高職創(chuàng)客基礎(chǔ)教育之紅外接收原理教學(xué)研究

伍東亮

【摘要】目前，創(chuàng)客教育開始風(fēng)靡全國高校，創(chuàng)客教育是以學(xué)生興趣為依托、以創(chuàng)新創(chuàng)意為目標(biāo)、以多信息傳感融合為技術(shù)背景的新型教育模式。如何將傳感器原理通俗易懂的講解給學(xué)生并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行傳感器應(yīng)用是創(chuàng)客基礎(chǔ)教育需要解決的關(guān)鍵問題。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)客教育 紅外發(fā)射 傳感器

【中圖分類號】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）17-0254-01

目前創(chuàng)客教育產(chǎn)品設(shè)計中有的會采用紅外遙控功能，但是諸多老師覺得紅外遙控知識抽象、控制復(fù)雜而不能很好的進(jìn)行知識講解，在此我就紅外接收原理及解碼方法進(jìn)行研究，并思考整理出一套由易到難、循序漸進(jìn)、通俗易懂的紅外遙控教學(xué)和學(xué)習(xí)方法。

1.紅外遙控創(chuàng)客基礎(chǔ)教學(xué)之八問八答

1.1什么是紅外光波信號？

遙控器發(fā)射的紅外光波其實就是一串亮滅不斷變化的光。那么怎么樣從這些不斷變化的光信號中讀取出它的秘密呢？我們首先要理解紅外編碼規(guī)則，看下圖1：

從上圖中可以看出，紅外遙控是通過控制紅外發(fā)送二極管的亮滅持續(xù)時間來表示數(shù)字0和1，數(shù)字1比數(shù)字0耗時時間要長，這種傳輸方式類似于抗戰(zhàn)片中的手電筒傳播信號。

1.2紅外遙控器發(fā)射光波里包含了什么內(nèi)容？

一幀完整的紅外遙控信號，它由引導(dǎo)碼（最前面的兩個4.5ms的高低電平構(gòu)成）、客戶代碼（代表公司，比如0x01格力，0x02長虹）、數(shù)據(jù)碼（按鍵鍵值，我們編程最關(guān)心的）、數(shù)據(jù)碼反碼（用來驗證接收數(shù)據(jù)是否正確）及SY（同步信號）共五部分組成（見圖2）。只要明白一幀數(shù)據(jù)的構(gòu)成，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，解析紅外信息。

1.3如何接收紅外信號？

以51單片機(jī)為例來舉例說明如何接收紅外信號。紅外信號是通過一組持續(xù)時間不同的高低電平來表示數(shù)字0和1，那么要怎樣才能精確計算出一組高低電平持續(xù)時間呢？這個計量時間是比較苛刻的，為了減少誤差選用單片機(jī)定時器選用方式2（自動重裝）來減少計時誤差。方式2下一次定時中斷耗時根據(jù)晶振頻率而定。11.0592M時， T = 256*（12/11.0592）= 277US。

接收紅外信號其實就是接收每一組高低電平持續(xù)時間，這個時間通過外部中斷刷新定時器中斷計數(shù)來獲得，所以接收到的原始信號數(shù)據(jù)是一組定時器溢出次數(shù)的數(shù)據(jù)。以51單片機(jī)為例，將紅外接收信號引腳與單片機(jī)外部中斷引腳相連，采用外部中斷來接收紅外數(shù)據(jù)，當(dāng)中斷引腳接收到一個紅外下降沿信號時，首先將定時器溢出次數(shù)清零，定時器每溢出中斷一次計數(shù)加一，當(dāng)外部中斷接收到下一個下降沿信號，將當(dāng)前溢出次數(shù)存儲作為第一個時間數(shù)據(jù)。

當(dāng)單片機(jī)接收到第一個時間數(shù)據(jù)后，要立即分析是否為紅外遙控的起始信號。一般的引導(dǎo)碼大約為9000us，在8.8ms與13.8ms之間認(rèn)為是引導(dǎo)碼，以11.0592M晶振為例，中斷溢出一次耗時277us，8.8ms約中斷32次，13.8ms約中斷50次，如果溢出次數(shù)符合32-50次范圍，可以認(rèn)為是紅外信號的引導(dǎo)碼，我們將定時器中斷次數(shù)存入數(shù)組Time[ 0 ]中。

