万能学习型红外遥控器设计

I 目 录 第 1 章 绪论 ............................................................................................... 1 1.1 选 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的目的意义 .............................................................................................. 1 1.2 红外学习研究现状 .......................................................................................... 2 1.3 本文研究内容 .................................................................................................. 3 第 2 章 红外遥控学习 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ............................................................... 5 2.1 设计目标及要求 .............................................................................................. 5 2.2 红外遥控方案设计 .......................................................................................... 6 第 3 章 红外遥控解码学习 .....................................................................10 3.1 基本原理 ........................................................................................................ 10 3.1.1 红外接收 .............................................................................................. 10 3.1.2 ISP 技术 ............................................................................................... 10 3.2 红外接收解码装置设计 .................................................................................11 3.2.1 RS232 串口红外接收板 .......................................................................11 3.2.2 带液晶显示的红外接收板 .................................................................. 12 3.2.3 制作遥控矩阵表 .................................................................................. 13 3.3 装置性能检测 ................................................................................................ 15 3.3.1 红外干扰测试 ...................................................................................... 15 3.3.2 红外解码测试 ...................................................................................... 17 第 4 章 红外遥控编码还原 .....................................................................19 4.1 基本原理 ........................................................................................................ 19 4.1.1 红外发射 .............................................................................................. 19 4.1.2 红外编码 .............................................................................................. 