基于红外接收组件IRLINK的仿真遥控系统设计

第 卷 第期北京电子科技学院学报 年 月 基于红外接收组件 的仿真遥控系统设计 彭 伟 武汉城市职业学院 湖北， 武汉， 中国 ； 摘 要： 提供了兼容 协议的红外信号接收组件 ， 具备一体化红外接收 头的全部功能， 使得在虚拟环境设计红外遥控仿真系统成为可能。本文使用 微控制器模拟红外 遥控发射端， 接收端 组件将解调信号送入另一片负责解码的微控制器， 通过编写程序， 实现 了虚拟平台红外遥控信号的收发设计仿真， 并在实物应用电路通过验证测试。 关键词： 红外遥控， 协议； 仿真； ； ； 微控制器。 中图分类号： 文献标识： 文章编号： （ ） ， ， ， ： ， ， ， ， ： ； ； ； ； ； 引 言 对于大量消费类电子产品中普遍使用的基于红外线的遥控设备， 由于它能有效的隔离电气干扰， 且不易影响其他电器正常运行等诸多优点而得到广泛应用。红外遥控系统设备一般由遥控发射器、 一体化接收头、 微控制器及接口电路组成。其中遥控发射器用来发射由一组串行二进制脉冲码构成 的遥控信号。为避免传输过程中受其他信号干扰， 通常将其调制到特定的红外载波频率上， 然后通过 红外发射二极管输出。红外接收装置要滤除杂波， 对特定频率信号进行解调， 还原出二进制脉冲码。 基金项目：湖北省教育科学立项课题，编号： 第 卷基于红外接收组件 的仿真遥控系统设计 彭 伟 常用的红外接收装置为一体化红外接收头， 其内部结构如图所示， 它由 光敏二极管、 低噪音放 大器、 限幅器、 带通滤波器、 解调器以及积分器、 比较器电路等集成在一起， 解调出的遥控编码信号输 入微控制器， 微控制器将根据相应的红外协议编码格式解码， 并控制设备执行相应的遥控动作。 图 一体化接收头结构图 在计算机及电子类相关专业教学及设计实践过程中， 仅借助于实验室硬件设备讨论红外遥控器 件与微控制器系统的整合设计， 所取得的效果并不理想， 特别是学生无法在课后再现实验现象， 不便 于深入理解与掌握红外遥控编码发射与解码程序设计， 更不便于进行创新设计。英国 公司 的 软件提供了兼容 协议的一体化红外接收头组件 ， 这使得在虚拟环 境下进行红外遥控虚拟仿真设计成为可能。 红外协议及 组件简介 通过红外载波频率发送遥控编码信号时， 不同的公司使了不同的编码格式与协议， 例如： 、 、 、 、 、 、 、 等。 提供的组件 所兼容的是正是其中的 协议。 协议有三个版本， 分别为 位、 及 位版本。本文将基于 位版本进行设计仿真。 位编码中的高位为地址编码， 低位为命令编码， 所使用的载波频率为 。其中地址编码（ 例 如、 ） 与命令编码（ 例如频道、音量等） 是预定义的。 协议使用脉宽调制（ ） ， 由图可知， 逻辑“ ” 、 “” 分别用 和 的载波脉冲宽度表示， 载波脉冲之间用 的固定空闲周期分隔。 图 脉宽编码调制示意图 红外数据信号格式如图所示， 在发送 位编码时， 协议以 的脉冲宽度信号作 为起始信号， 随后是 的标准空闲间隔周期， 接下来再发送位命令与位地址， 且都是从低位 开始发送。图中所示编码中的位命令码为“ ” ，位地址码为“ ” 。 北京电子科技学院学报 年 图 红外数据信号格式 红外遥控仿真测试电路 本文拟用的红外遥控收发仿真电路如图所示， 电路中共使用了两片 微控制器。由于当前 版本的 中尚没有发送 载波与编码的仿真元器件， 故使用 生成载波信号， 调 制发送自定义的 协议编码； 则通过兼容 的 组件接收并解调红外信 号。前者充当了“ 红外遥控器” 的角色， 后者则是“ 受控设备” 。 当按下仿真电路中“ 发射器” 端任意按键时， 对应的 编码将被“ 发射” 到接收端的红外接收头 （ ） 接收， 经 微控制器程序解码后， 的编码将显示在三只数码管上， 添加代 码还可以进一步实现对 引脚外接光耦及可控硅等器件的控制。 下面将通过 平台与 编译器， 使用语言程序开发设计 红外遥控收发程序， 在虚拟环境中实现红外遥控编码的发射及接收与解码仿真。 图 红外遥控发射与解码仿真电路 红外遥控编码发射 程序设计 由 红外数据信号格式可知其 载波脉冲宽度有三种， 即 、 、 ， 它们分别是 的、 倍。 为简化设计， 可首先编写输出 红 外载波的子程序， 调用时分别给出参数 值 、 、即可输出三种不同载波， 分别 表示“ 起始信号” 、 逻辑“ ” 与逻辑“” 。 具体实现代码如下： 红外信号输出引脚定义 （ ） 发送倍的 的载波子程序 ， ； （； ） 次循环即 ，为该值的 倍 （ ） ； ； 输出 载波： 第 卷基于红外接收组件 的仿真遥控系统设计 彭 伟 有了载波发送子程序 ， 发送 位编码的函数 （ ） 调用 它即可输出 位（ ） 的红外编码。每当发送按键对应的 位编码时， 首先发送 起始信号， 然后从低位开始发送 位编码。