红外线

基于单片机系统的红外遥控器应用 裴彦纯 　陈志超 (吉林大学物理学院 　吉林 　130023) 摘 　要 　本文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。 通过软件程序对红外遥控器发射的脉冲波形检测得出信号码 ,从而为软件解码提供依据。 关键词 　遥控器 　软件解码 　单片机 　　红外遥控器由于其体积小、功耗低、功能强、成 本低的特点 ,已经在家电产品设备中广泛应用。现 代智能化仪器仪系统、工业设备中的控制输入也 较多的使用红外遥控器。本文给出红外遥控器信号 发射原理、红外接收器的连接方式和单片机软件解 码应用程序 ,并提供一种对未知格式的遥控器信号 码检测的应用程序。 1 　红外遥控器信号发射原理简介 通用红外发射器由指令键、指令信号产生电路、 调制电路、驱动电路及红外发射器组成 (见图 1) 。 图 1 　红外遥控信号发射原理图 遥控器所产生的脉冲编码的格式一般为 : 引导脉冲 (头)2识别码 (用户码)2键码2键码的反码。 其引导脉冲为宽度为 10ms 左右的一个高脉冲 和一个低脉冲的组合 ,用来是标识指令码的开始。 识别码、键码、键码的反码均为数据编码脉冲 ,用二 进制数表示。“0”和“1”均由毫秒量级的高低脉冲的 组合代表。识别码 (即用户码)是对每个遥控系统的 标识。通过对识别码的检验 ,每个遥控器只能控制 一个设备动作 ,有效的防止多个设备之间的串扰。 当指令键按下时 ,指令信号产生电路便产生脉冲编 码。键码后面一般还要有键码的反码 ,用来检验键 码接收的正确性 ,防止误动作 ,增强系统的可靠性。 这些指令信号由调制电路调制成 32～40kHz 的信 号 ,经调制后输出 ,最后由驱动电路驱动红外发射器 件 (LED)发出红外遥控信号。 2 　红外遥控器信号接收芯片外围电路 接收电路可以使用集成红外接收器成品 ,一般 不需要任何外接元件就能完成从红外接收到输出 TTL 电平兼容信号的所有工作。注意选择接收器件 时要保证接收器件的中心频率与发射信号的中心频 率相匹配。接收器对外只有 3 个引脚 :Vcc、GND 和 1 个脉冲信号输出 OUT。与单片机接口非常方便 (见图 2) 。 图 2 　红外遥控信号接收芯片外围电路 　　脉冲信号输出接 CPU 的普通输入引脚或中断 输入引脚 ( IO/ INT) 。采取这种连接方法 ,软件解码 既可工作于查询方式 ,也可工作于中断方式。在实 际应用中 ,还可以进一步增加抑制干扰电路和提高 驱动能力电路 ,增强系统的稳定性。 3 　未知信号格式遥控器信号码的识别 实际应用系统中 ,要完成对遥控器信号的解码 并实现对系统功能的控制 ,必须了解遥控器信号码 (即遥控器所发射脉冲流) 的格式 ,即信号的引导脉 冲高低脉冲的宽度、“0”、“1”的表示法 ,以及遥控器 识别码、各个功能键的键码。对信号码的识别应该 从分析脉冲流的各个高、低脉冲的间入手 ,通过分析 各个高、低脉冲的时间 ,分析得出信号码的格式。下 面提供一种软件测试信号码的方法 ,以供参考。 笔者采用 PIC16C72 单片机 ,4MHz 晶振 ,红外发 射器芯片为 BA6121 - 001 ,通过软件中断的方法 ,对 手中未知格式的信号码进行测试识别。遥控器接收 器 OUT端接 RBO/ INT ,测得在遥控器空闲的情况下 输出高 , INT 首先采用下降沿触发。第一次 INT 发 64 现代仪器 二 ○○四年·第三期 生时 ,启动定时器 ,每次中断要将触发形式设置为上 一次触发的相反形式 ,以保证在下次电平变化时产 生中断 ;定时器溢出中断记录每次脉冲期间定时器 溢出的次数 ;为提高检测精度 ,应提高定时器的时间 分辨率 ,但过高的时间分辨率会引起单个脉冲期间 定时器溢出 ,记录每个脉冲期间溢出次数又浪费了 大量数据寄存器。这里笔者采取折中的办法 ,即数 据寄存器高 6 位只记录定时器值的高 6 位 ,低 2 位 用来记录定时器溢出次数 ,既节省了数据寄存器数 量 ,又在一定程度上保证较高的检测精度。数据存 储格式 : 定 　时 　器 　值 　高 　6 　位 溢出次数 　　由于此程序只为测试程序 ,可在仿真器中读出 寄存器组中所记录的各高低脉冲所对应的定时器 值 ,计算得出高低脉冲的时间数据 ,分析数据可知遥 控器信号码的格式。