19 4.1.3 声卡采样 .............................................................................................. 22 4.2 红外编码发射装置设计 ................................................................................ 23 4.3 装置性能检测 ................................................................................................ 25 4.3.1 红外编码还原测试 .............................................................................. 25 4.3.2 红外发射距离测试 .............................................................................. 27 第 5 章 万能学习型红外遥控器实现.....................................................28 5.1 基本原理 ........................................................................................................ 28 II 5.1.1 触屏校准 .............................................................................................. 28 5.1.2 彩屏显示 .............................................................................................. 30 5.2 万能学习型遥控器实现 ................................................................................ 31 5.2.1 16 位 RGB 图片压缩 ........................................................................... 31 5.2.2 遥控仿真面板制作 .............................................................................. 33 5.2.3 红外编码还原实现: ............................................................................. 34 5.3 系统性能检测 ................................................................................................ 36 第六章 总结展望 ...................................................................................38 6.1 总结 ......................................................................................................... 38 6.2 展望 ......................................................................................................... 39 参考文献 .....................................................................................................40 1 第 1 章 绪论 1.1 选题的目的意义 上世纪八十年代初,日本率先在电视产品中使用了红外遥控技术,使用集成发 射芯片来实现遥控码的发射,如东芝 TC9012,飞利浦 SAA3010 等,它的主要特点是: 遥控器内预置固定编码,一只遥控器只能控制单一型号的电器[1]。如图 1.1 所示: 图 1.1 遥控单一种类电器的遥控器 随着电子技术的发展,家用电器越来越普遍,人们希望以一只遥控器遥控所有 家用电器,多用遥控器产生了。它的主要特点是: 遥控器内预置多套编码,可供用户 选择,如图 1.2 所示: 图 1.2 可遥控多种家用电器的遥控器 如今,随着嵌入式的广泛应用,部分厂商推出了具备红外学习的遥控器,它的主 要特点是:遥控器内置一个动态编码库,具备红外学习功能,可由用户自主录入编码, 如图 1.3 所示: 图 1.3 具备学习功能的遥控器 通过对具备红外学习功能的遥控器进行市场调查,本文发现:国内红外遥控编 码学习技术虽比较成熟,但产品化程度较低,市场推广不够,主要原因在于设计者对 用户需求的调查不够全面,以致产品不够实用,性价比较低。