基于單片機(jī)的紅外遙控?zé)崴髟O(shè)計(jì)

摘要伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，人類社會(huì)的生產(chǎn)力得到了顯著的提升，而且信息化和自動(dòng)化的水平也在不斷地提高。這種趨勢的推動(dòng)，使得各行各業(yè)的工作效率和質(zhì)量都得到了改善，同時(shí)也為人們的生活帶來了更多便利，人們開始追求家用電器的智能化?，F(xiàn)今，越來越多的微型計(jì)算機(jī)被應(yīng)用于我們的工作和生活環(huán)境中，它們被稱為單片機(jī)并為我們提供各種服務(wù)。這些單片機(jī)具備高性能、低功耗和小體積等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制和處理任務(wù)，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，如智能家居、智能穿戴、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。單片機(jī)的應(yīng)用不僅提高了設(shè)備的智能化和自動(dòng)化程度，也為我們的生產(chǎn)和生活帶來了更多的便利和效益。本文介紹了一種基于單片機(jī)的紅外遙控?zé)崴鞯淖詣?dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了STC89C51單片機(jī)作為主控模塊，通過防水型DS18B20溫度傳感器采集實(shí)時(shí)水溫，繼電器控制加熱棒工作，設(shè)計(jì)了幾個(gè)獨(dú)立按鍵和紅外遙控模塊設(shè)置水溫的上下限和定時(shí)加熱，當(dāng)定時(shí)時(shí)間未結(jié)束加熱棒始終不工作，只有定時(shí)結(jié)束后加熱棒才會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)溫度和設(shè)置的溫度上下限控制加熱。同時(shí)設(shè)置了水位傳感器檢測實(shí)時(shí)水位自動(dòng)控制上水，方便使用，且具有良好的市場價(jià)格。關(guān)鍵詞：熱水器STC89C51單片機(jī)DS18B20溫度傳感器紅外遙控水位傳感器]。具體流程圖如圖4-18所示。圖4-18主程序流程圖sbit是單片機(jī)中位定義關(guān)鍵字，用于定義一個(gè)地址和名稱，方便程序的編寫。本次設(shè)計(jì)中定義了，設(shè)置鍵、加1鍵、減1鍵、退出鍵、蜂鳴器、繼電器、高低水位傳感器和水泵，以設(shè)置鍵為例，sbitkey_set=p1^0,將單片機(jī)的P1.0口定義位設(shè)置。uchar是unsignedchar的縮寫，代表一個(gè)無符號(hào)的字符型變量，可以存儲(chǔ)0到255之間的數(shù)字，通常用于存儲(chǔ)ASCII碼和二進(jìn)制數(shù)據(jù)。ucharTemperature_up和ucharTemperature_down定義為儲(chǔ)存溫度上下限，這兩個(gè)變量被聲明為全局變量，所以可以在程序的任何地方被調(diào)用和修改。如果需要在某個(gè)函數(shù)中使用這兩個(gè)變量，可以在下面的程序中直接使用它們的變量名。ucharset_f=0,定義了一個(gè)設(shè)置功能，初始值為0，表示不在設(shè)置功能上，為1時(shí)設(shè)置定時(shí)時(shí)間，為2時(shí)設(shè)置溫度上限，為3時(shí)設(shè)置溫度下限。unitnum定義了一個(gè)計(jì)數(shù)變量。ucharH定義為水位高度，為0時(shí)代表水位高，為1時(shí)代表水位低，為2時(shí)代表水位高。引腳定義和變量定義程序如圖4-19所示。圖4-19引腳、變量定義程序圖上電之后，各個(gè)模塊都要進(jìn)行初始化。LCD1602會(huì)顯示一段時(shí)間的init…，表示正在初始化。for(num=0;num<250;num++),這是一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)的語句，因?yàn)镈S18B20正常工作需要一定的時(shí)間，它使用了for循環(huán)來執(zhí)行一段代碼塊250次。