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基于单片机的红外遥控.pdf

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基于单片机的红外遥控.pdf

摘要本文介绍了红外遥控的基本工作原理红外发光二极管的特性红外接收头详解红外编码方式单片机的应用红外遥控程序流程图及通过对红外遥控器各按键发送中波形的分析可以识别码型,从而为软件解码提供依据。本文以实例介绍红外遥控器与单片机的硬件接口,并从原理出发给出软件解码的方法。这是一个可以直接引用的成功例子,同时也为各类红外遥控器在单片机控制产品中的开发应用提供了一个非常实用的参考。关键词单片机红外编码红外遥控串行接口目录第一章概述1第一节红外遥控的基本原理1第二节红外发光二极管的特性2第三节红外接收头的特性3第四节遥控发射技术的基本原理3第五节单片机的应用5第二章红外遥控脉冲流分析(软件解码)8第一节康佳6014W遥控器8第二节软件解码程序流程图9第三章红外遥控实例应用12第一节红外遥控实例要求12第二节系统硬件和程序流程图12致谢14附录A15附录B17附录C28参考文献291第一章概述在单片机控制产品的开发应用中,为了向控制系统软件控制命令,键盘往往是不可缺少的。传统方法是利用并行输入/输出接口芯片扩展一个键盘接口,或者直接利用单片机的并行端口进行扩展。在某些应用环境下,这种方式2个弊端1.键盘和控制系统连在一起,不灵活,环境适应性差2.浪费单片机的端口,且硬件成本较高。使用红外遥控器作为控制系统的输入设备,具有成本低、灵活方便的特点。本文目的就在于介绍软件解码研究的一般方法和红外遥控器进行二次开发的应用技术。红外遥控器是一种非常容易买到,且价格便宜的产品,种类很多,但它们都是配合某种特定电子产品的(如各种电视机、VCD、空调器等),由专用CPU解码,作为一般的单片机控制系统能直接使用。使用现成遥控器作为控制系统的输入,需要解决如下几个问题如何接收红外遥控信号如何识别红外遥控信号解码软件的设计。其它的问题都是非本质的,例如遥控器面板功能键标注的问题,可自行设计、重印即可。第一节红外遥控的基本原理红外遥控是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体,即通信信道。发送端采用脉时调制(PPM)方式,将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列,并驱动红外接收管以光脉冲的形式发送出去接收端将接收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出。简而言之,红外遥控的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调,以便利用红外信道进行传输红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。1第二节红外发光二极管的特性常用的红外发光二极管(如SE303PH303),其外形和发光二极管LED相似,发出红外光(近红外线约940nm)。管压降约1.4V,工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压,回路中常串有限流电阻。发射红外线去控制相应的受控装置时,其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离,红外发光二极管工作于脉冲状态,因为脉动光(调制光)的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比,只需尽量提高峰值Ip,就能增加红外光的发射距离。提高Ip的方法,是减小脉冲占空比,即压缩脉冲的宽度т,一些彩电红外遥控器,其红外发光管的工作脉冲中空比约为1/41/3一些电气产品红外遥控器,其占空比是1/10。减小冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。常见的红外发光二极管,其功率分为小功率(1mW10mW)、中功率20mW50mW和大功率50mW100mW以上三大类。