【正文】 ；由手動(dòng)控制向紅外線遙控、向智能化發(fā)展。 紅外線遙控是目前應(yīng)用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控器具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)。因此，彩電、錄像機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)、玩具、門鈴以及遙控汽車路牌等其它小型裝置上也紛紛采用紅外線遙控。 與此同時(shí)，窗簾作為裝修業(yè)不可缺少的一部分，也日益火爆起來，目前，常用的窗簾軌道都是鋼絲繩手拉式或滑輪式，只有一部分高收入的家庭采用是電動(dòng)遙控軌道。但價(jià)格相當(dāng)昂貴，不能普及。所以，現(xiàn)在的重點(diǎn)是如何研制 出功能全、造價(jià)省的家用自動(dòng)控制裝置 [13]。 同時(shí)，單片機(jī)也有它突出的優(yōu)點(diǎn)。 從 1974 年開始，單片機(jī)就以它的體積小、質(zhì)量輕、耗電省、可靠性高、價(jià)格低等特點(diǎn)，開始不斷發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家電電器、醫(yī)用設(shè)備、航天航空、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。單片機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段。 可預(yù)見單片機(jī)的發(fā)展趨勢將是向大容量、高性能話、外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展，也就是對 CPU、存儲(chǔ)器、片內(nèi) I/O 的改進(jìn)，低功耗，特別是系統(tǒng)的單片機(jī)是目前單片機(jī)發(fā)展的重要趨勢。而從目前國內(nèi)對單片機(jī)的需求來看：在未來幾年里， 8位、 16 位單片機(jī)將是單片機(jī)的發(fā)展主流，它的新發(fā)展表現(xiàn)在：（ 1） CPU 功能的增加 （ 2）內(nèi)部資源的增多 （ 3）引腳的多功能化 （ 4）低電壓、低功耗。 正因?yàn)閱纹瑱C(jī)有著如此多的優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)在工業(yè)控制中和家用電器等上的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭，故又稱為微控制器（ Microcontroller） （ 1） 因?yàn)樗哂小靶　⑤p、廉、省”的特點(diǎn)，尤其耗電少，又可使供電電源的體積小、重量輕，所以特別適用于“電腦型產(chǎn)品”，在家電、玩具、游戲機(jī)、聲像設(shè)備、電子秤、收銀機(jī)、辦公設(shè)備、廚房設(shè)備等許多產(chǎn)品上得到應(yīng)用。 3 （ 2） 適用于儀器儀表，不僅 能完成測量，還具有處理、監(jiān)控等功能，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化。 （ 3） 廣泛應(yīng)用于打印機(jī)、繪圖儀等許多計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備，特別是用于智能終端，可大大減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)。 （ 4） 用于各種工業(yè)控制，如溫度控制、液面控制、生產(chǎn)線順序控制等 [2]。 上述的歸納還不夠完整，但已知單片機(jī)的應(yīng)用已滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，而且可以預(yù)見，隨著單片機(jī)性能的進(jìn)一步提高，它的應(yīng)用將更趨廣泛。它對我國許多產(chǎn)品的升級(jí)換代、工廠企業(yè)的設(shè)備更新都將起著十分巨大的作用。所以利用單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)較多的功能的前提下降低設(shè)計(jì)、生產(chǎn)成本。 設(shè)計(jì)思路 主要任務(wù) 課題名稱是“紅外通訊遙控電路”，課題設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)的發(fā)射和接收。保證發(fā)射出的信號(hào)要有足夠的強(qiáng)度，在傳播過程中要能有防止其他無線電信號(hào)的干擾能力。同時(shí)接收機(jī)要能夠在足夠遠(yuǎn)的距離上接收到準(zhǔn)確的控制信號(hào)，起到控制電路工作的作用。 