外无线遥控方案。
2.1.2 定时方案选择
基于采用数字电路来搭建，利用555时基电路构成振荡器产生100Hz频率，再分频得到1Hz频率，即产生1中国节能投资公司秒计时。这种方案电路复杂，灵活性不高，而且准确度不够精确，不利于系统的扩展。
如果采用单片机作为系统控制单元，通过时钟芯片来实现计时功能，单片机负责将时间送入显示电路显示。这种方案电路简单、时间精确，使用方便。
所以综上所述，本设计本身必须使用单片机，结合单片机考虑选用第二种时钟设计方案比较恰当。
2.2 设计方案
本系统以AT89S51单片机为控制器，通过家庭万能红外遥控器实现遥控功能，接收端采用红外接收三极管接收红外信号并将其送至单片机，单片机根据不同编码确定不同按键，进而根据按键功能控制系统的工作状态。定时方面选用DS1307时钟芯片来提供时间基准。单片机控制测温通过DS18B20数字温度传感器实现，单片机根据温度的不同控制风扇的3个不同档次的工作状态。系统的温度和时间值都可以通过液晶显示器进行实时显示。系统设计方框图如图2-1所示。
图2-1 系统设计方框图
3 系统硬件设计
3.1 硬件设计应用环境简介
本设计硬件电路是在Protel电子设计软件环境下进行设计的，系统整体电路原理图见附录。
Protel电子线路设计软件是在TANGO基础上改进的电路CAD软件，它在原理图文件格式、印制板文件格式、原理图器件库文件格式、印制板封装库文件格式、原理图编译和网络表转换与检查等方面保持了与TANGO版本一致或兼容的前提下，对原TANGO版本做了一些改动。
Protel电子线路设计软件由原理图编辑、印制板设计、原理图输出、印制板输出、原理图器件库编辑和其他应用程序组成。
电路原理图的设计是印制电路板设计中的第一步，也是非常重要的一步。电路原理图设计
得好坏将直接影响到后面的工作。首先，原理图的正确性是最基本的要求，因为在一个错误的基础上所进行的工作是没有意义的；其次，原理图应该布局合理，这样不仅可以尽量避免出错，也便于读图、便于查和纠正错误； 最后，在满足正确性和布局合理的前提下应力求原理图的美观。
电路原理图的设计过程可分为以下几个步骤：
1、设置电路图纸参数及相关信息
30过氧化氢
根据电路图的复杂程度设置图纸的格式、尺寸、方向等参数以及与设计有关的信息，为以后的设计工作建立一个合适的工作平面。
2、装入所需要的元件库
将所需的元件库装入设计系统中，以便从中查和选定所需的元器件。
3、设置元件
将选定的元件放置到已建立好的工作平面上，并对元件在工作平面上的位置进行调整，对
元件的序号、封装形式、显示状态等进行定义和设置，以便为下一步的布线工作打好基础。
4、电路图布线
利用Protel所提供的各种工具、命令进行画图工作，将事先放置好的元器件用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，布线结束后，一张完整的电路原理图基本完成。
经纬线5、调整、检查和修改
利用Protel所提供的各种工具对前面所绘制的原理图做进一步的调整和修改。
6、补充完善
对原理图做一些相应的说明、标注和修饰，增加可读性和可观性。
7、保存和打印输出
这部分工作主要是对设计完成的原理图进行保存，包括存盘、打印输出等，以供以后的工作中使用。
3.2 红外遥控单元
3.2.1 红外简介
红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜的带位置上放置了温度计，试图测量各种颜的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒界。红外通讯，就是通过红外线传输数据。在电脑技术发展早期，数据都是通过线缆传输的，线缆传输连线麻烦，需要特制接口，颇为不便。于是后来就有了红外、蓝牙、802.11等无线数据传输技术。在红外通讯技术发展早期，存在好几个红外通讯标准，不同标准之间的红外设备不能进行红外通讯。为了使各种红外设备能够互联互通，1993年，由二十多个大厂商发起成立 了红外数据协会(IrDA)，统一了红外通讯的标准，这就是目前被广泛使用的IrDA红外数据通讯协议及规范。
生活中红外线的应用有：高温杀菌、红外线夜视仪、监控设备、手机的红外口、宾馆的房门卡、汽车、电视机的遥控器、洗手池的红外感应等。红外对管主要应用于工控和测速领
域。红外遥控利用的是红外光。人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，其中红外的波长范围为0.62-0.76μm，紫光的波长范围为0.38-0.46μm，比紫光波长还短的交紫外线，比红光波长还长的光叫红外线，红外遥控就是利用波长为0.76-1.5μm之间的近红外线来传送信号的。
3.2.2 遥控电路设计
本设计中作为发射部分使用的遥控器为M5046AP机芯的电视机遥控器。电视机遥控器应用的是红外收发原理，即遥控器前端侧面的红外发射管发射出红外信号，电路板上红外接收管接收到信号后送到单片机内部，经译码后变成相应的操作指令，以实现定时、遥控风扇的功能。其中遥控指令是由16位二进制编码组成的，前8位为用户码，为区别不同遥控器发射的指令，防止遥控器之间互相干扰；后8位为指令码。
红外接收管有两种：二极管型和三极管型的。二极管型的相应频率高，但是增益小，三极管型的响应频率低，但是增益高，而且输出为高低电平，信号可直接被单片机识别，无需A/D转换，因此本设计选用红外三极管作为接收管。红外接收管直接接至单片机的P3.2引脚。红外遥控器的内部关键电路和接收管电路如图3-1所示。
图3-1 遥控器内部关键电路及接收管电路
3.3 单片机控制单元
3.3.1 单片机简介
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 单片机也被称为微控制器，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。早期的单
片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51ANNALS系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。
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