無線轉紅外技術的教學設備的升級改造

葉仁春，張 莉，陸云龍

（1.華中科技大學 現(xiàn)代教育技術中心，湖北 武漢 430074；2.武漢第二輕工業(yè)學校 計算機中心，湖北 武漢 430080）

不少學校的多媒體教室，配置了投影機、電動屏幕、影碟機、展示臺等教學設備。這些教學設備都有紅外控制功能，但與多媒體教室設備中央控制系統(tǒng)（簡稱中控）集成時無法實現(xiàn)最佳搭配。因紅外線只能在視距10m內無遮擋范圍內有效［1］，要么牽拉密密麻麻的長線來為紅外控制提供條件，要么干脆廢掉紅外控制功能了事，使得教學設備的紅外功能受到了極大的限制。

顯然，需要借助無線通信技術［2］來解決紅外通信的技術瓶頸。在中控端設置無線發(fā)射電路功能模塊，而在需要被控的教學設備端設置無線轉紅外電路功能模塊，通過無線編碼到紅外編碼的轉化，完成教學設備無視距限制的控制，從而實現(xiàn)教學設備與中控的無縫集成。

1 “自學習”紅外編碼的設計與實現(xiàn)

1.1 紅外遙控器的紅外編碼格式

因各個廠家生產的教學設備的紅外編碼不一樣，要實現(xiàn)無線轉紅外技術，就必須解決能發(fā)送大多數(shù)教學設備的紅外遙控編碼，即要解決紅外編碼的“自學習”功能［3］。為了敘述方便，介紹常見的紅外遙控編碼格式（見圖1）。紅外遙控編碼是由特殊時間的高低電平引導碼（引導碼9ms和4.5ms），以及連續(xù)的32位二進制串行碼組成，其中前16位的高8位是用戶碼及其低8位的反碼，后16位為8位控制操作的數(shù)據(jù)碼及其反碼［4］。用戶碼由制作紅外遙控設備廠家來確定，是區(qū)別不同的被控電子設備，以防止不同的被控電子設備紅外遙控編碼相互形成干擾，數(shù)據(jù)碼是遙控被控設備動作的指令碼。用戶碼和數(shù)據(jù)碼都有其對應的反碼，是一種簡單的識錯機制，在被控接收端單片機可以識別當前紅外編碼是否有誤，從而增加紅外編碼的可靠性。當紅外遙控器的按鍵有用戶按下時，周期性地發(fā)出同一種32位2進制串行碼，周期為108ms。

圖1 紅外編碼格式

每位碼由8個發(fā)射寬度調制的串行碼脈沖組成，用載波發(fā)射脈沖時間是0.5 6ms、載波不發(fā)射脈沖時間是0.565ms、周期為1.125ms的組合形式來表示低電平“0”。用載波發(fā)射脈沖時間是0.56ms、載波不發(fā)射脈沖時間是1.685ms、周期為2.25ms的組合形式來表示高電平“1”。而一般普通單片機處理速度已達1μs以下，有足夠時間來處理紅外編碼的高低脈沖電平，所以適合于“自學習”常見遙控的紅外編碼［5］。對于其他類型的紅外編碼也可以如此類似解決。

1.2 “自學習”紅外編碼的工作流程

在被控教學設備的無線接收端，可采用集光電轉換、解碼和放大于一體的紅外接收頭HS0038B［6］。其外圍電路只需要很少元器件就能完成紅外接收和整形放大，然后輸出TTL電平串行信號，接到單片機的普通IO口；使用單片機內部定時器，來分別計時脈沖的高低電平寬度，同時判斷計時值是否超過范圍，也可以判斷是否接收完畢。

一般記錄1個遙控器的紅外編碼至少需要1個字節(jié)用戶碼和相對應字節(jié)的按鍵數(shù)，而單片機（例如PIC16F系列單片機）內置的EEPROM寫一個字節(jié)最少需要4ms，所以單片機一邊接收數(shù)據(jù)，同時判斷和分析數(shù)據(jù)，再存儲，在單片機時序和EEPROM時序上是無法做到。故只能將接收到的計時數(shù)值暫時存放在單片機的RAM中，待接收完畢后再轉存寫入到EEPROM中，就此完成紅外編碼的“自學習”。本文研究設計的采用PIC16F636單片機，紅外編碼“自學習”的流程方法如圖2所示［7］。

