基于單片機的紅外遙控信號自學(xué)習(xí)及還原新方法
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摘 要 本文介紹了一種利用51系列單片機實現(xiàn)對紅外遙控信號的自學(xué)習(xí)及還原方法，本方法實現(xiàn)電路簡單、可靠性高，可學(xué)習(xí)及還原多種紅外遙控規(guī)程的信號。
關(guān)鍵詞 單片機 紅外遙控信號 自學(xué)習(xí)
1概述
隨著遠(yuǎn)程教育體系的不斷發(fā)展和日趨完善，多媒體教學(xué)手段在各級各類學(xué)校都得到了廣泛應(yīng)用。近年來，我們在進(jìn)行多媒體教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)和研制過程中，經(jīng)常遇到多種用于教學(xué)中的紅外遙控設(shè)備，如：數(shù)字投影機、DVD、VCD、錄像機、電視機等，由于各種設(shè)備都自帶遙控器，而且不同的設(shè)備所遵循的紅外遙控規(guī)程也不盡相同，操縱這些設(shè)備得使用多種遙控器，給使用者帶來了諸多不便。我們采用集中控制各設(shè)備的方式如圖（1）所示解決了該問題。集中控制各設(shè)備的方法是首先對各設(shè)備的紅外遙控信號進(jìn)行識別并存儲（自學(xué)習(xí)），然后在需要時進(jìn)行還原。圖（1）中由PC或集中控制器發(fā)送設(shè)備號及控制命令號至紅外遙控信號自學(xué)習(xí)及還原電路，再由自學(xué)習(xí)及還原電路恢復(fù)對應(yīng)的紅外遙控信號，并發(fā)射出去控制指定的紅外遙控設(shè)備動作。
圖（1）集中控制多種紅外遙控設(shè)備示意圖
2紅外遙控信號的自學(xué)習(xí)及還原
2．1紅外遙控信號編碼、發(fā)射原理
通常，紅外遙控器是將遙控信號（二進(jìn)制脈沖碼）調(diào)制在38KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號發(fā)射出去的。二進(jìn)制脈沖碼的形式有多種，其中最為常用的是PWM碼（脈沖寬度調(diào)制碼）和PPM碼（脈沖位置調(diào)制碼）。前者以寬脈沖表示1，窄脈沖表示0，如圖（2）所示。后者脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表1，碼位窄的代表0。如圖（3）所示。
圖（2）PWM碼
圖（3）PPM碼
遙控編碼脈沖信號（以PPM碼為例）通常由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼、功能反碼等信號組成，如圖（4）所示。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為9ms的高電平和寬度為4.5ms的低電平組成（不同的遙控系統(tǒng)在高低電平的寬度上有一定區(qū)別），用來標(biāo)志遙控編碼脈沖信號的開始。系統(tǒng)碼也叫識別碼，它用來指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其它遙控系統(tǒng)，防止各遙控系統(tǒng)的誤動作。功能碼也叫指令碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機中的微控制器可根據(jù)功能碼的數(shù)值去完成各種功能操作。系統(tǒng)反碼與功能反碼分別是系統(tǒng)碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對傳輸過程中是否產(chǎn)生差錯。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對頻率為38KHz（周期為26.3us）的載波信號進(jìn)行脈幅調(diào)制（PAM），再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。
圖（4） 遙控編碼脈沖信號的組成
2．2紅外遙控信號自學(xué)習(xí)及還原的硬件實現(xiàn)
根據(jù)遙控信號編碼和發(fā)射過程，遙控信號的識別——即解碼過程應(yīng)是去除38KHz載波信號后識別出二進(jìn)制脈沖碼中的0和1。遙控信號識別、存儲、還原的硬件電路如圖（5）所示。由MCS—51系列單片機AT89C51、一體化紅外接收頭、存儲器、還原調(diào)制與紅外發(fā)光管驅(qū)動電路組成.。
