通用多址遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)(圖)

紅外遙控在家用電器、安全保衛(wèi)、工業(yè)控制以及人們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛應(yīng)用，特別是家用電器、安全保衛(wèi)。

當(dāng)家里的電視或者VCD、DVD較多時(shí)，有時(shí)候用遙控器遙控它們，會(huì)產(chǎn)生沖突，發(fā)生誤操作。本來(lái)只想遙控當(dāng)中的一臺(tái)機(jī)器，但是兩臺(tái)電視機(jī)或者一臺(tái)VCD（DVD）和一臺(tái)電視機(jī)同時(shí)受到遙控。仔細(xì)分析，這兩個(gè)設(shè)備產(chǎn)生沖突是由紅外編碼的問(wèn)題引起的，由于它們有相同的地址編碼，所以會(huì)同時(shí)發(fā)生動(dòng)作，這就造成了上述麻煩。解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于，給每個(gè)電器設(shè)置不同的地址編碼，當(dāng)遙控時(shí)，先發(fā)送地址編碼，地址相同的才能接受動(dòng)作，接受后續(xù)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，先選擇要遙控的對(duì)象，而后再按鍵執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

在本文介紹的設(shè)計(jì)中，用單片機(jī)模擬紅外遙控器編碼，從矩陣鍵盤(pán)輸入要遙控的地址，然后通過(guò)紅外發(fā)光二極管發(fā)射編碼信號(hào)，接收部分先把發(fā)射部分發(fā)射的編碼信號(hào)接收下來(lái)，再和自己本身的地址作比較，如果地址相同，則點(diǎn)亮一只二極管，表示地址相同，遙控成功；否則二極管仍舊是熄滅的。

此設(shè)計(jì)是根據(jù)紅外線(xiàn)遙控的原理設(shè)計(jì)的，可以在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出解決家用電器“打架”現(xiàn)象的電路系統(tǒng)，應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，因此具備一定的實(shí)用性。

紅外遙控的基本原理

紅外線(xiàn)遙控系統(tǒng)一般由發(fā)射器和接收器兩部分組成。發(fā)射器由指令鍵、指令信號(hào)產(chǎn)生電路、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路及紅外線(xiàn)發(fā)射器組成。當(dāng)指令鍵被按下時(shí)，指令信號(hào)產(chǎn)生電路便產(chǎn)生所需要的控制信號(hào)，控制指令信號(hào)經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制后，最終由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外線(xiàn)發(fā)射器，發(fā)出紅外線(xiàn)遙控指令信號(hào)。

接收器由紅外線(xiàn)接收器件、前置放大電路、解調(diào)電路、指令信號(hào)檢出電路、記憶及驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行電路組成。當(dāng)紅外接收器件收到發(fā)射器的紅外指令信號(hào)時(shí)，它將紅外光信號(hào)變成電信號(hào)并送到前置放大電路進(jìn)行放大，再經(jīng)過(guò)解調(diào)器后，由信號(hào)檢出電路將指令信號(hào)檢出，最后由記憶電路和驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，實(shí)現(xiàn)各種操作。

控制信號(hào)一般以某些不同的特征來(lái)區(qū)分，常用的區(qū)分指令信號(hào)的特征是頻率和碼組特征，即用不同的頻率或者編碼的電信號(hào)代表不同的指令信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控。所以紅外遙控系統(tǒng)通常按照產(chǎn)生和區(qū)分控制指令信號(hào)的方式和特征分類(lèi)，常分為頻分制紅外線(xiàn)遙控和碼分制紅外線(xiàn)遙控。

圖1 遙控發(fā)射部分組成

1 紅外遙控系統(tǒng)發(fā)射部分

紅外遙控發(fā)射器由鍵盤(pán)矩陣、遙控專(zhuān)用集成電路、驅(qū)動(dòng)電路和紅外發(fā)光二極管三部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

當(dāng)有鍵按下時(shí)，系統(tǒng)延時(shí)一段時(shí)間防止干擾，然后啟動(dòng)振蕩器，鍵編碼器取得鍵碼后從ROM中取得相應(yīng)的指令代碼（由0和1組成的代碼），遙控器一般采用電池供電，為了節(jié)省電量和提高抗干擾能力，指令代碼都是經(jīng)32～56kHz范圍內(nèi)的載波調(diào)制后輸出到放大電路，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)射出940nm的紅外光。當(dāng)發(fā)送結(jié)束時(shí)振蕩器也關(guān)閉，系統(tǒng)處于低功耗休眠狀態(tài)。載波的頻率、調(diào)制頻率在不同的場(chǎng)合會(huì)有不同，不過(guò)家用電器多采用的是38kHz的，也就是用455kHz的振蕩器經(jīng)過(guò)12分頻得到的。

遙控發(fā)射器的信號(hào)是由一串0和1的二進(jìn)制代碼組成的，不同的芯片對(duì)0和1的編碼有所不同，現(xiàn)有的紅外遙控包括兩種方式：脈沖寬度調(diào)制（PWW）和脈沖位置調(diào)制（PPM或曼徹斯特編碼）。兩種形式編碼的代表分別是NEC和PHILIPS的RC-5。