下面给出部分 INT 和定时器 0 中断服务程序 : 　　　　: 　　;部分 INT中断服务程序 ,非第一次跳变 NOTF I RS T :MOVF 　TMRO ,W MOVWF 　DAT - REG 　; 保存 TMR0 到寄 存器 CLRF 　TMR0 　;开始新的计数 MOVLW　0FCH ANDWF 　DAT - REG , F 　;舍去低 2 位 MOVF 　OVER - TIME ,W IORWF 　DAT - REG , F 　;送溢出次数到 DAT- REG低 2 位 CLRF 　OVER - TIME 　;清溢出次数计数 寄存器 MOVF 　DAT - REG ,W MOVWF 　INDF 　;保存到寄存器组 INCF 　FSR , F 　;寄存器指针加 1 BCF 　INTCON , INTF 　; 清外部 INT 中 断标志位 　　　　　: 　　;定时器 0 中断 T0 INT : INCF 　OVER TIME BTFSC 　OVER TIME ,2 　;溢出次数大于 4 , 认为发送完毕 ,已进入空闲状态 GOTO 　PROGRAMEND 　;程序结束 BCF 　INTCON , T0 I F 　; 清定时器中断溢出 标志 RETF I E 　　这里需要合理设置定时器的预分频值 ,笔者多 次实验 ,得出较为合理的预分频值为 1 :8 ,定时器时 间分辨率为 8μs ,最大定时时间为 (4 ×256 + 252) ×8 ×1μs = 10. 2ms ,测量精度达到最高 ,误差为 32μs 。 通过对所得数据分析 ,得出遥控器的信号码格式为 : 空闲 16 位识别码 8 位键码 键码反码 空闲 头 　　“头”(即引导脉冲) : 8. 84ms 低 , 4. 40ms 高。 “1”:0. 60ms 低 ,1. 62ms 高。“0”:0. 60ms 低 ,0. 50ms 高。16 位识别码 :19D6H。 采用 P I C16C72 单片机 ,最多可以检测 54 位的 信号码 ,足以满足一般情况下的需求。 4 　软件解码应用程序 在已知遥控器信号码格式的条件下 ,可以通过 单片机软件程序实现解码。以笔者手中的遥控器为 例 ,根据上面已测得的信号码 ,采用 P I C16C54 单片 机 ,4MHz 晶振 ,提供一种软件解码的应用程序。 P I C16C54 单片机是一款有着较高性能价格比 的低档单片机 ,最为适合低价格、低功耗、小体积的 设备。P I C16C54 没有中断系统 ,程序采用软件查询 法 ,查寻输入引脚的电平变化 ,采用定时器定时 ,根 据定时器的记录值和已知的信号格式比较 ,判断各 部分接收是否正确以及分辨键码并执行相应的命 令。 由于遥控器脉宽时间值是在一个小范围内波 动 ,而且检测过程中定时器也存在误差。因此 ,对信 号的识别不能采取精确比较法 ,本程序采用区间比 较法 ,即判断定时器的记录值是否在预先计算的区 间内。由于引导脉冲和数据脉冲的时间相差很大 , 解码时对定时器采用不同的预分频 ,以尽量提高解 码的准确度。 ①引导脉冲判断 :低 8. 84ms 、高 4. 40ms ,预分频 1 :64 ,理论计算得定时器值应为 :低 8AH、高 44H。如 实际所得低部分在 85H 和 90H 之间、高部分在 40H 和 4AH之间 ,则认为引导脉冲接收正确。 ②“0”、“1”判断 :数据脉冲流的低电平脉宽相 同 ,忽略不判断 ; 高电平脉宽是判断数据流每位是 “0”,还是“1”的依据。“0”对应高 0. 50ms ,“1”对应 高 1. 62ms ,预分频 1 :8 ,理论计算得定时器值应为 : “0”对应高 3EH ,“1”对应高 0CAH。如所得“0”对应 高在 39H和 42H之间、“1”对应高在 0C5H和 0D0H之 间则认为接收正确。 74 二 ○○四年·第三期 研制与开发 ③判断 16 位识别码是否和已知的识别码 (19D6H) 相同。 ④判断 8 位键码是否与 8 位键码的反码相对 应。 ⑤根据键码 ,选择所应执行的命令。 由于篇幅所限 ,仅给出判断“0”部分程序 : 　　　　: LOOP1 :BTFSS 　PORTB ,0 　;检测正跳变发生 GOTO 　LOOP1 CLRP 　TMRO 　;开始计数 LOOP2 :BTFSC 　PORTB ,0 　;检测负跳变发生 GOTO 　LOOP2 MOVF 　TMRO ,W MOVWF 　TMRO - REG 　;保存定时器 0 的值 MOVLW　39H SUBWF 　TMR0 - REG ,W 　; 所得数据在 39H 和 42H间为 0 BTFSS 　S TATUS ,C GOTO 　FAIL E 　; < 39 ,错误 MOVLW　42H SUBWF 　TMR0 - REG ,W BTFSC 　S TATUS ,C GOTO 　COMP1 　; > 42H ,则转入判断“1”部 分 BCF 　DAT - REG ,0 　;清数据寄存器 0 位 　　　　: 注意在程序容易发生死循环或者出错的地方 , 要检验定时器是否溢出 ,一旦发生溢出 ,要立即使程 序复位 ,以便程序能够在出错之后返回到程序开始 部分 ,增强系统的可靠性。