遙控?cái)?shù)據(jù)編碼方式分析與應(yīng)用

丁傳春

(揚(yáng)州市江都區(qū)職業(yè)教育集團(tuán)，江蘇江都 225200)

數(shù)據(jù)遙控系統(tǒng)的編碼，常用的方式有:(1)專(zhuān)用的編碼芯片，可以發(fā)出固定的碼字;(2)PT2262/2272芯片組成編解碼組合，可以由用戶(hù)自行編碼;(3)采用智能芯片如單片機(jī)編解碼，編碼方式靈活，編碼數(shù)量大。

對(duì)于遙控系統(tǒng)碼字的傳輸方式，分有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩大類(lèi)，有線(xiàn)傳輸是指?jìng)鬏斆劫|(zhì)為架空明線(xiàn)、電纜、光纜、波導(dǎo)等形式的通信;無(wú)線(xiàn)傳輸是指?jìng)鬏斝畔⒌拿劫|(zhì)為看不見(jiàn)、摸不著的媒質(zhì)(如電磁波)的一種通信形式［1］。無(wú)線(xiàn)傳輸距離較近可采用紅外線(xiàn)，距離較遠(yuǎn)可采用射頻(無(wú)線(xiàn)電)方式。

1 無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)編碼方式分析

1.1 專(zhuān)用編碼芯片NT66P20A

遙控器是一種用來(lái)遠(yuǎn)控機(jī)械的裝置，現(xiàn)代的遙控器主要是由集成電路、印制板和用來(lái)產(chǎn)生不同信息的按鈕所組成。彩色電視機(jī)遙控電路采用集成電路芯片是NT66P20A。該芯片控制按鍵可按矩陣式排列，按鍵與芯片的聯(lián)系是8根行線(xiàn)和4根列線(xiàn)，計(jì)12根，可以組成8×4=32個(gè)相關(guān)的按鍵，每個(gè)按鍵有不同的編碼，即有32種編碼方式，在芯片內(nèi)部經(jīng)過(guò)編碼和調(diào)制，再通過(guò)串行方式傳送，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管將信息發(fā)射出去。NT66P20A雖然編碼方式比PT2262和PT2272的組合要少一半，但它具有紅外線(xiàn)調(diào)制功能，抗干擾能力強(qiáng)，但解碼必須使用智能芯片MCU。

1.2 通用編碼芯片PT2262/2272

通用編碼芯片種類(lèi)很多，如TC91系列紅外遙控編碼集成電路，是采用CMOS工藝制作的大規(guī)模集成電路，其中TC9148為紅外發(fā)射編碼電路，TC9149和TC9150為紅外遙控接收解碼電路。TC9148與TC9149配合使用可組成有10個(gè)獨(dú)立控制通道的紅外遙控系統(tǒng);TC9148與TC9150配合使用可組成有18個(gè)獨(dú)立控制通道的紅外遙控系統(tǒng)［2］。

目前市場(chǎng)上應(yīng)用最多的是PT2262/2272，它們是一對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無(wú)線(xiàn)遙控發(fā)射/接收芯片。其中發(fā)射芯片PT2262－IR將載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元集成于一身，使發(fā)射電路變得非常簡(jiǎn)潔［2］。

PT2262/2272兩種芯片引腳各有18根，其中A0～A5，為地址碼輸入端，A6/D0～A11/D0為地址/數(shù)據(jù)編碼輸入端，根據(jù)需要可作為地址編碼輸入端，也可作為數(shù)據(jù)編碼輸入端。作地址編碼時(shí)，可按0(接地)、1(接高電平)和開(kāi)路三種狀態(tài)編碼，作數(shù)據(jù)編碼時(shí)只有0或1兩種狀態(tài)。TE為發(fā)射控制端，低電平時(shí)發(fā)送編碼。OSC1、OSC2為外接振蕩電阻端，決定電路內(nèi)的時(shí)鐘頻率。Dout為數(shù)據(jù)輸出端，由地址、數(shù)據(jù)各輸入端的編碼狀態(tài)決定，以串行方式輸出。Dout端輸出的串行數(shù)據(jù)信號(hào)是調(diào)制在38kHz的載頻上的。外接振蕩電阻的阻值應(yīng)在430～470kΩ之間選用。VDD、VSS為正、負(fù)(接地端)電源端。

