学习型遥控器设计论文

三峡大学电气与新能源学院本科生毕业设计 1学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：_ 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、不保密 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名：_ 年 月 日 导师签名：_ 年 月 日 三峡大学电气与新能源学院本科生毕业设计 2目 录摘 要 .3前 言 .41.红外通信基本原理 .61.1 发射调制方式 .61.2 红外编码协议 .72 红外系统硬件设计 .92.1 红外学习遥控器的外围电路 .92.2 红外接收电路 .102.3 红外发射电路 .102.4 I/0 口的读取方法 .102.5 中断功能方式 .113 红外遥控器软件设计与编程 .123.1 红外数据信号的接收与解调 .123.2 红外数据信号的解码 .133.3 红外学习功能软件的设计 .143.3.1 红外解码实验 .153.3.2 红外遥控解码程序设计 .163.4 红外数据的调制与发射 .173.4.1 红外光波的发射 .173.4.2 38KHZ 载波信号的产生 .183.4.3 发射编码调制软件设计 .183.5 接收解码与发送编码注意事项 .193.5.1 接收解码 .193.5.2 发射脉冲 .19总 结 .20致 谢 .21参 考 文 献 .22附 录 .23三峡大学电气与新能源学院本科生毕业设计 3学习型遥控器设计学 生：田艺指导教师：李海军（三峡大学 电气与新能源学院）摘 要：随着电器行业的不断发展与技术的不断创新，如今家电行业的竞争越来越激烈。遥控器作为家电的重要部件之一，竞争也是很激烈的。虽然红外遥控器已经广泛应用在家电中，但不同产品的遥控器不能相互兼容，使得生活中遥控器的数目越来越多，使用时很不方便。此外，若遥控器丢失，找到配套的遥控器也很困难。基于 MSP430 单片机为核心的红外遥控器，具有解码和记忆遥控编码并可以模拟遥控器发射，功耗低。一个具有学习功能的红外遥控器就能代替多种遥控器控制不同的电器，它是具有学习和记忆的控制工具。本文介绍的学习型红外遥控器是使用 MSP430 单片机作为整个系统的主控芯片的智能学习型遥控器。可以对多种遥控器进行解码与编码，即实现了对多种电器的遥控控制功能。关键词：MSP430 单片机；学习型遥控器；红外信号解码与编码；A learning remote control design based on MSP430 single chip microcomputerStudent：Tian YiSupervisor：Li HaiJun （College of Electrical Engineering and New Energy, China Three Gorges University）Abstract：With the continuous development of electronics industry and constant innovation of technology, household electrical appliances now increasingly fierce competition in the market. As one of the important parts of home appliances, remote control of the competition can be imagined. Infrared remote control is a user 三峡大学电气与新能源学院本科生毕业设计 4can in a few meters or even 10 meters, will be able to operate the various electrical control devices, household electrical appliances have wide application, but the product of a remote control can be compatible with each other, making life in the remote control number of more and more often confused when used. Also if the remote control lost, supporting the remote control to find it is very difficult.With the smart learning function remote control to the ordinary low-cost and low power consumption micro-controllers as the core, to decoding and encoding memory