基于Mk60N512VMD100的紅外中繼器設計

李文亮 孔維軒

摘要：文章將紅外收發模塊連接到Mk60芯片上，使用穩壓電路連接穩壓芯片制造穩壓電路。使用7.2 V鋰電池供電，經穩壓電路轉化為3.3 V電壓供入系統，驅動系統進入工作狀態。采用NB1318型一體化紅外接收頭接收紅外信號，接入處理電路將接收到的紅外信號轉化為信號，將電路接入Mk60的信號輸入引腳，經過處理之后，通過引腳輸出到輸出模塊。經過三極管9013和8050進行放大，驅動紅外發射管發射出940 nm的脈沖信號，完成紅外中繼。

關鍵詞：紅外中繼；放大電路；穩壓模塊；振蕩電路

現代社會發展迅速，社會信息化，科技化程度已經越來越高，智能化的發展已經逐漸進入人們的視野，而且終將成為未來人類生活的一部分。

智能家居是人們生活智能化的必經之路。傳統的智能家居多采用有線組網的體系結構，造價高、工期長、操作復雜，對房屋結構有改動或有要求，適合在新建房屋時實現。而目前市場已有的智能家電使得普通群眾也體驗到了智能化的生活。但并未有公司生產出成套的智能家居系統，而在購置智能家電時，人們也不會只選購單一品牌的智能家電產品。多品牌、零散的智能家電控制起來并不智能。

目前我國居民使用的家用電器多采用紅外控制，使用紅外中繼器擴大轉發紅外信號，可以實現傳統家電的有遮擋控制，完成一種較為方便的家居輔助控制系統。

1 系統結構

本系統由一個中控器和多個紅外中繼器構成，紅外中繼器包括紅外接收模塊和紅外發送模塊。

系統框如圖l所示，中控器發射紅外信號，中繼器接收并轉發，有遮擋地傳遞紅外信號，實現家用電器的越障控制。紅外信號由中控器發出后，可直接傳遞到信號范圍內的家用電器上，也會被紅外中繼器接收，轉發到其他中繼器或者電器上，經過多層傳遞，可在有遮擋的情況下控制全居室范圍內的家電。

2 系統設計

2.1 系統總體設計

紅外中繼器的設計思想為，紅外接收模塊接收由中控器傳遞來的紅外信號，轉化為電信號，經過單片機處理，輸出電信號到紅外發送模塊，紅外發送模塊將電信號轉化為紅外信號，傳送到家用電器上。

2.2 主控板的設計

主控板使用Mk60N512VMD100[1-2]單片機，該單片機基于CortexM4內核，最高支持180 MHz頻率及高速浮點數運算。Mk60芯片由飛思卡爾公司制造，電壓范圍為1.71～3.6 Vo本系統為該芯片接上3.3 V電壓保證其能正常工作，Mk60芯片有144個引腳，對引腳進行定義，實現系統的基本功能。可以實現電源的供給和數據的接收與發送。紅外收發模塊的供電都由主控板接入，輸出線路接入主控板輸入引腳，將電平信號輸入主控板，經過處理輸出到輸出引腳再傳入輸出線路實現放大與轉發。

2.3 供電電路

電源采用7.2 V鋰電池供電，供電電路接收7.2 V電壓并將電壓傳入TPS7333（3.3 ）穩壓模塊[3-5]。穩壓電路將電壓降幅為3.3 V并輸出為供電電壓，給整個紅外模塊供電。電源模塊如圖2所示。

2.4 紅外接收模塊

紅外接收模塊的主要功能是，將接收到的來自中控器的紅外信號轉換為電信號。紅外遙控接收依賴于紅外二極管，較早的處理方式是給紅外二極管上加裝專用紅外處理電路，但這樣的電路一般都比較復雜。現在多采用的是一體化的紅外接收頭，它將紅外二極管、解調、放大等處理電路都封裝在一起，只提供3個引腳，5 V的電源，信號輸出和接地。目前有許多可供選擇的一體化紅外接收頭，為了能更好地接收用于控制不同家電的，采用不同紅外編碼的紅外信號，本文選用了 NB1318型一體化紅外接收頭[6]。這種紅外接收頭將光檢測器和放大電路集成封裝在一起，中心頻率為37.9 kHz。而且，NB1318型一體化紅外接收頭采用了環氧樹脂封裝結構，相當于給紅外接收頭加裝了一個特殊的紅外濾光器。這個濾光器能夠有效過濾可見光，并對電場干擾有很強的防護性，增強了信號接收的穩定性。NB1318可對接收到的紅外信號進行放大、檢波、整型，并解調得到紅外信號的編碼，輸出晶體管-晶體管邏輯（Transistor Transistor Logic，TTL）電平。

紅外接收器的信號輸出引腳，初始條件下輸出都為高電平，在接受紅外信號之后會改為輸出低電平。經過單片機傳遞到發送模塊。紅外接收電路如圖3所示。

2.5 紅外發送模塊

紅外接收器接收到的紅外信號被轉成TLL電平信號存儲在單片機的存儲模塊中，輸出時需要將電平信號還原成紅外信號。要還原紅外信號，首先要產生和紅外信號同頻的38 kHz載波信號，然后將存儲在存儲模塊中的電平信號調制到載波信號上。

產生38 kHz載波信號的傳統方法是使用外部電路，并將振蕩器接入電路，形成振蕩電路產生載波信號，但振蕩電路結構比較復雜，而且振蕩器成本也比較高。本文使用單片機軟件產生載波信號。系統檢測輸出電平，在輸出為高電平且未溢出的條件下，將電平信號調制到載波信號上，將所得的紅外脈沖信號傳入發送模塊[7]。

為了實現紅外信號的中繼，紅外發送模塊采用兩級放大電路對紅外信號進行處理。處理過后的紅外信號其有效距離可達到5?10 m，可滿足紅外中繼的要求。

兩級放大電路采用兩個三極管9013和8050進行放大，驅動紅外發射管發射出940 nm的脈沖信號。完成紅外中繼。紅外發射電路如圖4所示。

實驗證明系統是可行的，目前系統只能實現紅外信號的放大轉發，但本系統的可擴展性強，可通過設計配套的硬件設備控制更多家居，如由電機驅動的窗簾控制模塊，就可以遠程控制窗簾的開合。還可以加裝無線模塊，延長信號的傳輸距離，增強抗干擾能力和傳輸效果。

[參考文獻]

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[2]王宜懷，吳瑾.嵌入式系統原理與實踐：ARMCortex-M4Kinetis微控制器[M].北京：電子工業出版社，2012.

[3]王琦，何瑞璋.基于MK60N512芯片的循跡避障智能車系統設計[J].自動化儀器儀表，2017（3）：66-68.

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[5]郭天祥.新概念51單片機C語言教程：入門、提高、開發、拓展全攻略[M].北京：電子工業出版社，2012.

[6]林武，何明華，徐志.一類學習型紅外遙控器電路設計關鍵技術分析[J].南昌大學學報（工科版），2008（30）：280-282.

[7]李劍心.基于單片機的紅外發射器[J].機械與電子，2006（12）：52-54.