从用户操作方便实用的 角度出发,本文自主设计具备红外学习、彩屏虚拟遥控界面的万能学习型红外遥控 器,借此促进红外遥控学习技术在国内市场的产品化推广。 2 1.2 红外学习研究现状 现有自主学习型红外遥控器,其核心 MCU 主要有以下几种:MCS-51 系列、 Microchip PIC16 系列、Winbond W741 系列、Holtek HT48 系列以及 ARM(Advanced RISC Machines)系列。目前国内外比较成熟的产品主要有: 1、上海慧居智能电子的 HJ-JYWC,它的主要特点为:触屏按键组合输入；具有 红外学习功能；具有载波频率识别功能,能准确识别各种复杂的红外代码[2],如图 1.4 所示: 图 1.4 上海慧居智能电子 HJ-JYWC 2、BREMAX 公司的 NRC-304 网络多功能遥控器,它的主要特点为:联机自学 习、脱机自学习两种模式；具有 USB 口,通过 INTERNET 登陆 BREMAX 公司网站, 搜寻并下载相应型号家电的遥控器编码,兼容各种品牌和型号[3],如图 1.5 所示: 图 1.5 NRC-304 网络多功能遥控器 3、Sunwave 公司的 SRC—1600,它的主要特点为:具有巨集设定功能,单一按键 巨集设定可记忆多达 60 个指令；具备红外学习功能,具有 USB 接口,可预设遥控编 码和升级系统[4],如图 1.6 所示: 图 1.6 SRC—1600 3 4、罗技 Harmony 1100,它的主要特点为:黑色铝合金外壳,3.5 英寸的触屏；用 户可以根据具体情况添加或者删除屏幕上的功能键；设备能通过 USB 连机,获取罗 技在线数据库配置文件,如图 1.7 所示: 图 1.7 罗技 1100 以上产品对于对于电视、音响等使用专用的遥控芯片的家电遥控器(内置 NEC、飞利浦、东芝、或夏普等芯片),学习比较容易,但类似空调的红外设备(同一 按键编码与该按键按下次数和系统状态相关),学习效果欠佳,为此本文设计采用电 脑辅助解码提高红外学习的准确度。 1.3 本文研究内容 本文设计的万能学习型红外遥控器要求在外观和功能上替代现有遥控器,涉及 到红外编解码、红外发射接收、MCU 控制、触屏显示、串口通信等技术,需要完成 的研究内容主要包括: 1、红外编码协议的学习 2、单片机红外解码的软硬件实现 3、电脑红外解码辅助分析 4、单片机控制液晶屏显示字符图像 5、单片机控制触屏操作 6、单片机与 PC 串口通信。 对照上述研究内容,本文的章节安排如下: 第 1 章:绪论,简要介绍红外遥控器的发展,说明选题的目的和意义；通过产品介 绍当前国内外关于红外学习技术的研究现状。 第 2 章:学习型遥控器方案设计,介绍了系统设计需要完成的功能指标和技术指 标,给出了系统设计的方案以及主要器件的选型。 第 3 章:红外遥控解码学习,简要介绍了红外接收和单片机中断控制的原理,设 计了两种红外接收解码装置,完成了红外解码学习的功能。 4 第 4 章:红外遥控编码还原,简要介绍了红外发射、编码协议和声卡采样的原理, 设计了基于 STC89C52RC 的红外编码发射装置,完成了红外编码还原的功能。 第 5 章:万能学习型红外遥控器实现,简要介绍了触屏校正、彩屏显示的原理, 综合第二章、第三章的设计,新增了触屏显示操作功能,制作了万能学习型红外遥控 器。 第 6 章:结论,总结了本文的工作,指出了不足。 5 第 2 章 红外遥控学习方案设计 2.1 设计目标及要求 本文设计的万能学习型红外遥控器要求能够实现红外编码学习和还原,其功能 指标如表 2.1 所示: 表 2.1 功能指标表 功能指标 重要程度 1 红外编解码 ★★★★★★ 2 红外发射接收 ★★★★★ 3 遥控编码表制作 ★★★★ 4 彩屏显示 ★★★ 5 按键触屏操作 ★★ 6 串口通信 ★ 表 2.1 列举了六个主要功能指标，其中红外编解码、红外发射接受、彩屏显示、 按键操作均是从实用角度考虑设置的，遥控编码表和串口通信是从红外学习角度 设计的。 在系统功能实现的基础上,系统性能的优异需要通过设计指标来衡量,具体如 表 2.2 所示: 表 2.2 设计指标表 设计指标 预期 1 解码类型 RC-5 协议 2 解码准确率 >95% 3 红外发射距离 >8 米 4 载波发射频率 38KHZ±1KHz 5 编码还原误差 1ms/T 6 触屏偏移量 <8 象素 7 彩屏颜色种类 >8 种 8 虚拟按键数目 >36 个 表 2.2 列举了八个方面的设计指标，其中有硬件选型决定的有彩屏颜色种类， 其余均由软件编程决定。 6 2.2 红外遥控方案设计 基于功能,系统设计为三个单元:1、遥控编码表制作单元;2、遥控编码表实现单 元;3、遥控编码表检测单元。三个单元属于递进关系，如图 2.1 所示: 遥控编码表制作单元 遥控编码表实现单元 遥控编码表检测单元 图 2.1 三大功能单元关系示意图 1、遥控编码表制作 遥控编码表制作分为外观提取和编码提取两个部分，该单元设计如图 2.2 所示: 摄像头图像采集 遥控面板制作 红外接收 编码分析 外观提取模块 编码提取模块 遥 控 编 码 表 制 作 单 元 图 2.2 遥控编码表制作单元结构图 对照图 2.2,外观提取通过摄像头采集图像,通过 PC 处理,分离出按键图标；编 码提取通过红外接收头接收,送至单片机解码,对于较为复杂的编码,也可以通过 PC 辅助分析波形,进行解码。最终制作的遥控编码表包括:1、遥控器按键外观信息;2、 遥控编码格式;3、按键遥控代码表。 