学习型红外遥控灯座设计制作全过程

声控开关给人们的生活和工作带来了极大的方便，但是在住宅居室中使用声控开关却很不现实，比如在卧室里装一个声控开关，若有的人晚上睡觉打鼾时或有点什么动静就有可能把灯震亮，影响人们的睡眠，有时甚至能吓到人，如何能设计出一个适用于家庭中使用的方便控制灯的装置呢?我发现人们在睡觉时床头常会放着个红外遥控器，怎么用它来控制头顶上的灯呢?这种装置必须用指定的几个键去进行控制，否则会干扰用电设备，因此它必须具有设定功能也就是学习功能，综合考虑笔者决定选用单片机来制作。

单片机的选型

笔者决定选用STC的11F02E，理由如下。

(1)因为做这种电路用的I/O口不多，有红外信号输入，控制输出，按键控制，指示灯等，STC11F02E有16个引脚的，而且价格比较便宜，仅为每片2.8元左右。因此在电路板的体积和整体成本上比较合适。

(2)STC11F02E的I/O口可以设置多种输出模式，比如设置成推挽输出每个I/O口可提供20mA的电流，在驱动晶闸管时又省去了三极管驱动电路，可以节省一项开支。

(3)STC11F02E最主要的一个特点是其内带2KB的EEPROM数据存储器，单片机学习的红外编码可以存储到里面，掉电后不至于丢失，又省去了存储器，真是再好不过了。

(4)STC的单片机号称是单时钟/机器周期的单片机，高速/低功耗/超强抗干扰，这对系统的稳定性也有了保障。

(5)STC11F02E是宽电压单片机，电压范围4.1～5.5V，对电源的要求不是很高。

(6)它还有2KB的程序存储器和众所周知的ISP在线编程，无法解密等特点。

图2.1所示是STC11F02E引脚图。

电路原理

1.电路要实现的功能

(1)不要买遥控器，用家里的电视机、DVD、空调的遥控器都可以。

(2)可以设置学习键，按下按键后就开始学习，学习遥控器上的两个键，第一个是电源打开键，学习成功后LED指示灯会变亮，再按下一个键就是电源关闭键，学习成功后LED指示灯会变灭，松开学习键学习结束，学习到的码会存储到单片机的EEPROM内，即使掉电重启后也不会丢失。这对家庭很方便，因为电视机总有一些键不经常用，我们可以把它们设置为灯的开关键。以后在睡觉前用遥控器把电视机关掉的同时，顺便就把电灯关闭了。

(3)为了避免找不到遥控器，电路设计为重启后电灯为亮的状态，因此还可同时用墙壁开关控制。

(4)电源是由降压电路直接供给，因此除了支持白炽灯还可以支持节能灯，挺完美的。

2.硬件主电路原理

图2.1 STC11F02E的引脚排列

图2.2 电路原理

硬件电路原理如图2.2所示，这个电路非常简单，IC1是主芯片STC11F02E单片机。这款单片机有内部晶体，但是红外接收要求频率准确性很高，所以采用外部晶体，B、C5、C6组成单片机的外部晶振电路。C7和R3是简单的上电复位电路。VD4是发光二极管，用来在学习和点亮时做指示，R8是它的限流电阻，采用灌电流点亮方式。用单片机的P1.1口作为推挽输出直接控制双向晶闸管MAC97A6从而来控制灯的亮灭，R7是它的限流电阻。S1按键是用来学习时用的，R4是防干扰的。IC2、C8、R6是红外接收电路，接收红外遥控信号，红外接收头型号为HS0038、C8和R6也是为了防干扰。

图2.3 焊接好的电路

图2.4 用腐蚀法制作的电路板

图2.5 把电路板放入灯座内

当电路接通电源后LED指示灯会闪一下，然后按住学习键S1不要松开，同时拿家庭遥控器把想要设为打开灯的按键按一下，如果指示灯亮说明此按键学习成功，然后把遥控器上想要设为关灯的按键按一下，此时指示灯灭说明学习成功，松开学习键就学习成功，安上灯泡就可以用家庭遥控器控制灯了。它的实物见图2.3。

所用元器件也非常之少，可以把它做成板子然后放入灯座内，图2.4所示是我用远古的办法腐蚀的板子，放入灯座内正好，图2.5、图2.6所示是成品使用的情况。

3.电源电路原理

经过测试发现此电路运行时最大电流不过15mA，而在待机状态下只有6mA，非常省电。为了缩小成本和体积我选择了电容降压电源电路，此电路可提供5V/25mA电源，供这个小电路是绰绰有余呀!