圖2 “自學習”紅外編碼系統(tǒng)設計流程圖

本文中將EEPROM劃分為若干個不同的空間，這樣相同遙控器的按鍵碼可以存放在同一區(qū)域中。因相同遙控器的用戶碼是相同的，可以將用戶碼作為本遙控編碼的索引。常用的遙控器一般最多有32個鍵，一共需要33個字節(jié)（1個用戶碼，32個按鍵數(shù)據(jù)碼）。而單片機PIC16F636內置EEPROM有256個字節(jié)，那么最多可以存儲7個遙控器的按鍵碼（256／33＝7.757 6），完全適合實際情況的應用。

2 無線轉紅外的智能控制內容及工作流程

2.1 無線編碼的發(fā)射及接收

在中控的無線發(fā)射端，可以使用比較常用的PT2262編碼芯片［8］，后接無線發(fā)射模塊。在被控設備的無線接收端，使用同通信頻率的無線接收模塊，只要無線接收端單片機解讀出無線發(fā)射端發(fā)來的地址碼，與本接收端設置的地址碼一致，就認為是發(fā)給自己的無線編碼，就把無線編碼內的遙控端按鍵編碼解讀出來，轉化為相對應的紅外編碼，由紅外編碼完成對教學設備的控制任務。圖3為無線轉紅外智能中央控制系統(tǒng)。無線發(fā)射接收原理，有許多文獻講述，這里不再贅述。

圖3 無線轉紅外智能中央控制系統(tǒng)

2.2 無線轉紅外的EEPROM數(shù)據(jù)存儲

圖4 EEPROM區(qū)域數(shù)據(jù)存儲

由無線接收端來完成無線編碼到紅外編碼的轉化，那么無線接收端的單片機內置的EEPROM必須先存儲與無線發(fā)射端對應的無線編碼，如圖4的EEPROM區(qū)域數(shù)據(jù)的無線編碼區(qū)。紅外編碼通過“自學習”后，生成一個用戶碼和與按鍵相對應的數(shù)據(jù)碼，一一寫到單片機內置的EEPROM區(qū)。因設備測試有限，這里只學習2種用戶碼0x08和0x0F。這2個用戶碼各自組成與按鍵對應的數(shù)據(jù)區(qū)，存儲在EEPROM區(qū)域數(shù)據(jù)的紅外編碼區(qū)［9］。

在中控無線發(fā)射端，其控制面板除了常規(guī)按鍵外，不可能設置與紅外遙控器那么多的控制按鍵，按鍵數(shù)量必然少于紅外遙控器的按鍵數(shù)量。為了使中控面板按鍵能完成紅外遙控器面板那么多的按鍵任務，可通過軟件設計方式設置為功能復合鍵。

2.3 無線轉紅外的軟件流程設計

被控設備里PIC系列單片機EEPROM存儲區(qū)，存儲著無線編碼和多種紅外遙控器的紅外編碼。為了使中控無線發(fā)射端可以控制不同的設備，被控設備開機后首先必須識別中控無線端發(fā)給自己的地址碼，才能實現(xiàn)無線編碼到紅外編碼的轉化，并完成相應的控制動作［10］，如圖5所示的被控設備的接收端無線轉紅外控制所示的工作流程。

圖5 無線轉紅外控制工作流程

被控設備與中控通過無線收發(fā)通信對碼識別后，就進入主循環(huán)等待監(jiān)聽發(fā)射機信號，或者進入睡眠狀態(tài)。如果被控設備有用戶自己操作，就會發(fā)送被控設備已經更新工作狀態(tài)。如果被控設備接收中控發(fā)來的無線編碼信號，經過地址碼識別確認是發(fā)給自己的，讀入最新的8421編碼的二進制按鍵數(shù)據(jù)編碼，根據(jù)開機識別到被控設備的用戶碼，檢索對應被控設備的紅外編碼數(shù)據(jù)［11］。單片機把讀到的紅外編碼數(shù)據(jù)，按紅外控制格式組成串行碼輸出，來控制被控設備的工作狀態(tài)，同時發(fā)送被控設備已經更新了工作狀態(tài)的信息。

3 結論

由上面論述可知，在中控端設置無線發(fā)送模塊，各個被控教學設備端設置無線轉紅外接收模塊，采用能夠穿透障礙物的無線收發(fā)通信技術，并且以“自學習”方式解讀教學設備的紅外控制編碼，完成無線編碼到紅外編碼的轉化［12］，實現(xiàn)多媒體教室設備無障礙、遠距離的集成控制。同時也為教學設備生產廠家提供了教學設備研發(fā)上的技術參考。研究實踐表明，無線轉紅外技術是中央控制系統(tǒng)與教學設備無縫集成的有效解決途徑。

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