一種基于TF卡存儲的學習型紅外遙控器設計

李敏 阮瑋琪 周宇楠 俞逸菲

摘 要：設計了一種利用TF卡存儲編碼信息的學習型紅外遙控器，通過軟件解碼技術測量遙控信號各個碼位的脈沖寬度，將包含時間信息的編碼信息直接存儲到TF卡，發射時根據編碼信息復現波形，達到提高兼容性的目的。通過對編碼規律的分析，實現了編碼信息的壓縮存儲，采用STM32單片機驗證了設計，系統的通用性好，文件交互方便，具有廣闊的發展前景。

關鍵詞：TF存儲卡；學習型紅外遙控器；解碼；編碼信息存儲

引言

現代家用電器和數碼產品普遍配備了紅外遙控器，一方面給用戶帶來方便，另一方面，與日俱增的遙控器也造成管理上的不便，無論從購置還是使用成本考慮，都是一種資源的浪費。為此，不少研究者致力于學習型紅外遙控器的開發[1-3]，將按鍵編碼信息解碼后存儲至EEPROM存儲器[4]，采用適當的存儲規范在一個遙控器上實現多個遙控器的功能，并能在不同功能遙控器之間自由切換。這一方案對于用戶來說，方便了管理，節省了電池消耗，但由于編碼文件交流的不便，并未節省遙控器的購置成本，用戶需要通過產品的原配遙控器獲取編碼信息。對于廠商來說，仍有必要搭配產品原裝遙控器捆綁銷售，并未達到降低成本提高競爭力的目的。

文章提出一種基于TF卡存儲技術的學習型遙控器，遙控器按鍵的編碼信息既能通過原裝遙控器的學習獲得，也可以通過編碼文件的直接拷貝實現，甚至可以對按鍵的布局和功能進行個性化的修改。這項技術一旦得到普及，原裝遙控器將不再是必備的附件，廠商只需在網絡發布遙控器的編碼文件，用戶下載編碼文件至遙控器的存儲卡即可，這對資源的節省是巨大的，同時方便的個性化修改功能也能提升用戶的使用體驗。

1 解碼與存儲

插卡式學習型遙控器普及之前，用戶從現有遙控器復制編碼信息將是一種常見的學習方式，因此遙控解碼在一定時期內仍是必備的功能。遙控解碼方式主要包括硬件解碼和軟件解碼兩種，前者需要針對確定的編碼方式選擇專用解碼電路，在學習型遙控器上使用不能保證其兼容性。軟件解碼則易于設計為直接復制編碼脈沖的方式工作，一體化紅外接收頭首先將頻率為38KHz的間斷脈沖串進行放大、檢波和整形，結合微處理器的定時中斷功能計數得到由電平及其時間序列構成的編碼信息，并原封不動存儲至存儲卡，這一工作方式的優點是兼容性好，適用于學習型遙控器，缺點是所需存儲空間較大，然而可通過遙控編碼規律的分析對數據進行壓縮[5]。本設計選用了第二種方案對編碼信息進行解碼并壓縮后存儲，發射時則讀取相應存儲位置的編碼信息再經載波信號調制為38KHz間斷脈沖串發射。

圖1 常用紅外遙控編碼數據格式

目前應用中的紅外遙控編碼原理大同小異[6]，如圖1所示編碼信號通常由引導碼、用戶碼和鍵值碼構成，引導碼也稱引導脈沖，一般由一定寬度比的高低電平脈沖構成，用于辨識遙控編碼脈沖信號的開始，可有效剔除其它信號的干擾，同一遙控器具有確定的引導脈沖；用戶碼也稱識別碼，通常由8位原碼和8位反碼構成，一般由廠商定義，用于區分遙控系統的種類和用戶，它也不隨按鍵的不同而改變；鍵值碼也稱功能碼，通常也是由8位原碼和8位反碼構成，與鍵盤的按鍵相對應。引導碼的電平脈沖寬度通常較大，在十毫秒量級，分辨率在十分之一毫秒，而用戶碼和鍵值碼所構成的32位串行二進制碼的脈沖寬度在毫秒量級，分辨率可低至千分之一毫秒，因此在解碼時可以千分之一毫秒為計數單元，分別采用兩個字節保存引導碼的高低電平脈沖寬度，而串行碼的“0”、“1”二進制數也需要分別以兩個字節來保存脈寬及間隔時間，學習存儲時則每只遙控器只需存儲一次引導碼高低電平時間計數值、二進制數“0”、“1”的脈寬及間隔時間計數值、用戶碼8位原碼，合計9個字節，從第十個字節開始則每個字節存儲一個鍵值碼原碼，這在很大程度上能夠降低復制編碼脈沖方式對存儲容量的需求。