图2.6 用遥控器打开电灯

图2.7 电源电路

电容降压式简易电源的基本电路见图2.7。C1为降压电容器，宜采用无极性的金属膜电容，VD1为半波整流二极管，VD2在市电的负半周时给C1提供放电回路，R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。整流后未经稳压的直流电压一般会高于30V，并且会随负载电流的变化发生很大的波动，VD3将电压稳到12V，然后由C2滤波，为了确保电源质量在后级加入78L05稳压器，它体积虽小但能提供300mA的电流，再加入电容C4，电源就基本为5V稳定电源了。

程序原理

程序流程见图2.8，编程注意事项如下。

图2.8 程序流程

(1)STC11F02E单片机编程时与51单片机有所不同，因为它内部多了一些特殊功能寄器，在编译时必须声明地址。

sfr P1M1=0X91;

sfr P1M0=0X92;//声明P1口的软件配置工作类型寄存器地址

sfr AUXR=0X8E;//声明AUXR寄存器地址

sfr IAP_DATA=0XC2;

sfr IAP_ADDRH=0XC3;

sfr IAP_ADDRL=0XC4;

sfr IAP_CMD=0XC5;

sfr IAP_TRIG=0XC6;

sfr IAP_CONTR=0XC7;//声明 EEPROM 存储器所用寄存器地址

(2)由于此单片机可以设置输出端口为推挽输出，此时输出电流每个I/O口可提供设置输出口电流20mA用以驱动双向晶闸管，P1口的I/O口输出模式需要设置P1M1、P1M0寄存器，设置方法见表2.1。

表2.1 I/O口输出模式设置方法

图2.2所示的P1.1控制双向晶闸管，需设为推挽输出，其他口设为准双向口所以P1M1=00000000 P1M0=00000010。C 语言程序写为P1M1=0X00; P1M0=0X02;

扩展应用

这种原理实现后发现它不仅仅只是用以遥控控制灯，还可以改变输出控制部分来控制电机、设备、电视等，或用于危险防爆场所，或改变输出端口控制多路等。

此电路做成功后试验两个星期工作正常，大家可以做着玩玩，元器件清单见表2.2。

表2.2 元器件清单

华为单片机编程实战-无线红外探测器03-环境搭建及程序详解

一、红外探测器需要实现的主要功能:

· 红外报警检测

· 电池低压检测

· 防拆开关检测

· OOK无线发射

· 设备低功耗设计

二、搭建软件开发环境

本产品的主控芯片是STC15W204S 。

1. Keil软件的安装

关于Keil C51的安装我在这里就不给大家介绍了，这块视频教程大家直接在小破站搜华维单片机编程，看单片机c语言编程视频教程第4节即可。

2.安装STC的库文件到Keil软件里

①打开STC-ISP软件

图片1

②选择Keil仿真设置-> 增加型号和头文件到Keil中，如下图。

图片2

③选择Keil C51的安装目录，点击确定

图片3

④安装完成

图片4

3. 项目工程新建：

双击Keil 软件图标，打开软件

图片5

选择Project ->new uvision Project…

图片6

选择工程文件夹，给工程命名 ，然后点击确定 。

图片7

选择单片机对应的型号，如下图，点击OK

图片8

新建main.c 文件，并添加到工程中，在这里就给大家不介绍了。

三、软件设计

这里会对每个模块的代码进行详细讲解，整体源代码可以在公号华维单片机编程拿到。

1.红外报警检测

我们先看一下硬件接口:

图片9

图片10

· 逻辑分析：

1. 无线红外报警触发的逻辑，我们在硬件设计中，已经有讲过, 如果红外报警PIR_ALARM 脚会有一个下降沿信号。

2. PIR_ALARM 连接到单片机的P3.6，也是单片机的外部中断2功能脚。

3. 单片机平时需要进入休眠状态，所有红外报警需要使用外部中断唤醒功能。

· 我们先了解一下单片机的IO寄存器和外部中断2寄存器配置:

IO的寄存器介绍：

STC单片机的IO有3个寄存器。例如P3.6 包括P3, P3M0、P3M1。

其中P3M0、P3M1是用来配置单片机IO的模式的具体如下:

图片11

无线红外报警器的P3.6口，我们配置为准双向口即可。

P3 口和传统51单片机的功能是一样的，P3的输入输出端口。

外部中断2的寄存器介绍:

STC15W系列单片机的INT2只支持下降沿中断。详细的信息大家可以查阅STC15系列单片机的规格书。

外部中断2相关的寄存器INT_CLK0如下:

图片12

EX2= 1 打开外部中断2功能。

· 软件程序开发:

程序初始化：

图片13

外部中断2的中断服务函数

图片14

报警信号处理程序

图片15

2.电池低压检测

· 我们先看一下硬件接口:

图片16

关于单片机的低压检测电路，在硬件设计中，我们已经做过介绍，是下降沿报警触发。

Low_vot 和单片机的NIT4(P3.0),连接，A1是一个跳线帽，是为了防止低压检测线路对单片机的烧录有影响，导致无法烧录。

在程序烧录的时候，需要拔掉A1，完成烧录后需要恢复A1跳线帽。

· 相关寄存器介绍:

P3.6寄存器的功能关于单片机的低压检测电路，在硬件设计中，我们已经做过介绍，是下降沿报警触发。

P3.6IO的寄存器配置和2.1.3.1中的P3 端口的配置 一致，在这里就给大家不在重复讲解了。

电池低压检测的方式也是通过外部中，在这里用到的是外部中断INT4. 关于INT4的寄存器如下,配置方法和INT2一样:

图片17

· 软件程序开发:

程序初始化：

图片18

外部中断4的中断服务函数

图片19

报警信号处理程序

图片20

图片21

3.防拆开关检测

· 我们先看一下硬件接口:

图片22

· 逻辑分析:

防拆开关S1和R14 组成了产品的防拆功能。 其中R14是上拉作用。

防拆开关按下去防拆开关的1脚和2脚连接，单片机的P3.3是高电平，如果防拆开关松开，1脚和3脚连接，P3.3变成低电平。

即: 触发防拆开关，P3.3由高电平变成低电平(下降沿触发);

P3.3是单片机的外部中断1接口(INT1).检测红外防拆报警就是外部中断1的下降沿中断。

· 相关寄存器介绍:

单片机P3.3 端口的配置

相关配置和低压检测，红外报警检测一致。

外部中断1 相关寄存器介绍

外部中断1 我们需要配置的寄存器包括IE中断允许寄存器，和TCON 定时器/计数器中断控制寄存器。详细如下:

图片23

在我们的防拆程序中使用的外部中断1的控制为EX1 需要置为1，打开外部中断1.

图片24

图片25

单片机的外部中断1 可以配置成上升沿触发，或下降沿触发。 该寄存器中的IT1=1表示外部中断1为下降沿触发 ；IT1=0 表示为上升沿触发。我们产品中使用的是下降沿触发，所有IT1 需要配置成1。

· 软件程序开发:

程序初始化：

图片26

外部中断1的中断服务函数

图片27

图片28

报警信号处理程序

图片29

4.OOK无线发射

图片30

· 我们先看一下硬件接口:

· 图片31

从原理图的图纸大家可以看到，无线发射数据和单片机的P3.2脚位连接。

· 学习了解一些EV1527 OOK的无线数据

在程序开发之前，大家首先要学习一下无线数据发射的格式和定义。大家可以在网上百度下载ev1527 芯片资料 ，然后对照我们后面的内容浏览，可以帮助更有效的理解OOK无线数据发射。

我们先看一下数据格式,如下图。

· 图片32

从上图我们可以看出，芯片的数据内容是 ：同步码+20bit地址+4bit数据码。

20bit +4bit =24bit = 3byte。

从上图，我们可以看到有一个单位LCK. 那LCK的定义是什么，时间是多久？

1LCK = 8个0SC CLOKC.

我们在看一个表格，如下，这个表格定义了16个LCK的时间，从而我们就可以算出1个CLK的时间：

· 图片33

从表格可以看出，LCK的时间和 工作电源，以及前面的振荡电阻（47K-360K）有关。

本产品选择的是330K的振荡电阻，工作电压是12V。 所有我们可以锁定16LCK的时间为1.44ms. 那一个LCK= 90微妙。

我们计算一下同步信号，1，0 的信号。

同步信号: 4LCK高电平，128LCK 低电平 即： 360us 高电平 11.52ms低电平

数据1： 12LCK 高电平，4LCK 低电平 即： 1.08ms高电平 360us 低电平

数据0: 4LCK 高电平，12LCK 低电平 即： 360ms高电平 1.08ms 低电平

OOKSent 脚位发出的波形如下:

· 图片34

· 程序代码设计

需要实现OOK无线数据的发射，需要使用到单片机的定时器 和IO输出两个功能。

单片机的IO 配置

单片机的IO 默认是 准双向输入输出端口，我们在程序里就不配置了，我们直接将OOKSent 拉低即可。

程序如下:

· 图片35

定时器配置

本产品中我们使用的是单片机的定时器0. 我们先了解一下单片机相关的寄存器

定时器的相关寄存器：

· 寄存器AUXR ，

· 配置定时器0的工作频率，T0X12 = 0 12T模式，=1为1T模式。我们选择12T模式

· 图片36

· 寄存器TMOD 定时器工作模式寄存器

· 图片37

· 图片38

我们产品中配置为16为自动重装定时器. C/T 和GATE 直接置0 即可。

· TH0 TL0寄存器

定时器0的计数器，数据自动增加到FFFF 溢出，发生中断。

· 定时器控制寄存器TCON

· 图片39

· 图片40

TF0：定时器0中断溢出位。TH0 TL0中的数据增加到FFFF时，TF0 就置为1，需要手动清0

TR0: 定时器0 的开关控制位。=1打开定时器0 =1 关闭定时器0

· 中断允许寄存器IE

· 图片41

ET0 = 0: 定时器0溢出标志位TF0=1 的时候，程序就不会自动进入中断服务函数

ET0 = 1: 定时器0溢出标志位TF0=1 的时候，程序就会自动进入中断服务函数

· 定时器初始化程序设计

定时器初始化:

· 图片42

注意，我们初始化的时候，定时器0 是关闭的，再我们使用的时候再打开。

无线数据中同步信号，数据1 、数据0数据长度的计算。

上小节分析了同步信号，和数据1 ，数据0的数据的时间长度如下:

同步信号: 4LCK高电平，128LCK 低电平 即： 360us 高电平 11.52ms低电平

数据1： 12LCK 高电平，4LCK 低电平 即： 1.08ms高电平 360us 低电平

数据0: 4LCK 高电平，12LCK 低电平 即： 360us高电平 1.08ms 低电平

从上面我们简单的总结一下，我们需要做3个延时 分别是: 360us 1.08ms 11.52ms。

下面我们计算一下3个延时定时器0的TH0 TL0 分别需要填充的数值:

360us 延时TH0 TL0对应的数值.(重要)

我们选择的是单片机的内部时钟5.5296Mhz，定时器时钟是12T ，我们可以计算出定时器一个计数值的时间，计算公式如下：

1S/5.5296MHZ*12 = 1S/5529600M0HZ*12 = 0.0000217S = 2.17uS。

360uS 延时需要的定时器的计数值 = 360/2.17 = 166.

那TH0 TL0填写的数值是多少？ TH0 TL0的数值增加到0xFFFF 再增加1定时器溢出。

0xFFFF对应的65535，定时器0是计数到65536溢出。

所以我们需要用65536减去166 ，65536-166 = 65370。

然后转换成16进制，填充到TH0 TL0，

65370是十进制，我们需要转换成16进制 0xFF5A

TH0 = 65370/256; //FFH

TL0 = 65370%256; //5AH

1.08ms 延时TH0 TL0对应的数值

同样的原理，我们计算出1.08ms 对应的TH0 TL0寄存器对应的值

1.08ms/2.17us = 1080us/2.17us= 498 65536-498 = 65038

TH0 = 65038/256; //FEH

THL = 65038%256; //0EH

11.52ms 延时TH0 TL0对应的数值

同样的原理，我们计算出11.52ms 对应的TH0 TL0寄存器对应的值

11.52ms/2.17us = 11520us/2.17us =5309 65536-5309 = 60227

TH0 =60227/256; //EBH

THL = 60227%256; //43H

我们用宏定义来定义一下同步信号，数据1 和数据0。

· 图片43

OOK 无线发射数据的转换

上节计算出了同步数据，数据1，数据0的高低电平，以及对用的定时器填充的数据，接下来我们就需要把需要发射的数据转换成以下的波形。

· 图片44

在上面的章节中，我们分析了,OOK的无线发射数据内容是 ：同步码+20bit地址+4bit数据码。

计算OOK无线发射数据，定时器0的寄存器TH0 TL0 需要的字节

同步码的 高电平和低电平，分别需要定时器0精准定时，分别占用2个字节，共4个字节.

20个地址+4位数据码 =24bit 数据。

每个数据要么是0，要么是1，0和1和同步信号一样，需要分别精准定时高电平和电平的持续时间，1个数字需要4个，共24位，则24*4 =96个字节。

所以存储一帧数据需要定时器的字节数位100个。

程序设计如下：

· 图片45

· 图片46

无线数据发射代码:

· 图片47

5. 设备低功耗设计

因我们的产品是电池供电，所以我们的程序需要做低功耗设计。

· STC15W单片机的工作模式。

STC15单片机支持3种省电模式，分别是：低速模式，空闲模式，和掉电模式。三种模式的典型功耗分别是 2.7mA-7mA, 1.8mA,<0.1A。 掉电模式的最小，我们选择的就是掉电模式。

· 掉电模式对应的寄存器介绍：

· 掉电控制寄存器PCON

· 图片48

· 图片49

· 程序设计：

· 图片50

公众号：华维单片机编程

至此，红外探测器代码部分就讲解完了，同学们可以收藏下来，有不懂的可以向我问答哈。

明天我们来讲讲“无线红外探测器04：产品测试及验证”

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