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)

徐　志　何明華　林　武　湯云東

摘 要：提出了一類學(xué)習(xí)型遙控器的設(shè)計與實現(xiàn)，并對其工作原理、軟硬件進行簡單的介紹,詳細概述軟件中紅外遙控編碼學(xué)習(xí)的實現(xiàn)過程。該紅外遙控器采用測量脈沖寬度的原理，復(fù)制其紅外脈沖信號進行自學(xué)習(xí),以軟件形式實現(xiàn)38 kHz載波,最后成功完成了對其他遙控器的學(xué)習(xí)。該裝置可以代替各種不同的遙控器控制家用電器。

關(guān)鍵詞：紅外遙控器;自學(xué)習(xí);軟件載波；紅外脈沖信號

中圖分類號：TP368.1文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1004 373X(2009)02 036 03

Design and Implement of a New Learning Remote－controller Based on Software Carrier Wave

XU Zhi,HE Minghua,LIN Wu,TANG Yundong

(College of Electrical Engineering and Automation,Fuzhou University,Fuzhou,350108,China)

Abstract：The design and realization of a new learning remote－controller are preposed,and the operating principle,the software and hardware about it is introduced simply,and the realization course of infrared controller′s code learning through software is narrated in details.The infrared remote controller is implemented by pulse width measuring,realizes self－learning function by copying infrared pulse signal and realizes 38kHz carrier wave based on software.At last,it has been successfully used in learning other remote controllers.The equipment can instead of several remote controllers and control many different electro－appliances.

Keywords：infrared remote controller;self－learning;software carrier wave;infrared pulse signal

0 引 言

紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控方式，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而廣泛應(yīng)用于彩電、空調(diào)機、CD/VCD、錄像機家用電器設(shè)備及其工業(yè)控制中。隨著現(xiàn)在人們生活中家電日益增加的需要，使用紅外遙控器也越來越頻繁。因其各種紅外遙控器編碼格式不同［1］，使得各種紅外遙控器不能兼容。經(jīng)常需要更換遙控器，這也給人們生活帶來了不便。

目前國內(nèi)學(xué)習(xí)型遙控器大多采用復(fù)制遙控器紅外波形達到學(xué)習(xí)目的，其方法簡單，實現(xiàn)起來較方便。但其采用專用遙控集成的芯片，導(dǎo)致設(shè)計復(fù)雜，成本高，并且遙控器的紅外信號形成都是采用紅外線遙控發(fā)射芯片產(chǎn)生，其集成度高，但價格昂貴。

在此介紹一種基于以AT89S52為核心的學(xué)習(xí)型紅外遙控器，通過測量紅外一體化接收頭輸出信號，并原樣地記錄其輸出脈沖寬度［2］，然后保存在E2PROM，最后利用單片定時器中斷產(chǎn)生38 kHz載波信號，以軟件代替了硬件，節(jié)約了資源。該學(xué)習(xí)型紅外遙控器能成功地學(xué)習(xí)各種紅外遙控設(shè)備的編碼，并通過38 kHz載波發(fā)送學(xué)習(xí)到的記憶信號。實現(xiàn)了對各種各樣紅外遙控的學(xué)習(xí)，從而變成了真正的自學(xué)習(xí)遙控器。

1 學(xué)習(xí)型紅外遙控器系統(tǒng)

1.1 學(xué)習(xí)型紅外遙控器的原理

從家用萬能學(xué)習(xí)型紅外遙控一般原理出發(fā)，其可以分為2類：固定碼式學(xué)習(xí)遙控器和波形拷貝式學(xué)習(xí)遙控器［3］。前者，主要通過收集各種不同種類的遙控器信號，然后分而治之。這種學(xué)習(xí)型遙控器對硬件要求相對簡單，控制器的工作頻率不高，存儲容量大，其缺點是對未知遙控器無效。后者，主要是把原始遙控器所發(fā)出的信號進行完全拷貝，而不管遙控器是什么格式，進行適當(dāng)?shù)膲嚎s后，存儲在ROM存儲器中，當(dāng)發(fā)射時，只需將儲存器中讀出的遙控編碼，還原成原始信號，便完成了學(xué)習(xí)功能。此學(xué)習(xí)型遙控器對MCU的主頻要求高，RAM要求大，其優(yōu)點是對任何一種紅外遙控器可以進行學(xué)習(xí)。下面主要以第二種方法進行設(shè)計。

