【正文】 、紅外接收、單片機部分、數(shù)碼管、繼電器和光偶合、蜂鳴器。 遙控的基本概念 所謂遙控，就是指對被控對象，按照所預(yù)定的意圖對其內(nèi)部參數(shù)、工作狀態(tài)等進行遠距離操縱。遙控技術(shù)公現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、國防等領(lǐng)域均有非常廣泛的應(yīng)用，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，它們的應(yīng)用也越來越普遍。 現(xiàn)代遙控技術(shù)也十分普遍 地應(yīng)用于各類家電中，例如電視遙控、電燈遙控、電風(fēng)扇遙控、空調(diào)遙控等。這類應(yīng)用提高了家電的功能和檔次，更重要的是給使用者帶來極大的方便。設(shè)有遙控的電視，使用者不必離開座位，只需要使用手持紅外遙控器就可以進行節(jié)目切換，以及對音量、對比度、亮度等的調(diào)節(jié)。 遙控的種類很多，若以遙控信息傳送方式來區(qū)分，可以分為：有線遙控和無線遙控兩大類，而無線遙控又包含了紅外遙控、超聲波遙控和無線電遙控三類。有線遙控和無線遙控可以達到很遠的距離，而紅外遙控和超聲波遙控只能在十幾米之內(nèi)，因此多用于家電方面。 射頻遙 控的介紹 射頻遙控是使用無線電射頻為載體來載送命令信息。所謂射頻，就是具有較強輻射能力的無線電頻率，一般在幾百 KHZ 以上，通常也稱為“高頻”。使用無線電射頻遙控傳送遙控命令與紅外遙控有所不同。紅外遙控的距離較近，而且具有方向性，不能跨越墻壁的阻擋，因此只能在小范圍內(nèi)、同一個房間內(nèi)實現(xiàn)遙控操作，多用于家電的遙控。而射頻遙控距離遠。無線電射頻可以向四周輻射，難以被墻壁阻擋，因此容易引起相互干擾。此外，射頻遙控發(fā)射裝置所發(fā)射的無線電射頻也會對其他設(shè)備諸如收音機、電視機等無線電設(shè)備造成干擾。對于業(yè)余制作，因為缺乏設(shè) 備條件，頻率高時制作調(diào)試?yán)щy，因此一般采用較低頻率，例如 27MHZ 頻段。 射頻收發(fā)芯片 NRF401 的介紹和應(yīng)用 NRF401 是 NORDIC 公司最新推出的單片無線收發(fā)一體的芯片，采用藍牙核心技術(shù)設(shè)計，在一個 20腳芯片中包含了高頻發(fā)射、高頻接收、 PLL合成、 FSK 調(diào)制、 FSK 解調(diào)、多頻道切換，是目前集成最高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。以往設(shè)計無線數(shù)傳產(chǎn)品往往需要相當(dāng)?shù)墓鹆蛛娮庸I(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 44 頁 無線電專業(yè)知識和價格高昂的專業(yè)設(shè)備 ， 傳統(tǒng)的電路方案不是電路繁瑣就是調(diào)試?yán)щy，令人望而卻步，影響了用戶的使用和新產(chǎn)品的開發(fā)， nRF401 的出現(xiàn)使 人們擺脫了無線產(chǎn)品設(shè)計的困難， nRF401 采用抗干擾能力強的 FSK 調(diào)制方式，工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元件少，便于設(shè)計生產(chǎn)，功耗極低，適合于便攜及手持產(chǎn)品的設(shè)計，由于采用了低發(fā)射功率，高接收靈敏度的設(shè)計，滿足無線管制要求，無需使用許可證，是目前低功率無線數(shù)傳的理想選擇，可廣泛用于遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識別、非接觸 RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、無線 232數(shù)據(jù)通信、無線 485/422 數(shù)據(jù)通信、無線數(shù)字語音、數(shù)字圖像傳輸?shù)取? （ 1） 芯片功能 ① 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段 433MHZ； ② FSK 調(diào)制，直接數(shù)據(jù)輸入輸出，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場所 ③ 靈敏度高； ④ 功耗小，接收待機狀態(tài)僅為 8 微安； ⑤ 最大發(fā)射功率達 +10DBM； ⑥ 低工作電壓（ ），可滿足低功耗設(shè)備的要求； ⑦ 具有多個頻道，可方便到切換工作 ，特別滿足需要多信道工作的特殊場合； ⑧ 工作速率最高可達到 20KBIT/S； ⑨ 僅外接一個晶體管和幾個阻容、電感 元件，基本無需調(diào)試； ⑩ 由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計，使用無需申請許可證，開闊地的使用距離最遠可以達到 1000 米。 （ 2） 芯片內(nèi)部框圖 圖 11 射頻收發(fā)芯片 NRF401 的內(nèi)部框圖 （ 3） 芯片典型應(yīng)用 桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 44 頁 nRF401 在設(shè)計上充分考慮了用戶編程和使用的方便，例如 nRF401 可以直接接單片機串口發(fā)送接收數(shù)據(jù)，而無需對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼，其他的單片 RF 收發(fā)芯片一般都需要對數(shù)據(jù)進行進行曼徹斯特編碼后才能發(fā)送，采用曼徹斯特編碼不僅增加了編程的復(fù)雜性，而且傳輸效率低，實際速率僅為標(biāo)稱的一半，不能滿足實時傳輸?shù)男枰?NRF401是目前外接元件最少的單片 RF 收發(fā)芯片之一，在為用戶考慮方面做得很好，例如采用易于獲得的 4MHz 晶振，大大降低了 /成本并增加了使用的靈活性；把成本較高且不易調(diào)試的變?nèi)荻O管集成在芯片內(nèi)部 。 圖 12 射頻收發(fā)芯片 NRF401 的典型應(yīng)用 以上是 nRF401 的典型應(yīng)用原理圖，可直接用于 232 串口異步傳輸。圖中可以看到，外圍元件很少，包括一個基準(zhǔn)晶體及幾個無源器件，沒有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便。圖 12中 L1電感需要用高 Q 高精度的貼片繞線高頻電感（ Q45），晶體 X1 需要用高穩(wěn)定晶體，電容元件應(yīng)選用高穩(wěn)定貼片元件如 NPO 高穩(wěn)定電容，以確保性能。 nRF401非常適合用于無線數(shù)據(jù)傳輸；另外 nRF401 也可以用來傳輸數(shù)字語音以及數(shù)字圖像，此時需與 A/D、 D/A 配合。 圖 12所示的應(yīng)用中即是采用高增益天線來達到遠距離無線通信的設(shè)計。單片機采用 AVR的 Flash 單片機 AVR2313，這是一個高速、低功耗的單片機，在許多設(shè)計上得到采用。高頻電路采用單端天線接口，并配以高增益天線。采用 電池供電，由于系統(tǒng)供電為 3V，因此由一個 DC/DC 變換器完成電源的轉(zhuǎn)換，為了避免 DC/DC 轉(zhuǎn)換電源的噪聲對通信造成影響，采用 LC 濾波，并用特性較好的鉭電容。 由于無線通信環(huán)境 的不確定性，預(yù)測各種環(huán)境下的傳輸效果是不可能的，取決于以下因素的影響 :路徑損耗 ,建筑物影響 ,人體影響 , 外界干擾，多徑現(xiàn)象，周圍環(huán)境的吸收等。我們只能在一個給定的條件下進行測試和評估。在我們的測試中，兩端均離地面 高時，開闊地通信距離可達 1600m。 （ 4） 芯片電氣性能 桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 44 頁 表 11 射頻收發(fā)芯片 NRF401 的 電氣性能 參數(shù) 指標(biāo) 備注 頻率 信道 1/信道 2 調(diào)制方式 FSK 最大輸出功率 10dBm @400Ω 3V 接收靈敏度 105dBm @400Ω BR=20kbit/s 工作電壓 ～ 接收電流 10mA 發(fā)射電流 8mA～ 30mA 待機電流 8uA 超聲波遙控的介紹 超聲波遙控是近距離遙控中的一種實用方法。人耳能夠聽到的聲音頻率大約是 20 Hz— 30 KHz（ 20KHz）。低于 20 Hz 和高于 20 KHz 的超聲波是一種機械振動波，可以在氣體、液體和固體中傳播，在空氣中的傳播速度為 340m/s，與光波、電磁波相比是非常緩慢的。超聲波具有方向性，即傳播的能量比較集中，這一點與可見的聲波不同。另 外超聲波在傳播途徑中若遇到不同的媒介，大部分能量會被反射。超聲波遙控的原理與紅外遙控大體相似，僅是遙控的命令的載體不同以及由此而引起的某些部分的電路不同。在超聲波遙控中，以超聲波為載體，發(fā)射和接收器件是超聲波發(fā)生器和超聲波接收器。 紅外遙控系統(tǒng)的介紹 紅外遙控是以紅外線作為載體來傳送遙控命令的。紅外線的波長介于紅光和微波之間， — 3μ m 為近紅外區(qū)， 3— 30μ m為中紅外區(qū)， 30— 1000μ m 為遠紅外區(qū)。紅外線在通過云霧塵埃等充滿懸浮粒子的物質(zhì)時不易發(fā)生散射，有較強的穿透力，還具有不易受干擾， 易于產(chǎn)生等優(yōu)點，因此被廣泛用語遙控裝置。