一種基于TF卡存儲(chǔ)的學(xué)習(xí)型紅外遙控器設(shè)計(jì)

李敏 阮瑋琪 周宇楠 俞逸菲

摘 要：設(shè)計(jì)了一種利用TF卡存儲(chǔ)編碼信息的學(xué)習(xí)型紅外遙控器，通過(guò)軟件解碼技術(shù)測(cè)量遙控信號(hào)各個(gè)碼位的脈沖寬度，將包含時(shí)間信息的編碼信息直接存儲(chǔ)到TF卡，發(fā)射時(shí)根據(jù)編碼信息復(fù)現(xiàn)波形，達(dá)到提高兼容性的目的。通過(guò)對(duì)編碼規(guī)律的分析，實(shí)現(xiàn)了編碼信息的壓縮存儲(chǔ)，采用STM32單片機(jī)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的通用性好，文件交互方便，具有廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：TF存儲(chǔ)卡；學(xué)習(xí)型紅外遙控器；解碼；編碼信息存儲(chǔ)

引言

現(xiàn)代家用電器和數(shù)碼產(chǎn)品普遍配備了紅外遙控器，一方面給用戶帶來(lái)方便，另一方面，與日俱增的遙控器也造成管理上的不便，無(wú)論從購(gòu)置還是使用成本考慮，都是一種資源的浪費(fèi)。為此，不少研究者致力于學(xué)習(xí)型紅外遙控器的開(kāi)發(fā)[1-3]，將按鍵編碼信息解碼后存儲(chǔ)至EEPROM存儲(chǔ)器[4]，采用適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)規(guī)范在一個(gè)遙控器上實(shí)現(xiàn)多個(gè)遙控器的功能，并能在不同功能遙控器之間自由切換。這一方案對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，方便了管理，節(jié)省了電池消耗，但由于編碼文件交流的不便，并未節(jié)省遙控器的購(gòu)置成本，用戶需要通過(guò)產(chǎn)品的原配遙控器獲取編碼信息。對(duì)于廠商來(lái)說(shuō)，仍有必要搭配產(chǎn)品原裝遙控器捆綁銷售，并未達(dá)到降低成本提高競(jìng)爭(zhēng)力的目的。

文章提出一種基于TF卡存儲(chǔ)技術(shù)的學(xué)習(xí)型遙控器，遙控器按鍵的編碼信息既能通過(guò)原裝遙控器的學(xué)習(xí)獲得，也可以通過(guò)編碼文件的直接拷貝實(shí)現(xiàn)，甚至可以對(duì)按鍵的布局和功能進(jìn)行個(gè)性化的修改。這項(xiàng)技術(shù)一旦得到普及，原裝遙控器將不再是必備的附件，廠商只需在網(wǎng)絡(luò)發(fā)布遙控器的編碼文件，用戶下載編碼文件至遙控器的存儲(chǔ)卡即可，這對(duì)資源的節(jié)省是巨大的，同時(shí)方便的個(gè)性化修改功能也能提升用戶的使用體驗(yàn)。

1 解碼與存儲(chǔ)

插卡式學(xué)習(xí)型遙控器普及之前，用戶從現(xiàn)有遙控器復(fù)制編碼信息將是一種常見(jiàn)的學(xué)習(xí)方式，因此遙控解碼在一定時(shí)期內(nèi)仍是必備的功能。遙控解碼方式主要包括硬件解碼和軟件解碼兩種，前者需要針對(duì)確定的編碼方式選擇專用解碼電路，在學(xué)習(xí)型遙控器上使用不能保證其兼容性。軟件解碼則易于設(shè)計(jì)為直接復(fù)制編碼脈沖的方式工作，一體化紅外接收頭首先將頻率為38KHz的間斷脈沖串進(jìn)行放大、檢波和整形，結(jié)合微處理器的定時(shí)中斷功能計(jì)數(shù)得到由電平及其時(shí)間序列構(gòu)成的編碼信息，并原封不動(dòng)存儲(chǔ)至存儲(chǔ)卡，這一工作方式的優(yōu)點(diǎn)是兼容性好，適用于學(xué)習(xí)型遙控器，缺點(diǎn)是所需存儲(chǔ)空間較大，然而可通過(guò)遙控編碼規(guī)律的分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮[5]。本設(shè)計(jì)選用了第二種方案對(duì)編碼信息進(jìn)行解碼并壓縮后存儲(chǔ)，發(fā)射時(shí)則讀取相應(yīng)存儲(chǔ)位置的編碼信息再經(jīng)載波信號(hào)調(diào)制為38KHz間斷脈沖串發(fā)射。