工作原理 和用電磁波用作無線電遙控的信號(hào)傳播媒介一樣，在紅外遙控電路中用紅外線作為紅外線遙控的信號(hào)傳播媒介。借助于紅外線具有直線傳播的特性，利用專用的紅外傳感器具有靈敏度高，響應(yīng)快和光譜范圍窄的性能，制成靈敏度高，抗干擾性能良好的 紅外遙控裝置。利用單片機(jī)控制的紅外遙控電路，它是利用單片機(jī)的異步通訊口，用紅外發(fā)射口和紅外接收來實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收點(diǎn)信號(hào)功能。 設(shè)計(jì)方案 單通道遙控開關(guān)電路的紅外線發(fā)射控制電路是利用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的高頻脈沖方波驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管，使其發(fā)射出一系列等幅的紅外方波脈沖。方波的占空比用 1： 1 或 1 比幾。其目的是在一定的電源電壓下，達(dá)到盡可能高的脈沖峰值，提高發(fā)射機(jī)的效率，以增大控制距離，而且節(jié)省電源。例如：一個(gè)峰值電流為 3A 的脈沖，占空比為 1： 3，它的平均消耗電流只有 1A。這對于使用干電池作電源的發(fā)射機(jī)是很 有實(shí)用價(jià)值的。 在接收機(jī)方面，由光電二極管或光電三極管將接收到的紅外脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成微弱的脈沖電信號(hào)，由電壓放大級(jí)將這個(gè)微弱的信號(hào)加以放大，使其能夠可靠地出發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路的翻轉(zhuǎn)，有的電路還加以限幅放大，以削去干擾尖脈沖。最后將雙穩(wěn)態(tài)電路輸出的控制信號(hào) 4 進(jìn)行功率放大并驅(qū)動(dòng)繼電器，達(dá)到控制開關(guān)的目的。其結(jié)構(gòu)如圖 圖 紅外遙控的基本原理 由于一般的遙控電路，其控制距離都不超過 10 米。這不僅是由于發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率一般都小的原因，而更重要的是因?yàn)榧t外 線具有可見光的散射特性，在經(jīng)過一段距離后它的發(fā)射面積增大，使控制信號(hào)的能量分散，單位面積上的能量強(qiáng)度減弱，因而失去控制功能。如果在增大發(fā)射機(jī)發(fā)射功率的同時(shí)，又將發(fā)射光或接收光聚焦，則控制距離可大大增加。本次設(shè)計(jì)的要求是控制距離為 4050 米，所以，一般的遙控電路不能滿足要求。所以就要求我們能設(shè)計(jì)出能適用于中遠(yuǎn)距離遙控的電路。 脈沖發(fā)射器 脈沖功放 紅外發(fā)射 紅外接收 電壓放大 限幅放大 雙穩(wěn)觸發(fā) 繼電器 濾波或整形 5 3 紅外遙控電路原理及編碼解碼 基本電路原理 通常紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩部分組成，應(yīng)用編 /解碼電路專用集 成電路芯片來進(jìn)行控制操作，如圖 所示，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、紅外發(fā)送器。接收部分包括光電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。紅外發(fā)送每次編碼的發(fā)送是一個(gè)鍵值，即一個(gè)十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)。為了達(dá)到一次能發(fā)送一組數(shù)據(jù)（如車次號(hào)，通常為三位十進(jìn)制數(shù)），我們可以采用 89C2051 的軟件編碼 /解碼的方法，先一次性輸入一組車號(hào)，按下發(fā)送鍵后，全部發(fā)送出；同時(shí)在接收時(shí)，用連續(xù)接收方法，一次性解碼所有數(shù)據(jù) [6]。 圖 控制系框圖 遙控發(fā)射器及其編碼 現(xiàn)在專用的發(fā)射與接收器件越來越多，在這就不做過 多的介紹。下面介紹一款用AT89C2051 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn) 的遙控裝置。 工作原理：圖 ， K0 至 K7為遙控按鈕，單片機(jī) 端口控制紅外線的發(fā)射。 T1 作為發(fā)射時(shí)間控制器， T0 作為紅外線發(fā)射頻率控制器。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，控制軟件啟動(dòng)定時(shí)器 T0、 T1， T0 定時(shí)溢出，中斷程序使 端口狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次，寫入定時(shí)器的初值不同，在輸出端口就可得到不同的發(fā)射頻率。 