智能家居精華設計方案參考集錦（一）

一、智能家居中紅外遙控模塊的設計方案

本文通過遙控技術和單片機的相互結合設計在智能家居應用的燈光控制系統，該系統是基于單片機的控制系統，用遙控的方式對系統燈光進行控制。本方案主要解決信號的發射和接收，在信號的處理接收之后對不同信號的程序處理，通過軟件編程實現對燈泡的開關和亮度調節。

　　引言

　　智能家居是指利用先進的計算機技術、網絡通信技術、綜合布線技術 ,將與家居生活有關的各種子系統有機地結合在一起 ,通過統籌管理 ,讓家居生活更加舒適、安全、有效。

　　隨著人們生活水平的提高和電子技術的發展，家居智能化已經開始走進了我們日常的生活。人們已經不滿足于按鍵式的手動開關來控制燈具，從而開發出了智能化水平更高的專業照明控制的遙控系統，其成本低，質量高，應用靈活方便。而由于具有體積小、功耗低、功能強、成本低的特點，紅外線遙控已經是目前應用最廣泛的一種通信和遙控手段。

　　1 紅外線遙控基本原理

　　紅外線遙控就是利用紅外線(又稱紅外光)來傳遞控制信號，實現對控制對象的遠距離控制。具體來講，就是由發射器發出紅外線指令信號，由接收器接收下來并對信號進行處理并識別，再通過相應的控制芯片，最后根據接收到的不同信號實現對控制對象的各種功能的遠距離控制。

　　紅外線發射器由指令按鍵、信號產生電路、頻率調制電路、驅動電路及紅外線發射器件組成，如圖1 所示。當指令鍵按下時，指令信號產生電路便產生所需要的控制指令信號。

　　這里的控制指令信號是以某些不同的特征來區分的。常用的區分指令信號的特征是頻率特征和碼組特征，即用不同的頻率或不同的編碼的電信代號代表不同的指令。這些不同的指令信號經過頻率調制，最后由驅動電路驅動紅外線發射器件，發出紅外線遙控指令信號。

　　圖1 紅外線發射的組成

　　紅外接收器由紅外線接收器件、前置放大電路、信號解調電路、指令檢測電路組成，如圖2。當紅外線接收器件接收到發射器的紅外線指令信號時，它將紅外光信號變為電信號并送入前置放大器進行放大，再經解調器解調后由指令信號檢出電路將指令信號檢出，實現各種操作。

　　圖2紅外線接收器的組成

　　要實現系統的遙控功能，就必須先選擇信號指令傳送的方式。根據遙控的方式和使用者場合不同，可以把這些控制信號特征進行各種組合編碼。如電壓極性的組合方式，電信號相位的組合方式，電信號幅值的組合方式，頻率的組合方式，脈沖的寬度、相位、幅度等參數的組合方式及脈沖編碼組合方式等。脈沖編碼組合方式具有指令容量大，抗干擾能力強，保密性好及便于用邏輯電路來實現等優點，得到了廣泛的應用。

　　2 系統硬件電路設計方案

　　紅外遙控電路由發射電路和接收電路組成，發射部分由按鍵開關電路、控制芯片和紅外發射電路三部分組成。當按下遙控按鈕時，單片機產生相應的控制信號，經紅外發射二極管發射出去。接收部分由紅外接收頭、控制芯片、調光電路組成，當紅外接收器接收到控制脈沖后，經單片機處理，判斷是否對電燈進行調光或開關，根據需要執行相應的操作，接收系統采用的是5 伏單電源電壓供電。如下圖所示：

　　圖3 系統設計框圖

　　2.1 遙控系統主控芯片

　　在本系統中選擇的是51 系列的AT89C51芯片，AT89C51是一種帶4k字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51 是一個低功耗高性能單片機，40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時內含2 個外中斷口，2 個16 位可編程定時計數器，2 個全雙工串行通信口，AT89C51 可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。

　　其將通用的微處理器和Flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash 存儲器可有效地降低開發成本。

　　2.2 紅外發射電路模塊

　　在本系統設計中，單片機發出的信號如何被紅外發射管識別，發射管能否正常發射紅外信號是發射電路要解決的關鍵問題。

　　要發射紅外信號，必須要有紅外發射器件。紅外發光二極管是一種能產生紅外光的發光二極管，目前大量使用的紅外發光二極管發出的紅外線波長為940nm 左右，外形與普通發光二極管相同，只是顏色不同。常見的紅外發射二極管有黑色，透明色，它與普通發光二極管的最大區別在于所發出的光為不可見光，而普通發光二極管發出的是各種顏色的可見光[5]，通常，紅外發光二極管分為兩種結構形式：一種是遙控發射型紅外發光二極管(即最常用的手持遙控器所用的紅外發射二極管);一種是近距離發射型紅外發光二極管，這種二極管把紅外光的發射與接收共集為一體。由于本設計實現的是家居遙控，因此采用第一種即可。

　　如圖4 所示為系統遙控發射原理圖，P1.0 口為按鍵輸入口;P2.0 口為紅外發射端口，用于輸出38kHz 載波編碼，脈沖經9013(NPN)放大然后由紅外發射管輸出;第9 腳為單片機的復位腳，采用RC 手動復位電路;18、19 腳接晶振。