在使用時(shí)，PT2262和PT2272的A0～A5的6個(gè)引腳作為地址，用于進(jìn)行地址編碼，編碼方式必須完全一致，否則PT2272不予解碼，給用戶(hù)使用的數(shù)據(jù)編碼A6～A11引腳6個(gè)，只有“0”，“1”兩種狀態(tài)，因此可以有26=64種編碼方式。這一種編解碼方法簡(jiǎn)單，但是需要和調(diào)制和解調(diào)芯片配合來(lái)提高抗干擾能力。

1.3 智能通訊編碼方式

MCS－51單片微機(jī)內(nèi)部集成有一個(gè)功能很強(qiáng)的全雙工串行通訊口，屬UART方式。設(shè)有2個(gè)互相獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器，可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器只能寫(xiě)入而不能讀出，接收緩沖器只能讀出而不能寫(xiě)入，因而兩個(gè)緩沖器可以共用一個(gè)地址碼(99H)。兩個(gè)緩沖器統(tǒng)稱(chēng)串行通訊特殊功能寄存器SBUF［3］。

圖1 51系列單片機(jī)編碼通訊原理

串行通訊設(shè)有4種工作方式，其中兩種方式的波特率是可變的，另兩種是固定的，以供不同應(yīng)用場(chǎng)合選用。波特率由內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，用軟件設(shè)置不同的波特率和選擇不同的工作方式。主機(jī)可通過(guò)查詢(xún)或中斷方式對(duì)接收/發(fā)送進(jìn)行程序處理。

串行通訊的一幀數(shù)據(jù)為一個(gè)字節(jié)，即8位二進(jìn)制數(shù)，28=256，可以最多有256種編碼，對(duì)于51系列單片機(jī)而言，實(shí)際上除去RXD和TXD兩根口線(xiàn)外，有30根口線(xiàn)可以應(yīng)用，組成15×15=225種矩陣式按鍵編碼，對(duì)大多數(shù)遙控系統(tǒng)而言是足夠了。如果兩個(gè)8051應(yīng)用系統(tǒng)相距很近，可將它們的串行端口直接相連(TXD—RXD，RXD—TXD，GND—GND)，即可實(shí)現(xiàn)雙機(jī)編碼數(shù)據(jù)通訊。為了增加通訊距離，減少通道及電源干擾，可采用RS—232C或RS－422、RS－485標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行雙機(jī)通訊，兩通訊系統(tǒng)之間采用光電隔離技術(shù)，以減少通道及電源的干擾，提高通訊可靠性。

2 無(wú)線(xiàn)遙控信息收發(fā)方式分析

無(wú)線(xiàn)遙控方式可分為無(wú)線(xiàn)電波式、聲控式、超聲波式和紅外線(xiàn)式。由于無(wú)線(xiàn)電容易對(duì)其它電視機(jī)和無(wú)線(xiàn)電通訊設(shè)備造成干擾，而且，系統(tǒng)本身的抗干擾性能也很差，誤動(dòng)作多，所以未能大量使用。超聲波式頻帶較窄，易受噪聲干擾，系統(tǒng)抗干擾能力差，聲控式識(shí)別正確率低，難度大，均未能大量采用。紅外遙控方式是以紅外線(xiàn)作為載體來(lái)傳送控制信息的［2］。

2.1 紅外線(xiàn)遙控系統(tǒng)