引導(dǎo)碼之后是客戶碼和數(shù)據(jù)碼。后續(xù)數(shù)據(jù)是由多個持續(xù)時間不同的高低電平組成，每一個高低電平會觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生一次中斷。只需在前一次中斷中將定時器溢出中斷計數(shù)變量清零，在下一次中斷發(fā)生后讀取定時器溢出中斷計數(shù)變量值，并將值按順序存入數(shù)組Time[ ] 即可。一幀完整信號總共有34組高低電平信號（引導(dǎo)碼1組 + 用戶碼8組 + 用戶碼8組 + 數(shù)據(jù)碼8組 + 數(shù)據(jù)反碼8組 + 同步碼1組）。一幀數(shù)據(jù)會觸發(fā)單片機(jī)外部中斷次數(shù)為34次。所以當(dāng)中斷計數(shù)為34時，表示數(shù)據(jù)接收完畢。

1.4 如何解碼紅外信號？

紅外信號接收到全部數(shù)據(jù)后，開始解析紅外信號。數(shù)據(jù)0和1高低電平時間長度不一樣，只需要設(shè)定一個參考時間值，這個參考時間值如何設(shè)定才合理？可以將一個0和一個1總時間相加除以2得到。（例如：0耗時1.125毫秒，1耗時2.25毫秒，參考時間為：（1.125+2.25）/2=1.687ms=1687US，轉(zhuǎn)化為定時器溢出次數(shù)為1687/277=6次，判斷溢出次數(shù)如果大于6則為數(shù)據(jù)1，小于6則為數(shù)據(jù)0。將全部溢出次數(shù)數(shù)據(jù)按此規(guī)則進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到一組二進(jìn)制數(shù)值。

紅外數(shù)據(jù)中的用戶碼和數(shù)據(jù)碼都是一個8bit的數(shù)據(jù)構(gòu)成，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。將解析出來的二進(jìn)制數(shù)據(jù)通過右移位來實現(xiàn)8位的字節(jié)數(shù)據(jù)。紅外遙控一幀數(shù)據(jù)包括4個字節(jié)的數(shù)據(jù)，要依次解析出這四個數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)組中。

1.5 如何驗證接收數(shù)據(jù)正確性？

一幀紅外數(shù)據(jù)包含有一個數(shù)據(jù)碼和一個數(shù)據(jù)反碼，只需將解碼后的數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼進(jìn)行取反比較即可驗證接收數(shù)據(jù)是否正確。

1.6如何讀取紅外遙控按鍵鍵值？

紅外遙控器每個按鍵對應(yīng)一個按鍵鍵值，如何才能得到每個按鍵對應(yīng)的鍵值呢？問題四解碼過程中解析出來的數(shù)據(jù)碼即為按鍵鍵值，可以通過串口打印或者液晶顯示即可將按鍵鍵值顯示出來。

1.7 如何利用遙控器進(jìn)行遙控編程控制？

通過上述方法得到控制按鍵的鍵值后，解析每次接收到的紅外遙控數(shù)據(jù)碼碼值，通過條件分支語句switch比較碼值并進(jìn)行軟件編程控制即可。

1.8 不同的遙控器解碼方式有差異嗎？

據(jù)我了解不同的遙控器紅外編碼方式大體一樣，差別主要在于以下三個方面：

（1）數(shù)字0、1高低點持續(xù)時間不一樣。

（2）引導(dǎo)碼高低電平持續(xù)時間不一樣

（3）一幀數(shù)據(jù)構(gòu)成不一樣（很少）

不同的遙控器要找遙控器對應(yīng)的控制芯片，查看它的說明書，查找以上數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)對程序做適當(dāng)修改即可。

2.結(jié)語

通過多次的紅外遙控教學(xué)嘗試發(fā)現(xiàn)，學(xué)生只要有一定的單片機(jī)C語言編程基礎(chǔ)和良好的外部中斷和定時器編程使用能力，通過以上思路可以很好的掌握和理解紅外遙控接收編程。

參考文獻(xiàn)：

[1]智能遙控技術(shù)的研究與實現(xiàn)探微[J].許永樂.廈門科技.2013（04）