要使红外发光二极管产生调制光,只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时,受控装置中均有相应的红外光一电转换元件,如红外按收二极管,光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二极管(或配对的红外接收头)。红外线发射与接收的方式有两种,其一是直射式,其二是反射式。1.直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端,中间相距一定距离2.反射式指发光管和接收管并列一起,平时接收管始终无光照,只在发光管发出的红外光遇到反射物时,接收管收到反射回来的红外线才工作。2双管红外发射电路,可提高发射功率,增加红外发射的作用距离。第三节红外接收头的特性红外接收电路通常由红外接收二极管与放大电路组成,放大电路通常又由一个集成块及若干电阻电容等元件组成,并且需要封装在一个金属屏蔽盒里,因而电路比较复杂,体积却很小,还不及一个7805体积大红外接收管功能电路SFH50638与RPM638是一种特殊的红外接收电路,它将红外接收管与放大电路集成在一体,体积小(大小与一只中功率三极管相当),密封性好,灵敏度高,并且价格低廉,市场售价只有几元钱。它仅有三条管脚,分别是电源正极、电源负极以及信号输出端,其工作电压在5V左右.只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器,使用十分方便。它的主要功能包括放大,选频,解调几大部分,要求输入信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调会在输出端直接输出原始的信号。从而使电路达到最简化灵敏度和抗干扰性都非常好,可以说是一个接收红外信号的理想装置。第四节遥控发射技术的基本原理通常红外遥控信号的发射,就是将某个按键所对应的控制指令和系3统码由0和1组成的序列,调制在3256KHz范围内的载波上,(通常为38KHz)然后经放大、驱动红外发射管将信号发射出去。不同公司的遥控芯片,采用的遥控码格式也不一样。在此介绍较普遍的两种,一种是NEC标准,一种是PHILIPS标准。NEC标准NEC标准下的编码波形图遥控载波的频率为38KHz占空比为13当某个按键按下时,系统首先发射一个完整的全码,然后经延时再发射一系列简码,直到按键松开即停止发射。简码重复延时108ms,每两个引导脉冲上升沿之间的间隔都是108ms。一个完整的编码波形图如图1所示。其中,引导码高电平4.5ms,低电平4.5ms系统码8位,数据码8位,共32位数据0用高电平0.5625ms+低电平0.5625ms表示,数据1用高电平0.5625ms+低电平1.6875ms表示,如图2所示一个简码=引导码+系统码位0的反码+结束位0.5625ms高电平。NEC标准下,数据0和1的表示各部分码的作用1.引导码用来通知接收器其后为遥控数据。2.系统码用来区分是哪一机型的数据,接收端依此来判断后续的数据是否为须执行的指令。3.数据码用来区分是哪一个键被按下,接收端根据数据码做出应4该执行什么动作的判断。4.简码是在持续按键时发送的码。它告知接收端,某键是在被连续地按着。遥控数据传输系统的关键是数据传输的可靠性。为了提高编码的可靠性,NEC标准规定系统码、数据码后分别接着传送一个同样的码或者反码,供误码校验用。PHILIPS标准PHILIPS标准下的编码波形图载波频率为38KHz没有简码,点按键时,控制码在1和0之间切换,若持续按键,则控制码不变。一个全码=起始码11+控制码+系统码数据码,如图所示。数据0用低电平1.778ms+高电平1.778ms表示数据1用高电平1.778ms+低电平1.778ms表示。连续码重复延时114ms。第五节单片机的应用单片机的应用大致可分为以下两大类一.单机应用1.在智能仪器仪表中的应用这是单片机应用最多,最活跃的领域之一。在各类仪器仪表中应用单片机,使仪器仪表智能化,提高测试的自动化程度和精度,简化仪器仪表的硬件结构,提高其性能价格比。2.机电一体化中的应用机电一体化产品是指集机械技术,微电子技术,计算机技术于一体,使其产品成为具有智能化特征的电子产品。它是机械工业发展的方向。3.实时过程控制中的的应用5单片机广泛地用于各种实时过程控制系统中,例如工业过程控制,过程检测,航空航天,尖端武器,机器人系统等各种实时控制系统。用单片机实时进行数据处理和控制,使系统保持最佳工作状态,提高系统的工作效率和产品的质量。