7 2、遥控编码表实现 遥控编码表实现分为外观和功能两个部分该单元设计如图 2.3 所示: 按键操作 液晶显示 按键操作 红外编码 外观显示模块 红外发射模块 遥 控 编 码 表 实 现 单 元 红外发射 系统状态 图 2.3 遥控编码表实现单元结构图 对照图 2.3,外观虚拟采用触屏液晶,还原原有遥控器按键图像；功能模拟采用 微处理器,通过程序控制发射红外信号。 3、遥控编码表检测 遥控编码表检测分为基于内容和基于功能的两种方法,该单元的设计如图 2.4 所示: 红外接收 基于内容检测 遥 控 编 码 表 检 测 单 元 红外解码 编码显示 基于功能检测 普通遥控板 电视/空调 万能遥控板 操作对比 图 2.4 遥控编码表检测单元结构图 对照图 2.4，从设计角度考虑,可采用基于内容的检测方法,解析红外编码,检测 结果以字符型显示编码格式；从用户的角度考虑,可采用基于功能的检测方法,采用 8 现有设备(如电视、空调)直接接收红外信号,检测设备是否正常工作,具有一定的容 错量。 为配合硬件实现功能设计,系统实现和调试分三个制作的进行,即:1、基础制作: 红外接收解码装置,2、中级制作:红外编码发射装置,3、高级制作:万能学习型遥控 器,如图 2.5 所示: 遥控编码表制作单元 遥控编码表实现单元 遥控编码表检测单元 高级制作： 万能学习型遥控板 中级制作： 红外编码发射装置 基础制作： 红外接收解码装置 系统功能设计 硬件实现 图 2.5 系统功能硬件实现 将以上设计集中到一起,模块化处理,如表 2.3 所示: 表 2.3 系统模块功能定义 模块 功能说明 1 IR_RECIVEandSEND 红外发射接收模块 2 74LS20_LED 发光二极管驱动模块(高低电平均可指示) 3 MCU_POWER 单片机供电模块(MAX:50ma) 4 LCM_POWER 彩屏(带触摸)供电模块(MAX:60ma) 5 WAVE2PC 电脑声卡信号采集模块 6 LCM176220 LCM 真彩屏带触摸 7 MCU0_IR 单片机 0 红外编码发射模块 8 MCU1_LCM 单片机 1 遥控操作模块(LCM 模块的显示和触屏、键盘操作) 9 MCU2_PC 单片机 2 遥控电脑模块(主解码验证,配合软件串口遥控 pc) 10 IR_KEY 功能键盘(含上下左右和确定键共五个) 9 其中主要器材选型如表 2.4 所示: 表 2.4 主要器材选型表 器件 实物图 单片机:AT89S52 (实际制作以 STC89C52RC 代替, STC89C52RC 与 AT89S52 引脚兼容) 仿真器:RZ51 开发板 仿真芯片:SST89E516RD 触屏:2.0inch 176*220 LCD 驱动芯片:R61503U 触屏芯片:ET2046 红外接收头:SM0038 10 第 3 章 红外遥控解码学习 如方案设计所述,制作红外接收解码装置,该装置至少具有面向用户和设计者 的两种检测方法,能够完成采用RC-5编码协议遥控器(SAA3010)的红外接收和解码, 要求基于用户的检测方法简单直观,基于设计者的检测能准确显示解码数据格式。 3.1 基本原理 3.1.1 红外接收 接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。最近几年不论是业余制作还是正 式产品,大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种,如图 3.1 所示: 图 3.1 常用红外一体化红外接收头 成品红外接收头均有三只引脚,即 VDD(5V)、GND 和 OUT。当红外接收头接 收到 38KHZ 红外载波引脚 OUT 为低电平,否则为高电平(5V),供单片机查询。红外 遥控常用的载波频率为 38kHz,它是由专用编码芯片的晶振(一般 455kHz)12 分频得 到的。 3.1.2 ISP 技术 ISP(In-System Programming)即在系统编程技术,指电路板上的空白器件可以编 程写入最终用户代码,而不需要从电路板上取下器件,已经编程的器件也可以用 ISP 方式擦除或再编程。 ISP 技术是未来发展方向,实现简单,一般做法是内部的存储器可以由上位机的 软件通过串口来改写。对于单片机来讲可以通过 SPI 或其它的串行接口接收上位 机传来的数据并写入存储器中。所以将芯片焊接在电路板上,只要留出串口,就可以 实现芯片内部存储器的改写,无须再取下芯片,ISP 革命性编程方式使得修改程序的 容易程度接近仿真器。 11 参考 STC89C52RC 的 datasheet,得到其 ISP 编程电路如图 3.2 所示: 图 3.2 STC89C52RC 单片机 ISP 编程电路 ISP 技术的优势是不需要编程器就可以进行单片机的实验和开发,芯片可以直 接焊接到电路板上,免去了调试时频繁地插入取出芯片带来的不便。 3.2 红外接收解码装置设计 3.2.1 RS232 串口红外接收板 仿效网络流行的 PC 遥控 DIY 制作[5],本文选取了电脑作为红外接收设备(基于 用户检测方法)。 首先对接收板的原理作简要介绍,RS232 串口红外接收板通过 SM0038 接收红 外信号,送至单片机 AT89C2051 的串口 RXD,由软件通过查询采集红外信号进行解 码,简单处理后通过串口送至PC,PC软件Grider3.2收到解码信息按照预定义命令执 行相应操作(比如显示音量、运行软件、关机等)。 RS232 串口红外接收板的电路设计如图 3.3 所示: 图 3.3 RS232 串口红外接收板电路图 12 上述电路图有两点需要注意: 1、串口窃电,电脑串口被打开后,RS232 的 4 和 7 脚电平会发生变化,产生高于 10Ｖ的电压,通过整流二极管 D1 和 D2,采用电阻 R2 分压后得到 5.1V 的稳压(通过 稳压二极管 D3 实现),再加上串口供电电流最大 20mA,基本满足供电要求。 