一種基于紅外線發(fā)射裝置的紅外線遙控鍵盤設(shè)計

0. 引言

對于工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)來說輸入設(shè)備鍵盤幾乎是必不可少的。在按鍵數(shù)目較少時,一般直接利用按鍵控制接口線的高低電平來表示,因此需要相應(yīng)的接口支持,由于單片工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)接口線數(shù)目有限,為了減少占用接口線常常采用一鍵定義多功能,但這又增加了軟件的復(fù)雜性;在按鍵數(shù)目較多時,則大多采用動態(tài)掃描的方式構(gòu)成鍵盤矩陣,這種鍵盤雖然結(jié)構(gòu)原理簡單,驅(qū)動程序易于設(shè)計,但是在具體實現(xiàn)時往往需要花很多的時間去設(shè)計印刷電路板、考慮面板布局,而且在硬件資源比較緊張時,還要考慮擴(kuò)充I/ O 口,從而使得電路變得越來越復(fù)雜。

2. 系統(tǒng)簡介

本文介紹一種利用紅外線發(fā)射裝置作為工業(yè)控制計算機(jī)輸入鍵盤的接口原理和實現(xiàn)方法,該接口可以最大限度地減少對單片機(jī)系統(tǒng)的硬件資源要求,僅占用一根接口線,在系統(tǒng)的面板上只需一個小的接收窗。整個接口由發(fā)射和接收兩部分組成。對于單片工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)所需的按鍵數(shù)目少于30 時,發(fā)射部分可以直接使用成品紅外遙控發(fā)射器,如果自行設(shè)計發(fā)射部分,則可以支持60個鍵左右,其中有兩鍵用于構(gòu)成組合按鍵。接收部分的接口電路也非常簡單,無需布線,只要將成品模塊的輸出直接接到單片工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)的任一I/ O 接口線即可,同時驅(qū)動程序也易于設(shè)計。由于鍵盤采用無線方式,因此所構(gòu)成的單片機(jī)可以方便地滿足一些需要遠(yuǎn)距離控制的場合,以及一些特殊場合,例如:單片工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)在一個密封的容器內(nèi),通過玻璃小窗進(jìn)行參數(shù)輸入或控制;單片工業(yè)控制微機(jī)周圍環(huán)境不適宜用戶近距離操作等。

3. 紅外線遙控鍵盤的硬件組成

由集成芯片PT2248構(gòu)成的紅外線遙控鍵盤發(fā)射電路見圖1。00H~09H為數(shù)字鍵，0AH為復(fù)位鍵，0BH為取消鍵。

圖1 紅外線遙控鍵盤發(fā)射電路原理圖

紅外線遙控鍵盤發(fā)射電路采用脈時調(diào)制(PPM)方式，將遙控指令調(diào)制成脈沖序列，并驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去。遙控指令有12位碼組成，見表1。

表1 遙控指令格式

C1，C2，C3是用戶碼，在T1，T2，T3與CODE之間分別接二極管則分別代表C1，C2，C3為高電平“1”，不接二極管則代表低電平“0”，圖2中C1C2C2=111。D1，D2，D3，D4，D5，D6是發(fā)送的數(shù)據(jù)碼，鍵號與鍵碼的對應(yīng)關(guān)系見表2。

表2 鍵號與鍵碼的對應(yīng)關(guān)系

PT2248遙控指令的波形正脈沖的占空比為1/4時代表“0”，正脈沖的占空比為3/4時代

表“1”見圖2。

圖2 遙控指令的波形圖

無論“0”還是“1”，發(fā)射時正脈沖被調(diào)制在38KHZ的載波上，載波的占空比為1/3，這樣有利于減少功耗。每個發(fā)送周期按 C1，C1，C2，H，S1，S2，D1，D2，D3，D4，D5，D6的次序串行發(fā)送，總長度為48a，其中a為每位碼周期的1/4，其大小為：a=192/fosc秒=192/455KHE=0.422ms。按下00H~0BH中某個鍵時，輸出腳TXOUT發(fā)送兩個周期的12位碼，其間隔為 80a。由GL3276A構(gòu)成的紅外線遙控鍵盤接收電路見圖3。

圖3 紅外線遙控鍵盤接收電路原理圖

當(dāng)紅外線線遙控鍵盤接收電路工作時，接收管PH302B接收到帶有載頻為38KHZ的遙控指令的紅外線信號后，進(jìn)行放大，限幅和檢波，檢出遙控指令的脈沖包絡(luò)，濾去38KHZ載頻，得到遙控指令的脈沖信號，整形并反向后由OUT輸出，將GL3276A的OUT經(jīng)74LS14施密特觸發(fā)器整形，最終得到遙控指令的理想的反向脈沖信號。得到的遙控指令的反向脈沖信號的波形正脈沖的占空比為1/4代表“1”，正脈沖的占空比為3/4代表“0”，見圖 4。圖4 遙控指令的反向脈沖信號的波形圖

