基于單片機(jī)的紅外轉(zhuǎn)射頻遙控系統(tǒng)

系統(tǒng)主要有遙控裝置和轉(zhuǎn)換裝置兩部分組成，接收控制部分是紅外遙控的對(duì)象，如電視機(jī)，空調(diào)等設(shè)備。射頻遙控器由按鍵信息輸入、編碼及射頻發(fā)射電路組成，主要功能是將用戶的輸入信息進(jìn)行編碼，經(jīng) 433MHz的載波調(diào)制，并通過天線發(fā)射出去。它和電視機(jī)的遙控器功能相似，不同的是它發(fā)射的射頻信號(hào)不受環(huán)境限制且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。轉(zhuǎn)換裝置包括射頻信號(hào)的接收解調(diào)、紅外調(diào)制及紅外發(fā)射部分，主要功能是從接收的射頻信號(hào)中，解調(diào)出遙控信息，并按照紅外遙控的編碼體制對(duì)信息進(jìn)行編碼，并調(diào)制在 38kHz的載波（38kHz載波頻率是家電類紅外遙控的主流載頻，還有其它頻率，如 36kHz、40kHz，但只是小部分 ）上，經(jīng)紅外發(fā)射管的二次調(diào)制，發(fā)射紅外遙控信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)受控設(shè)備的控制。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一個(gè)射頻遙控器，可以通過地址編碼控制多個(gè)轉(zhuǎn)換裝置，將轉(zhuǎn)換裝置分別固定在不同的受控對(duì)象上，并使其紅外發(fā)射管對(duì)準(zhǔn)受控對(duì)象的紅外接收頭，這樣就不需要改動(dòng)受控對(duì)象的內(nèi)部電路，就可實(shí)現(xiàn)射頻遙控的轉(zhuǎn)換，從而簡(jiǎn)化了電路，降低了成本。

2．編、解碼芯片簡(jiǎn)介
PT2262是一款數(shù)據(jù)編碼芯片，最多有 12位三態(tài)地址線 (“0”或“1”或“懸空” )，可提供 531,441種編碼地址，因此可以極大地減少地址沖突，實(shí)現(xiàn)多路遙控的功能。 PT2262將地址碼和數(shù)據(jù)碼（A0~A5和 A6/D5~A11/D0）轉(zhuǎn)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)，并從第 17腳輸出相應(yīng)的編碼信號(hào)波形。與 PT2262相對(duì)應(yīng)的解碼芯片 PT2272則從解調(diào)出的數(shù)據(jù)中，提取相應(yīng)的地址和數(shù)據(jù)編碼信息，并和本地設(shè)定的地址進(jìn)行兩次比較，如果地址相同，則根據(jù)指令中的數(shù)據(jù)信息執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作；否則，不響應(yīng)這條指令 。這樣，通過控制發(fā)射端的地址編碼就可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)對(duì)象的控制，通過控制發(fā)射端的數(shù)據(jù)編碼，就可對(duì)一個(gè)受控對(duì)象執(zhí)行多種操作。
3．紅外遙控信號(hào)的碼形