相比較前面兩種遙控裝置來看，紅外遙控具有以下優(yōu)點： 它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺所支持： (1) 通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)； (2) 主要是用來取代點對點的線纜連接； (3) 新的通訊標(biāo)準(zhǔn)兼容早期的通訊標(biāo)準(zhǔn)； (4) 小角度，短距離，點對點直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強； (5) 傳輸速率較高，目前 4M 速率的 FIR技術(shù)已被廣泛使用， 16M速率的 VFIR 技術(shù)已經(jīng)發(fā)布； (6) 不影響周邊環(huán)境、不干擾其 它電器設(shè)備。由于其無法穿透墻壁， 所以 不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 44 頁 無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進行多路遙控。 紅外遙控的組成 通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編 /解碼專用集成電路芯片來進行控制操作 。 遙控器的編碼 下圖是 WRT 遙控器編碼圖， WRT 遙控器符合 1913紅外線編碼格式。引導(dǎo)碼寬度高電平為 9ms，低電平為 ；客戶碼為 2 字節(jié)，后字節(jié)寬度為前字節(jié)取反重復(fù)；數(shù)據(jù)碼為 2字節(jié)，后字節(jié) 寬度為前字節(jié)取反重復(fù)。 表 12 WRT 遙控器編碼表 1 0000 0000 2 1000 0000 3 0100 0000 4 0010 0000 5 1010 0000 6 0110 0000 7 0001 0000 8 1001 0000 9 0101 0000 * 0011 0000 0 1011 0000 0111 0000 exit 0000 1000 add 1000 1000 call 0100 1000 利用單片機進行紅外線編、解碼遙控 這里只介紹彩電 、 VCD 遙控器常用的編碼方式，而空調(diào)的遙控器由于帶有溫度值和時間參數(shù)，碼元非常長，這里不作介紹。通過利用紅外線讀碼儀檢測了大量的彩電、 VCD遙控器的編碼，發(fā)現(xiàn)大概有以下兩種編碼格式（ FORMAT）。第一種格式為 191 9011621 格式；第二種格式為 3010 格式。其中尤以第一種格式用得最多。要識別一個遙控器的格式很簡單，只要把遙控器拆開，看它所用的集成塊型號就知道，比如 uPD162SAA3010，其格式就是 162 3010 格式。下面分別介紹這兩種編碼格式。 第一種格式以 1621 為例，當(dāng)按下遙控器 的某個按鍵時，遙控器將發(fā)射出一幀數(shù)據(jù)，幀數(shù)據(jù)的編碼格式由但部分組成；引導(dǎo)碼（ Lead code）、客戶碼 (Custom code)、數(shù)據(jù)碼 (Data code),見下圖 10。對于一個遙控器來說，每個按鍵所發(fā)射的幀數(shù)據(jù)的客戶碼總是一樣的，有區(qū)別的是數(shù)據(jù)碼。其中 9012 和 901 1621格式的唯一區(qū)別就是引導(dǎo)碼的高電平寬度不一樣， 9012 格式為 ms ， 9013 和 1621 的格式為 9 ms 。幀結(jié)構(gòu)中的客戶碼 和數(shù)據(jù)碼各有兩個字節(jié)，第一個字節(jié)和第二個字節(jié)互為按位取反，其中客戶碼的高 4位和低 4 位又互為按位取反，如幀結(jié)構(gòu) FF0AA55?！?0’碼和‘ 1’碼的結(jié)構(gòu)見下圖11，‘ 0’碼由 ms 高電平和 ms 低電平組合而成，‘ 1’碼由 ms 高電平和 ms 低電平組合而成。碼元的高電平信號采用 38 KHZ 矩形波（載波）調(diào)制發(fā)射，載波占空比（ Duty ）為 1/3，低電平無信號發(fā)射。 桂林電子工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 11 頁 共 44 頁 圖 13 1621格式幀可格式 圖 14 1621碼元格式 第二種格式 3010 與第一種格式截然不同，它是以信號脈沖的上升沿和下降沿來分別表示‘ 1’碼和‘ 0’碼的。其幀格式見下圖 12，每一幀由起始位（ START BIT）、擴展位（ ENLARGED BIT）、翻轉(zhuǎn)位（ TOGGLE BIT）、系統(tǒng)位（ SYSTEM BIT）和數(shù)據(jù)位（ DATA BIT）組成。其位碼結(jié)構(gòu)見圖。碼元高電平也是采用 38 KHZ 載波調(diào)制發(fā)射 。 前面我們了解了遙控器的編碼格式，那么我們用單片機來進行編、解碼就是一個怎樣來寫程序的問題，而硬件電路很簡單。我們以 1621 格式為例看看怎樣用單片機來 模擬它以及程序調(diào)試的一些技巧。單片機使用 AT89C2051，晶振為 12 MHZ，電路如圖 16所示： 圖 16：紅外線發(fā)射、接收電路 1． 125ms ‘ 0’碼 2． 25ms ‘ 1’碼 S4 S3 S2 S1 S0 D5 D4 D3 D2 D1 D0 系統(tǒng)位 數(shù)據(jù)位 起