其中，num變量被初始化為0，然后在每次循環(huán)中，都會(huì)檢查num是否小于250。如果是，則執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)的代碼塊，并將num增加1。當(dāng)num大于等于250時(shí)，循環(huán)終止。換句話說，這段代碼會(huì)重復(fù)執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)的代碼塊250次，每次循環(huán)num的值都會(huì)自動(dòng)增加1，直到num達(dá)到250為止，初始化程序如圖4-20所示。圖4-20初始化程序圖程序進(jìn)入一個(gè)while(1)的死循環(huán)，循環(huán)掃描按鍵，如果處于正常模式下，間隔一段時(shí)間就采集一次溫度數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度，然后將溫度值進(jìn)行顯示；如果處于設(shè)置模式下，則直接顯示設(shè)置界面,具體循環(huán)程序如圖4-21所示。圖4-21while(1)死循環(huán)程序圖4.3系統(tǒng)軟件的測試在用Keiluvision4編寫好的程序后，生成hex文件，再用CH340下載器下載程序到單片機(jī)里面，在此之前，需要焊接好完整的電路，并且檢測好焊點(diǎn)情況，具體操作在第5章。程序下載之后，根據(jù)硬件系統(tǒng)運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)LCD1602不能清屏，又查詢了LCD1602使用手冊，清屏指令代碼為LCD_write_command（0x01），發(fā)現(xiàn)能正常顯示內(nèi)容表示指令沒有錯(cuò)誤，但是不能正確清屏。仔細(xì)查看使用手冊并且上網(wǎng)查詢此類情況的解決辦法，發(fā)現(xiàn)LCD1602清屏指令需要1.64ms左右的延時(shí)，所以在清屏指令下加上40ms的延時(shí)，具體代碼如圖4-22所示。反復(fù)調(diào)整修改程序，最終得到一個(gè)完整的程序。。圖4-22正確清屏程序圖4.4本章小結(jié)本章主要講解了子程序中部分程序的實(shí)現(xiàn)的功能，如LED顯示字符的語句，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的語句，DS18B20讀取溫度和溫度轉(zhuǎn)換的語句，重置紅外遙控的語句，獨(dú)立按鍵和紅外遙控按下的語句。寫主程序之前，需要仔細(xì)閱讀各個(gè)模塊的頭文件，理解頭文件當(dāng)中語句的含義，這樣才能寫好主程序。當(dāng)理解頭文件的含義之后，定義好需要的管腳、函數(shù)和變量，寫好各部分子程序，主程序的代碼很多都是通過調(diào)用子程序完成的，這樣撰寫的主程序簡潔、可讀性高，還便于后期修改。第5章系統(tǒng)仿真和實(shí)物測試5.1系統(tǒng)仿真首先要在Proteus8Professional中繪制好完整電路圖，設(shè)置好參數(shù)并且導(dǎo)入主程序hex文件，系統(tǒng)完整電路圖如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)完整電路圖點(diǎn)擊左下角的仿真，LCD1602會(huì)有一段時(shí)間的初始化，接著上面會(huì)顯示當(dāng)前在傳感器設(shè)置的溫度值，溫度上限設(shè)置為38℃，下限設(shè)置為16℃，當(dāng)前為25.1℃，處于上下限中間故蜂鳴器不報(bào)警，繼電器未吸合。水位顯示High即高水位傳感器檢測到有水表示水箱水位已滿，水泵不需要工作，如圖5-2所示。圖5-2仿真開始時(shí)電路圖按下DS18B20溫度傳感器上左按鈕，將實(shí)時(shí)溫度模擬到10℃，此時(shí)低于溫度下限值，且沒有設(shè)置定時(shí)模式，繼電器自動(dòng)吸合，圖中顯示為觸板反轉(zhuǎn)，藍(lán)色發(fā)光二極管燈亮，表示開始加熱，如圖5-3所示。