【文章內(nèi)容簡介】 號代表不同的指令或按鍵。遙控信號的頻率范圍在幾百赫茲到幾千赫茲之間。這樣識別編碼方式可以使發(fā)送出去的遙控信號抗干擾能力強(qiáng)，但由于不同的指令或按鍵要占不 同的頻帶，所以在遙控指令集比較復(fù)雜的場合它需要較多的遙控通道，也就使要占更多的頻率資源。而這種方法只適合指令集簡單的場合。當(dāng)指令集復(fù)雜時，一般采用碼分制。碼分制紅外遙感是以不同的脈沖或者脈沖組合來代表不同的指令按鍵。與頻分制相比碼分制電路簡單，使用靈活，在實(shí)際應(yīng)用中多彩用這樣的方式。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 編碼方式主要有頻率調(diào)制、脈寬調(diào)制和脈位調(diào)制，實(shí)際上各種紅外系統(tǒng)的主要區(qū)別在于編碼方式的不同。 為了要達(dá)到遠(yuǎn)距離遙控，除了增加發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率外，還采取了增加發(fā)射扇區(qū)的措施，并對接收機(jī)接收到的紅外控制信號進(jìn)行了一定的聚焦處理，使達(dá)到 接收機(jī)較分散的紅外光束能聚焦于一個較小的面積，以提高接收功率，增強(qiáng)接收效果。 為 了解 決 全自 動 生 產(chǎn)線 的控制 問題，選用 集 成專用編碼 器件 PT2248 成功地研制出了多信道 紅 外 遙 控系 統(tǒng) 。 該 生 產(chǎn)線 有各種大 電 機(jī) 設(shè)備 ， 環(huán)境電 磁 輻 射 強(qiáng) ，又 處 于南方高 溫 、高 濕地區(qū) ， 對遙 控系 統(tǒng) 整體性能要求很高。在 綜 合分析的基 礎(chǔ) 上， 我們采 用 紅 外 線編碼 方式 設(shè)計(jì) ，使系 統(tǒng) 具 備 了良好的抗 電 磁干擾的能力。通 過對 系 統(tǒng)電 路、 組裝進(jìn) 行的精心 設(shè)計(jì)處 理， 獲 得了 穩(wěn) 定、可靠的使用效果，目前已 經(jīng) 在全自 動 生 產(chǎn)線無 故障 運(yùn) 行。多信道 遙 控系 統(tǒng)由發(fā)射 控制器和接收控制器 組 成，可以 實(shí)現(xiàn) 一 個 控制 發(fā)射 機(jī) 編碼 控制多 個 控 制點(diǎn) 的目的，非常適合自動 控制的各種 場 合，也可以 應(yīng) 用于防 盜報 警等，具有 廣泛 的推 廣 使用價值。 紅外遙控作為一種單向紅外通訊技術(shù) , 因其具有性能穩(wěn)定、使用方便以及成本低廉等特點(diǎn) ,已經(jīng)在消費(fèi)類電器中得到普遍的應(yīng)用 . 隨著對電器產(chǎn)品的智能化和使用便利性要求的進(jìn)一步提高 , 紅外遙控的應(yīng)用已開始從其傳統(tǒng)的家用電器領(lǐng)域向智慧設(shè)備等新領(lǐng)域擴(kuò)展。 由于集成電路制造工藝和設(shè)計(jì)水平的不斷提高 ,將此類傳統(tǒng)的分立電路功能集成到嵌入式的系統(tǒng)中已成為可能。 本文根據(jù)嵌入系統(tǒng)的要求進(jìn)行了紅外遙控器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 設(shè)計(jì)中脈沖信號調(diào)制采用了 PPM 方式 ,紅外遙控器的控制系統(tǒng)采用了超高速集成電路硬件描述語言(VeryHigh speed integrated ci rcuit hardware DescriptionLanguage, VHDL ) , 并通過現(xiàn)場編程門陣列器件 ( Field Pvogrammable Gate Ar rays , FPGA) 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能。 設(shè)計(jì)方案 方案一 : 該系統(tǒng)選取 PT2248 作為構(gòu)成發(fā)送器的芯片 [7]。 大可用作 18 路紅外遙控系統(tǒng)的編碼 ,只需外接 3 6 的矩陣式按 鍵、紅外發(fā)光二極管及其驅(qū)動電路等少量元器件便可完成編碼發(fā)送的功能。有 2 個電容均為 120 pF ,晶振頻率為 455 kHz。另外 , PT2248 內(nèi)部己集成了 38 kHz 的紅外載波振蕩及相應(yīng)的數(shù)字脈碼調(diào)制電路 ,他的編碼方式采用脈位調(diào)制 ( PPM) ,將遙控指令編碼成脈沖序列 ,然后再調(diào)制以高頻信號 ,最后以紅外光的形式發(fā)送出去。其遙控指令的‘ 1’是以占空比為 3/4 的正脈沖表示 ,‘ 0’則用占空比為 1/4 的正脈沖表示 ,其中一個為位碼周期的 1/4 ,一個 a 占有的時間長度為 PT2248 內(nèi)部紅外載波振蕩周期的 16 倍 ,即 a = 16/(38 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 kHz) 。由于 PT2248 采用了 38 kHz 載波振蕩及脈碼調(diào)制電路 ,因而接收端采用頻率與之對應(yīng)的 MIMR1AA 紅外一體化接收解調(diào)器。 