1.2 學(xué)習(xí)型紅外遙控器基本硬件組成

學(xué)習(xí)型紅外遙控器由單片機、紅外發(fā)射電路、紅外一體化接收頭、E2PROM存儲電路，矩陣鍵盤及LED指示燈構(gòu)成［4］，如圖1所示。單片機AT89S52構(gòu)成紅外遙控的處理器，其數(shù)據(jù)存儲器RAM（258 B）用來存儲學(xué)習(xí)過程中編碼信號的脈沖寬度；紅外發(fā)射電路：用遙控脈沖信號調(diào)制38 kHz方波，經(jīng)過三極管放大后，驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，其中38 kHz載波由AT89S52定時器T0產(chǎn)生。紅外一體化接收頭：紅外接收頭輸出的信號經(jīng)過檢波、整形、放大、解調(diào)38 kHz載波信號，其輸出信號為TTL高低電平。外接E2PROM存儲器：存放學(xué)習(xí)到的高低電平信號的脈寬值。

1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

學(xué)習(xí)型遙控器的設(shè)計性能及實現(xiàn)與其軟件設(shè)計編寫具有密切的關(guān)系,特別是碼寬計數(shù)的采集周期及計數(shù)器采用的位數(shù)都關(guān)系到能否精確采集到遙控編碼信號。編碼寬度計數(shù)的采樣周期在編程中須經(jīng)過多次實驗測試才能決定。該設(shè)計讀碼采樣周期大約為12 μs。

讀遙控編碼的計數(shù)器采用16位計數(shù)器，采樣時間在0~786.432 ms之間。其值保存在設(shè)定的數(shù)據(jù)存儲器中，然后寫入到外部E2PROM存儲器中，發(fā)射過程再從外部的E2PROM存儲器讀出，通過38 kHz載波發(fā)送編碼信號。

2 紅外遙控編碼學(xué)習(xí)與軟件載波的發(fā)射

2.1 紅外遙控信號編碼結(jié)構(gòu)分析

紅外遙控器發(fā)射的遙控編碼脈沖由起始碼、系統(tǒng)碼、功能碼、功能碼的反碼組成［5］，如圖2所示。起始碼是1個遙控碼的起始部分，由1個高電平和1個低電平組成，作為接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備脈沖。這些編碼是經(jīng)38 kHz的載波脈沖調(diào)制后發(fā)射出去。

通過分析大量不同類型的紅外遙控碼波形，遙控碼的數(shù)據(jù)幀間歇寬度均為10 ms以上，起始碼的高電平均為5 ms 以上，通常為9 ms左右。編碼位在10 μs~5 ms之間，在設(shè)計中，只考慮遙控器發(fā)射信號的高低電平寬度，不考慮其編碼方式，以簡化設(shè)計［6］。

2.2 紅外遙控信號編碼學(xué)習(xí)軟件設(shè)計

一般紅外遙控器的的紅外信號都是通過38~40 kHz(周期大約為26.3 μs)進行載波調(diào)制而成的，經(jīng)過載波后信號的脈沖寬度與單片機的指令周期時間（12 MHz晶振的指令周期為1 μs）數(shù)量級差不多。如果直接記錄載波信號的脈沖寬度，這樣誤差很大，必須對載波信號進行解調(diào)后，方可記錄此時遙控編碼信號的脈沖寬度。