紅外遙控具有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如紅外線(xiàn)發(fā)射裝置采用紅外發(fā)光二極管，遙控發(fā)射器易于小型化且價(jià)格低廉;采用數(shù)字信號(hào)編碼和二次調(diào)制方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)多路信息的控制，增加遙控功能，提高信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_性，減少誤動(dòng)作，而且功率消耗低;紅外線(xiàn)不會(huì)向室外泄露，不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)串?dāng)_;反應(yīng)速度快、傳輸效率高、工作穩(wěn)定可靠等［2］。所以現(xiàn)在很多無(wú)線(xiàn)遙控方式都采用紅外遙控方式。

紅外線(xiàn)傳輸過(guò)程:在發(fā)射端，輸入信號(hào)經(jīng)放大后送入紅外發(fā)射管發(fā)射，在接收端，接收管收到紅外信號(hào)后，由放大器放大處理后還原成信號(hào)，這就是紅外線(xiàn)簡(jiǎn)單發(fā)射和接收原理。

紅外遙控系統(tǒng)編碼發(fā)射工作原理:當(dāng)有鍵按下時(shí)產(chǎn)生一個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)，同時(shí)給編碼器接通電源，經(jīng)PT2262的17腳輸出一個(gè)由地址碼和數(shù)據(jù)碼混合的串行二進(jìn)制代碼，然后通過(guò)紅外二極管將ASK信號(hào)發(fā)送出去。

圖2 紅外遙控PT2262編碼電路原理圖

紅外遙控系統(tǒng)接收部分工作原理:紅外接收二極管收到的ASK信號(hào)經(jīng)放大、解調(diào)后還原為一個(gè)由地址碼和數(shù)據(jù)碼混合的串行二進(jìn)制代碼，送PT2272的14腳進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)由10～13腳輸出為4位二進(jìn)制數(shù)，用它控制繼電器、喇叭或其他聲光信號(hào)。

圖3 PT2272解碼電路原理圖

2.2 射頻遙控系統(tǒng)

射頻遙控系統(tǒng)與其它無(wú)線(xiàn)電設(shè)備一樣，都是由發(fā)射無(wú)線(xiàn)電磁波的發(fā)射機(jī)與接收電磁波的接收機(jī)組成，根據(jù)電磁波的輻射原理，天線(xiàn)的尺寸與波長(zhǎng)呈比例時(shí)，電磁波才能有效地發(fā)射出去，因此，為了不使天線(xiàn)尺寸過(guò)大，發(fā)射機(jī)通常工作在高頻段［4］。

2.2.1 315MHz發(fā)射電路

315MHz遙控信號(hào)發(fā)射電路圖如圖4，這是一個(gè)常見(jiàn)的發(fā)射機(jī)電路，輸入信號(hào)經(jīng)R1加到振蕩發(fā)射管的基極，由于使用了聲表面波器件，電路工作非常穩(wěn)定，即使手抓天線(xiàn)、聲表或電路其他部位，發(fā)射頻率均不會(huì)漂移，距離可達(dá)200米以上。

圖4 315MHz遙控信號(hào)發(fā)射電路圖

2.2.2 315MHz接收電路

射頻接收電路按工作方式可以分為超外差接收機(jī)和超再生接收機(jī)。超再生式接收機(jī)具有電路簡(jiǎn)單、性能適中、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)所以在實(shí)際應(yīng)用中廣泛采用。接收模塊采用SMD貼片工藝制造生產(chǎn)，它內(nèi)含放大整形及解碼電路，其特點(diǎn)為:(1)天線(xiàn)輸入端有選頻電路，而不依賴(lài)1/4波長(zhǎng)天線(xiàn)的選頻作用，控制距離較近時(shí)可以剪短甚至去掉外接天線(xiàn)。(2)接收電路自身輻射小，加上電路模塊背面網(wǎng)狀接地銅箔的屏蔽作用，可以減少自身振蕩的泄漏和外界干擾信號(hào)的侵入。(3)接收機(jī)采用高精度帶骨架的銅芯電感將頻率調(diào)整到315MHz后封固，這與采用可調(diào)電容調(diào)整接收頻率的電路相比，溫度、濕度穩(wěn)定性及抗機(jī)械振動(dòng)性能都有極大改善［5］。