圖1 常用紅外遙控編碼數(shù)據(jù)格式

目前應(yīng)用中的紅外遙控編碼原理大同小異[6]，如圖1所示編碼信號(hào)通常由引導(dǎo)碼、用戶碼和鍵值碼構(gòu)成，引導(dǎo)碼也稱引導(dǎo)脈沖，一般由一定寬度比的高低電平脈沖構(gòu)成，用于辨識(shí)遙控編碼脈沖信號(hào)的開(kāi)始，可有效剔除其它信號(hào)的干擾，同一遙控器具有確定的引導(dǎo)脈沖；用戶碼也稱識(shí)別碼，通常由8位原碼和8位反碼構(gòu)成，一般由廠商定義，用于區(qū)分遙控系統(tǒng)的種類和用戶，它也不隨按鍵的不同而改變；鍵值碼也稱功能碼，通常也是由8位原碼和8位反碼構(gòu)成，與鍵盤(pán)的按鍵相對(duì)應(yīng)。引導(dǎo)碼的電平脈沖寬度通常較大，在十毫秒量級(jí)，分辨率在十分之一毫秒，而用戶碼和鍵值碼所構(gòu)成的32位串行二進(jìn)制碼的脈沖寬度在毫秒量級(jí)，分辨率可低至千分之一毫秒，因此在解碼時(shí)可以千分之一毫秒為計(jì)數(shù)單元，分別采用兩個(gè)字節(jié)保存引導(dǎo)碼的高低電平脈沖寬度，而串行碼的“0”、“1”二進(jìn)制數(shù)也需要分別以兩個(gè)字節(jié)來(lái)保存脈寬及間隔時(shí)間，學(xué)習(xí)存儲(chǔ)時(shí)則每只遙控器只需存儲(chǔ)一次引導(dǎo)碼高低電平時(shí)間計(jì)數(shù)值、二進(jìn)制數(shù)“0”、“1”的脈寬及間隔時(shí)間計(jì)數(shù)值、用戶碼8位原碼，合計(jì)9個(gè)字節(jié)，從第十個(gè)字節(jié)開(kāi)始則每個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)一個(gè)鍵值碼原碼，這在很大程度上能夠降低復(fù)制編碼脈沖方式對(duì)存儲(chǔ)容量的需求。

2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件組成如圖2所示，中央控制單元MCU對(duì)系統(tǒng)的工作過(guò)程進(jìn)行整體調(diào)度，MCU芯片選型時(shí)性能的要求不高，除了功耗、成本因素，需要注意的就是內(nèi)部RAM的大小應(yīng)盡量大于512字節(jié)，以滿足TF卡512字節(jié)最小寫(xiě)入單位的要求，部分微處理器是需要借助外部RAM的，例如大多數(shù)的51系列單片機(jī)，這會(huì)增加開(kāi)發(fā)的難度和成本。作者在測(cè)試系統(tǒng)中選擇了STM32F103C8T6芯片，該芯片從成本角度考慮在這里并非最佳選擇，然而STM32單片機(jī)強(qiáng)大的接口單元和豐富的內(nèi)部資源，對(duì)于提升原理樣機(jī)的研制速度不失為好的選擇；TF卡存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)遙控器的編碼信息，在本系統(tǒng)中SPI讀寫(xiě)模式及其支持的2G以下存儲(chǔ)卡對(duì)于絕大多數(shù)用戶已足夠；STM32內(nèi)部RAM在學(xué)習(xí)模式時(shí)用于臨時(shí)存儲(chǔ)解碼信息，在發(fā)射模式時(shí)用于臨時(shí)存儲(chǔ)從TF卡中讀取的當(dāng)前遙控器編碼信息；LED指示燈有兩個(gè)用途，在學(xué)習(xí)模式時(shí)用于判斷某一按鍵的學(xué)習(xí)是否順利完成，在發(fā)射模式時(shí)與紅外發(fā)光管同步閃爍，有利于用戶判斷按鍵編碼是否順利發(fā)送；數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前遙控器的序號(hào)，學(xué)習(xí)模式時(shí)顯示當(dāng)前學(xué)習(xí)的遙控器即將在存儲(chǔ)卡中的存儲(chǔ)序號(hào)，發(fā)射模式時(shí)為用戶選定的遙控器序號(hào)，數(shù)碼管顯示電路也可用液晶顯示電路替代，可以更為詳細(xì)地顯示當(dāng)前遙控器相關(guān)信息，在功耗上也有一定優(yōu)勢(shì)；矩陣鍵盤(pán)電路如圖3所示，行線為輸入線，列線為輸出線，采用定時(shí)查詢的方式檢測(cè)按鍵；紅外接收電路采用HX1838一體化紅外接收頭，可實(shí)現(xiàn)38KHz、940nm紅外遙控信號(hào)的放大、檢波、整形，解調(diào)并輸出TTL電平的編碼信號(hào)；紅外發(fā)射電路采用IO口低電平驅(qū)動(dòng)940nm紅外發(fā)光管的連接方式，為了提高遙控距離，也可選用三極管電流放大電路的驅(qū)動(dòng)方式。