在設(shè)計中采用計數(shù)器對信號高低電平計時的方法來采集數(shù)據(jù)并保存。當(dāng)系統(tǒng)識別到起始碼的低電平時,系統(tǒng)啟動設(shè)計的采集信號對低電平進行采集,同時計數(shù)器開始計數(shù),當(dāng)起始碼的低電平結(jié)束時,并保存計數(shù)器此時的值,記錄下起始碼的低電平信號脈沖寬度值。然后依次保存采集到的編碼信號脈沖寬度值，如果采集到編碼信號位數(shù)大于設(shè)定值M(程序中設(shè)定值)，就認(rèn)為編碼采集已經(jīng)結(jié)束,學(xué)習(xí)子程序結(jié)束，如圖3所示：

2.3 紅外遙控信號的發(fā)射

由軟件實現(xiàn)遙控信號的載波合成，用定時中斷0產(chǎn)生38 kHz的載波信號，用學(xué)習(xí)到的遙控編碼信號的低電平去控制載波的輸出，此時定時器0定時長度由相應(yīng)的遙控信號低電平寬度計數(shù)值確定，即如果需發(fā)射的遙控信號為高電平時，關(guān)定時中斷0；如果為低電平，則開定時中斷0。輸出38 kHz 載波信號到紅外發(fā)射控制腳（P3.7），從而實現(xiàn)遙控信號的脈寬調(diào)制發(fā)射。不考慮紅外信號的編碼方式，只采集其高低電平寬度的方法，如圖4所示。

發(fā)射時并不需要用到38 kHz載波電路,而是采用以單片機的定時器T0產(chǎn)生載波,程序代碼［7］如下所示：

TMOD=0X02;//定時器0工作于方式2

TH0=0XF3; //定時器0定時26.3 μs,以產(chǎn)生38 kHz載波

TL0=0XF3;

EA=1;//開總中斷允許

ET0=1; //開定時器1中斷允許

TR0=1;//開定時器0，產(chǎn)生38 kHz載波

void timer0(void)interrupt 1

{ remoteout=~remoteout;}//遙控信號38 kHz載波輸出

用學(xué)習(xí)到的脈沖高低電平(0和1信號)來控制38 kHz的輸出,然后經(jīng)三極管放大信號，編碼信號經(jīng)二極管以38 kHz載波形式發(fā)射，這樣以軟件替代硬件,使電路簡化,有效實現(xiàn)了紅外遙控信號的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。如圖5所示。

2.4 紅外編碼脈沖

學(xué)習(xí)型紅外遙控器對微處理器的頻率要求比較高，選擇單片機的晶振頻率12 MHz，其頻率大小直接影響到遙控器的學(xué)習(xí)效果。通過系統(tǒng)設(shè)計的遙控器學(xué)習(xí)效果優(yōu)良，能學(xué)習(xí)到的各種紅外脈沖。

圖6以Ht6221標(biāo)準(zhǔn)紅外遙控器為例，其波形為“1”鍵的紅外編碼脈沖。圖6(a)的編碼脈沖是學(xué)習(xí)型紅外遙控器學(xué)習(xí)到的，圖6(b)的編碼脈沖是Ht6221標(biāo)準(zhǔn)紅外遙控器發(fā)射出的，學(xué)習(xí)到的“1”號鍵完全能取代原始的遙控器的“1”號鍵。遙控器發(fā)射電路中的38 kHz載波用單片機中的定時器產(chǎn)生，這樣節(jié)約了硬件資源，簡化了電路。

3 結(jié) 語

該次設(shè)計中紅外遙控器,可以準(zhǔn)確采集到紅外編碼脈沖信號,并將原始的紅外編碼信號保存,發(fā)送,能成功學(xué)習(xí)各種不同家用紅外遙控器，對各種家用紅外遙控器進行控制，解決了家庭用戶眾多遙控器的煩勞。

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作者簡介 徐 志 男，1981年出生，碩士研究生。主要研究方向為單片機、嵌入式、無線遙控。

何明華 男，1971年出生，教授。主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)與系統(tǒng)級芯片設(shè)計。

林 武 男，1984年出生，碩士研究生。主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)。