圖5 315MHz遙控信號(hào)接收電路圖

3 遙控編碼控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

3.1 遙控編碼電路應(yīng)用電路

無(wú)線(xiàn)遙控編碼收發(fā)模塊的最簡(jiǎn)應(yīng)用電路圖見(jiàn)圖6和圖7，無(wú)線(xiàn)遙控編碼發(fā)送框圖中信號(hào)源是6位二進(jìn)制數(shù)，編碼器即PT2262，發(fā)射模塊一般采用工作頻率為315 MHz的數(shù)據(jù)發(fā)射電路，數(shù)據(jù)接收模塊為同頻率的無(wú)線(xiàn)接收器，解碼器是PT2272，信號(hào)輸出為 6 位二進(jìn)制數(shù)［2］。

圖6 PT2262構(gòu)成發(fā)射應(yīng)用電路

PT2272接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)后，VT腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片則會(huì)連續(xù)發(fā)射同樣的碼字。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒(méi)有按鍵按下時(shí)，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路(當(dāng)然也可作為紅外遙控如經(jīng)38KHz載波調(diào)制送出)不工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，PT2262得電工作，其第17腳輸出串行數(shù)據(jù)信號(hào)，如果是PT2262－IR則其第17腳輸出信號(hào)是已經(jīng)調(diào)制在38kHz的載頻編碼。

圖7 PT2272構(gòu)成無(wú)線(xiàn)接收電路

3.2 智能多路溫度遙控電路設(shè)計(jì)

3.2.1 多路溫度遙控電路

以8路溫度遙控電路為例，每個(gè)下位機(jī)都是一個(gè)單片機(jī)的溫度控制終端，這個(gè)終端有溫度傳感器和加溫和減溫控制裝置，每個(gè)終端有獨(dú)立的地址編碼，主控單片機(jī)(也稱(chēng)上位機(jī))向所有的接收控制終端發(fā)送遙控信號(hào)，接收端根據(jù)接收到的地址編碼，就可以判別出是哪一終端的遙控信號(hào)，對(duì)相關(guān)溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。

3.2.2 多路溫度遙控電路的編碼傳送過(guò)程

根據(jù)8051串行口的多機(jī)通信工作方式，可以確定以下通信協(xié)議:(1)從機(jī)的地址為OOH～0FEH，即允許最多接入255臺(tái)從機(jī)。(2)主機(jī)先發(fā)送一幀地址信息，這樣可以中斷所有從機(jī)，使從機(jī)接收地址編碼。(3)各個(gè)從機(jī)接收到地址幀后，將接收的地址與本從機(jī)的內(nèi)置地址比較。地址相符的則接收主機(jī)隨后發(fā)來(lái)的信息;地址不符的從機(jī)則對(duì)主機(jī)隨后發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)不加響應(yīng)，直到主機(jī)發(fā)來(lái)新的地址幀。(4)從機(jī)接收到主機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)的操作。(5)通信的各機(jī)之間必須以相同的數(shù)據(jù)幀(字符)格式和波特率進(jìn)行通信［3］。

4 結(jié)論

PT2262和PT2272組合的編解碼方法簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)制和解調(diào)芯片配合來(lái)抗干擾，無(wú)須智能芯片編寫(xiě)程序，通用性強(qiáng)。采用專(zhuān)用編碼芯片NT66P20A，雖然編碼方式要少一些，由于電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在家用電器中應(yīng)用廣泛。

采用智能芯片編解碼，編碼數(shù)據(jù)量大，使用方式靈活，但需要一定的編程基礎(chǔ)，適用于較復(fù)雜的編碼應(yīng)用場(chǎng)合。

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