红外线遥控记分牌接收端设计.docx
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红外线遥控记分牌接收端设计.docx
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红外线遥控记分牌接收端设计
红外线遥控记分牌接收端设计
摘要
随着物质生活的提高,人们对精神文化的需求也越来越高。
球类竞技运动就是其中非常重要的一个方面,而随着科技的发展,各种电子信息技术进入高速发展阶段。
因此对其中所涉及的设备也提出了更高的要求,在各项比赛运动中,记分牌能够提供了非常重要的信息,比如比赛的队伍的队名,比赛的分数变化和比赛剩余时间等信息。
有效的记录比赛的分值的信息对于分析比赛有着至关重要的作用。
社会的日益科技化,各种电子信息技术的高速发展,包括信息系统技术微电子、计算机和现代通信技术、传感器技术、红外线技术。
红外线是一种人的肉眼看不见的光线,最近二三十年来,初露头角的红外技术,在各个领域里获得了广泛的应用。
开始应用到生产上,并形成了一门崭新的技术—红外技术。
本论文主要是基于单片的红外线技术,实现了最新的比赛计时记分系统,该设计电路工作性能稳定,记分牌显示效果良好,特别适合厂矿企业、学校的各类运动球场和室外体育馆。
关键词:
电子记分牌;单片机;数码管;红外线
InfraredremotecontrolreceiverdesignScoreboard
abstract
Withtheimprovementofmateriallife,spiritualandculturalneedsofthepeoplehavebecomemoresophisticated.Ballgamesathleticsisaveryimportantaspect。
Withthedevelopmentoftechnology,avarietyofelectronicandinformationtechnologyintothestageofrapiddevelopment.Therefore,theequipmentinvolvedwhichalsoputforwardhigherrequirementsforthemovementinthegame,thescoreboardcanprovideveryimportantinformation,suchastheteamname,theteamcontest,thegamechangesandgamescoresandtimeremaininginformation.
Withtheadventofthe21stcentury,anincreasinglytechnologicalsociety,allkindsofelectronicinformationtechnologiestospeedthedevelopmentstage,includinginformationsystemstechnologyinmicroelectronics,computersandmoderncommunicationtechnology,sensortechnology,whichalsoincludesinfraredtechnology,infraredisamanThenakedeyecannotseethelight,therecent23years,buddinginfraredtechnology,invariousfieldshasbeenwidelyapplied.Appliedtotheproductionbegan,andformedanewtechnology_infraredtechnology.
Thisthesisisbasedonthemonolithicinfraredtechnology,thelatestracetimingandscoringsystem,thedesignofcircuitperformanceandstability,thescoreboardshowedgoodresults,especiallyforindustrialenterprises,shools,alltypesofsportspitchesandoutdoorsports.
Keywords:
Electronicscoreboard;LED;SCM;Infrared
前言
随着人们生活的日益进步,社会科技化的不断普及,各种电子信息技术进入高速发展阶段,其中包括信息系统技术、微电子、计算机、现代通信技术和传感器技术。