remote control, and analog transmission to a remote control can replace a number of remote control of a number of electrical appliances, is an intelligent control tools.This paper introduces the multi-function is to use the infrared MSP430 single chip microcomputer as the main control chip of the whole system, have muti-function adaptability, two kinds of work of the state: learning state and controlling state. It can decode many infrared remote controls，which realize it can remote control many electrical appliances.Keywords: MSP430;A learning remote control; Infrared decoding and encoding前 言随着社会不断发展和教育的不断提高，促进了科学技术的发展。在电子技术日新月异的现代化的社会里，人们生活方式多样化，智能化。在家电行业更是有了翻天覆地的变化，从显像管电视机到如今的智能电视机；从黑白到彩色、从模拟到数字、从球面到平面。随之发展的有卫星接收机，DVD 播放器到今天的智能接收机。21 世界的今天，家用电器也从传统家电到如今的智能家居系统。智能家居的实现使得人们的生活方式有了很大的飞跃。智能家居系统实现的方式多种多样，如综合布线，电力载波等等。但是都必须对原有的家居进行设计改造和升级，极大的提高了成本。由于现有的被控设备，如窗帘，电视机，空调，音响，投影仪等都配有红外遥控器，使用红外遥控的家电系统可以利用内置的红外接收模块降低改造成本，同时不会干扰相互间的使用。然而，由于不用被控设备采用技术标准和红外信号的传输协议不一样，所以每个电器设备都配有自己的三峡大学电气与新能源学院本科生毕业设计 5红外遥控器，使得家里遥控器随处可见，遥控器丢失也很难买到配套的，使用也极为不便。即使是现有的万能遥控器也只是内置了很小一部分电器的指令，并不能达到轻松自然的升级。通过对不同遥控器的研究分析，发现遥控器编码存在如下状况：帧格式多样。由于家居被控设备的品牌多样化，即使一个品牌使用相同的传输协议，其帧的格式也是多样的，比如同一品牌的电视遥控器的地址码为 8位，而空调遥控器的地址码可能是 6 位。对于这些灵活多变的帧格式，很难区分脉冲流的含义。 码型多样。由于各个厂家使用的红外遥控芯片不一样，代表“0”和“1”的码的定义也不同。载波频率误差大。由于不同厂家使用的晶振不一样。标准载波 38kHZ，最大误差为 2kHZ。编码长短不一样。对于只有一个功能码的遥控器编码只有 32 位，而对于具有复合指令的空调编码长度能达到上百位。发送方式不一样。最常用的有完整帧发送一次，然后重复发送起始码和结束码；完整帧连续发送两次；完整帧只发送一次。鉴于以上原因，实现遥控器指令的统一是很困难的。近几年来随着科技水平的不断提高与技术水平的不断完善，单片机作为嵌入式控制核心的技术在各行各业的应用正在不断的快速，同时也带动传统技术的更替。由于传统的遥控器遥控信号的传输大部分数采用无线电遥控技术，容易受到环境变化的影响造成传输数据的不稳定。红外线具有抗干扰能力强，且不会影响周围的信息传递，同时红外发射接收作用角度小，传输效率较高等特点。而且随着科技的进步，红外线遥控技术的成熟，红外信号作为一种通信和遥控信号无疑是不错的选择。如今红外技术已经已经得到快速的发展，红外传输技术虽然被广泛应用于各行各业，但不同种类的遥控器无法互相兼容。如今市场上的红外遥控器采用专用的遥控编码及硬件解码集成电路，活性较低，应用范围有限。所以基于单片机搭载红外信号传输的遥控系统的设计，应用范围广，编程灵活、体积小、低功耗、成本低、功能强大、可靠性高等特点，因此基于单片机的红外遥控技术具有十分广阔的发展前景。三峡大学电气与新能源学院本科生毕业设计 6因此，设计一款针对红外学习功能的遥控器从技术上是可以实现的；从实际意义上来说是很有必要的。本设计系统是一种基于 MSP430f5529 单片机的具有学习红外遥控器功能的智能学习系统的设计方案。该系统的设计突破了不同形式的码型，码流和帧格式的限制。不论编码的实际意义如何，只检测指令脉冲的时间宽度，再对检测的指令数据进行存储和发送。1.红外通信基本原理 1.1 发射调制方式红外通信采用波长为 950nm 的近红外波段作为信息传递的载体，即红外信道。红外遥控器由两部分组成，即接收模块和发送模块。1.发送模块采用的调制方式常用的有三种：脉冲位置调制（PPM）方式，即利用脉冲的相对位置来传递信息的一种调制方式。