圖2 系統(tǒng)硬件框圖

圖3 矩陣鍵盤(pán)電路

3 程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序的主要流程如圖4所示，工作模式分為學(xué)習(xí)模式和發(fā)射模式，模式選擇鍵用于切換工作模式，上電后默認(rèn)進(jìn)入發(fā)射模式。在發(fā)射模式下，通過(guò)遙控器選擇鍵切換遙控器功能，同時(shí)微處理器將對(duì)應(yīng)的遙控器編碼信息從TF卡對(duì)應(yīng)位置讀入內(nèi)存，當(dāng)某一遙控鍵按下時(shí)，微處理器首先計(jì)算合并引導(dǎo)碼、用戶碼原碼、用戶碼反碼、鍵值碼原碼和鍵值碼反碼，生成對(duì)應(yīng)按鍵的編碼信息，并在時(shí)間計(jì)數(shù)字節(jié)的控制下與定時(shí)器產(chǎn)生的38KHz載波進(jìn)行調(diào)制，再通過(guò)紅外發(fā)射電路發(fā)射紅外脈沖信號(hào)。

在學(xué)習(xí)模式下，首先打開(kāi)紅外接收頭端口的中斷，由于紅外接收頭輸出電平為接收電平的反碼，因此檢測(cè)到低電平到來(lái)時(shí)表明有紅外信號(hào)的輸入，同時(shí)打開(kāi)定時(shí)器進(jìn)行千分之毫秒定時(shí)，對(duì)每一碼位高低電平的脈沖持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)脈沖寬度超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)認(rèn)為遙控信號(hào)的一幀數(shù)據(jù)接收完畢，待所有按鍵編碼信息學(xué)習(xí)完成后，微處理器再對(duì)各脈沖寬度的持續(xù)時(shí)間求中間值，最后將處理完成的遙控器編碼信息存儲(chǔ)到TF卡相應(yīng)位置。

4 結(jié)束語(yǔ)

學(xué)習(xí)型遙控器的TF卡存儲(chǔ)方案較EEPROM存儲(chǔ)方案，從技術(shù)角度考慮并無(wú)本質(zhì)差異，然而TF存儲(chǔ)卡作為一種通用的數(shù)碼產(chǎn)品，文件復(fù)制與修改等基本操作已為大多數(shù)人掌握，用戶可以TF存儲(chǔ)卡為存儲(chǔ)媒介，通過(guò)文件交互、下載、修改等方式實(shí)現(xiàn)所需的遙控器功能，這在以往的學(xué)習(xí)型遙控器中是無(wú)法做到的，這一細(xì)小的改進(jìn)甚至可能引起商業(yè)模式的改變，廠商為了提升競(jìng)爭(zhēng)力不再捆綁遙控器進(jìn)行銷售，用戶為了環(huán)保節(jié)能也不再購(gòu)買(mǎi)專用遙控器，而是通過(guò)文件下載獲得所需的遙控器功能，該項(xiàng)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]肖衛(wèi)初，鄧曙光，朱珍奇，等.基于NiosⅡ的學(xué)習(xí)型遙控器設(shè)計(jì)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（19）：147-150.

[2]宋瑞，劉華珠，林樹(shù)濤.一種新型自學(xué)習(xí)型紅外遙控器設(shè)計(jì)[J].東莞理工學(xué)院學(xué)，2011，18（3）：42-45.

[3]孫田星.基于軟件載波技術(shù)學(xué)習(xí)型遙控器的實(shí)現(xiàn)[J].電氣開(kāi)關(guān)， 2015（1）：71-73.

[4]劉永廣，張宏怡.適于數(shù)字家庭的學(xué)習(xí)型紅外遙控器設(shè)計(jì)[J].廈門(mén)理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，22（3）：71-75.

[5]曾煉成，周小云.基于波形存儲(chǔ)型紅外學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)壓縮方法[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2014（24）：195-198.

[6]顧曉紅.學(xué)習(xí)型遙控器中的碼型識(shí)別[J].電子與封裝，2009，9（10）：42-45.

作者簡(jiǎn)介：李敏（1979-），男，講師，研究方向?yàn)镸EMS傳感器與系統(tǒng)。