基于nRF24L的帶鼠標(biāo)功能的電視遙控器

引言

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的電視機(jī)已逐漸向智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，市面上也出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)電視，其功能越來(lái)越多，如觀看照片圖片，上網(wǎng)看電影、聽(tīng)歌等等。目前市場(chǎng)上銷售的電視機(jī)遙控器主要是采用紅外方式，有效接收距離短，且無(wú)法支持多方位傳輸(只能在接收器四周45。內(nèi))，電力消耗大，抗干擾能力差，傳輸速率低，而且功能很少，無(wú)法滿足怏進(jìn)、快退、圖片放大縮小、鼠標(biāo)游戲等需求。

對(duì)于智能網(wǎng)絡(luò)電視機(jī)，必然要有一種新型的遙控器來(lái)滿足其需求。ISM(Industrial Scientific Medical，工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)療頻段)為開(kāi)放頻段，無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、ZigBee等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)均工作在2.4GHz頻段上，其數(shù)據(jù)收發(fā)速率滿足智能網(wǎng)絡(luò)電視的要求。本文設(shè)計(jì)了利用2.4GHz頻段傳送信號(hào)的新型遙控器。

硬件設(shè)計(jì)

遙控器分為發(fā)射和接收兩部分，發(fā)射部分即是遙控器部分，接收則是接到電視機(jī)USB口的dongle(接收器)部分。遙控器的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示。

發(fā)射部分

采用Nordic公司的nRF24L芯片為主芯片，其廣泛應(yīng)用于遙測(cè)、無(wú)線系統(tǒng)等領(lǐng)域，其發(fā)射頻率高(2，4GHz)，工作速率高(數(shù)據(jù)傳送速率為250kbp s、lMbps和2Mbp s三檔可調(diào))，功耗低(工作電壓1.9-3.6V2Mbps速率時(shí)電流13.3mA)，抗干擾能力強(qiáng)(采用GFsK調(diào)制方式)，信號(hào)發(fā)射范圍可達(dá)50m，并且其內(nèi)嵌8051 MCU(微控制器)，可直接對(duì)其編程，完全能滿足智能網(wǎng)絡(luò)電視機(jī)的要求。

如圖2為硬件外圍電路，芯片nRF24LEl時(shí)鐘信號(hào)由16MHz晶振產(chǎn)生。天線部分L4、L5、C6和C8構(gòu)成帶通濾波電路。對(duì)應(yīng)的天線采用PCB(印制電路板)天線，在芯片所在的層鋪銅皮，遙控器上設(shè)計(jì)成倒F型天線，天線長(zhǎng)度約為1／4波長(zhǎng)，天線所在的區(qū)域所有層都盡量不走線，以免影響收發(fā)效果。天線規(guī)格如圖3，具體根據(jù)實(shí)際微調(diào)其長(zhǎng)度以及寬度。

遙控器按鍵根據(jù)設(shè)計(jì)需求，采用7×8矩陣，如圖4左圖所示。

遙控器的鼠標(biāo)功能則可以由歐姆龍公司的磁感應(yīng)導(dǎo)航鍵Pico-navi來(lái)實(shí)現(xiàn)。該感應(yīng)鍵工作電壓2.7～3.6V，平均工作電流10mA，移動(dòng)響應(yīng)時(shí)間450us，自帶處理芯片，處理后輸出標(biāo)準(zhǔn)IIC信號(hào)，如圖4右圖。Pico-navi利用磁感應(yīng)方式感應(yīng)移動(dòng)的方向，測(cè)量出相對(duì)移動(dòng)信號(hào)，并輸出信號(hào)至nRF24LEl進(jìn)行處理，再由天線發(fā)射出去。

由于芯片以及磁感應(yīng)導(dǎo)航鍵需要穩(wěn)定的電壓電源，如果直接用兩節(jié)7號(hào)電池供電，電池電壓降到2.7Vf即每節(jié)電池降至1.35V)時(shí)，感應(yīng)鍵就難以保證正常工作了。因此，在電池與芯片、感應(yīng)按鍵之間增加一個(gè)DC-DC以提供穩(wěn)定3.3V電壓。利用Dc-DC芯片EMH7601在輸入電壓為1，3V時(shí)仍可保證3.3V穩(wěn)定輸出，其電路如圖4，能滿足要求。圖中二極管D701為防止電池反接燒壞IC而設(shè)的，電感L7 10取值范圍10-47uH，C723～C726為旁路電容，與小電感L711(10gH左右)一起，使輸出紋波限定在要求范圍內(nèi)。

接收部分

采用芯片nRF24LUl+作為接收芯片，輸入電壓4-5.25V可正常工作，其他參數(shù)與nRF24LEl基本一樣，電路如圖6所示。由于接收模塊直接插在電視機(jī)USB口上，尺寸較小，其用曲流型PCB天線，同樣，天線所在的區(qū)域所有層都盡量不走線，如圖7。其供電直接用電視機(jī)USB口的5V供電即可。

軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要是實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收之間的通訊。遙控器在接收到接收器(Dongle)的響應(yīng)信號(hào)后，即發(fā)送遙控信號(hào)(按鍵以及感應(yīng)鍵)，Dongle接收到發(fā)過(guò)來(lái)的信號(hào)后，傳至電視機(jī)機(jī)芯板主芯片上，機(jī)芯板主芯片對(duì)遙控信號(hào)處理后，執(zhí)行命令，控制電視響應(yīng)。主要的流程如圖8。

實(shí)際測(cè)試

實(shí)際測(cè)量中，遙控距離最初可達(dá)20m，適當(dāng)調(diào)整天線長(zhǎng)度，距離可做得更長(zhǎng)。在20m的距離時(shí)，磁感應(yīng)導(dǎo)航鍵遙控仍相當(dāng)靈敏。在接受端(Dongle)前放置一1scm×15cm金屬板遮罩，距離12m仍遙控靈敏，滿足遙控要求。實(shí)測(cè)工作電流20mA左右，待機(jī)50~tA以下。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹了基于nRF24L芯片的新型遙控器設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)中添加了智能網(wǎng)絡(luò)電視需求的鼠標(biāo)功能，大大提高了遙控器的性能。與傳統(tǒng)的紅外遙控相比，本設(shè)計(jì)中的遙控器具有不受遙控方位影響，抗干擾能力強(qiáng)，遙控距離遠(yuǎn)，功耗較低等優(yōu)勢(shì)。隨著電視機(jī)的不斷發(fā)展，對(duì)遙控器的要求也越來(lái)越高，利用開(kāi)放的ISM頻段進(jìn)行遙控是必然的趨勢(shì)。