基于以上思想可以 在多种单片机上实现遥控器的解码。读者可自行尝 试应用中断方法实现遥控器的信号解码。 本文所介绍红外遥控器的接收发送原理及信号 码识别和解码程序 ,可以方便的移植以其他系统 ,其 方法简洁灵活 ,但其方法具有一般性 ,对于具体的应 用 ,可自行变通。 参考文献 1 　窦振中. PIC系列单片机原理和程序设计 ,北京 :北京航空 航天大学出版社 ,1998 2 　苏长赞. 红外线与超声波遥控 ,北京 :人民邮电出版 ,1993 Applications of infrared remote devices based on singlechip system Pei Yanchun 　　Chen Zhichao (Physics college of Jilin Universtiy ,Jilin ,130023) Abstract 　This essay is an introduction about hardware joints between infrared remote devices and singlechip computers , and gives the methods for decoding software based on the theory. Pulse waves are sent to infrared remote devices through software program and are examined to get signal codes ,which provide evidences for software decoding. Key words 　Remote device 　Software decoding 　Singlechip computers (上接第 45 页) A software solution method of improving the data acquisition’s accuracy of microconverter ADμC812 Feng Jindong 　　Xu Aijun 　　Yi Jinsheng (Department of Electronics and Information Engineering ,JiangHan Petroleum University , HuBei JingZhou 434023) Abstract 　The period to design a data acquisition system using traditional MCU and A/ D converter is always long and its expense is always high. ADμC812 microconverter adopts flash/ electrically - erasable memory and high - performance analog measurement technique ,so it is easy to be programmed and used in data acquisition system ,and the developing time and expense could be decreased sharply. The factory calibration results are stored in Flash memory and are automati2 cally on any power - on - reset event to initialize the ADC calibration registers. Key words 　Data acquisition 　ADμC812 　A/ D convert 　Software calibration 84 现代仪器 二 ○○四年·第三期