这其中同样也包括红外线技术。
红外线Infared,简称IR,是一种点对点的无线通讯方式,可以进行短距离的无线数据的传输,但是中间不能有障碍物。
红外线又称红外光波,在电磁波谱中,光波的波长范围为0.01um—1000um,波长为0.76um—1000um的光波称为红外线,红外线遥控是利用红外光传送遥控指令的,波长为0.76um—1.5um;用近红外线作为遥控光源,是因为目前红外发射器件与红外接收器件的发光与受光峰值波长一般为0.8um—0.94um,在近红外光波段内,二者的光谱正好重合,能够良好地匹配,可以获得较高的可靠性和较高的传输效率。
目前红外线得到了非常广泛的应用,例如红外线鼠标,红外线打印机,红外线键盘等等。
本论文设计的是基于单片机的红外遥控记分牌。
红外遥控记分牌的应用研究主要应用了单片机的编程进行红外的编码与解码,并通过单片机驱动LED数码管显示。
红外通讯,就是通过红外线传输数据。
在信息技术发展早期,数据都是通过专用数据线传输的,这种数据线一般连线比较麻烦,需要特制接口,颇为不便。
随着科技的发展,后来就有了了红外、蓝牙、等无线数据传输技术。
红外通讯技术利用红外线来传递数据,是无线通讯技术的一种。
红外线的特征:
红外传输是一种点对点的传输方式,无线但是不能离的太远,要对准大概的方向且中间不能有障碍,由于红外线的直射特性,红外通讯技术不太适合传输障碍比较多的地方。
因此,红外通讯技术多数情况下传输距离短、传输速率不高。
目前传统的球场记分牌大多是采用工作人员手动翻动记分牌记分,比较不太方便,而且工作方式单一,显示信息不多;记分员时刻必须站在记分牌旁操作;不能显示时间。
而一些大型的体育场的比赛计时器的设计大都比较的复杂,所用芯片太多,造成整体的价格提高,而且软件的设计也比较的复杂。
这就使之很难得到广泛的推广。
本设计采用单片机作为核心部件,整个系统结构简单、实用性强、操作简便、具有低功耗,可靠性,安全性以及低成本等特点,该设计方案完全满足篮球计分牌的设计要求。
本遥控电子记分牌可实现如下功能:
1.通过LED数码管显示当前比赛分数;2.显示比赛所剩余时间;3.显示两队队名
项目应用于各种室内外体育场馆的电子记分牌,此电路制作简单、容易,制作时所需费用比较便宜,电路工作性能稳定、可靠。
在一般的球类体育比赛中,用此无线红外线遥控电子记分电路,可以减少相应的工作人员,是人力资源充分的到利用。
在工厂企业、学校以及乡镇运动球场安装此无线红外线遥控电子记分电路,还能更加彰显球场的档次。
同时,由于LED显示屏是目前各类公共场所中信息显示的主要载体,因此具有遥控数据更新功能的电子显示屏也可拓展到会展中心、广场、银行、商场、车站等公共场所。
另一方面,该系统中所涉及的短距离无线通信技术目前在各种领域得到广泛的应用:
例如家庭、工厂仓库的自动化控制,安全监视、保健监视、环境监视,军事行动、消防队员操作指挥以及货单自动更新、库存实时跟踪、游戏和互动式玩具等方面的低速应用。
因此研究该项目具有广泛的市场前景和重要的工程。
1设计任务要求与思路
1.1设计任务
设计并制作一个用于记录比赛分数的红外线遥控积分牌,能显示比赛时间,并显示比赛比分,能实现每次加、减分和时间开始、暂停操作。
单片机是把主要计算机的功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。
它是一种多功能的微型控制器,被广泛应用在各种智能电子产品和工业自动化工业生产上。
本次毕业设计的主要任务是设计一个篮球比赛用的红外线遥控记分牌的显示端,包括硬件设计和软件设计。
硬件设计的主要任务是单片机驱动LED数码管,显示比赛分数。
软件设计要实现分数的加减和倒计时等。
本文主要介绍了用单片机实现红外线遥控记分牌的整个设计流程,可采用C语言或者汇编语言编写本文的程序。
本课题选择51单片机为核心控制元件,设计了日常比赛中用到的比赛记分牌。
该单片机比赛红外线遥控记分牌成本低廉,设计简单易行,运行可靠,具有一定的使用价值和市场竞争价值。
1.2设计要求
(一)采用单片机控制,响应迅速,判别精确;可简单显示两队队名,比如用A、B或者1、2代表两队队名。
(二)在比赛的过程中能够随时刷新各队在整个赛程中的比分,通过按键输入比分,显示在LED数码管上。
(三)具有开始、暂停功能。
(四)具有十二分钟倒计时功能。
1.3设计思路
根据设计任务与要求,设计思路如下:
本设计采用51单片机软件方法来实现。
