單片機紅外線遙控器輸入系統(tǒng)研究

趙思成　郭　娜

中圖分類號：TP7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2009）0110026-01

隨著單片機嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)和紅外線遙控技術(shù)的發(fā)展，越來越多的紅外遙控器械在單片機系統(tǒng)中來代替鍵盤進行輸入工作。在工控設(shè)備中，傳統(tǒng)的方法是用專用的紅外發(fā)射和接收電路來實現(xiàn)的。這種設(shè)計方法要考慮到震蕩載頻的產(chǎn)生，接收的自動增益控制（AGC）等，使得在設(shè)計、制作和調(diào)試上非常繁瑣，容易產(chǎn)生相互干擾。如果采用現(xiàn)在廣泛使用的普通遙控器加上一體化接收頭作為單片機的輸入系統(tǒng)，就可以有效地克服上述缺點。

一、紅外遙控系統(tǒng)原理

紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射雕紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，再送后置放大器。

發(fā)射機一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動電路、發(fā)射電路等幾部分組成。當按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載體進行調(diào)制，再由驅(qū)動電路進行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定指令編碼信號。

接收電路一般由接收電路、放大電路、調(diào)制電路、指令譯碼電路、驅(qū)動電路、執(zhí)行電路(機構(gòu))等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調(diào)制的編碼指令信號接收下來，并進行放大后送解調(diào)電路，解調(diào)電路將已調(diào)制的指令編碼信號解調(diào)出來，即還原為編碼信號。

二、編碼格式

LC7461M型遙控發(fā)射芯片采用PWM方法來發(fā)送信號。當按下某個鍵后，就會發(fā)出一組長108ms的編碼。它由引導(dǎo)碼、13位用戶識別碼、13位用戶識別反碼、8位操作碼和8位操作反碼組成，共計42位信息。其中引導(dǎo)碼由9ms的高電平和4.5ms的低電平組成。因為在各種光電干擾中干擾信號都是以尖脈沖形式出現(xiàn)的，持續(xù)時間很短（一般都在7ms以內(nèi)），當接收到13.5ms的引導(dǎo)碼后，接著接收到的信號就可以認為是發(fā)射的數(shù)據(jù)信號，這樣就有效地防止了外界的干擾。用戶識別碼可以準確地識別出不同的電器設(shè)備，防止不同機種間的相互干擾。同時，利用發(fā)送的反碼信息可以防止接收錯誤。對于位信息，7461芯片發(fā)射的“0”代碼總長1.125ms，以0.56ms的高電平開始，然后為

0.565ms的低電平；“1”代碼總長2.25ms，也是以0.56ms的高電平開始，不同的是后邊低電平的長度為1.69ms。

三、接收

接收部分采用的是一體化接收頭，它是集接收、放大于一體，不需外接任何元件就能完成從紅外線接收到產(chǎn)生與單片機兼容信號的所有工作。當它收到紅外信號后，會反相輸出。最終單片機識別的編碼與位碼應(yīng)該與紅外線遙控器發(fā)射的相反。

四、和單片機的接口

我們這里以國內(nèi)電氣控制中常用的51架構(gòu)單片機為例，闡述硬件連接和軟件解碼過程。

（一）硬件連接

采用一體化接收頭作為接收器件后，與單片機的連接非常簡單。單片機控制系統(tǒng)僅需開啟一個外部中斷,將之與一體化接收頭的OUT端相連接即可，

（二）軟件解碼

1．延時查詢式解碼。解碼的關(guān)鍵是如何識別“0”和“1”。從接收到位的特征我們可以發(fā)現(xiàn)，“0”和“1”均以0.56ms的低電平開始，不同的是高電平的寬度，“0”為0.565ms，“1”為1.69ms。所以，可以根據(jù)高電平的寬度來區(qū)分“0”和“1”。如果0.56ms低電平過后開始延時，再過0.565ms以后讀到了低電平，說明該位是“0”，否則為“1”。為了可靠接收，防止誤讀，我們一般可取中間值最為可靠。

2．全中斷式解碼。上述延時方法簡單易懂，但其進入解碼程序后會大量使用延時操作，極大地降低了單片機的利用率，而且容易產(chǎn)生誤判、無法退出解碼程序的現(xiàn)象。經(jīng)研究改進，現(xiàn)設(shè)計出一種全中斷接收解碼方式。

通過上述脈沖波形分析，我們發(fā)現(xiàn)“0”和“1”的區(qū)別就在于這一位的波長為1.125ms還是為2.25ms。如果為1.125ms，我們就認為接收到了“0”；如果為2.25ms，我們就認為接收到了“1”。從整個接收到的信息編碼看，數(shù)據(jù)位是以低電平開始的，又以下一個低電平到來而結(jié)束。這時，我們可以對位的采集采用外部中斷方式，使在負邊沿產(chǎn)生一個外部中斷，在中斷子程序中啟動一從0開始計數(shù)的定時器。在下一個中斷里，首先把剛才的定時值保存下來。這時這個值就是剛才接收位的時長。我們可以把這個值與1.125ms和2.25ms比較，從而判斷是“0”還是“1”?？紤]到執(zhí)行效率問題，我們可以只用

來對其標定。事實上，我們可以只比較定時器THx中的數(shù)據(jù)即可。其解碼流程如圖1所示。

這種外部中斷與定時器結(jié)合的方式解碼準確，CPU的利用率高。需要補充的是，當鍵盤按下長達108ms后，遙控器會開始發(fā)送連續(xù)信號，對7461來說與引導(dǎo)碼格式相同。我們可以根據(jù)需要用定時器溢出退出解碼狀態(tài)與重碼計數(shù)來分別處理。

五、抗干擾措施

用紅外遙控器作為單片機的輸入系統(tǒng)，采用檢測脈寬作為信號區(qū)分標志，同時引導(dǎo)碼為13.5ms超寬脈沖作為起始信號，抗干擾能力強，適合應(yīng)用于高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等工業(yè)環(huán)境。如果該系統(tǒng)應(yīng)用于有嚴重紅外干擾的場合時，我們可以采取在接收頭上加裝紅色濾光片、軟件上采用高中斷優(yōu)先級，兩次比較等方式，從而有效抑制干擾。

六、結(jié)束語

單片機應(yīng)用系統(tǒng)加接這種紅外遙控鍵盤,接口簡單,操作方便,全中斷軟件解碼性能可靠穩(wěn)定,抗干擾能力強，并且節(jié)約了單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件資源,具有很好的應(yīng)用空間。

參考文獻：

[1]何立民，單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990.

[2]潘永雄，新編單片機原理與應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

[3]蘇長贊，紅外線和超聲波遙控，人民郵電出版社，1999.