2 紅外遙控系統(tǒng)接收部分

接收部分是由放大器、限幅器、帶通濾波器、解調(diào)器、積分器、比較器等組成的，比如采用較早的紅外接收二極管加專(zhuān)用的紅外處理電路的方法，如CXA20106，此種方法電路復(fù)雜，現(xiàn)在一般不采用。但是在實(shí)際應(yīng)用中，以上所有的電路都集成在一個(gè)電路中，也就是我們常說(shuō)的一體化紅外接收頭。一體化紅外接收頭按載波頻率的不同，型號(hào)也不一樣。由于與CPU的接口的問(wèn)題，大部分接收電路都是反碼輸出，也就是說(shuō)當(dāng)沒(méi)有紅外信號(hào)時(shí)輸出為1，有信號(hào)輸出時(shí)為0，它只有三個(gè)引腳，分別是+5V電源、地、信號(hào)輸出。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 單片機(jī)編碼發(fā)射部分

① 鍵盤(pán)部分

紅外遙控器的發(fā)射器電路比較簡(jiǎn)單，由一個(gè)4×4矩形鍵盤(pán)、一個(gè)PNP驅(qū)動(dòng)三極管、一個(gè)紅外線(xiàn)發(fā)光二極管和兩個(gè)限流電阻組成。要遙控哪臺(tái)接收器由鍵盤(pán)輸入，即由鍵盤(pán)輸入要紅外遙控的地址，地址經(jīng)過(guò)編碼、調(diào)制后通過(guò)紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。

矩陣鍵盤(pán)部分由16個(gè)輕觸按鍵按照4行4列排列，將行線(xiàn)所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線(xiàn)所接的作為輸入。當(dāng)沒(méi)有鍵被按下時(shí)，所有輸出端都是高電平，代表沒(méi)有鍵按下。有鍵按下時(shí)，則輸入線(xiàn)就會(huì)被拉抵，這樣，通過(guò)讀入輸入線(xiàn)的狀態(tài)就可以知道是否有鍵被按下。

鍵盤(pán)的列線(xiàn)接到P1口的低4位，行線(xiàn)接到P1口的高4位，列線(xiàn)P1.0～P1.3設(shè)置為輸入線(xiàn)，行線(xiàn)P1.4～P1.7設(shè)置為輸出線(xiàn)。

圖2 載波調(diào)制示意圖

● 檢測(cè)當(dāng)前是否有鍵被按下。檢測(cè)的方法是使P1.4～P1.7輸出為0，讀取P1.0～P1.3的狀態(tài)，若P1.0～P1.3為全1，則無(wú)鍵閉合，否則有鍵閉合。
● 去除鍵抖動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)到有鍵按下后，延時(shí)一段時(shí)間再做下一步檢測(cè)判斷。
● 若有鍵按下，應(yīng)該識(shí)別出是哪一個(gè)鍵閉合。方法是對(duì)鍵盤(pán)的行線(xiàn)進(jìn)行掃描。P1.4～P1.7按下面4種組合依次輸出1110，1101，1011，0111，在每組行輸出時(shí)讀取P1.0～P1.3，若全為1，則表示0這行沒(méi)有鍵輸入，否則有鍵閉合。由此得到閉合鍵的行值和列值，然后采用計(jì)算的方法或者查表的方法將閉合鍵的行值和列值轉(zhuǎn)換成所定義的值。
● 為了保證每閉合一次CPU僅作一次處理，必須去除鍵釋放時(shí)的抖動(dòng)。產(chǎn)生的鍵值放在發(fā)送數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)，30H存放的是產(chǎn)生的鍵值，即要遙控的8位地址共1字節(jié)，31H放的是和30H中的相同的8位地址，地址碼重發(fā)了一次，主要是加強(qiáng)遙控器的可靠性，如果兩次地址碼不相同，則說(shuō)明本幀數(shù)據(jù)有錯(cuò)，應(yīng)該丟棄。32H放的是00H（為了編程簡(jiǎn)單），33H放的是0FFH，一共32位數(shù)據(jù)。要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，只要到那里讀取數(shù)據(jù)即可，然后調(diào)用發(fā)射子程序發(fā)送。

②載波部分

根據(jù)前面介紹的紅外遙控的基本原理，紅外遙控器編碼調(diào)制的方法其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要生成一定時(shí)間長(zhǎng)的電平就可以。再通過(guò)一個(gè)38kHz載波調(diào)制便可以發(fā)射編碼。載波的產(chǎn)生方法有多種，可以由CMOS門(mén)電路RC振蕩器構(gòu)成，或者由555時(shí)基電路構(gòu)成等。