4.智能接口中的应用计算机系统,特别是较大型的工业测控系统中,除通用外部设备(如打印机,键盘,磁盘,CRT)外,还有许多外部通信,采集,多路分配管理,驱动控制等接口。这些外部设备与接口如果完全由主机进行管理,势必造成主机负担过重,降低运行速度,接口管理的水平也不可能提高。如果用单片机进行控制和管理,单片机与主机可并行工作,大大提高了系统的运行速度。同时,由于单片机可对接口信息进行加工处理,可以大量减少接口界面的通信密度,极大的提高接口控制管理水平。例如,在大型数据采集系统中,用单片机对模/数转换接口进行控制不仅可以提高采集速度,还可以对数据进行预处理,如数字滤波,线形化处理,误差修正等。在通信接口中采用单片机可对数据进行编码解码,分配管理,接受/发送控制等。5.在人的生活中的应用目前国内外各种家用电器已普遍采用单片机代替传统的控制电路。例如洗衣机,电冰箱,空调机,微波炉,电饭煲,收音机,音响,电风扇及许多高级电子玩具都配上了单片机。从而提高了自动化程度,增强了功能。当前家电领域的主要发展趋势是模糊控制,以形成众多的模糊控制家电产品,而单片机正是这些产品的最佳选择。单片机将使人类生活更加方便舒适,丰富多彩。6.其他方面的应用单片机初以上各方面的应用之外,它还广泛应用于办公自动化领域,商业营销领域,汽车及通信系统,计算机外部设备,模糊控制等各种领域。总之,单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。二.多机应用多机应用是单片机在高科技领域中应用的主要模式。单片机的高可靠性,高控制功能及高运行速度的三高技术必然使得未来的高科技工程系统将采用单片机多机系统作为主要的发展方向。单片机的多机应用系统可分为功能弥散系统,并行多机处理系统及局部网络系统。1.功能弥散系统功能弥散系统是为了满足工程系统各种外围功能要求而设置的多机系统。例如一个加工中心的计算机系统除完成机床加工运行控制外,还要控6制对刀系统,坐标系统,刀库管理,状态监视,伺服驱动等机构。只有一个控制主机时,主机要分时去完成这些任务,必然使各个功能处于低级智能水平。如果每个功能都能由一个独立的单片机来完成,主机负责协调,调度,则每个功能都可表现出高智能水平。所谓功能弥散是指工程系统中可以在任意环节上设置单片机功能子系统,它体现了多机系统的功能分布。机器人的计算机多机控制系统是一个典型的功能弥散型系统。机器人的感觉系统,姿态控制系统,遥控系统,行走控制系统都可以分别由一个单片机应用系统承担,它们之间的协调管理也采用一个单片机应用系统来完成。这样用五个单片机构成了一个机器人的计算机简易控制系统。2.并行多机控制系统并行多机控制系统主要解决工程系统的快速性要求,以便构成大型实时工程系统。典型的有快速并行数据采集,处理系统,实时图象处理系统等。例如,大型工程结构的动态应力分布测量。当测量点过多时,即使采用高速巡回检测系统也不可避免地出现较大的非同一性状态误差。如果使每一个采集通道或每一组采集通道用一个单片机构成一个独立的采集,处理单元,在主机管理下,不仅可以实现多点的快速采集,而且还可以分别对所采集的数据进行预处理。并行多机数据采集系统的快速性除了单片机本身的运行速度高外,主要依靠多机的并行工作取得。3.局部网络系统单片机网络系统的出现,使单片机应用进入了一个新的水平。目前单片机构成的网络系统主要是分布式测控系统。单片机主要用于系统中的通信控制,以及构成各种测控子系统。通信控制总站设有标准总线和串行总线与主机相连。主机可使用一般通用计算机系统,它享用分布式测控系统中的信息资源,并对其进行调度,指挥。通信控制总站是一个单片机应用系统,除了完成主机对各功能子系统的通信控制外,还协助主机对各功能子系统的协助,调度,大大减轻了主机的通信工作量。从而可以实现主机的间歇工作方式。通信控制总站通过串行总线与各个安放在现场的具有特定测控功能的子系统相连,形成主从式控制模式。通信总站到功能子系统的通信介质形式可以多样,从无线到有线。有线的介质可以是双绞线,同轴电缆,光导纤维,也可以借助于电话线路,电力线路进行通信。测控功能子系统分布在现场,按照功能要求设置,可以是模拟量数据采集系统,数字量采集系统或开关量监测系统,也可以是开关量输出控制或伺服控制系统等。7

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