圖5-3繼電器吸合開始加熱電路圖按下DS18B20溫度傳感器上右按鈕，將實(shí)時(shí)溫度模擬到40℃，此時(shí)高于溫度上限值，繼電器斷開，藍(lán)色發(fā)光二極管熄滅，加熱停止，蜂鳴器鳴叫，如圖5-4所示。圖5-4超過溫度上限報(bào)警電路圖把溫度傳感器檢測的溫度繼續(xù)設(shè)置為25.1℃，一個(gè)處于上下限的溫度值即可，讓蜂鳴器不鳴叫，把高水位傳感器調(diào)到?jīng)]水的位置，低水位傳感器調(diào)制有水的位置，LED顯示Middle字樣，表示水箱水位處于中等情況，水泵未工作，如圖5-5所示。圖5-5中等水位電路圖再把低水位傳感器調(diào)到?jīng)]水位置，此時(shí)LED顯示Low，表示水位到達(dá)下限，水泵開始工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上水功能，同時(shí)蜂鳴器開始鳴叫，如圖5-6所示。圖5-6自動(dòng)上水圖將高低水位傳感器都調(diào)到有水位置，LED立即顯示High即水箱已滿狀態(tài)，讓水泵和蜂鳴器停止工作。按動(dòng)設(shè)置按鍵一次，T：xx開始閃爍，表示此時(shí)設(shè)置定時(shí)時(shí)間；設(shè)置鍵按兩次，H：xxx閃爍，表示此時(shí)設(shè)置溫度上限值；設(shè)置鍵按三次，L：xxx閃爍，表示此時(shí)設(shè)置溫度下限值；設(shè)置鍵按四次退出設(shè)置功能。加值鍵和減值鍵分別對(duì)設(shè)置的時(shí)間值或溫度值加1和減1，推出鍵表示設(shè)置完成，推出設(shè)置功能。設(shè)將溫度上限值調(diào)至40℃，下限值調(diào)至15℃，即顯示H：040L：015，如圖5-7所示。圖5-7重設(shè)溫度上下限電路圖把溫度傳感器的模擬溫度設(shè)置為10℃，定時(shí)時(shí)間設(shè)為為3分鐘，即LED顯示T：03。設(shè)置完成后，一開始繼電器沒有立即吸合，指示燈也不亮，如圖5-8所示。圖5-83分鐘倒計(jì)時(shí)電路圖當(dāng)三分鐘倒計(jì)時(shí)結(jié)束，溫度低于下限值且低水位傳感器檢測到有水，繼電器立即吸合，指示燈亮，開始加熱，直到加熱到上限值停止，如圖5-9所示。圖5-9倒計(jì)時(shí)結(jié)束繼電器吸合電路圖5.2實(shí)物測試首先，焊接好硬件電路，在通電前檢查電路是否出現(xiàn)漏焊，虛焊，焊錫過多短路、元器件的正負(fù)方向焊錯(cuò)的問題。對(duì)于漏焊和元件的正負(fù)引腳方向的問題，需要將實(shí)際電路與PCB圖仔細(xì)對(duì)照，依次檢查元器件是否在硬件電路中出現(xiàn)和引腳方向是否正確，如果發(fā)生遺漏和錯(cuò)焊，及時(shí)補(bǔ)焊和調(diào)整方向。對(duì)于虛焊和斷路的問題，用萬用表的兩根表筆檢測焊接線路和元件的兩端，把萬用表調(diào)至二極管檔，如果發(fā)出鳴叫，則電路導(dǎo)通；如果不鳴叫，則電路斷開。具體檢測方法如圖5-10所示，圖5-10中看出二極管檔報(bào)警指示燈亮，表示檢測的那段電路是導(dǎo)通的情況。圖5-10虛焊檢測方法對(duì)于焊錫過多短路的問題，根據(jù)選用電阻的阻值，將萬用表調(diào)到合適的電阻檔，兩個(gè)表筆檢測兩個(gè)焊點(diǎn)，如果電阻值接近0，則發(fā)生短路；如果電阻值較大，則沒有發(fā)生短路。具體檢測方法如圖5-11所示，圖5-11中看出阻值為0.975KΩ，所以該兩個(gè)焊點(diǎn)沒有發(fā)生短路情況。圖5-11短路檢測方法正確焊接和檢查好硬件電路后，將程序下載進(jìn)單片機(jī)后，然后就可以檢驗(yàn)是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。實(shí)際電路采用三節(jié)干電池供電，接通電源后，高低水位傳感器指示燈亮，表示水位傳感器已接通電源，LED顯示屏也正常工作，調(diào)節(jié)顯示屏上方的可變電阻使得顯示屏上的字符能夠看得清楚。此時(shí)，顯示屏上實(shí)時(shí)水溫為22.68℃，溫度上限為40℃，下限為16℃，水位顯示為High，表示高水位傳感器檢測到水，水箱已滿。水泵不工作，蜂鳴器也不報(bào)警。具體顯示如圖5-12所示。