如图 1.1 每一位高低电平所占的时间相同，只是位置不同。高电平在前，低电平在后的表示“0”；高电平在后，低电平在前的表示“1”。图 1.1 PPM 方式 (1)频率调制（FM）是通过改变红外载波的瞬时频率来传递信息的一种调制方式。用不同频率来表达不同的信息。如图 1.2，就是表示“0”和“1”的两种不同的频率。图 1.2 FM 方式(2)脉宽调制方式（PWM）是一种周期不变，通过调制信号（0.1 序列）改变脉冲宽度来表示不同的信息的调制方式。如图 1.3三峡大学电气与新能源学院本科生毕业设计 7图 1.3 PWM 方式目前最常用的是脉宽调制方式（PWM）。发送时通过待发送二进制数据的“0”或“1”进行脉宽控制，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去。在光通信中，这种调制方式可以以最小的光平均功率达到最高的数据传输速率。PWM 的优点在于:它仅需根据数据符号控制脉冲宽度,不需要进行脉冲幅度和极性的控制,便于以较低的复杂度实现调制与解调。2.接收模块将接收到的 38KHZ 的光脉冲载波信号放大，并解调出 TTL（晶体管- 晶体管逻辑电平）电平信号送给微处理器进行处理，还原出原始的二进制指令信号。以达到控制被控对象的目的。发送过程是将二进制数据编码对 38KHZ 方波进行调制，然后再去对波长约为 950 nm 的红外光载波进行第二次幅度调制，通过激励电路，驱动红外线发光二极管发光，将编码信号经红外线二次调制后发射出去。即用驱动红外线发光二极管方法产生红外遥控信号；接收端将红外光脉冲信号解调。以达到信息传递的过程。红外接收和发送模块就是针对红外载波信号的调制解调器。1.2 红外编码协议遥控发射专用芯片很多，不同的芯片有不同的编码协议。现以运用比较广泛，解码比较容易的一类日本 NEC 协议为例说明编码原理。这种红外遥控编码的 NEC 协议如下所述：这种红外协议采用脉宽调制方式，一组指令数据由 4 个字节的二进制“0”和“1”的串行编码组成。采用脉宽调制方式的 NEC 协议中，表示数字信号“0”的电平脉冲的周期为 1.125ms，占空比为 50%，即高电平时间占 0.565 ms、低电平时间占 0.56 ms；数字信号“1”的电平脉冲周期为 2.25 ms，占空比为 74.8%，即脉冲的高三峡大学电气与新能源学院本科生毕业设计 8电平时间约为 1.685 ms，低电平时间约为 0.565 ms。其电平脉冲波形如图 1-4所示：图 1-4 遥控器的“0”和“1”用上述定义的“0”和“1”组成的 4 个字节的串行编码对 38 KHZ 的红外载波信号进行调制，然后作用于红外驱动电路使红外发射二级管发射红外光波，以提高指令信息发射的效率，达到信息无损传递的目的。编码格式如图 1-5 所示：图 1-5 完整的红外数据编码格式由图可知连续的 32 位二进制编码组成一组完整的红外遥控指令信号码。其中第一个字节为用户识别码，第二个字节为用户识别码的按位取反码，第三个字节为用户操作码，第四个字节为操作码的反码。不同的种类的电器设备用户识别码有所不同，以防不同控制信号的相互之间干扰；用户操作码，用于操作被控对象不同的功能。当按下遥控器的按键后，红外发射模块地发出由 4 个字节组成周期约为108 ms 的二进制编码脉冲信号。一帧完整的数据编码随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同，数据传输的时间也有差别，传输时间最低不低于 46ms，最高不高于 62 ms。这一组红外编码脉冲信号由一个 9 ms 的高电平起始码脉冲，一个低电平为4.5 ms 结束码脉冲，8 位地址码，8 位地址反码， 8 位数据码和 8 位数据反码组成。如果键按下超过 108 ms，接下来将重复发送仅由起始码和结束码组成红外编码。总结上述，红外遥控协议如下：(1)按下遥控器的按键后，红外发射模块向周围发射遥控编码。完整的编码三峡大学电气与新能源学院本科生毕业设计 9由引导码脉冲，用户识别码，和操作码组成。其中用户识别码不随着按键的不同而改变。它是表示同一种类的被控对象而设置的一个辨识标志码，以区别不同类型的设备和不同遥控器发射的遥控编码信号，防止操作错误。操作码随着按键的不同而改变；操作码的高 8 位为操作码的正码，低 8 位为操作码的反码，可以比较这两个字节检验接收的数据是否正确。(2)表示数字信号“0”和“1”的表示方法不同，通过改变占空比来表示，数字信号“0”，一个脉冲周期为 1.125 ms，占空比为 50%；对于数字信号“1”，一个脉冲周期为 2.25 ms，占空比为 74.8%。低电平为 0.565ms。2 红外系统硬件设计 红外遥控制系统的外围硬件主要由红外信息编码发射电路、红外信息解码接收电路、核心处理器，显示器等组成。红外发射模块电路发射红外信号遥控编码脉冲，作用于红外发射二极管发出红外光波信号。红外接收电路对接收到的红外光波脉冲信号进行选频，检波、整形、解调为 TTL 电平脉冲。此电平信号输入到单片机，由其内部 CPU 完成对遥控指令的解码为一组串行二进制数据，并储存在