51单片机红外遥控继电器电路部分设计

1.电路设计

     电源电路设计原理图为：在电源插孔处，其内部边缘实际是2号脚，为接地脚；1脚实际是内部的一根铁芯，为电源接头，在此设计的电路中需要接蓝色的自锁开关3号电源输入，并由开关的5脚为整个红外接收模块提供电能，本电源部分是小电压电路经常采用的供电结构。在供电方面，控制电路供电为3V直流电源，由纽扣电池供电。红外接收部分由USB线供电，输入采用DC电源插头。DC插头是直流电源的输入硬件部分，由一般用于3V~12V的直流电路供电，中间有一根金属导体，内部的边缘有一个弹起金属的导体分别用来接直流电源的两个接线处，其中弹簧似的金属导体也起到固定电源接口的作用。

2.红外发射电路

本设计所采用的发射电路按键采用矩阵式键盘输入，分别按下1、2、3、4会发出相对的二进制代码。当按键按下时，确定的代码会搭载于载波上发射出去，发射电路的原理图如3-5所示:

3.红外接收电路

接收信号的核心器件是HS38B一体化接收头，所谓一体化接收头，即它可以完成信号从接收到解调的全过程，输出的数据可以直接供单片机处理。接收单元内部是一个复杂的集成电路，其中在这个电子器件中包括检测红外光波的红外检波二极管，负责放大微弱信号的信号放大器，限制信号能量的限幅器还有提取有用信号的带通滤波器等器件，包括积分电路和比较器。

接收端接收信号先由接收头接收到信号送至内部的运算放大器，将接收到的微弱电流信号放大后输送至限幅器，将波形的电压限定于一定的值。内部的带通滤波器这时会将其他无用的信号过滤，只剩38KHZ的信号通过。滤波放大电路各项参数确定影响着整体接收性能，图3-6为滤波放大电路：

通用滤波器的标准形式为：A(S)=(K_2 w_0 S/Q)/(S^2+K_2 w_0 S/Q+（w_0）^2 )；

式中，R₁=R₂=R₆=1.6KΩ;C=C₂=C₃=0.1μf。式中，w₀₌2πf₀;f₀为中心频率；K₂为通带增益；Q为品质因数。经过积分，比较器后就从高频信号中解了出来，红外一体头输出的数字信号高低与遥控器发射的高低波形刚好反向。接收过程中，发射脉冲通过红外接收管转换为数字信号。电源和地之间并联了一个瓷片电容和电解电容，目的是起到滤波的作用，稳定信号。

4.单片机控制电路

本设计控制电路的主控单元是STC89C51芯片，配备了丰富的输入输出接口。如下图3.7所示，整个单片机控制电路模块包括复位电路，晶振电路和控制输出端口等相关电路。复位电路：该部分可使单片机内部的语句恢复至程序的第一句，重新整合单片机程序，是运行更加的顺畅。通过复位部分可使单片机程序进行刷新。当单片机实现其操作时，内部程序会重新从第一条语句开始执行，具体进行功能的引脚为9号引脚。图3.7可以看出，在整个最小化系统中，通过相接的电容和电阻的电压状况来进行操作，电阻来提供中间的压差。电容充电饱和时间大概是0.1S，此时电容内的电压会从0V跃升到3.5V左右，根据分压状况，电阻两端的电压瞬间开始跃减到1.5V左右。单片机判别高低电平的标准是以1.5V为界限的。所以，当开机的那一瞬间RST接口会收到一个瞬间的低电平信号，用来实行复位。实现方式有手动和自动，按键复位操作原理为：芯片在电源接通后的瞬间大约经历0.1S，电阻被加入低电平，自然地9号引脚为低电平。当按键操作按下时电容短接，开始放电，有某一时刻其电压会从5V降至到1.5V，由电路原理可知，电阻两端的电压又被提到了高电平，使9号脚接收到高电平，因而完成复位。自动的方式是将单片机的复位端与电源通过电容连接，开关接通时形成开路。本设计采用上电自动复位，开启电源，复位脚会出现一个正向电压脉冲信号，完成复位。如图3.7单片机引脚RST接单片机复位电路。晶振电路：单片机最小系统重要的一部分，图3-7中18号管脚和19号管脚。内部连接反相放大器输入和输出，振荡器并联于两个端口之间，各路所串联的30PF的电容目的是为了帮助起振。单片机外部端口P3.3为红外数据的接收端口，接收来自红外接头解调后的脉冲信号，P3.3接收到的信号经单片机运算处理后，分别来控制四个需要输出引脚的电平高低，这四个端口是和电磁继电器的低压控制电路相连的，从而来控制电磁继电器，达到控制电气设备的目的。

5.继电器触发电路

继电器部分是外接被控设备的端口，根据被控设备的需要可有目的的选择对应的继电器。当有微小电流过包含有铁芯的线圈时，由于电生磁效应可使对应的衔铁吸引，使得触点吸合，控制电路可导通。继电器模块电路原理图如图3-8所示,JD是与单片机输出一个端口相连，是单片机数据的输出端，通过接收到芯片发送过来的数字信号来执行。R１起一个分流作用，限制导线中的电流大小，Q1是一个PNP三极晶体管，在该电路部分这个三极管充当着一个开关的角色。具体执行为：当JD接收到一个低电信号时，PNP三极管就会导通，电流就会从接电端流经继电器的线圈至地，使整个电路框架形成回路。D1是一个发光二极管，与继电器是并联在一起工作的，当JD引入到低电平信号时，Ｋ2会从右边吸向左端的触头，继电器吸合，发光二极管亮起，R2是一个分压电阻，因为发光LED的工作电压小于5V。D2是一个保护二极管，目的为了防止继电器断开的反向电势冲击电源。接线端子部分，由于线圈得电产生磁性使得衔铁K2吸引至左端端子。其中K2为公共端，A为常开端，B为常闭端。整个电磁继电器分为两部分，左边部分和右边接线部分是完全不相关联，这就保证了低压与高压之间的电气隔离，CON为外部接线外接用电器电路。