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(de)(de)(de)(de)控制指令(ling)信號(hao)(hao)是(shi)以某(mou)些不同的(de)(de)(de)(de)特征(zheng)(zheng)來(lai)區分的(de)(de)(de)(de)。常用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)區分指令(ling)信號(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)特征(zheng)(zheng)是(shi)頻(pin)率特征(zheng)(zheng)和碼組特征(zheng)(zheng)，即(ji)用(yong)(yong)不同的(de)(de)(de)(de)頻(pin)率或不同的(de)(de)(de)(de)編碼的(de)(de)(de)(de)電信代號(hao)(hao)代表不同的(de)(de)(de)(de)指令(ling)。這些不同的(de)(de)(de)(de)指令(ling)信號(hao)(hao)經過頻(pin)率調制，最后由驅動電路驅動紅外線(xian)發射器件(jian)，發出紅外線(xian)遙控指令(ling)信號(hao)(hao)。

　　圖1 紅外線發射的組成
　　紅(hong)(hong)外(wai)接收(shou)(shou)器(qi)由紅(hong)(hong)外(wai)線(xian)接收(shou)(shou)器(qi)件、前(qian)置放大(da)電(dian)(dian)路、信(xin)(xin)(xin)號解調(diao)電(dian)(dian)路、指令(ling)檢(jian)測電(dian)(dian)路組(zu)成，如(ru)圖(tu)2。當紅(hong)(hong)外(wai)線(xian)接收(shou)(shou)器(qi)件接收(shou)(shou)到發射器(qi)的紅(hong)(hong)外(wai)線(xian)指令(ling)信(xin)(xin)(xin)號時，它將紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)信(xin)(xin)(xin)號變為電(dian)(dian)信(xin)(xin)(xin)號并(bing)送入前(qian)置放大(da)器(qi)進行(xing)放大(da)，再(zai)經解調(diao)器(qi)解調(diao)后由指令(ling)信(xin)(xin)(xin)號檢(jian)出電(dian)(dian)路將指令(ling)信(xin)(xin)(xin)號檢(jian)出，實現各(ge)種(zhong)操作(zuo)。

　　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[FS:PAGE]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(hong)外(wai)(wai)遙控電(dian)(dian)路(lu)由(you)發射(she)電(dian)(dian)路(lu)和接(jie)(jie)收(shou)電(dian)(dian)路(lu)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)，發射(she)部分由(you)按鍵開關(guan)(guan)電(dian)(dian)路(lu)、控制(zhi)芯片(pian)和紅(hong)外(wai)(wai)發射(she)電(dian)(dian)路(lu)三(san)部分組(zu)(zu)(zu)成(cheng)。當(dang)按下(xia)遙控按鈕時，單片(pian)機產生相應(ying)的控制(zhi)信號(hao)，經(jing)紅(hong)外(wai)(wai)發射(she)二極管發射(she)出去。接(jie)(jie)收(shou)部分由(you)紅(hong)外(wai)(wai)接(jie)(jie)收(shou)頭、控制(zhi)芯片(pian)、調光電(dian)(dian)路(lu)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)，當(dang)紅(hong)外(wai)(wai)接(jie)(jie)收(shou)器(qi)接(jie)(jie)收(shou)到控制(zhi)脈沖后(hou)，經(jing)單片(pian)機處理(li)，判(pan)斷是(shi)否對電(dian)(dian)燈進行調光或開關(guan)(guan)，根據需要(yao)執行相應(ying)的操作(zuo)，接(jie)(jie)收(shou)系統采用(yong)的是(shi)5 伏(fu)單電(dian)(dian)源電(dian)(dian)壓供電(dian)(dian)。如下(xia)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(tu)4 所(suo)示為系統遙(yao)控發射(she)(she)原理圖(tu)，P1.[FS:PAGE]0 口(kou)為按鍵輸入口(kou);P2.0 口(kou)為紅(hong)外發射(she)(she)端口(kou)，用于輸出38kHz 載波(bo)編碼，脈沖經(jing)9013(NPN)放大然后由紅(hong)外發射(she)(she)管輸出;第(di)9 腳(jiao)為單片機的復位(wei)腳(jiao)，采用RC 手動復位(wei)電(dian)路(lu);18、19 腳(jiao)接晶(jing)振。