2、串口通信,单片机的串口一般使用 TTL 正逻辑电平 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,其逻辑 1 电平是 5V, 逻辑 0 电平是 0V,而电脑串行口所使用的是 RS232C 的负逻辑电平标准,它的逻辑 1 电平是-3V－-12V,逻辑 0 电平是+3V－+12V。两者的电平范围相差很远,所以连接 时需要用到电平转换电路,一般来说商业化的成品会用到MAX232,DS275等专用的 RS232、TTL 电平转换集成电路,由于系统采用波特率为 9600,要求不高,故依据经验 使用小功率三极管搭建的电平转换电路,节约设计成本。 RS232 串口红外接收板的软件流程如图 3.4 所示: 系统初始化 开中断INT0 开启800us定时中断 定时溢出查询P3.2 解码信息记录是否完毕 P3.7取反 P3.7置高电平 关闭INT0中断 打开INT0中断 串口发送解码信息 INT0中断服务程序 延时1s 主程序 图 3.4 RS232 串口红外接收板软件流程图 3.2.2 带液晶显示的红外接收板 带液晶显示的红外接收板的解码部分跟 RS232 串口红外接收板大致相同,不同 在于增加显示功能、更换单片机型号为 AT89S52,显示部分采用型号为 12864 带汉 字字库的液晶屏(全屏最多可显示 4*8 个字符)。单片机 AT89S52 运行速度高(可支 持 24M 晶振),片上资源丰富(8K 字节程序存储器,256 字节数据存储器),借助 P3_2 引脚接收红外信号,经过软件处理,分离出起始码、控制码、系统码、用户码,然后送 显示。 13 带液晶显示的红外接收板的硬件电路如图 3.5 所示: 图 3.5 带液晶显示红外接收板电路图 带液晶显示的红外接收板的软件流程如图 3.6 所示: 系统初始化： 1、计数器T0设置 2、12864液晶初始化 3、外部中断设置 开中断INT0 下降沿有效 开启800us定时中断 初始化接收区变量 中断检测： 等待红外触发 关闭INT0中断 INT0中断服务程序主程序 T0中断服务程序 载入TH0 TL0 读取遥控接收头状态 接收完毕 红外解码 LCd显示编码 重新开启INT0中断 退出中断 退出中断 图 3.6 带液晶显示红外接收板软件流程图 3.2.3 制作遥控矩阵表 利用带液晶显示的红外接收板制作,本文解析 SAA3010 遥控器所有按键编码, 制作了 SAA3010 遥控矩阵表,如表 3.1 所示: 14 表 3.1 SAA3010 遥控矩阵表 按键 起始 (2b) 控制 (1b) 系统码 (5b) 指令码 (6b) 全码 (14b) 开关 11 1 00000 001100 11100000001100 静音 11 1 00000 001101 11100000001101 1 11 1 00000 000001 11100000000001 2 11 1 00000 000010 11100000000010 3 11 1 00000 000011 11100000000011 4 11 1 00000 000100 11100000000100 5 11 1 00000 000101 11100000000101 6 11 1 00000 000110 11100000000110 7 11 1 00000 000111 11100000000111 8 11 1 00000 001000 11100000001000 9 11 1 00000 001001 11100000001001 0 11 1 00000 000000 11100000000000 单双 11 1 00000 001010 11100000001010 调谐 11 1 00000 011110 11100000011110 节目+ 11 1 00000 100000 11100000100000 节目- 11 1 00000 100001 11100000100001 微调+ 11 1 00000 101011 11100000101011 微调- 11 1 00000 101100 11100000101100 音量+ 11 1 00000 010000 11100000010000 存储 11 1 00000 101001 11100000101001 召回 11 1 00000 001111 11100000001111 音量- 11 1 00000 010001 11100000010001 爱好 11 1 00000 001110 11100000001110 定时 11 1 00000 100110 11100000100110 对比+ 11 1 00000 011100 11100000011100 色彩+ 11 1 00000 010100 11100000010100 亮度+ 11 1 00000 010010 11100000010010 录像 11 1 00000 111000 11100000111000 对比- 11 1 00000 011101 11100000011101 色彩- 11 1 00000 010101 11100000010101 亮度- 11 1 00000 010011 11100000010011 电视 11 1 00000 111111 11100000111111 以上编码信息均符合按照RC-5协议,其中的控制码每按键一次,其值反转一次。 