设计出比赛记分,能实现两队比分的加分、减分等各种显示效果;其控制系统的模块有:
LED数码管,单片机,驱动电路,74LS154,红外线接收部分。
程序由延时函数、显示函数、主函数、中断函数等组成,主函数中调用显示比分并调用延时函数,来实现篮球比分,时间倒计时,简易队名的显示。
根据比赛规则,每节比赛有12分钟,所以倒计时时间显示应该初始化为12:
00,同时设定两个键去控制时间的暂停和开始,同时设定其他的键去控制比赛分数的加减。
用LED动态显示电路来显示比赛信息,LED动态显示是利用了人眼看事物时的延时,同一个时间内只能驱动一个数码管显示,当在我们人眼感觉前一次显示还未熄灭,这个时间根据医学上的研究大约是100MS左右,这样就可以让数码管看起来一直是亮着的。
系统开始运行时比赛成绩显示000:
000。
当接收到红外时,启动中断,解码并进行相应的操作改变寄存器中要显示的数据,从而达到了修改显示内容的效果。
系统原理图如下所示:
红外线遥控记分牌原理框图
2硬件原理介绍
2.1红外线遥控原理
红外线的特点人的眼睛能看到的可见光,若按波长排列,依次(从长到短)为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,红光的波长范围为0.62μm~0.7μm,比红光波长还长的光叫红外线。
红外线遥控器就是利用波长0.76μm~1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。
红外线对障碍物的衍射能力差,抗干扰能力强,此外通讯成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑,所以得到广泛的应用。
红外线遥控信息的代码均采用二进制,编码调制由专用芯片完成。
编码的方法有多种,不同芯片的编码方法和代码长度有所不同。
利用这些代码信号去调制固定频率(38~48khz)的载波信号,再利用此载波信号去控制红外(波长约为950nm)信号的发送。
这样,这些代码就可以通过红外光被传送出去。
经远处的红外接收头接收、放大、检波、整形,得到TTL电平的代码信号,再送给单片机,经单片机译码并执行,从而控制指定对象。
如图1所示。
红外遥控系统的原理框图
红外线遥控原理框图
2.2红外发射与接收装置
红外遥控系统一般由红外发射装置和红外接收设备两部分组成。
红外发射装置由键盘电路、电源和应用电路组成。
通常为了使信号能更好的被传输发送端将基带二进制信号调制为脉冲串信号,通过红外线发射管发射。
红外接收装置通常由一红外接收头组成的接收电路。
2.2.1发射装置
常用的发射器为红外发光二级管,它是各种电器产品如录像机、影碟机、音响装置、空调器等各类红外遥控系统中不可缺少的电子器件,它将遥控脉冲编码指令用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时,受控装置中均有相应的红外光—电转换元件,通过这个转换把相应的光信号转换为电信号。
这里采用红外发光二极管如SE303·PH303,外形和发光二极管LED相似,发出红外光(近红外线约0.93μm)。
管压降约1.4V,工作电流一般小于20mA。
为了适应不同的工作电压,回路中常串有限流电阻。
发射红外线去控制相应的受控装置时,其控制的距离与发射功率成正比。
为了增加红外线的控制距离,红外发光二极管工作于脉冲状态,因为脉动光(调制光)的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比,只需尽量提高峰值电流,就能增加红外光的发射距离。
提高峰值电流的方法,是减小脉冲占空比,即压缩脉冲的宽度。
减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。
要使红外发光二极管产生调制光,只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。
红外发射电路如图2-5所示。
2.2.2接收装置
常用的红外接收装置有如红外接收二极管,光电三极管等。
实用中已有红外发射和接收配对的二级管。
在本设计中采用红外一体化接收头HS0038,接收头图如图(12)所示。
它有如下优点:
一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身,并且输出可以让单片机识别的TTL信号,这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作,方便使用。
