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[導(dǎo)讀] 提出一種基于mega128單片機學(xué)習(xí)型紅外遙控器的設(shè)計與實現(xiàn)。對該遙控器的工作原理、軟硬件進(jìn)行介紹,并對紅外編碼學(xué)習(xí)的實現(xiàn)過程進(jìn)行詳細(xì)描述。該學(xué)習(xí)型紅外遙控器是通過測量脈沖寬度的方法來復(fù)制紅外脈沖信號并進(jìn)行保存,以軟件形式實現(xiàn)38 kHz載波,最后通過紅外發(fā)射二級管發(fā)送紅外編碼來控制家用電器。

紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù),具有抗干擾能力強、信息傳輸可靠、功耗低、成本低、易實現(xiàn)等顯著優(yōu)點,被諸多電子設(shè)備特別是家用電器廣泛采用。隨著人們生活水平的提高,家用電器的數(shù)量逐漸增加,使用紅外遙控器的頻率越來越高。但是由于各種紅外遙控器編碼格式不同[1],所以各種紅外遙控器不能兼容,這樣一個家庭就需要很多個遙控器,很不方便。
    目前國內(nèi)學(xué)習(xí)型遙控器大部分采用復(fù)制遙控器紅外波形的思想,方法很多。但是由于采用專用遙控發(fā)射芯片,集成度高但成本也高。
    本文介紹一種基于mega128單片機的具有學(xué)習(xí)型的紅外遙控器的設(shè)計,其思想是通過測量經(jīng)過紅外接收芯片解調(diào)后輸出的編碼脈沖寬度[2],然后存入單片機內(nèi)部eeprom指定地址。當(dāng)要發(fā)生紅外信號時,從存儲區(qū)還原出相應(yīng)的紅外遙控編碼,并調(diào)制到38 kHz的載波信號上,最后直接驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外信號,實現(xiàn)一個遙控器控制多種紅外家電設(shè)備。
1 學(xué)習(xí)型紅外遙控器基本硬件結(jié)構(gòu)
    學(xué)習(xí)型紅外遙控器由以下幾個模塊組成[3]:單片機、紅外接收模塊、紅外發(fā)射模塊和矩陣鍵盤,如圖1所示。系統(tǒng)采用8 MHz晶振,直接采用mega128內(nèi)部E2PROM來存儲紅外遙控編碼,其容量為4 KB。

 

 

    紅外接收模塊電路如圖2所示。紅外接收芯片采用HS0038A2,此芯片對接收到的紅外信號進(jìn)行放大,檢波整形并解調(diào)出紅外遙控編碼,得到TTL電平,反相輸入到mega128 的PD0和PD1口,即外部中斷0和外部中斷1口。通過上升沿和下降沿兩個邊沿觸發(fā)中斷來控制定時器的開與關(guān),從而記錄高低電平的脈沖寬度值。

    紅外發(fā)射模塊電路如圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)射功能時,單片機首先掃描矩陣鍵盤,識別相應(yīng)按鍵的按下情況,然后從E2PROM中取出相應(yīng)鍵值的遙控信號[4],即通過學(xué)習(xí)后保存到E2PROM里的高低電平的寬度值。與此同時,利用單片機T0定時器產(chǎn)生38 kHz的載波信號。最后將遙控信號調(diào)制到載波上,通過IO口直接驅(qū)動紅外發(fā)射二極管發(fā)射紅外信號。這里的調(diào)制完全通過軟件實現(xiàn),取代了直接用與門來調(diào)制的方式,方便準(zhǔn)確。由于mega128 單片機IO口的驅(qū)動能力強,可以直接驅(qū)動二極管,避免了傳統(tǒng)三極管放大后再驅(qū)動的繁瑣。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
2.1主程序設(shè)計

  系統(tǒng)上電后不斷掃描鍵盤,當(dāng)檢測到學(xué)習(xí)鍵按下時,調(diào)入學(xué)習(xí)子程序,對相應(yīng)功能鍵的遙控編碼進(jìn)行學(xué)習(xí)并寫入E2PROM;當(dāng)發(fā)射鍵按下時,先識別按下的功能鍵,然后從E2PROM中讀出相應(yīng)的已經(jīng)學(xué)習(xí)到的紅外遙控編碼,然后通過發(fā)射程序發(fā)射出去。如圖4所示。