该函数具体实现如下： （ ） （） ； 首先发送 起始部分（ ） ； （ ） ； 输出 的低电平间隔区 （ ； ；） 接着发送 位的命令数据码（） （ ） （） ； 输出 载波 （） ； 或输出 载波 ； （ ） ； 输出 的低电平空白间隔区 在 位编码由低位到高位逐比特发送过程中， 每遇到“ ” 时发送 载波脉冲， 每遇到“” 时 则发送 载波脉冲， 每发送完一位后接着送出 的空闲区， 用于分隔所调制的各比特位。发 射端的组按键扫描及编码发送程序主要部分如下： （； ） （ （ （ ） ） ） （ ） ； ； 其中 数组保存个按键对应的组 位遥控编码： 。 仿真系统运行时， 用虚拟示波器的 、通道分别观察 的输入输出信号， 可得到图所 示的两组波形， 其中 通道前面最宽的“ 白色区域” 是 的载波信号， 所有 脉冲对应的“ 白 色区域” 之间的相间的“ 黑色区域” 是 的间隔区域， 对上面这一组信号从后向前观察， 可得到 “ ” ， 它就是按下 时发送的编码“ ” 。通道所示波形为 的解调输出， 其中 载波已被滤掉， 它被送入 的 引脚接收。在该脉冲波形中， “” 和“” 两种逻辑 状态已经清晰可辨。 图 调制与解调信号波形 遥控信号接收及解码程序设计 下面接着讨论第二片 微控制器在接收到 引脚 输入的 解调信号时， 应如何解析出对应的 位 协 议编码。在图所示的 通道波形中， 低电平与高电平并非是 编码中的 “” 和 “ ” ， 仔细观察就会发现， 所有高电平与 北京电子科技学院学报 年 的间隔区域对应， 它们的宽度全部相同， 而所有低电平则具有不同的宽度， 编码用这些不 同宽度的低电平分别表示出逻辑“ ” 和逻辑“” 。 由于 的解调输出连接在 的 引脚， 通过编写 中断程序即可进 一步完成解码工作。图参照 红外数据信号格式给出了解码流程， 其中， 中断函数在跳过 的起始信号区域（ 引导区） 以后开始“ 收集” 位 编码。参照流程图编写中断解码函数之 前， 首先要在主程序作如下定义并执行相关初始化： （ ） 红外遥控编码输入引脚定义 ； 位编码（ 仅用 进制数的低位） ； 解调信号宽度计数 ； 中断下降沿触发 ； ； （） ； 使能 中断、 开全局中断并进入循环等待 图 红外信号解码流程图 在使能 中断后， 主程序进入 无限循环状态， 直到中断被 的起始信 号电平下降沿所触发。参照解码流程图， 具 体实现的中断解码函数如下： （ ） （ ） ； ； ； （ ） ； 信号宽度变量 清且禁止中断 红外信号起始部分宽度为 ， 如 果 后已变为高电平则退出 （ （ ） ； 如果 的起始信号还未接收完 则继续， 如果红外起始信号确实出现则继续 延时 直到出现高电平， 表示已跳过总计 的起始信号。其间宽度异常则直接退出。 （ （ ） （） ； （ ） ； （ ； ； ） 循环收集 位编码 等待 变为低电平， 跳过 空白区， 异常则直接退出 （ （ ） （） ； （ ） ； ； 计算低电平宽度（ 时长） ， 初值为 第 卷基于红外接收组件 的仿真遥控系统设计 彭 伟 （ （ ） （） ； （ ） ； ； 位红外编码 的高位默认补 设置断点检测到计时上限分别为： ， ， 故选择 为的逻辑分界 当 大于 时， 将默认接收的通过与“ ” 执行“” 操作置为 （ ） ； 次循环结束， 分解 保存的 位编码并显示（ 或调用指定的遥控功能） ； ； ； 端口显示引脚为， 故左移 ： ； ； 重新允许 中断 仿真运行及实物电路测试 将所编写的遥控发射与解码程序分别绑定到两片 ， 然后运行遥控仿真系统， 所获得的运行效 果非常理想。当按下发射端任意按键时， 接收端将显示对应的按键编码值， 例如图中所显示的 “ ” ， 即“ ” 。 为进一步验 证 遥 控 效 果， 可 采 用 图 所 示 的 红 外 遥 控 应 用 电 路 实 物 器 件 进 行 测 试。图 中 为 的红外发射二极管， 为 红外遥控一体化接收头， 其环氧树脂 封装可滤除可见光干扰， 不易受环境光影响， 抑制非控制信号脉冲输出。由于其内部放大器增益很 大， 故在电源引脚添加滤波电容， 电源引脚加入的电阻可进一步降低电源干扰。 图 测试电路 通过将仿真程序下载到应用电路进行测 试， 所获得的效果与仿真运行效果一致， 进一 步验证了仿真设计红外遥控系统的可行性及 有效性。 结束语 本文使用两片 微控制器分别负责红 外遥控编码发射及解码， 通过仿真及实测运行， 取得了很好的预期效果。所给出的红外遥控发射与解 码仿真程序还可以分别加以改进， 进一步在虚拟环境中实现对继电器、 数字电位器、 指示灯等器 件的仿真遥控控制。 北京电子科技学院学报 年 将该仿真电路应用于红外遥控设计教学实践， 同样取得了非常好的教学效果。另外， 在引导学生 掌握了红外遥控系统的基本设计原理及代码设计方法以后， 还可要求学生进一步研究 等其他多种红外遥控协议技术资料， 尝试重新编写程序， 进一步实现其他红外遥控系统的收发仿真及 实测运行。本文的研究， 为红外遥控系统的虚拟设计与辅助教学提供了一条重要途径。 参考文献： ： 朱光忠，吕梅蕾，杨子鸣基于单片机的红外遥控开关控制器计算机工程与设计， （ ） 蒋晓宁， 黄怡皓， 王喜萍嵌