15 3.3 装置性能检测 装置性能检测之前,先给出两个装置的实物图,分别如图 3.7、图 3.8 所示: 图 3.7 RS232 串口红外接收板 图 3.8 带液晶显示的红外接收板 3.3.1 红外干扰测试 由于遥控器多数时间用于室内,为此本文选择了带有日光灯的寝室作为测试环 境,如图 3.9 所示: 图 3.9 测试环境 以上测试环境中充满了红外辐射源,如日光灯、人体等,所以必然造成红外接收 受到干扰,借助串口调试工具,在遥控器没有工作的情况下,打开日光灯,并将手掌置 于遥控接收头周围,串口接收情况如图 3.10 所示: 16 图 3.10 串口调试工具接收干扰信号 按照Grider32的要求,单片机一次发送的数据为6个字节,其中前三个字节相同, 后三个字节相同,故串口得到的干扰信号解码后得到数据如表 3.2 所示: 表 3.2 干扰数据 D7 D7 D7 FC FC FC C7 C7 C7 F8 F8 F8 E3 E3 E3 FE FE FE E3 E3 E3 FC FC FC F1 F1 F1 FE FE FE F1 F1 F1 FE FE FE CF CF CF F8 F8 F8 CF CF CF F8 F8 F8 E7 E7 E7 FC FC FC C7 C7 C7 FC FC FC E3 E3 E3 FE FE FE E3 E3 E3 FE FE FE 8F 8F 8F F1 F1 F1 E3 E3 E3 FC FC FC C7 C7 C7 F8 F8 F8 E3 E3 E3 FE FE FE E3 E3 E3 FC FC FC 8F 8F 8F F1 F1 F1 F1 F1 F1 FE FE FE C7 C7 C7 F8 F8 F8 8F 8F 8F F1 F1 F1 E3 E3 E3 FC FC FC C7 C7 C7 F8 F8 F8 F1 F1 F1 FE FE FE E3 E3 E3 FC FC FC 8F 8F 8F F1 F1 F1 F1 F1 F1 FE FE FE C7 C7 C7 FE FE FE 8F 8F 8F F9 F9 F9 数据的波动正是外界红外辐射源随机信号的体现,通过反复测试发现,人体对 于接收的影响最大,处于三米外的日关灯只有在开启和关闭时刻产生干扰,处于 0.5m范围外的人体干扰基本可以忽略,为此遥控接收板使用时尽量远离人体(2-3m), 17 据此,将遥控作为发射装置,电脑串口接收情况如图 3.11 所示: 图 3.11 串口调试助手接收遥控器信号 接收的数据如表 3.3 所示: 表 3.3 正确数据 55 55 55 D2 D2 D2 55 55 55 B2 B2 B2 55 55 55 D2 D2 D2 55 55 55 B2 B2 B2 55 55 55 D3 D3 D3 55 55 55 B3 B3 B3 55 55 55 D3 D3 D3 55 55 55 B3 B3 B3 55 55 55 AB AB AB 55 55 55 B4 B4 B4 55 55 55 AB AB AB 55 55 55 B4 B4 B4 55 55 55 AC AC AC 55 55 55 B5 B5 B5 55 55 55 AC AC AC 55 55 55 B5 B5 B5 55 55 55 AC AC AC 55 55 55 CA CA CA 55 55 55 AD AD AD 不难发现,接收的数据稳定性较好,没有干扰出现,这说明上述使用策略是有效 的。 3.3.2 红外解码测试 从用户的角度考虑,本文选取 grider32 作为上位机软件,测试遥控接收有效性。 Girder 是个能接收几乎任何计算机输入(键盘、遥控器、网络等等),并利用这些信号 来控制你的计算机,如千千静听、暴风影音或是关闭计算机。Girder 能控制红外线 接收装置、各种 serial(RS-232)装置等等。Girder 操作界面如图 3.12 所示: 18 图 3.12 gider3.2 界面 按照测试要求对 SAA3010 遥控器部分按键进行预定义,如表 3.4 所示: 表 3.4 遥控器的部分按键功能定义 1 2 3 4 界面窗口 居中 界面窗口 位于左上角 显示一张照片 显示音量 5 6 7 8 增加音量 静音显示 屏幕保护 关闭显示 测试的结果如图 3.13、图 3.14 所示: 图 3.13 静音显示 图 3.14 音量显示 这说明装置成功的实现了遥控 PC 操作,遥控接收板接收解码有效。 19 第 4 章 红外遥控编码还原 如方案设计所述,制作红外编码发射装置,该装置能够按照 RC-5 协议编码,并采 用 38KHz 的载波将红外编码信号发射,要求发射距离至少五米,载波频率可在 37KHz-40KHz 内调节,发射的信号能被一体化红外接收头 SM0038 有效接收。 4.1 基本原理 4.1.1 红外发射 如图 4.1 所示,红外发射使用红外发光二极管。它是一只特殊的发光二极管,内 部材料不同于普通发光二极管,使用时控制信号通过三极管放大,控制红外二极管 中通过的电流。当红外二极管两端施加一定电压,便发出红外线。目前大量使用的 红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm 左右,外形与普通发光二极管相同[6]。 