T1定時(shí)溢出，中斷程序關(guān)閉 T0 定時(shí)器，停止紅外線發(fā)射。程序見清單。軟件設(shè)計(jì)參數(shù)為： T1定時(shí)時(shí)間為 100ms， K0 至 K7 按鈕所對應(yīng)的紅外線 發(fā)射頻率分別為 300、 600、 900、 1200、 1500、 1800、 2100、 2400 Hz[21]。 6 圖 紅外線發(fā)射電路原理圖 程序清單見附錄 1。 下面介紹另外一種編碼方法： 遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分成脈沖寬度調(diào)制和脈沖相位調(diào)制兩大類。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征： 采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為 、間隔 、周期為 的組合表示二進(jìn)制的 “0” ；以脈寬為 、間隔 、周期 為 的組合表示二進(jìn)制的“1” ，其波形如 圖 所示。 圖 波形圖 上述 “0” 和 “1” 組成的 32 位二進(jìn)制碼經(jīng) 38kHz 的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達(dá)到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射，如圖 圖 所示。 圖 圖 發(fā)射波形圖 UPD6121G 產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的 32 位二進(jìn)制碼組，其中前 16 位為用戶識(shí)別碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識(shí)別碼固定為十六進(jìn)制 01H；后 16 位為 8位操作碼（功能碼）及其反碼。 UPD6121G 最多額 128 種不同組合的編碼。 7 遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種 32 位二進(jìn)制碼，周期約為 100ms。一組碼本身的持續(xù)時(shí)間隨它包含的二進(jìn)制 “0” 和 “1” 的個(gè)數(shù)不同而不同，大約在 45～ 63ms 之間， 圖。 當(dāng)一個(gè)鍵按下超過 36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組 108ms 的編碼脈沖 ,這 108ms 發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼（ 9ms） ,一個(gè)結(jié)果碼（ ） ,低 8位地址碼（ 9ms~18ms） ,高 8 位地址碼（ 9ms~18ms） ,8 位數(shù)據(jù)碼（ 9ms~18ms）和這 8 位數(shù)據(jù)的反碼（ 9ms~18ms）組成。如果鍵按下超過 108ms 仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)代碼）將僅由起始碼（ 9ms）和結(jié)束碼（ ）組成。 代碼格式（以接收代碼為準(zhǔn)，接收代碼與發(fā)射代碼反向） ① 位定義 ② 單發(fā)代碼格式 ③ 連發(fā) 代碼格式 注：代碼寬度算法： 16位地址碼的最短寬度： 16=18ms 16 位地址碼的最長寬度： 16=36ms 易知 8位數(shù)據(jù)代碼及其 8位反代碼的寬度和不變：（ +） 8=27ms ∴ 32 位代碼的寬度為（ 18ms+27ms） ~(36ms+27ms) 1． 解碼的關(guān)鍵是如何識(shí)別 “0” 和 “1” ，從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn) “0” 、 “1” 均以 的低電平開始，不同的是高電平的寬度不同， “0” 為 ,“1” 為 ,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別 “0” 和 “1” 。如果從 低電平過后，開始延時(shí)， 以后，若讀到的電平為低，說明該位為 “0” ，反之則為 “1” ，為了可靠起見，延時(shí)必須比 長些，但又不能超過 ,否則如果該位為 “0” ，讀到的已是下一位的高電平，因此取（ +） /2= 最為可靠，一般取 8 左右均可。 2． 2． 根據(jù)碼的格式，應(yīng)該等待 9ms 的起始碼和 的結(jié)果碼完成后才能讀碼 [6]。 紅外接收電路 先介紹一款接收電路。 電路原理： 本電路見圖 ，主要由紅外接收頭和ＩＣ４０６９組成的紅外控制開關(guān)電路。