基于STC11L04E的紅外空調遙控系統的設計

順德區中等專業學校 李紅冰

1.引言

紅外遙控使用方便、成本低廉、功耗低[1]，被廣泛應用于各類電器的控制。但都是針對各自的遙控對象，（空調、彩電、DVD 等），由專用 CPU 解碼[2]，作為一般的單片機控制系統不能直接使用。本文結合紅外遙控系統的原理，給出紅外發射電路和控制程序，設計出了一套基于STC11L04E單片機和紅外通信的空調遙控系統，由單片機系統直接控制，實現對校園空調的統一控制，達到環保節能的要求。

2.空調紅外遙控系統原理

空調紅外統一遙控系統的原理如圖1所示。當上位機發出指令，STC11L04E單片機接收并處理該功能指令，然后將分析處理后的編碼指令串通過各個路由發給紅外發射模塊，最后空調接收紅外光發射出來的紅外編碼信號以達到統一控制校園空調的目的。在無線傳輸過程中,為了減少其他紅外信號對紅外發射模塊信號的干擾，將編碼指令串調制在特定的載波頻率上，再經過功率放大電路驅動紅外發光二極管發射被調制的脈沖紅外信號?？照{內置的紅外接收裝置對接收到的紅外信號進行解調和解碼，內部微處理器將還原成的編碼指令串進行譯碼，最后，由控制驅動電路來驅動執行電路，實現各種指令的控制操作。

圖1 空調紅外遙控系統原理框圖

為了協調編碼和解碼的一致性，需要制定紅外傳輸協議，包括載波頻率、編碼方式，位0和位1的定義及數據的格式[3]。標準的載波頻率有 30，38，40，56 kHz。編碼方式有脈沖寬度編碼(PWM)和脈沖位置編碼(PPM)，位0和位1的定義及數據的格式因紅外傳輸協議的不同而改變。常見的紅外傳輸協議有PHILIPS，RC5，NEC，SIRCS 等。在我國，很多家用電器都采用NEC協議[4]。以美的空調控制“開”的數據格式如圖2 所示，包括由 4ms 高電平和4ms 的低電平、0xB2和0x4D16位固定碼組成的引導碼和由8位地址碼及其反碼、8位命令碼及其反碼組成的32位系統碼。32位系統碼每位可以為0，也可以為1，上位機發出不同功能信號會產生32位不同的0，1組合。

圖2 美的空調控制“開”的數據格式

圖3 位0和位1的編碼定義

本文使用NEC協議調制頻率為38kHz，編碼方式采用了脈沖位置調制[5]，利用脈沖間隔來區分位0和位1，通過紅外遙控采集分析儀采集的數據格式如圖3所示，位0定義為469.3us高電平和596.5us低電平的組合，位1定義為1.5ms高電平和614.0us 低電平的組合，其中誤差允許30%。

綜上，為了實現由上位機統一控制校園空調開/關，設置溫度等功能，只需獲取到單片機發送的開/關鍵按下、以及設定某一溫度值所產生的編碼指令串，再把該編碼指令串調制在特定載波信號上，去驅動紅外發射二極管即可實現。

圖4 紅外發射電路

3.硬件實現

本文選用了STC11L04E單片機作為主控芯片，由它處理上位機發過來的命令信號。該單片機是STC生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機[6]，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。內部集成高可靠復位電路，可實現高速通信，智能控制且抗干擾性強[7]。

紅外發射電路如圖4所示，由STC11L04E單片機，紅外發光二極管、PNP型9012三極管組成，STC11L04E工作電壓為2.1～3.6V，STC11L04E接收到上位機控制信號后，從P1.0驅動Q1，P1.0為1時發射紅外光，為0則不發射。

4.軟件實現

軟件系統是使用C51語言編寫[8]，調制頻率38KHz即一個周期為26us，故將定時器0設為13.02us中斷一次控制P1.0口翻轉來實現，控制發射脈沖程序由SendIRdata_38KHZ函數來實現，該函數第一個輸入參數是通過設定定時器0中斷的次數（13.02us中斷一次）來控制P.1.0輸出38KHz的脈沖寬度；第二個參數是控制P.1.0要不要輸出38KHz信號，該參數為1時P1.0輸出38KHz脈沖信號；0時P1.0腳為高電平，Q1不導通，紅外發射管沒有電流通過。

5.結論

本文設計了一套基于STC11L04E單片機的空調紅外遙控系統，由處理速度快，可靠性高的STC11L04E單片機接收并處理上位機發出的指令信號，然后再通過各個路由傳遞給紅外發射模塊，最后空調接收紅外編碼信號以達到統一控制校園空調的目的。該系統具有硬件結構簡單，軟件適用性強，可靠性高，抗干擾性強等特點。

[1]謝平,陳學煌.基于微控制器的紅外遙控器的設計與實現[J].紅外,2010(4):42-45.

[2]于春鵬.空調系統[M].北京:化學工業出版社,2005:23-68.

[3]陳陽海.紅外遙控工作原理、編碼方式及常用信號傳輸協議[J].電子制作,2007(11):6-9.

[4]朱志偉,劉湘云.基于AT89S51的紅外遙控解碼的實現[J].科技信息:高校理科研究,2015:109,112.

[5]胡績強,劉瑩.溫控空調開關的紅外遙控系統設計[J].南昌大學學報:工科版,2012,34(1):83－86,102.

[6]宏晶科技.STC89C51/RD+系列單片機器件手[EB/OL].http://www.stcmcu.com/datashee－t/stc/STC－AD－PDF/STC89C51RCRD+_GUID－CHINESE.pdf,2011-03-19.

[7]吳愛萍,朱曉春.基于 AT89S51 的多功能紅外遙控器設計[J].儀器技術與傳感器,2008(8):78-80.

[8]徐惠民,安德寧.單片微型計算機原理接口與應用[M]．北京:北京郵電大學出版社,1996,第1版.