接收头连接图及红外接收电路图如图3-6所示。
HS0038黑色环氧树脂封装,不受日光、荧光灯等光源干扰,内附磁屏蔽功耗低,灵敏度高。
在用小功率发射管发射信号情况下,其接收距离可达35m。
它
能与TTL、COMS电路兼容。
HS0038为直立侧面收光型。
它接收红外信号频率为38KHZ,周期约26μs,同时能对信号进行放大、检波、整形,得到TTL电平的编码信号。
三个管脚(1、2、3)分别是地、+5V电源、解调信号输出端。
图2-5红外发射电路
图2-6红外接收图
2.3器件功能简介
2.3.1数码管
单片机运用系统中,使用的显示器主要有LED(发光二级管显示器)和LCD(液晶显示器)。
这两种显示器成本低廉,配置灵活,与单片机接口方便。
LED显示器结构与原理:
LED显示器是由发光二级管显示字段的显示器件有共阴极与共阳极两种,如图(15)所示。
其中7只发光二级管(a-g7段)构成字符“8”,另外还有一只小数点发光二级管dp。
当某个发光二级管的阳极为高电平时,发光二级管点亮。
当人为控制某几段发光二级管点亮就能显示某个数码或字符。
LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。
LED显示器的字码段(7段码)如表2-9所示。
图2-9LED显示器
表1.2LED显示器的字段码(7段码)
显示字符
共阴极字段码
共阳极字段码
显示字符
共阴极字段码
共阳极字段码
0
3FH
C0H
9
6FH
90H
1
06H
F9H
A
77H
88H
2
5BH
A4H
B
7CH
83H
3
4FH
B0H
C
39H
C6H
4
66H
99H
D
5EH
A1H
5
6DH
92H
E
79H
86H
6
7DH
82H
F
71H
8EH
7
07H
F8H
P
73H
8CH
8
7FH
80H
熄灭
00H
FFH
3系统设计过程说明及电路图
3.1部分系统设计及电路图
根据我的设计思路结合MCS-51的结构,功能,我们选择了P0口作为LED数码管的显示输出口,并选择了P2.0,P2.1,P2.2,P2.3连接一个74LS154的4—16线译码器(只用了其中的12个输出口),并依次连接LED数码管的使能驱动端。
我们通过设置P2.0,P2.1,P2.2,P2.3的值选择要在哪个LED数码管上显示,则P0口输出的要显示的值就会在被选中的LED数码管显示器上显示。
由于输出电压不足以驱动LED数码管发光,所以需再经过一个为驱动器。
为了让系统能每秒钟时间计数的秒单位减1,我们使用定时器中断技术,现在初始化时设置好计时器的基数,使得计时器能每秒中溢出一次。
当计时器溢出时程序自动跳到中断程序运行中断服务子程,中断服务子程的任务就是将时间的秒数减1:
判断如果时间为00:
00则程序应该停止倒计时否则继续运行,并判断如果秒数已经为1,则让秒数归60,分钟数减1。
内部计数器用作定时器时,是对机器周期计数。
每个机器周期的长度是12个振荡器周期。
因为实验系统的晶振是12MHz,所以定时常数的设置可按以下方法计算:
机器周期=12÷12MHz=1μS
(65536-定时常数)*1S=50mS
定时常数=06C0H
在P1.0,P1.1,P1.2接3个电键分别控制系统实现A队分数加一分,B队分数加一分,开始/暂停的功能。
电键的状态由键盘扫描程序扫描得到并判断,然后调用相应的子程实现相应的功能。
具体的电路图如下:
4系统的遥控功能实现方法
4.1遥控编码格式
该遥控器采用脉冲个数编码,不同的脉冲个数代表不同的码,最小数目为2个脉冲,最大为17个脉冲。
为了使接收可靠,第一位码宽可设为3ms,其余设为1ms,遥控数据帧间隔大于10ms,如图5所示。
图5遥控脉冲编码图
4.2遥控码的发射
当某个操作键按下时,单片机先读出该键值,然后再根据键值设定的遥控脉冲个数,调制成38KHz的方波经由红外线发射管发射出去。
P3.5端口的输出的调制波如图5所示。
4.3数据帧的接收处理
当红外线接收器接收到脉冲帧数据时,第一位码的低电平将启动中断程序,实时接收数据帧。
在数据接收时,先对第一位(起始码)码的码宽进行验证。
若第一位低电平码的脉宽小于2ms,将作为错误码处理;否则认为是起始码,累加器A加1。
当间隔位的高电平大于3ms时,结束接收,然后再根据累加器A中的脉冲个数,执行相应的输出操作。
图6为红外线接收器输出的一帧遥控码波形图。
图6一帧遥控码波形图
5系统的软件设计
5.1主机接收部分程序设计
