基于mega128單片機的學(xué)習(xí)型紅外遙控器設(shè)計

陳天水,秦 文,胡天友

(電子科技大學(xué) 機械電子工程學(xué)院，四川 成都611731)

紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù),具有抗干擾能力強、信息傳輸可靠、功耗低、成本低、易實現(xiàn)等顯著優(yōu)點，被諸多電子設(shè)備特別是家用電器廣泛采用。隨著人們生活水平的提高，家用電器的數(shù)量逐漸增加，使用紅外遙控器的頻率越來越高。但是由于各種紅外遙控器編碼格式不同[1]，所以各種紅外遙控器不能兼容，這樣一個家庭就需要很多個遙控器，很不方便。

目前國內(nèi)學(xué)習(xí)型遙控器大部分采用復(fù)制遙控器紅外波形的思想，方法很多。但是由于采用專用遙控發(fā)射芯片，集成度高但成本也高。

本文介紹一種基于mega128單片機的具有學(xué)習(xí)型的紅外遙控器的設(shè)計，其思想是通過測量經(jīng)過紅外接收芯片解調(diào)后輸出的編碼脈沖寬度[2]，然后存入單片機內(nèi)部eeprom指定地址。當(dāng)要發(fā)生紅外信號時，從存儲區(qū)還原出相應(yīng)的紅外遙控編碼，并調(diào)制到38 kHz的載波信號上，最后直接驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外信號，實現(xiàn)一個遙控器控制多種紅外家電設(shè)備。

1 學(xué)習(xí)型紅外遙控器基本硬件結(jié)構(gòu)

學(xué)習(xí)型紅外遙控器由以下幾個模塊組成[3]：單片機、紅外接收模塊、紅外發(fā)射模塊和矩陣鍵盤,如圖1所示。系統(tǒng)采用8 MHz晶振，直接采用mega128內(nèi)部E2PROM來存儲紅外遙控編碼，其容量為4 KB。

圖1 學(xué)習(xí)型紅外遙控器基本硬件結(jié)構(gòu)

圖2 紅外接收電路

紅外接收模塊電路如圖2所示。紅外接收芯片采用HS0038A2,此芯片對接收到的紅外信號進行放大，檢波整形并解調(diào)出紅外遙控編碼，得到TTL電平，反相輸入到mega128的PD0和PD1口，即外部中斷0和外部中斷1口。通過上升沿和下降沿兩個邊沿觸發(fā)中斷來控制定時器的開與關(guān)，從而記錄高低電平的脈沖寬度值。

紅外發(fā)射模塊電路如圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)進入發(fā)射功能時,單片機首先掃描矩陣鍵盤,識別相應(yīng)按鍵的按下情況，然后從E2PROM中取出相應(yīng)鍵值的遙控信號[4]，即通過學(xué)習(xí)后保存到E2PROM里的高低電平的寬度值。與此同時，利用單片機T0定時器產(chǎn)生38 kHz的載波信號。最后將遙控信號調(diào)制到載波上，通過IO口直接驅(qū)動紅外發(fā)射二極管發(fā)射紅外信號。這里的調(diào)制完全通過軟件實現(xiàn)，取代了直接用與門來調(diào)制的方式，方便準(zhǔn)確。由于mega128單片機IO口的驅(qū)動能力強，可以直接驅(qū)動二極管，避免了傳統(tǒng)三極管放大后再驅(qū)動的繁瑣。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 主程序設(shè)計

系統(tǒng)上電后不斷掃描鍵盤,當(dāng)檢測到學(xué)習(xí)鍵按下時，調(diào)入學(xué)習(xí)子程序，對相應(yīng)功能鍵的遙控編碼進行學(xué)習(xí)并寫入E2PROM；當(dāng)發(fā)射鍵按下時，先識別按下的功能鍵，然后從E2PROM中讀出相應(yīng)的已經(jīng)學(xué)習(xí)到的紅外遙控編碼，然后通過發(fā)射程序發(fā)射出去。如圖4所示。

