基于FPGA的紅外遙控的應(yīng)用

許斌，馮軍軍

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 廣元 608040）

基于FPGA的紅外遙控的應(yīng)用

許斌，馮軍軍

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 廣元 608040）

文章在分析了紅外遙控信號編碼的基礎(chǔ)上，選擇ME-1211紅外遙控編碼芯片構(gòu)建紅外發(fā)射系統(tǒng)，Cyclone系列的EP1C3T144C8處理器和一體化紅外接頭1838T構(gòu)成紅外接收系統(tǒng)。通過LED不同閃爍作為成功接收信號的指示并用串口把解碼傳輸?shù)诫娔X顯示器上以測試系統(tǒng)的性能。以FPGA制作的紅外遙控系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、成本便宜、可擴展性強能特點，具有廣泛的應(yīng)用。

FPGA；紅外遙控；編碼技術(shù)；串口傳輸

紅外線遙控是目前使用廣泛的一種通信和遙控手段［1］。在繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設(shè)備、空調(diào)機以及玩具等其它小型電器裝置上也大量采用紅外線遙控［2-3］。同時，工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾［4］。文中從遙控技術(shù)的基本原理出發(fā)，重點討論紅外遙控系統(tǒng)的基本原理，結(jié)構(gòu)特點和具體的應(yīng)用。

1　基本原理

1.1EP1C3T144C8處理器

由Altera公司推出的FPGA處理器EP1C3T144C8［5］其特點：1）邏輯資源豐富，邏輯單元（LE）數(shù)量為2 910個；2）有104個可用I/O引腳，I/O輸出可以根據(jù)需要調(diào)整驅(qū)動能力，并具有壓擺率控制、三態(tài)緩沖、總線保持等功能，整個器件的I/O引腳分為4個區(qū)，每個區(qū)可以獨立采用不同的輸入電壓，并可提供不同電壓等級的 I/O輸出；3）多電壓接口，支持LVTTL，LVCMOS，LVDS等I/O標(biāo)準；4）靈活的時鐘管理，片內(nèi)配有一個鎖相環(huán)（PLL）電路；5）內(nèi)有Signal Tap嵌入式邏輯分析器，極大地方便了設(shè)計者對芯片內(nèi)部邏輯進行檢查，而不需要將內(nèi)部信號輸出到I/O管腳上。因此以較低的價格、優(yōu)質(zhì)的特性和豐富的片上資源在實際應(yīng)用中被廣泛的采用，這些都是其他同類產(chǎn)品無法比擬的。

1.2遙控發(fā)射器以及編碼

紅外發(fā)射器編碼格式常有兩種，NEC和RC5［6］。一般家庭用的DVD、VCD、音響都使用NEC這種編碼方式。文中使用的是ME-1211型號的遙控器采用NEC編碼格式，其特征是：1）使用38 k載波頻率進行發(fā)射；2）在每次編碼信號送出之前，會有一段引導(dǎo)碼，包括9 ms的低電平和4.5 ms的高電平；3）紅外遙控器發(fā)出的編碼是 32位的。如圖1所示。

圖1　發(fā)射器發(fā)出的編碼

其中前16位為系統(tǒng)碼（又稱用戶碼），能區(qū)別不同的紅外遙控設(shè)備，防止不同機種遙控碼互相干擾。比如：按下“0”鍵后，紅外信號經(jīng)紅外接收頭處理后，F(xiàn)PGA/CPLD接收到的編碼如下（16進制）：00 FF 16 E9，如圖2所示。后16位為8位的數(shù)據(jù)碼和8位的數(shù)據(jù)補碼用于核對數(shù)據(jù)是否接收正確。

圖2　ME-1211鍵位碼

1.3接收器及解碼

采用集紅外接收和放大于一體的紅外線接收器1838T［6-7］，它內(nèi)含高速高靈敏度PIN光電二極管和低功耗、高增益前置放大IC，采用環(huán)氧樹脂封裝外加外屏蔽抗干撓設(shè)計，該產(chǎn)品已經(jīng)通過REACH和SGS認證屬于環(huán)保產(chǎn)品，在紅外遙控系統(tǒng)中作為接收器使用。其特性：1）環(huán)氧樹脂封裝外加外屏蔽抗干擾設(shè)計；2）寬工作電壓，2.4～5.5 V；3）低功耗，寬角度及長距離接收；4）抗干擾能力強，能抵擋環(huán)境干擾；5）輸出匹配TTL、CMOS電平，低電平有效。其封裝如圖3所示。

圖3　1838T封裝圖

因此完成從紅外線接收到TTL電平輸出數(shù)據(jù)送至EP1C3T144C8，通過FPGA解碼程序進行解調(diào)后的紅外信號以脈寬為0.565 ms、間隔0.56 ms、周期為1.125 ms的組合表示二進制的“0”，以脈寬為0.565 ms、間隔1.685 ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1“，如圖4所示。完成解碼后一方面通過LED指示，另一方面通過串口傳輸?shù)姆绞綄⒔夂么a字傳輸?shù)诫娔X顯示器中，串口參數(shù)設(shè)置為：波特率9 600 b/s、數(shù)據(jù)位8 bit、停止位1 bit、無校驗位。作為共同測試結(jié)果。