主机程序部分主要分为主程序、中断程序、显示程序以及解码接收程序等。
1主程序
主程序中主要是对外部中断0的设定以及一些存储单元的清零等初始化工作。
主程序程序流程图如图4-4所示。
否
是
是
图4—4主程流程图
`
主程序的初始化程序如下:
TIME1EQU0011H;存储时间秒的个位
TIME2EQU0012H;存储时间秒的十位
TIME3EQU0013H;存储时间分的个位
TIME4EQU0014H;存储时间分的十位
A_SCORE3EQU0015H;A队分数的百位
A_SCORE2EQU0016H;A队分数的十位
A_SCORE1EQU0017H;A队分数的个位
B_SCORE3EQU0018H;B队分数的百位
B_SCORE2EQU0019H;B队分数的十位
B_SCORE1EQU0020H;B队分数的个位
TEAMAEQU0021H;存储A队名的地址
TEAMBEQU0022H;存储B队名的地址
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0003H
LJMPINTEX0
ORG001BH
LJMPINT_T1
ORG0100H
START:
MOVSP,#60H
MOVP3,#FFH;为1时运行,为0时暂停
MOVTMOD,#10H;置T1为方式1
MOVTL1,#C0H;设置定时常数
MOVTH1,#06H
MOVTEAMA,#88H;设置A队的队名显示为A
MOVTEAMB,#83H;设置B队的队名显示为B
MOVTIME4,#01H;初始化比赛时间为12:
00
MOVTIME3,#02H
MOVTIME2,#00H
MOVTIME1,#00H
MOVA_SCORE3,#00H;设置比赛开始时A,B两队的比分为
MOVA_SCORE2,#00H;000:
000
MOVA_SCORE1,#00H
MOVB_SCORE3,#00H
MOVB_SCORE2,#00H
MOVB_SCORE1,#00H
LCALLDISPLAY;调用显示子程DISPLAY
SETBEX0
SETBTR1;开中断
SETBET1
SETBEA
5.2中断程序设计
当有外部中断时,接收数据并对数据解码,根据相应的脉冲数转到相应的功能执行。
中断流程图如下:
中断程序流程图
中断程序
INTEX0:
CLREXO
JNBP3.1,READ1
READOUT0:
SETBEX0
RETI
READ1:
CLRA
MOVDPH,A
MOVDPL,A
HARD1:
JBP3.1,HARD11
INCDPTR
NOP
NOP
NOP
AJMPHARD1
HARD11:
MOVA,DPH
JZREADOUTT0
CLRA
READ11:
INCA
READ12:
JNBP3.1,READ12
MOVR1,#06H
READ13:
JNBP3.1,READ11
LCALLDELAY
DJNZR1,READ13
DECA
DECA
JZFUNO
DECA
JZFUN1
DECA
JZFUN2
DECA
JZFUN3
FUN0:
MOVA,A_SCORE1
CJNEA,#09H,EA1
MOVA,A_SCORE2
CJNEA,#09H,EA2
INCA_SCORE3
MOVA_SCORE2,#00H
MOVA_SCORE1,#00H
RETI
EA1:
INCA_SCORE1
RETI
EA2:
INCA_SCORE2
MOVA_SCORE1,#00H
RETI
FUN1:
MOVA,B_SCORE1
CJNEA,#09H,EB1
MOVA,B_SCORE2
CJNEA,#09H,EB2
INCB_SOCRE3
MOVB_SOCRE2,#00H
MOVB_SOCRE1,#00H
RETI
EB1:
INCB_SOCRE1
RETI
EB2:
INCB_SOCRE2
MOVB_SOCRE1,#00H
RETI
FUN2:
PUSHA
PUSH2
PUSH1
PUSH0
PUSHPSW
PUSHTL1
PUSHTH1
PUSHDPL
PUSHDPH
CLRTR1
RETI
FUN3:
POPDPH
POPDPL
POPTH1
POPTL1
POPPSW
POP0
POP1
POPA
SETBTR1
RETI
5.3显示程序设计
数码管显示程序,采用动态显示
显示程序
DISPLAY:
MOVDPTR,#TAB
MOVP2,#01H;显示TIME4
MOVA,TIME4
MOVCA
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