2.2 學(xué)習(xí)子程序
     學(xué)習(xí)程序的功能是對紅外遙控編碼的學(xué)習(xí),即對高低脈沖寬度的測量。當(dāng)中一定會存在一定誤差,不可能毫無誤差地復(fù)制出被測的紅外編碼。不過,由于所有的紅外設(shè)備在接收端都允許一定的誤差,只要保證在誤差范圍內(nèi)都可以對紅外設(shè)備進(jìn)行控制。學(xué)習(xí)程序的主要思路是通過邊沿觸發(fā)中斷來控制定時器的開和關(guān),從而測出高低脈沖寬度。mega128單片機的外部中斷0和1口的中斷方式分別設(shè)置為下降沿和上升沿觸發(fā)中斷。當(dāng)沒有接收到紅外信號時,外部中斷0、1口都為高,此時程序等待紅外信號的到來。當(dāng)紅外到達(dá)時,下降沿觸發(fā)中斷,學(xué)習(xí)程序跳到下降沿中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序里,停止定時器3,保存其寄存器的值并清零,最后啟動定時器1,這樣開始測量低電平。當(dāng)高電平到來時,上升沿觸發(fā)中斷,程序跳到上升沿中斷服務(wù)程序里,此時停止定時器1,保存其寄存器的值并清零,最后啟動定時器3,高電平開始測量。當(dāng)下一個低電平到來時,程序又跳到下降沿中斷服務(wù)程序,重復(fù)上面的工作。這樣,高低電平的測量就在兩個邊沿觸發(fā)中斷服務(wù)程序里面來回跳轉(zhuǎn)。最后一次跳入邊沿觸發(fā)中斷服務(wù)程序時,一旦產(chǎn)生定時器溢出,則程序跳入定時器溢出中斷服務(wù)程序,只要設(shè)定一個標(biāo)志位,讓程序跳回主程序即可。到此,紅外編碼學(xué)習(xí)完畢,只需把學(xué)習(xí)到的編碼寬度值存入E2PROM即可。如圖5所示。

2.3發(fā)射子程序
    發(fā)射程序是把已經(jīng)學(xué)習(xí)到的紅外編碼發(fā)射出去控制紅外設(shè)備。首先要根據(jù)所按下鍵來找到E2PROM相應(yīng)的紅外編碼。這里是通過紅外接收芯片接收到的紅外編碼經(jīng)過一個反相器,所以發(fā)射時要把原來的高低電平翻轉(zhuǎn)一下。紅外發(fā)射程序的思想是通過兩個定時器的配合來調(diào)制出38 kHz的紅外信號。定時器0產(chǎn)生38 kHz的載波信號,用已經(jīng)學(xué)習(xí)到的低電平寬度來確定定時器0的定時長度。當(dāng)發(fā)送低電平時,啟動定時器0;發(fā)送高電平時,停止定時器0。如此就能發(fā)送一個與接收到的紅外編碼反相并且高電平是經(jīng)過38 kHz載波調(diào)制過的紅外遙控信號,這個信號就是普通遙控器發(fā)送出去用來控制紅外設(shè)備的信號。如圖6所示。

3 實驗測試
    實驗中用格力的一臺柜式空調(diào)進(jìn)行試驗。圖7是接收波形,圖8是還沒有經(jīng)過38 kHz調(diào)制的發(fā)射波形。比較兩個波形可以看出,接收和發(fā)射的波形高低電平持續(xù)時間相同,只是波形正好相反,原因是在接收芯片里有一個反相過程。此時,只需將38 kHz的波形調(diào)制到波形里,再通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去,即可對空調(diào)進(jìn)行控制。把空調(diào)遙控器上的所有功能鍵都嘗試過一次,都可以對空調(diào)進(jìn)行控制。

    本文所設(shè)計的學(xué)習(xí)型紅外遙控器可以準(zhǔn)確地測量并學(xué)習(xí)紅外編碼信號,將所學(xué)的信號復(fù)制,保存并通過紅外發(fā)射二極管發(fā)射,可以控制紅外家用設(shè)備。不同類型的紅外遙控器,各種編碼格式都可以對其進(jìn)行學(xué)習(xí)并對電器進(jìn)行穩(wěn)定控制。
參考文獻(xiàn)
[1] 邱士安.通用遙控器的解決方案[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報, 2001(26):197-199.
[2] 蘆健,彭軍,顏自勇,等.自學(xué)習(xí)智能型紅外遙控器的設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù),2006,25(8):63-65.
[3] 徐志,何明華,林武,等.一類基于軟件載波的學(xué)習(xí)型遙控器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2009(2):36-38.
[4] 耿德根,宋建國,馬潮,等.AVR高速嵌入式單片機原理與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天出版社,2002.

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