紅外接收頭靜態(tài)時(shí)輸出高電平。當(dāng)收到遙控發(fā)射器送來的紅外脈沖信號(hào)時(shí)，接收頭的第腳輸出低電平（脈沖信號(hào)）。經(jīng)ＩＣａ整形、放大、倒相而得到負(fù)脈沖信號(hào)，再由Ｄ５、Ｃ４、Ｒ３檢波，延時(shí)送至ＩＣｂ（達(dá)到反相器的閾值電壓），致使ＩＣ ｂ輸出低電平，然后Ｃ４端電壓經(jīng)Ｒ３放電，使ＩＣｂ輸入端低于反相器的閾值電壓，ＩＣｂ輸出端恢復(fù)高電平。這樣，每按動(dòng)一次紅外發(fā)射器，在ＩＣ６輸出端就得到一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，去觸發(fā)由ＩＣｃ和ＩＣｄ組成的雙穩(wěn)態(tài)電路，促使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，輸出Ｈ或Ｌ電平，通過Ｒ８控制單向可控硅的導(dǎo)通或截止 圖 紅外接收電路 遙控編碼脈沖的串并轉(zhuǎn)換 紅外遙控接收頭解調(diào)出的編碼是串行二進(jìn)制碼，包含著遙控器按鍵信息。但它還不便于 CPU 讀取識(shí)別，因此需要先對這些串行二進(jìn)制碼進(jìn)行解碼。 基于 EPROM 的遙控解碼原理 經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換，我們得到了 8位并行遙控碼。為了讓 CPU 讀取這個(gè)并 行遙控碼，通常的方法是在轉(zhuǎn)換完成后產(chǎn)生一個(gè)中斷，通知 CPU 來讀取遙控信息。但這樣做要占用 CPU 一個(gè)外部中斷資源并需編寫額外的中斷服務(wù)程序，顯得比較煩瑣。尤其是當(dāng)儀器系統(tǒng)的軟件不是由自己開發(fā)而又要加裝遙控時(shí)更是無能為力。因此，我們想尋求一種不占用儀器 CPU的軟、硬件資源而實(shí)現(xiàn)遙控的方法，使鍵盤輸入和遙控輸入統(tǒng)一起來，占用同一個(gè)端口、同一個(gè)中斷、同一個(gè)中斷服務(wù)程序。簡言之，要做到對 CPU 是透明的，似乎只有一個(gè)鍵盤輸入單元在工作，只須訪問它來進(jìn)行鍵盤 掃描、鍵碼讀出操作。但實(shí)際上卻有遙控器與鍵盤兩套鍵輸入硬件在同時(shí)而獨(dú)立地工作。 9 考察一下智能儀器的鍵盤掃描輸入原理。在這種方式下， CPU 通過輸出指令使鍵盤矩陣的行掃描線依次為 “0” （低電平），同時(shí)監(jiān)測鍵盤矩陣的列掃描線。若無鍵按下，則列掃描線輸出全 “1” （高電平）；若有鍵按下，則此鍵所在列線輸出為 “0” ，再結(jié)合行掃描線此時(shí)的狀態(tài)，就可具體定位按鍵。 我們設(shè)想，可否將遙控接收頭輸出的含有按鍵信息的 8 位遙控碼通過某種轉(zhuǎn)換，并入鍵盤矩陣電路，當(dāng)遙控器有鍵按下時(shí)，就會(huì)在機(jī)上鍵盤對應(yīng)鍵處產(chǎn)生一個(gè) “ 模擬 ” 按鍵動(dòng)作，產(chǎn) 生一個(gè)鍵碼可供 CPU 讀取。所謂 “ 模擬 ” 是指并沒有機(jī)械按鍵動(dòng)作，但對于鍵盤矩陣電路而言卻產(chǎn)生一個(gè)低電平，效果和機(jī)械按鍵動(dòng)作完全一樣。這樣就將遙控鍵盤和本機(jī)鍵盤統(tǒng)一起來，二者的鍵數(shù)和鍵功能定義都一樣，一個(gè)相同的鍵在遙控器上按下和在本機(jī)鍵盤上按下對 CPU 而言沒有任何區(qū)別，只不過對鍵盤矩陣來說前者是軟接觸，后者是硬接觸。 根據(jù)遙控器上按鍵與本機(jī)鍵盤按鍵的一一對應(yīng)方案，我們可以導(dǎo)出實(shí)現(xiàn) “ 模擬 ” 按鍵的邏輯真值表（其中 C0~C4 為列掃描線）。 這是一個(gè) 12變量輸入 S 變量輸出的組合邏輯函數(shù)，最小項(xiàng)總數(shù)為 1620 ＝ 320 個(gè)。若用普通邏輯門電路來實(shí)現(xiàn)這樣的功能將是十分麻煩的，用 PLD（可編程邏輯器件）來做就要簡單得多。 EPROM 就是一種與陣列固定、或陣列可編程的邏輯器件。如果把 EPROM 的輸入地址 A0， A1， ??AN 視為輸入邏輯變量，同時(shí)把輸出數(shù)據(jù) D0， D1， ??DM 視為一組多輸出邏輯變量，那么輸出與輸入之間也就是一組多輸出的組合邏輯函數(shù)。而且， EPROM 地址譯碼器的輸出包含了全部輸入變量的最小項(xiàng)，每一位數(shù)據(jù)輸出又都是這些最小項(xiàng)之和，因而任何形式的組合邏輯函數(shù)均能通過向 EPROM 中寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。不難推想，具有Ｎ位輸入 地址和 M 位數(shù)據(jù)輸出的 EPROM 可以獲得一組（最多為 M 個(gè)）任何形式的 N 變量組合邏輯函數(shù)。 根據(jù)這個(gè)原理