4. 紅外線遙控鍵盤的軟件設(shè)計

將GL3276A的OUT輸出信號經(jīng)74LS14兩級施密特反向器整形后與89C51的P3.2(/INTO)相連，由于每位碼都以4a為周期，每位的起始總是由高電平到低電平，因此解碼的過程可用每位碼的起始邊沿作為/INTO的中斷請求信號，中斷響應(yīng)后關(guān)/INTO中斷，然后延時a/2，由P3.2對紅外線遙控接收電路的輸出信號進(jìn)行采樣，再延時a，分別在3a/2，5a/2，7a/2時刻進(jìn)行采樣，波形與采樣時刻的對應(yīng)關(guān)系見圖5。

圖5 波形與采樣時刻的對應(yīng)關(guān)系

由圖5可見接收到的“0”由‘低高高高’組成，“1”由‘低低低高’組成，當(dāng)7a/2時刻采樣完成后開/INTO中斷，為下一位碼的采樣作準(zhǔn)備，直到/INTO中斷24次(兩個周期的串行12位碼)。中斷服務(wù)子程序開始預(yù)置樣碼0FH，分別在a/2，3a/2，5a/2，7a/2時刻由 P3.2對紅外遙控接收電路的輸出信號進(jìn)行采樣，如果是高電平保持樣碼不變，如果是低電平樣碼相應(yīng)位置0，最后將樣碼存入指定的RAM單元。

遙控鍵盤的可靠性是軟硬件設(shè)計中重點考慮的問題。在硬件上，將GL3276A的OUT經(jīng)74LS14施密特整形，以提高抗干擾能力。在軟件上要正確的解碼，必須從每位碼的起始位開始接收，本設(shè)計中，PT2248發(fā)送的遙控指令的起始碼為用戶碼C1C2C3=111，因為P3.2接收到的“1”由 ‘低低低高’組成，因此接收到的碼應(yīng)為三個“0001”，若不是，本次接收無效。其次，為了防止接收誤碼，應(yīng)對前后兩次接收的兩個周期的12位串行碼進(jìn)行一致性比較，若相同則與鍵碼表中的鍵碼進(jìn)行比較，找出相應(yīng)的鍵號，否則本次接收無效。解碼程序流程圖見圖6.

圖6 解碼程序流程圖

5. 結(jié)束語

本文介紹了一種利用紅外遙控器作為單片機(jī)輸入鍵盤的接口原理和方法，構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)合理，成本低廉，我們已經(jīng)成功地利用該接口方式實現(xiàn)了單片機(jī)鍵盤的無線式操作。文中以PT2248集成芯片作為發(fā)射部分,對于其他類型發(fā)射芯片,此接口原理仍然適用,只需相應(yīng)修改中斷服務(wù)程序即可。如果單片機(jī)系統(tǒng)有多余的外中斷資源,可將接收到的信號輸入至中斷引腳,利用外中斷與定時器結(jié)合,則可減少接收處理時對CPU 時間的占用。利用此技術(shù)，我們在“智能型牛奶質(zhì)量快速檢測儀研制”項目上得到了很好的應(yīng)用。

遙控技術(shù)經(jīng)歷了有線遙控、無線電波遙控，現(xiàn)今的紅外遙控,技術(shù)已相當(dāng)成熟,功能越來越強(qiáng),運(yùn)行越來越穩(wěn)定,應(yīng)用越來越廣泛。先進(jìn)的遙控技術(shù)配合單片機(jī)運(yùn)用到工業(yè)控制中去,那么,控制系統(tǒng)的操作將變得更容易、更快捷、更方便、更安全。

參考 文 獻(xiàn)

[1] 陳明螢　 8051單片機(jī)課程設(shè)計? 清華大學(xué)出版社 2004

[2] 求是科技　 單片機(jī)典型模塊設(shè)計實例導(dǎo)航 人民郵電出版社 2004

[3]李建華著《實用遙控器原理與制作》，人民郵電出版社，1996。

[4]鄭鳳翼著《彩色電視機(jī)遙控系統(tǒng)原理與維修》，人民郵電出版社，1997。

[5]樊昌信、張浦詡、徐炳祥、吳成柯著《通訊原理》，國防工業(yè)出版社，2001。

[6]王亭著《彩電遙控器的單片機(jī)解碼技術(shù)》，電子工業(yè)出版社，1997。