图 4.1 红外发射示意图 4.1.2 红外编码 现有的红外编码协议主要包括:ITT Protocol、JVC Protocol、NEC Protocol、 Nokia NRC17 Protocol、Sharp Protocol、Sony SIRC Protocol、Philips RC-5 Protocol、 Philips RC-6 Protocol、Philips RC-MM Protocol、Philips RECS-80 Protocol、RCA Protocol、X-Sat Protocol。 而当前应用最为广泛的为:NEC Protocol 的 PWM(脉冲宽度调制)和 Philips RC-5 Protocol 的 PPM(脉冲位置调制)[6]。下面以这两种编码协议为例做介绍: 对于 NEC,其协议定义如下: 1、特征 8 位地址和 8 位指令长度 地址和命令的两次传输(确保可靠性) PWM 脉冲位置调制,以发射红外载波的占空比代表“0”和“1” 载波频率 38kHz 位时间的 1.125ms 或 2.25ms 20 2、位定义 NEC 协议采用 38KHZ 的红外载波进行脉冲位置调制,如图 4.2 所示:一个脉冲 对应 560us 的连续载波,一个逻辑 1 传输需要 2.25ms(560s 脉冲+1680us 低电平),一 个逻辑0传输需要1.125ms(560us脉冲+560us低电平),推荐载波占空比为1/4或1/3。 图 4.2 NEC 编码位定义 3、数据格式 图 4.3 显示了一个典型的 NEC 遥控指令构成,每条指令数据部分由同步码头、 地址码、地址反码、控制码、控制反码构成。同步码包括一个 9ms 高电平和一个 4.5ms 的低电平,地址码、地址反码、控制码、和控制反码均是 8 位数据格式,按照 地位在前高位在后的顺序发送(图中地址码为 59 控制码为 16)。采用反码是为了增 加传输可靠性(用于接收端校验),可以忽略反码值,也可以发送 16 位数据。 图 4.3 NEC 编码数据格式 4、连续按键发送波形 按键一次发送一帧数据(同步码、地址码、地址反码、控制码、控制反码),如果 一帧数据发送完毕,按键仍然处于按下状态,则发射重复码,即连发码(9ms 高电平 +2.5ms低电平+0.56ms高电平组成+97.94ms低电平),直到按键松开为止,如图 4.4所 示: 图 4.4 NEC 编码数据帧间结构 21 对于 Philips RC-5,其协议定义如下: 1、特征 5 位地址码和 6 位命令码 PPM 相位编码(曼彻斯特编码),以发射载波的位置表示“0”和“1” 载波频率 38kHz 恒定比特时间 1.778ms 2、位定义 RC-5 协议采用 38KHZ 的红外载波进行相位调制,一个脉冲对应 889us 的连续 载波 ,逻辑 0 传输需要 1.778ms(889us 脉冲+889us 低电平),逻辑 1 传输需要 1.778ms(889us 低电平+889us 脉冲),波形如图 4.5 所示,推荐载波占空比 1/4 或 1/3。 图 4.5 RC-5 编码位定义 3、数据格式 图 4.6 显示了一个典型的 RC-5 遥控指令构成,每条指令数据部分由起始位(2 位)、控制码(1 位)、地址码(5 位)、控制码(6 位)构成,剩余为低电平空闲位。其中地 址码和控制码采用高位在前、地位在后的发送顺序(图中地址码为 5 控制码为 35), 总发送时间 64 位,按键不放则重复发送波形,控制位随按键按下取反操作(用于识别 多次按下)。 图 4.6 RC-5 编码数据格式 4、连续按键发送波形 按键一次发送一帧数据(起始位、控制码、地址码、控制码),如果一帧数据发送 完毕,按键仍然处于按下状态,则重复发送一帧数据,直到按键松开为止,如图 4.7 所 示: 22 图 4.7 RC-5 编码数据帧间结构 以上详细介绍了两种编码协议,本文遵循飞利浦 RC-5 协议,选用 SAA3010 进行 测试。 4.1.3 声卡采样 电脑声卡有两个模拟输入接口,Line In 和麦克风;有一个声音输出 Line Out,即 Speeker。两个输入口都可以用作虚拟示波器的输入。但是由于声卡的输入端与内 部放大器之间存在一个耦合电容,限制了直流及低频信号的通过,所以,声卡示波器 只能采集交流信号。 最简单的输入连接就是直接将被测信号连到声卡的线路输入口或话筒输入口, 如图 4.8 所示。声卡通常只允许不超过 3V 的电压输入(取决于声卡)[7]。 图 4.8 最简单的输入连接 为了避免过大的电压进入声卡,可采用图 4.9 所示的限压电路。两个串联的硅 二极管将输入电压钳制在 2×6.5=1.3(V)左右。如果声卡的模/数转换满程范围因此 受到限幅影响,则可多串联一个硅二极管以将输入电压钳制在 3×6.5=1.95(V)左右。 图 4.9 具有简单过压保护的输入连接方式 据此本文设计了声卡采集探头,其电路设计如图 4.10 所示: 23 图 4.10 声卡采集探头电路图 本文选用的电脑声卡 AD 采样参数如表 4.1 所示: 表 4.1 声卡 AD 采样典型参数 采样率 192KHz、96KHz、88.2KHz、64KHz、48KHz、44.1KHz、32KHz、22.05KHz、16KHz、11.025KHz、 8KHz、6KHz 声道 单声道、立体声 采样精度 8 位、16 位、32 位 声卡信号采集后,利用虚拟示波器软件便可得到输入波形,本文采用了两种的 虚拟示波器:1、Multi－Instrument(万用仪)3.1,2、双龙电子的虚拟仪器 V0.94(严宇 亮),分别如图 4.11、图 4.12 所示: 图 4.11 Multi－Instrument(万用仪)3.1 图 4.12 双龙电子的虚拟仪器 V0.94 4.2 红外编码发射装置设计 红外编码发射装置采用单片机 AT89C2051 获取按键状态(每个按键对应一个 指令编码,RD-5 协议中的起始码,控制码,系统码由系统指定),按键被按下后,单片机 获取其向量号,查询对应编码,然后通过软件延时产生 38KHz 载波通过引脚 P3_2 发 24 射。 