　　圖4紅外發射電路圖
　　2.3 紅外接收電路模塊
　　1). 紅外接收器件介紹。
　　一般的(de)(de)紅(hong)外(wai)接(jie)收頭主要(yao)由集(ji)成電(dian)路(lu)(lu)外(wai)加阻容元件(jian)，紅(hong)外(wai)線接(jie)收管及濾波光片(pian)等(deng)組成，電(dian)路(lu)(lu)設計相對(dui)繁瑣，在實際應(ying)用(yong)中不方便。而(er)紅(hong)外(wai)遙控接(jie)收頭SM0038 集(ji)紅(hong)外(wai)接(jie)收管，前置(zhi)放(fang)大(da)解調等(deng)于一體，無外(wai)部電(dian)路(lu)(lu)，體積小(xiao)，密封性(xing)好，靈敏度高，應(ying)用(yong)簡單(dan)，用(yong)小(xiao)功率紅(hong)外(wai)發射(she)管發射(she)信(xin)號(hao)接(jie)收距離達35 米，并(bing)且價格(ge)低廉(lian)。它僅有三條管腳，分(fen)別是電(dian)源正極、電(dian)源負極以(yi)及信(xin)號(hao)輸出端，其(qi)工作電(dian)壓在5V 左(zuo)右，接(jie)收頻率為(wei)38kHz,它的(de)(de)主要(yao)功能包括放(fang)大(da)，選頻，解調幾大(da)部分(fen)，要(yao)求(qiu)輸入信(xin)號(hao)需是已經被調制的(de)(de)信(xin)號(hao)。從(cong)而(er)使(shi)電(dian)路(lu)(lu)達到最(zui)簡化，靈敏度和抗干擾性(xing)都非常好，是一個接(jie)收紅(hong)外(wai)信(xin)號(hao)的(de)(de)理想裝置(zhi)。如圖5 所示：

　　圖 5 SM0038
　　2). 接收電路及調光電路設計。
　　接收(shou)電(dian)路(lu)(lu)和(he)調光電(dian)路(lu)(lu)的實(shi)現均是通(tong)過繼(ji)(ji)電(dian)器(qi)(qi)(qi)實(shi)現的，給每一個(ge)(ge)繼(ji)(ji)電(dian)器(qi)(qi)(qi)串(chuan)聯(lian)(lian)一個(ge)(ge)電(dian)阻(zu)，構成一個(ge)(ge)回路(lu)(lu)，本(ben)電(dian)路(lu)(lu)將四個(ge)(ge)繼(ji)(ji)電(dian)器(qi)(qi)(qi)回路(lu)(lu)并聯(lian)(lian)，連接在P0 口上，當(dang)四個(ge)(ge)繼(ji)(ji)電(dian)器(qi)(qi)(qi)均閉合時(shi)(shi)，燈最亮，當(dang)三(san)個(ge)(ge)繼(ji)(ji)電(dian)器(qi)(qi)(qi)工(gong)作(zuo)時(shi)(shi)，燈較(jiao)亮，當(dang)兩個(ge)(ge)繼(ji)(ji)電(dian)器(qi)(qi)(qi)工(gong)作(zuo)時(shi)(shi)燈次亮，當(dang)一個(ge)(ge)繼(ji)(ji)電(dian)器(qi)(qi)(qi)工(gong)作(zuo)時(shi)(shi)，燈最暗，當(dang)四個(ge)(ge)繼(ji)(ji)電(dian)器(qi)(qi)(qi)都(dou)不工(gong)作(zuo)時(shi)(shi)，燈泡處于(yu)關閉狀態。接收(shou)電(dian)路(lu)(lu)圖(tu)如圖(tu)6 所示：

　　圖 6 接收電路圖
3 系統軟件設計
　　本系統所用的紅外線接收器SM0038 的解調中心頻率為38KHz,故發射頻率也采用38kHz,本電路采用一路按鍵，一種編碼方式實現對家居燈的控制，接收端根據接收到的不同編碼個數實現燈的不同亮度的調節控制。每一次P1.0 口為低電平時，則確定鍵被按下，由P2.0 口發射一個編碼。接收端接收編碼時進行判斷，首個低電平是否大于2ms，如果是，再判斷是否是正確的編碼，如果是，num加1，亮度調暗一檔。
　　3.1、遙(yao)控(kong)發射程序(xu)控(kong)制(zhi)流(liu)程圖(tu)

　　圖 7 發射程序流程圖
　　初始化程序后，開定時器產生38kHz 脈沖，再判斷有無按鍵按下，當有按鍵按下時，根據定時器設定的時間發一幀脈沖，首先發3ms 高電平，再發1ms 低電平，1ms 高電平，接著停發10ms。
　　3.2. 遙控(kong)接收程序控(kong)制流(liu)程圖(tu)

　　圖8 接收部分調光程序流程圖
　　接收端采用查詢方式接收，當查詢到P1.0 口為低電平時，累加器工作，通過累加器中變量個數判斷控制燈的亮度及開關。當num為0 時，燈最亮，加1則調暗一個檔次，當num等于4 [FS:PAGE]時，繼電器全部斷開，燈滅。
　　4 結論
　　為了減少電路的繁瑣，我使用(yong)單(dan)片(pian)機來(lai)實(shi)現(xian)軟件編(bian)碼解碼，大大提高了電路的靈活(huo)性(xing)，降低了成(cheng)本，僅(jin)僅(jin)使用(yong)一(yi)個鍵(jian)就(jiu)能實(shi)現(xian)對一(yi)個燈具的開(kai)(kai)關和(he)亮(liang)度調(diao)節，若(ruo)是把一(yi)個按鍵(jian)開(kai)(kai)關改設成(cheng)一(yi)個矩(ju)陣鍵(jian)盤，就(jiu)可以實(shi)現(xian)對整個家里的燈具的開(kai)(kai)關和(he)亮(liang)度控制(zhi)，實(shi)用(yong)性(xing)很強。