在此次設(shè)計(jì)中采用的是CPU延時(shí)，即用定時(shí)器中斷完成，用單片機(jī)的T0定時(shí)產(chǎn)生38kHz載波。設(shè)定定時(shí)器為方式2，即自動(dòng)恢復(fù)初值的8位計(jì)數(shù)器。TL0作為8位計(jì)數(shù)器，TH0作為計(jì)數(shù)初值寄存器，當(dāng)TL0計(jì)數(shù)溢出時(shí)，一方面置1溢出標(biāo)志位TF0，向CPU請(qǐng)求中斷，同時(shí)將TH0內(nèi)容送入TL0，使TL0從初值開(kāi)始重新加1計(jì)數(shù)。因此，T0工作于方式2，定時(shí)精度比較高。根據(jù)計(jì)算，設(shè)定38KHz的定時(shí)初值，采用12kHz晶振的定時(shí)初值為0F3H，用11.0592kHz晶振時(shí)的初值為0F4H，設(shè)定好定時(shí)器中斷，在中斷程序中只寫(xiě)入取反P2.0（CPL P2.0），當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)1時(shí)，前面560μs高電平發(fā)送時(shí)，先打開(kāi)定時(shí)器中斷，再啟動(dòng)定時(shí)器，允許定時(shí)器工作，延時(shí)560μs再關(guān)定時(shí)器，后面1690μs的低電平因?yàn)椴话l(fā)送信號(hào)，所以可以直接置P2.0高電平后，延時(shí)1690μs即可；數(shù)據(jù)0前面的560μs高電平和數(shù)據(jù)1的一樣，后面560μs的低電平因?yàn)椴话l(fā)送信號(hào)，所以可以直接置P2.0高電平后，延時(shí)560μs即可。

2 紅外接收解碼電路

紅外遙控接收采用一體化紅外接收頭，它將紅外接收二極管、放大器、解調(diào)、整形等電路安裝在一起，只有三個(gè)引腳。紅外接收頭的信號(hào)輸出端接單片機(jī)的INT0端，單片機(jī)中斷INT0在紅外脈沖下降沿時(shí)產(chǎn)生中斷。電路如圖3.3所示，圖中增加一只PNP三極管對(duì)輸出信號(hào)放大，R和C組成去耦電路抑制電源干擾。

圖3 一體化接收頭示意圖

3 遙控信號(hào)的解碼算法

平時(shí)，遙控器無(wú)鍵按下時(shí)，紅外發(fā)射二極管不發(fā)出信號(hào)，遙控接收頭輸出信號(hào)1，有鍵按下時(shí)，0和1的編碼的高電平經(jīng)遙控接收頭反相后會(huì)輸出信號(hào)0，由于與單片機(jī)的中斷腳相連，將會(huì)引起單片機(jī)中斷（單片機(jī)預(yù)先設(shè)定為下降沿產(chǎn)生中斷）。

遙控碼發(fā)射時(shí)由9ms的高電平和 4.5ms的低電平表示引導(dǎo)碼，用560μs的高電平和560μs的低電平表示數(shù)據(jù)“0”，用560μs的高電平和1690μs的低電平表示數(shù)據(jù)“1”，引導(dǎo)碼后面是4字節(jié)的數(shù)據(jù)。接收碼是發(fā)射碼的反向，所以判斷數(shù)據(jù)中的高電平的長(zhǎng)度是讀出數(shù)據(jù)的要點(diǎn)，在這里用882μs（560～  1690μs之間）作為標(biāo)尺，如果882μs之后還是高電平則表示是數(shù)據(jù)1，將1寫(xiě)入寄存器即可（數(shù)據(jù)為1時(shí)還需要再延時(shí)一段時(shí)間使電平變低，用來(lái)檢測(cè)下一個(gè)低電平的開(kāi)始）。882μs后電平為低電平則表示是數(shù)據(jù)0，則將0寫(xiě)入寄存器中，之后再等待下一個(gè)低電平的到來(lái)。
繼續(xù)接收下面的數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到32位數(shù)據(jù)時(shí)，說(shuō)明一幀數(shù)據(jù)接收完畢，然后判斷本次接收是否有效，如果兩次地址碼相同并且等于本系統(tǒng)的地址碼，數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼之和等于0FFH，則接收的本幀數(shù)據(jù)有效，點(diǎn)亮一只發(fā)光二極管，否則丟棄本次接收到的數(shù)據(jù)。

接收完畢后，初始化本次接收到的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備下次遙控接收。

結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的通用多址遙控系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)先想到的性能要求，在實(shí)際應(yīng)用中，可以在這個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)紅外遙控信號(hào)自學(xué)習(xí)系統(tǒng)。首先要對(duì)設(shè)備的紅外遙控信號(hào)進(jìn)行識(shí)別并存儲(chǔ)（自學(xué)習(xí)），然后在需要時(shí)進(jìn)行還原。制成自學(xué)習(xí)系統(tǒng)后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)錄相機(jī)和投影機(jī)、電視機(jī)遙控信號(hào)的自學(xué)習(xí)和還原，從而在多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)可紅外遙控設(shè)備的控制。