一體化紅外接收頭采用SIEMENS SFH 506-38，它負(fù)責(zé)紅外遙控信號的解調(diào)。將調(diào)制在38kHz上的紅外脈沖信號解調(diào)并反向后再輸入到AT89C51的INT0（P3.2）引腳，由單片機進(jìn)行高電平與低電平寬度的測量。
圖中使用具有I2C總線接口的E2PROM 芯片24C32作為存儲器，其容量為4KB，
圖（5） 紅外遙控信號自學(xué)習(xí)及還原原理框圖
用來保存識別出來的遙控信號的高電平與低電平寬度數(shù)據(jù)。通常遙控信號的二進(jìn)制脈沖碼長為32位，每位由一個高電平與一個低電平組成，應(yīng)保存的信號寬度數(shù)據(jù)為64個，再加上引導(dǎo)碼2個數(shù)據(jù)，共計66個數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)用一個字節(jié)來表示，一個遙控信號命令就需要66個字節(jié)來保存?？紤]到不同的遙控系統(tǒng)有一定的區(qū)別，有些遙控信號命令長度較長，所以存儲空間應(yīng)適當(dāng)留有余量。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)紅外遙控設(shè)備的數(shù)量及每個設(shè)備的遙控命令數(shù)量等具體情況來決定E2PROM 芯片的容量和型號。
遙控信號的還原和發(fā)射是通過P0口（如圖中為P0.1）輸出二進(jìn)制脈沖碼（高電平與低電平的維持時間為識別時保存的一組寬度數(shù)據(jù)）與38KHz調(diào)制脈沖相與，即P0口輸出高電平允許38KHz調(diào)制脈沖通過，P0口輸出低電平關(guān)斷38KHz調(diào)制脈沖。調(diào)制后的信號經(jīng)驅(qū)動后通過紅外發(fā)光管，發(fā)射紅外遙控信號去控制紅外遙控設(shè)備。圖中LED發(fā)光管用來指示紅外遙控信號，同時用來指示自學(xué)習(xí)中的各狀態(tài)。
P2口連結(jié)一組按鈕，按鈕的數(shù)量與需要集中控制的紅外遙控設(shè)備數(shù)量相同，用來控制單片機進(jìn)入或退出自學(xué)習(xí)狀態(tài)，按鈕號即為設(shè)備號。
單片機同時通過串行口連接上位機PC或集中控制器接收控制命令，上位機或集中控制器通過RS—485總線與單片機通信，從而實現(xiàn)了紅外遙控設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
2．3 軟件設(shè)計
單片機上電復(fù)位后，首先對其內(nèi)部定時器、串行口進(jìn)行初始化，并允許串行口中斷。然后監(jiān)測P2口，當(dāng)進(jìn)入自學(xué)習(xí)狀態(tài)（P2口有一引腳輸入為低電平并維持1S以上）時，采用定時器定時、軟件計數(shù)的方法，測量INT0引腳上輸入脈沖的高、低電平的寬度。INT0引腳平時為高電平，當(dāng)接收到紅外遙控信號時，由于一體化紅外接收頭的反向作用，INT0引腳下跳至低電平，此為引導(dǎo)碼。將測得的高低電平的寬度保存在存儲器中，并將每次測得的低電平的寬度與引導(dǎo)碼低電平寬度比較，若相等則表示一遙控命令碼識別、存儲（自學(xué)習(xí)）結(jié)束。再次監(jiān)測P2口該引腳，若為低電平并維持1S以上，則退出自學(xué)習(xí)狀態(tài)。否則，進(jìn)一步自學(xué)習(xí)下一紅外遙控命令碼。
串行口中斷服務(wù)程序主要是根據(jù)接收到的設(shè)備號及命令號查表得到一組事先存儲的高、低電平寬度數(shù)據(jù)，然后在P0口還原出紅外遙控信號去控制紅外遙控設(shè)備按指定的命令動作，即紅外遙控信號的還原。
3結(jié)束語
我們用上述紅外遙控信號的自學(xué)習(xí)及還原方法，成功地實現(xiàn)了新科VCD、DVD、金正DVD、松下系列錄像機以及多種型號數(shù)字投影機、彩色電視機遙控信號的自學(xué)習(xí)和還原，從而在多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中實現(xiàn)了可紅外遙控設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
[參考文獻(xiàn)]
1 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計. 何立民編.北京航空航天大學(xué)出版社，1996
2 智能型紅外遙控器 . 龍勐 . 《電子技術(shù)》1998（9）23-24
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