2 硬件設計

系統的硬件組成如圖2所示，中央控制單元MCU對系統的工作過程進行整體調度，MCU芯片選型時性能的要求不高，除了功耗、成本因素，需要注意的就是內部RAM的大小應盡量大于512字節，以滿足TF卡512字節最小寫入單位的要求，部分微處理器是需要借助外部RAM的，例如大多數的51系列單片機，這會增加開發的難度和成本。作者在測試系統中選擇了STM32F103C8T6芯片，該芯片從成本角度考慮在這里并非最佳選擇，然而STM32單片機強大的接口單元和豐富的內部資源，對于提升原理樣機的研制速度不失為好的選擇；TF卡存儲器用于存儲遙控器的編碼信息，在本系統中SPI讀寫模式及其支持的2G以下存儲卡對于絕大多數用戶已足夠；STM32內部RAM在學習模式時用于臨時存儲解碼信息，在發射模式時用于臨時存儲從TF卡中讀取的當前遙控器編碼信息；LED指示燈有兩個用途，在學習模式時用于判斷某一按鍵的學習是否順利完成，在發射模式時與紅外發光管同步閃爍，有利于用戶判斷按鍵編碼是否順利發送；數碼管用于顯示當前遙控器的序號，學習模式時顯示當前學習的遙控器即將在存儲卡中的存儲序號，發射模式時為用戶選定的遙控器序號，數碼管顯示電路也可用液晶顯示電路替代，可以更為詳細地顯示當前遙控器相關信息，在功耗上也有一定優勢；矩陣鍵盤電路如圖3所示，行線為輸入線，列線為輸出線，采用定時查詢的方式檢測按鍵；紅外接收電路采用HX1838一體化紅外接收頭，可實現38KHz、940nm紅外遙控信號的放大、檢波、整形，解調并輸出TTL電平的編碼信號；紅外發射電路采用IO口低電平驅動940nm紅外發光管的連接方式，為了提高遙控距離，也可選用三極管電流放大電路的驅動方式。

圖2 系統硬件框圖

圖3 矩陣鍵盤電路

3 程序設計

系統程序的主要流程如圖4所示，工作模式分為學習模式和發射模式，模式選擇鍵用于切換工作模式，上電后默認進入發射模式。在發射模式下，通過遙控器選擇鍵切換遙控器功能，同時微處理器將對應的遙控器編碼信息從TF卡對應位置讀入內存，當某一遙控鍵按下時，微處理器首先計算合并引導碼、用戶碼原碼、用戶碼反碼、鍵值碼原碼和鍵值碼反碼，生成對應按鍵的編碼信息，并在時間計數字節的控制下與定時器產生的38KHz載波進行調制，再通過紅外發射電路發射紅外脈沖信號。

在學習模式下，首先打開紅外接收頭端口的中斷，由于紅外接收頭輸出電平為接收電平的反碼，因此檢測到低電平到來時表明有紅外信號的輸入，同時打開定時器進行千分之毫秒定時，對每一碼位高低電平的脈沖持續時間進行計數，當脈沖寬度超出預設閾值時認為遙控信號的一幀數據接收完畢，待所有按鍵編碼信息學習完成后，微處理器再對各脈沖寬度的持續時間求中間值，最后將處理完成的遙控器編碼信息存儲到TF卡相應位置。

4 結束語

學習型遙控器的TF卡存儲方案較EEPROM存儲方案，從技術角度考慮并無本質差異，然而TF存儲卡作為一種通用的數碼產品，文件復制與修改等基本操作已為大多數人掌握，用戶可以TF存儲卡為存儲媒介，通過文件交互、下載、修改等方式實現所需的遙控器功能，這在以往的學習型遙控器中是無法做到的，這一細小的改進甚至可能引起商業模式的改變，廠商為了提升競爭力不再捆綁遙控器進行銷售，用戶為了環保節能也不再購買專用遙控器，而是通過文件下載獲得所需的遙控器功能，該項技術有著廣闊的應用和發展前景。

參考文獻

[1]肖衛初，鄧曙光，朱珍奇，等.基于NiosⅡ的學習型遙控器設計[J]. 現代電子技術，2010（19）：147-150.

[2]宋瑞，劉華珠，林樹濤.一種新型自學習型紅外遙控器設計[J].東莞理工學院學，2011，18（3）：42-45.

[3]孫田星.基于軟件載波技術學習型遙控器的實現[J].電氣開關， 2015（1）：71-73.

[4]劉永廣，張宏怡.適于數字家庭的學習型紅外遙控器設計[J].廈門理工學院學報，2014，22（3）：71-75.

[5]曾煉成，周小云.基于波形存儲型紅外學習的數據壓縮方法[J].計算機與現代化，2014（24）：195-198.

[6]顧曉紅.學習型遙控器中的碼型識別[J].電子與封裝，2009，9（10）：42-45.

作者簡介：李敏（1979-），男，講師，研究方向為MEMS傳感器與系統。