圖4　接收解碼規(guī)則

2　系統(tǒng)設(shè)計與功能實現(xiàn)

2.1系統(tǒng)框圖及軟件設(shè)計

文中設(shè)計采用的是Altera公司Cylone系列的EP1C3-T144C8處理器、ME-1211紅外遙控發(fā)射器遙控、紅外線接收器1838T、LED指示和Uart發(fā)送組成的發(fā)射接收系統(tǒng)，如圖5所示。

圖5　紅外接收系統(tǒng)框圖

由于篇幅的原因這里僅給出代碼的主要部分，軟件設(shè)計是采用自頂向下方法分模塊進行設(shè)計的，主要包括：分頻、解碼、串口傳輸、LED指示等。分頻器模塊：這部分的功能是對時鐘信號進行分頻，作為解碼模塊和串口模塊的的時鐘，使得這兩個模塊能夠正常并且異步工作；解碼模塊：此模塊是整個設(shè)計的最重要的部分，控制著整個設(shè)計的功能。通過接收到的分頻信號作為時鐘，以LED燈的閃爍作為解碼成功的指示，同時通過串口模塊把解碼結(jié)果送到電腦上；LED指示模塊：如接收模塊接收到信號，并把信號傳送到處理器中成功解碼后，以LED的各種閃爍組合作為解碼成功的指示。

2.2結(jié)果測試

圖7顯示的是實際的操作電路板系統(tǒng)，程序經(jīng)過Quartus II編譯（如圖6所示）并將其下載到處理器中，LED指示燈不同的閃爍組合說明對于遙控解碼已經(jīng)成功了，在圖中通過黑色圈標(biāo)示出紅外接頭模塊以及LED指示燈所處的位置。再通過串口傳輸把解碼結(jié)果在顯示器中顯示，經(jīng)過串口調(diào)試助手并且結(jié)合前面的遙控器發(fā)射信號的編碼規(guī)則。

圖6　編譯完成的Quartus II界面

圖7　實際操作電路

我們可以看得出程序設(shè)計是正確的，并且在串口發(fā)送傳輸過程中沒有誤碼。如圖8所示。

圖8　串口發(fā)送顯示

3　結(jié)　論

目前紅外遙控系統(tǒng)有很多編碼的標(biāo)準，我們采用其中的一種編碼方式，利用FPGA進行紅外信號的發(fā)送和接收，以實現(xiàn)近距離的無線通信［1］。通過實踐證明得知，這種編碼方式效率很高，沒有誤碼。將其用于各種家用電器，各種復(fù)雜環(huán)境作業(yè)等，無疑給人們帶來了諸多的方便和安全［2-3］。隨著數(shù)字技術(shù)和計算機控制技術(shù)的日益發(fā)展，無線遙控技術(shù)在國民經(jīng)濟中必將得到更廣泛的應(yīng)用［8-11］。

［1］程小輝，康燕萍.可識別載波的紅外遙控自學(xué)習(xí)模塊研究與設(shè)計［J］.電子應(yīng)用研究，2013，39（2）：121-125.

［2］趙健衡，成偉.適于室內(nèi)電器控制的紅外線遙控器設(shè)計與實現(xiàn)［J］.常州工學(xué)院學(xué)報，2008，21（6）：30-23.

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［4］陳龍等.新型紅外線嚴控多通道開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.紅外與激光工程，2004，33（4）：347-350.

［5］EP1C3T144C8.PDF［EB/OL］（2001-01-14）http://WWW. dalsemi.com/.../Dallas Semiconductor 2001.1.14.

［6］朱高中.基于單片機的紅外遙控解碼電路的設(shè)計［J］.計算機技術(shù)與自動化，2011，30（2）：68-71.

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［8］鄭偉，謝利理，張震.一種具有自學(xué)習(xí)功能的智能紅外遙控器設(shè)計［J］.計算機測量與控制，2007，15（12）：1758-1759.

［9］陳明義，連帥軍，周建國.基于FPGA的FLASH控制器系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)［J］.電子科技，2008（7）：11-13.

［10］鹿璇，宋曉，杜沖.基于單片機和FPGA的人機交互系統(tǒng)的設(shè)計.電子設(shè)計工程，2010（9）：155-157.

［11］邢開宇，曹曉曼，方火能.基于FPGA和NAND Flash的存儲器ECC設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電子科技，2012（10）：70-73.

App lication of infrared remote control based on FPGA

XU Bin，F(xiàn)ENG Jun-jun
（Sichuan Information Technology College，Guangyuan 608040，China）

Based on the analysis of the infrared remote control signal encoding，select the ME-1211 infrared remote control encoding chip to build an infrared emission system，Cyclone seriesof EP1C3T144C8 chip and integrated infrared joint1838T infrared receiver system.The performance of the receiver signal is illuminated by LED and the performance of the decoder is transmitted to a computermonitor with serial port to test the performance of the system.The infrared remote control system made of FPGA has the advantagesofstable performance，low cost，strong expansibility，and itiswidely used.

FPGA；infrared remote control；encoding technology；uart

TN409

A

1674-6236（2016）19-0174-03

2015-10-03稿件編號：201510005

許 斌（1982—），男，陜西渭南人，碩士，工程師。研究方向：通信與信息處理技術(shù)。