圖5-12高水位圖減少水箱中的水直至低于高水位傳感器高于低水位傳感器，低水位傳感器檢測到有水，高水位傳感器檢測到?jīng)]水。此時(shí)，顯示屏顯示水位為Middle。具體顯示情況如圖5-13所示。圖5-13中水位圖再次減少水箱里的水，使水位低于低水位傳感器下方，低水位傳感器檢測到?jīng)]水，顯示屏顯示水位為Low，水泵立即工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上水，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警，直到高水位傳感器檢測到有水，水泵停止工作，上水結(jié)束。具體情況如圖5-14所示。圖5-14低水位圖硬件電路中，四個(gè)獨(dú)立按鍵，從靠近電源開關(guān)往左依次為：退出鍵、減1鍵、加1鍵、設(shè)置鍵；而在紅外遙控電路中，退出、加1、減1、設(shè)置鍵依次對(duì)應(yīng)于“EQ”、“+”、“-”、“CH”。具體如圖5-15所示。圖5-15獨(dú)立按鍵和紅外遙控圖使用獨(dú)立按鍵將溫度上限改為38℃，使用紅外遙控將溫度下限改為25℃。此時(shí)，實(shí)際水溫為22℃左右，低于溫度下限值，繼電器自動(dòng)吸合，黃燈亮，模擬加熱設(shè)備工作。具體情況如圖5-16所示。圖5-16繼電器吸合圖將定時(shí)器調(diào)到1分鐘，此時(shí)繼電器未立即吸合，黃燈未亮，等到1分鐘倒計(jì)時(shí)結(jié)束，繼電器才吸合，才開始加熱。具體如圖5-17所示。圖5-17定時(shí)加熱圖5.3本章小結(jié)本章主要描述了用Proteus8Professional軟件對(duì)電路圖的繪制并且模擬仿真，能完成預(yù)期功能，但是Proteus8Professional不能對(duì)紅外遙控部分完成仿真，所以需要對(duì)實(shí)際硬件電路再次仿真測試。在實(shí)際硬件電路測試中，先對(duì)電路的焊接進(jìn)行了檢測，尤其對(duì)漏焊、虛焊和短路狀況采用了不同方法的檢測，再對(duì)檢測出的問題進(jìn)行具體解決。接著，根據(jù)需要不同高低的水位，不同上下限的溫度值，定時(shí)時(shí)間進(jìn)行實(shí)際的調(diào)整，來檢測功能是否能正常實(shí)現(xiàn)，如水泵自動(dòng)上水、繼電器吸合、LCD正確顯示信息、DS18B20正確采集溫度和紅外遙控控制等。最后，發(fā)現(xiàn)上述功能都能實(shí)現(xiàn)，電路檢測完成?？偨Y(jié)與展望本文針對(duì)過去傳統(tǒng)家用燃?xì)鉄崴鲿?huì)產(chǎn)生爆炸、漏氣等危害，通過分析紅外遙控?zé)崴鞯淖詣?dòng)控制系統(tǒng)，針對(duì)人工按鍵會(huì)發(fā)生觸電、太陽能熱水器溫度控制難度較大和不能隨時(shí)加熱、燃?xì)鉄崴髟斐少Y源浪費(fèi)和環(huán)境污染以及不能自動(dòng)檢測水位的缺陷，研究調(diào)查了用戶的需求，設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)的家用紅外遙控?zé)崴髯詣?dòng)控制系統(tǒng)，本文的研究總結(jié)如下：通過調(diào)查分析傳統(tǒng)熱水器的不足和用戶的具體需求，得出在傳統(tǒng)熱水器上功能的升級(jí)和性能改良，在遠(yuǎn)程紅外遙控控制和溫度和水位的檢測基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)整體方案。對(duì)于硬件的對(duì)比選型，本文針對(duì)防水性、操做簡單以及經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、可靠性做出了權(quán)衡利弊的選擇，硬件的維修也較為方便，減少耽誤整體正常運(yùn)行的可能。對(duì)于程序設(shè)計(jì)部分，采用了簡單的編程軟件，先寫各個(gè)模塊的功能程序，再在主程序中調(diào)用，便于以后的修改，可靠性和安全性高，效率顯著提升。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少了安全隱患和資源的浪費(fèi)，成本也在合理的控制，滿足人們的