其硬件设计如图 4.13 所示: 图 4.13 红外编码发射装置电路图 上述电路图中的红外发射电路需要注意,当引脚 P3_2(IR_out)为高电平时,PNP 三极管 9013 截止,红外二极管不工作,不发射红外信号,当引脚 P3_2(IR_out)为高低 电平时,PNP 三极管 9013 导通,红外二极管正向导通,发射红外信号,红外发射距离受 三极管的电流放大倍数、发射载波的占空比、载波的频率等多方面的因素共同决 定。 红外编码发射装置的软件流程如图 4.14 所示: 延时100ms 读取按键向量 IR_send服务主程序 是否有键按下 去抖动检测 Y N N Y 调用函数IR_send 系统初始化 查找按键编码放入 数组IR[]（14位） i=0 IR[i]=1 发送逻辑0： 889us30KHZ载波+ 889us低电平 发送逻辑1： 889us低电平+ 889us30KHZ载波 i+1=14 i++ 退出 按键仍然按下 NY N N Y 图 4.14 红外编码发射装置软件流程图 25 4.3 装置性能检测 在装置性能检测之前,先给出红外编码发射装置实物图,如图 4.15 所示: 图 4.15 红外编码发射装置 (其中:1、红外发射,2、声卡探头,3、单片机,4、按键,5、红外接收部分) 4.3.1 红外编码还原测试 本文声卡采样选用 192KHz、单声道、8 位采样精度,利用自制的电脑声卡采集 探头和虚拟示波器软件,对装置进行了四个方面的测试,分别如下: 1、波形对比,如图 4.16、图 4.17 所示: 图 4.16 SAA3010 遥控器发射红外信号波形 图 4.17 红外编码发射装置发射信号波形 26 2、载波对比,如表 4.2 所示: 表 4.2 38KHz 载波对比 SAA3010 遥控器载波波形 红外编码发射装置载波波形 3、时间对比,如表 4.3 所示: 表 4.3 Multi－Instrument 实测数据对比 型号 周期 位时间 SAA3010 遥控器 107.4568ms 1.6679ms 红外编码发射装置 108.1371ms 1.7233ms 4、红外接收滤波对比,如图 4.18、图 4.19 所示: 图 4.18 解码 SAA3010 遥控信号图 图 4.19 解码红外编码发射装置遥控信号图 通过上述四个方面的对比,不难发现,红外编码发射装置基本完成了红外发射 27 任务,一体化红外接收头能有效接收,但在精度上还有待提高。 4.3.2 红外发射距离测试 除此,本文还研究了载波占空比对红外发射距离的影响,由 RC-5 协议编码格式 和单片机的工作频率,可以得到不同占空比时的时间参数,如表 4.4 所示: 表 4.4 软件延时对照表 载波周期 26.37826431 us 载波频率 37.91000000 KHZ 单片机晶振 24.00000000 MHZ 机器周期 0.50000000 us 1/2 占空比 T1 13.18913216 us 近似机器周期数 13.00000000 T2 13.18913216 us 近似机器周期数 13.00000000 1/3 占空比 T1 8.79275477 us 近似机器周期数 9.00000000 T2 17.58550954 us 近似机器周期数 17.00000000 1/4 占空比 T1 6.59456608 us 近似机器周期数 6.00000000 T2 19.78369823 us 近似机器周期数 20.00000000 以表 4.1 作为参考,通过软件延时,得到不同占空比与红外发射距离测试数据如 表 4.5 所示: 表 4.5 占空比与红外发射距离测试数据 载波占空比 发射距离 1/4 高电平+3/4 低电平 10-20cm 1/3 高电平+2/3 低电平 10-20cm 1/2 高电平+1/2 低电平 40-50cm 3/4 高电平+1/4 低电平 8-10M 在载波频率和贯通电流(通过二极管的电流)固定前提下,红外发射距离主要受 载波占空比影响,占空比中高电平占有的比例越大,发射的功率越高,发射的距离越 远。实际设计时也要充分考虑电源供电,在发射距离和电源消耗之间折中。 28 第 5 章 万能学习型红外遥控器实现 如方案设计所述,制作万能学习型红外遥控器,该遥控器至少具有红外编码学 习和还原功能,采用触屏和按键两种方式操作,彩色液晶屏显示,能够替代 SAA3010 遥控器使用。 5.1 基本原理 5.1.1 触屏校准 触屏操作处于绝对坐标系统(与当前位置坐标相关)。操作触摸屏时,触点坐标通 过 AD 采样得到,同一点触摸多次采样数据会有偏差,这是触摸屏经常出现的问题: 漂移。 对于触屏漂移最有效的办法是 :系统启动后 ,进入应用程序前 ,执行校准程 序,LCD 中的点坐标是以像素为单位,触屏中读出的是点的物理坐标,由触屏坐标系 到 LCD 坐标系的转化 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 如下: Xt = Kx × Xl + Ax Yt = Ky × Yl + Ay 变量说明如表 5.1 所示: 表 5.1 变量列表 变量 说明 Xt 触摸采样获得的横坐标 Kx: X 方向比例因子 Xl: LCD 的横坐标 Ax: X 方向偏移量 Yt: 触摸采样获得的纵坐标 Ky: Y 方向