紅外遙控器是利用紅外線作載體傳送信息的，該二進(jìn)制信息一般由引導(dǎo)碼、用戶碼、功能碼組成，紅外遙控編碼的格式如圖所示：
 
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首先發(fā)射 9ms高電平起始信號(hào)，4.5ms低電平，合稱引導(dǎo)碼。接著發(fā)射“低 8位用戶碼 +高 8位用戶碼 +8位功能碼 +8位功能碼反碼”，共 32位。二進(jìn)制“ 0”用“0.56ms高電平 +0.56ms低電平”表示， “1”用“0.56ms高電平+1.68ms的低電平”表示 [4]。接收的信號(hào)與發(fā)射的信號(hào)正好相反，即發(fā)射為高電平時(shí)，接收為低電平。所以接收到信號(hào)時(shí)，通過檢測(cè)高電平的長(zhǎng)度就可以判斷傳輸?shù)氖恰?0”還是“1”，發(fā)射信息的冗余主要是為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
不同的紅外受控對(duì)象有自己惟一的用戶碼，因此通過發(fā)送不同的用戶碼就可以區(qū)分開該遙控信息是發(fā)送給哪個(gè)受控對(duì)象的。受控對(duì)象從信號(hào)中解調(diào)出功能碼，并根據(jù)功能碼，執(zhí)行相應(yīng)的功能和動(dòng)作。在本系統(tǒng)中，用戶碼就是編碼芯片的地址編碼，功能碼就是遙控器上的鍵值，即編碼芯片上的數(shù)據(jù)編碼。
4．硬件電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
AT89C2051單片機(jī)功耗低，體積小，適用于各種便攜式設(shè)備，因此在轉(zhuǎn)換電路中采用這款芯片；如果控制對(duì)象少，需要的端口也少，那么射頻遙控器電路也可以采用 AT89C2051；在設(shè)計(jì)中，為驗(yàn)證系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)控制多路信號(hào)的功能，遙控器電路采用 AT89C51單片機(jī)，這樣可以增加更多的遙控對(duì)象。硬件電路主要包括射頻遙控器電路和轉(zhuǎn)換裝置電路兩部分。
射頻遙控器主要實(shí)現(xiàn)用戶信息的采集、編碼和射頻發(fā)射功能。射頻發(fā)射電路采用安陽市新世紀(jì)電子研究所有限公司的射頻無線發(fā)射模塊 F05E，它采用 ASK調(diào)制。單片機(jī)掃描矩陣鍵盤的輸入信息，并送入 PT2262進(jìn)行編碼，經(jīng) F05E調(diào)制到 433MHz的中頻信號(hào)上，并通過天線發(fā)射出去。在 5V電壓下，實(shí)際遙控距離為 100m左右，基本可以滿足系統(tǒng)的正常要求。射頻遙控框圖如圖所示： 
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轉(zhuǎn)換裝置把接收到的433MHz射頻信號(hào)送到與F05E相對(duì)應(yīng)的射頻接收解調(diào)模塊J04P中進(jìn)行解調(diào)，再經(jīng)過 PT2272解碼，恢復(fù)出原始的遙控信息；單片機(jī)利用內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生 38kHz載波脈沖，并將遙控信號(hào)調(diào)制在該載波上，經(jīng)放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外調(diào)制信號(hào)發(fā)射出去。轉(zhuǎn)換裝置電路如圖所示： 
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在轉(zhuǎn)換裝置上加上一些小型的繼電器或晶閘管，就可以遠(yuǎn)距離的控制某些電器的電源開關(guān)，如電燈、冰箱等設(shè)備。
5．軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
遙控器面板上的按鍵可分為三類：狀態(tài)鍵、功能鍵、開關(guān)鍵。由于各種紅外遙控器的編碼格式不同，遙控器在發(fā)送按鍵信息時(shí)，需要判斷該信息是發(fā)送給哪個(gè)受控對(duì)象的，從而選擇相應(yīng)的編碼形式，狀態(tài)按鍵就是實(shí)現(xiàn)遙控器的這種功能轉(zhuǎn)換的，在軟件實(shí)現(xiàn)上，則是根據(jù)不同的受控對(duì)象，加上不同的用戶碼；功能鍵包括各種電器遙控的常用操作，如 0~9數(shù)字鍵，上下左右、快進(jìn)、后退鍵；開關(guān)鍵主要是配合繼電器（或晶閘管）電路，用于對(duì)某些用電器的電源開關(guān)進(jìn)行控制。射頻遙控器隨時(shí)響應(yīng)用戶的按鍵輸入，并計(jì)算鍵值，對(duì)鍵值采用“鍵值+鍵值反碼”的格式進(jìn)行編碼，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
轉(zhuǎn)換裝置的軟件設(shè)計(jì)要完成射頻信息的解碼、紅外信息編碼、產(chǎn)生 38kHz載波脈沖、紅外調(diào)制等功能。單片機(jī)通過外部中斷檢測(cè)射頻解調(diào)模塊，判斷是否有遙控信息，如果有，則執(zhí)行中斷程序，從解調(diào)模塊讀取信息，經(jīng)過紅外編碼、 38kHz載波的脈沖調(diào)制，送到紅外發(fā)射電路，將調(diào)制后的紅外遙控信號(hào)發(fā)送出去。 38kHz的載波脈沖可以通過單片機(jī)中的定時(shí)器 0來產(chǎn)生，并通過單片機(jī)的定時(shí)器 1來控制高低電平的持續(xù)時(shí)間。中斷程序流程如圖所示：
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6．結(jié)束語
本文設(shè)計(jì)的紅外轉(zhuǎn)射頻遙控系統(tǒng)可以很好地對(duì)配有紅外裝置的設(shè)備實(shí)現(xiàn)各種遙控操作，以及對(duì)其它家用電器的電源開關(guān)進(jìn)行控制。這種系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于家庭以及工業(yè)生產(chǎn)中的遠(yuǎn)距離控制、車載衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)等領(lǐng)域。創(chuàng)新點(diǎn)：把紅外遙控轉(zhuǎn)換為射頻遙控，并將多個(gè)遙控器集成為一體，使用方便，減少了資源浪費(fèi)；對(duì)新增加的設(shè)備只需更新轉(zhuǎn)換裝置軟件中的紅外編碼格式就可以將其添加到該系統(tǒng)中，不需要改變?cè)O(shè)備原有的內(nèi)部電路，通用性強(qiáng)。