圖4 主程序

2.2 學(xué)習(xí)子程序

學(xué)習(xí)程序的功能是對紅外遙控編碼的學(xué)習(xí)，即對高低脈沖寬度的測量。當(dāng)中一定會存在一定誤差，不可能毫無誤差地復(fù)制出被測的紅外編碼。不過，由于所有的紅外設(shè)備在接收端都允許一定的誤差，只要保證在誤差范圍內(nèi)都可以對紅外設(shè)備進行控制。學(xué)習(xí)程序的主要思路是通過邊沿觸發(fā)中斷來控制定時器的開和關(guān)，從而測出高低脈沖寬度。mega128單片機的外部中斷0和1口的中斷方式分別設(shè)置為下降沿和上升沿觸發(fā)中斷。當(dāng)沒有接收到紅外信號時，外部中斷0、1口都為高，此時程序等待紅外信號的到來。當(dāng)紅外到達時，下降沿觸發(fā)中斷，學(xué)習(xí)程序跳到下降沿中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序里，停止定時器3，保存其寄存器的值并清零，最后啟動定時器1，這樣開始測量低電平。當(dāng)高電平到來時，上升沿觸發(fā)中斷，程序跳到上升沿中斷服務(wù)程序里，此時停止定時器1，保存其寄存器的值并清零，最后啟動定時器3，高電平開始測量。當(dāng)下一個低電平到來時，程序又跳到下降沿中斷服務(wù)程序，重復(fù)上面的工作。這樣，高低電平的測量就在兩個邊沿觸發(fā)中斷服務(wù)程序里面來回跳轉(zhuǎn)。最后一次跳入邊沿觸發(fā)中斷服務(wù)程序時，一旦產(chǎn)生定時器溢出，則程序跳入定時器溢出中斷服務(wù)程序，只要設(shè)定一個標(biāo)志位，讓程序跳回主程序即可。到此，紅外編碼學(xué)習(xí)完畢，只需把學(xué)習(xí)到的編碼寬度值存入E2PROM即可。如圖5所示。

圖5 學(xué)習(xí)子程序及中斷服務(wù)程序

2.3 發(fā)射子程序

發(fā)射程序是把已經(jīng)學(xué)習(xí)到的紅外編碼發(fā)射出去控制紅外設(shè)備。首先要根據(jù)所按下鍵來找到E2PROM相應(yīng)的紅外編碼。這里是通過紅外接收芯片接收到的紅外編碼經(jīng)過一個反相器，所以發(fā)射時要把原來的高低電平翻轉(zhuǎn)一下。紅外發(fā)射程序的思想是通過兩個定時器的配合來調(diào)制出38 kHz的紅外信號。定時器0產(chǎn)生38 kHz的載波信號，用已經(jīng)學(xué)習(xí)到的低電平寬度來確定定時器0的定時長度。當(dāng)發(fā)送低電平時，啟動定時器0；發(fā)送高電平時，停止定時器0。如此就能發(fā)送一個與接收到的紅外編碼反相并且高電平是經(jīng)過38 kHz載波調(diào)制過的紅外遙控信號，這個信號就是普通遙控器發(fā)送出去用來控制紅外設(shè)備的信號。如圖6所示。

3 實驗測試

實驗中用格力的一臺柜式空調(diào)進行試驗。圖7是接收波形，圖8是還沒有經(jīng)過38 kHz調(diào)制的發(fā)射波形。比較兩個波形可以看出，接收和發(fā)射的波形高低電平持續(xù)時間相同，只是波形正好相反，原因是在接收芯片里有一個反相過程。此時，只需將38 kHz的波形調(diào)制到波形里，再通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去，即可對空調(diào)進行控制。把空調(diào)遙控器上的所有功能鍵都嘗試過一次，都可以對空調(diào)進行控制。

圖6 發(fā)射子程序

本文所設(shè)計的學(xué)習(xí)型紅外遙控器可以準(zhǔn)確地測量并學(xué)習(xí)紅外編碼信號，將所學(xué)的信號復(fù)制，保存并通過紅外發(fā)射二極管發(fā)射，可以控制紅外家用設(shè)備。不同類型的紅外遙控器，各種編碼格式都可以對其進行學(xué)習(xí)并對電器進行穩(wěn)定控制。

[1]邱士安.通用遙控器的解決方案[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報,2001(26):197-199.

[2]蘆健，彭軍，顏自勇,等.自學(xué)習(xí)智能型紅外遙控器的設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù)，2006，25(8):63-65.

[3]徐志，何明華，林武,等.一類基于軟件載波的學(xué)習(xí)型遙控器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009(2):36-38.

[4]耿德根，宋建國，馬潮,等.AVR高速嵌入式單片機原理與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天出版社，2002.