MIM R1AA 對接收到的信號除了進(jìn)行了放大、限幅、檢波 ,直至得到遙控指令的脈沖信號外 ,還對解調(diào)出的信號進(jìn)行了整形和反向輸出 [10]。 方案二 ： 選用 集成專用編譯碼器件 ED5026，此器件 成功地研制出了多通道紅外遙控系統(tǒng)。 專用芯片設(shè)計(jì)制作紅外發(fā)射和接收，并實(shí)現(xiàn)編譯碼功能， 該電路為 CMOS 大規(guī)模數(shù)字集成多路編譯碼器 。 其中 ED5026 為 編碼器 。 該生產(chǎn)線有各種大電機(jī)設(shè)備，環(huán)境電磁輻射強(qiáng)，又處于南方高溫、高濕地區(qū)，對遙控系統(tǒng)整體性能要求很高。在綜合分析的基礎(chǔ)上，我們采用紅外線編碼方式設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具備了良好的抗電磁干擾的能力。通過對系統(tǒng)電路、組裝進(jìn)行的精心設(shè)計(jì)處理，獲得了穩(wěn)定、可靠的使用效果，目前已經(jīng)在全自動生產(chǎn)線無故障運(yùn)行 。 編碼器 ED5026 可作三態(tài)編碼，也可以作四態(tài)編碼。譯碼器 部分 有相應(yīng)的 12 位編碼線。發(fā)射控制器由電源部分、 PLC編碼控制器、光電隔離電路、集成編碼器、振蕩電路及紅外發(fā)射管組成。 基于對以上兩種方案的分析 ，本課題決定選用方案一 。因?yàn)榉桨付粌H設(shè)計(jì)起來便捷，在技術(shù)方面也遠(yuǎn)超乎于方案一。 紅外發(fā)送系統(tǒng)的基本組成 整體結(jié)構(gòu) PT2248 作為構(gòu)成發(fā)送器的芯片。整個系統(tǒng)框圖及外圍電路中，兩個電容均為 120pF，晶振頻率為 455kHz。 PT2248 最大可用作 18 路紅外遙控系統(tǒng)的編碼，其內(nèi)部已集成了 38kHz 的紅外載波振蕩及相應(yīng)的數(shù)字脈碼調(diào)制電路。故在設(shè)計(jì)時，只需外接 3 6 的矩陣式按鍵、紅外發(fā)光二極管及其驅(qū)動電路等少量元器件便可完成編碼發(fā)送功能。由于 PT2248 采用了 38kHz載波振蕩及脈碼調(diào)制電路，因而接收端采用頻率與之相應(yīng) 的 MIMRIAA 紅外一體化接受解調(diào)器。而解調(diào)出來的基帶信號解碼則由 CPLD 來實(shí)現(xiàn)。 PT2248 的編碼方式采用脈位調(diào)制（ PPM）方式來將遙控指令編碼成脈沖序列，然后再調(diào)制以高頻信號，最后一紅外光的形式發(fā)送出去。其遙控 指令‘ 1’以占空比為 3/4 的正脈沖表示，‘ 0’則用占空比為 1/4 的正脈沖表示。其中 a 為位碼周期的 1/4，一個 a 占空的時間長度為 PT2248 內(nèi)部紅外載波振蕩周期的 16 倍，即 a=16/（ 38kHz）。另外， MIMRIAA 對接收到的信號除了進(jìn)行放大、限幅、檢波， 甚至 知道了遙控指令的脈沖信號外，還會 對解調(diào)出的信號進(jìn)行整形和反向輸出。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 一般，遙控器的每個按鍵編碼都是由 12 位遵照以上編碼規(guī)則所代表的“ 0” 、 “ 1” 組成，時間長度為 12 4a=48a。這樣，當(dāng)按下遙控器的 7 到 18 號單擊按鍵時，系統(tǒng)將以 12 位為一組發(fā)送兩次編碼，其中 60a 為自按下按鍵到發(fā)送編碼的等待時間， 80a 是重復(fù)發(fā)送 12位 48a編碼的間隔時間，接收解調(diào)器在此時的輸出和沒有收到紅外編碼一樣（為高電平）。而 7 到18 號單擊按鍵無論發(fā)送端按鍵時間持續(xù)多長，都只發(fā)送一次這樣形式的兩組相同的 12 位編碼。當(dāng)按下 1 到 6 號連續(xù)按鍵時，編碼格式連續(xù)發(fā)送。 紅外發(fā)射方式 紅外遙控信號的發(fā)射由編程控制器、指令編碼、信號的調(diào)制及紅外發(fā)射四部分組成。每一部分既可由具有相應(yīng)功能的芯片分步完成 , 也可以由專用芯片或 MCU 一次完成 [2]。 使用發(fā)光二極管獲得紅外光是相當(dāng)簡便的。紅外發(fā)光二極管是一種 NP 結(jié)構(gòu)成的注入電流型發(fā)光器件，加上合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定波長的近紅外光。根據(jù)電流驅(qū)動方式可分為 : (1) 平均發(fā)射方式 :通過啟動直流供電電源直接驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)出恒定的外光。紅外發(fā)光二極管的功率一般比較小，而平均發(fā)射方式的功耗較大，且抗干擾能力較差。 (2) 脈沖發(fā)射方式 :采用脈沖電流驅(qū)動方式，發(fā)出一定占空比的脈沖信號。 射脈沖編碼信號可降低功耗，提高發(fā)射效率。 紅外接收 電路的設(shè)計(jì) 接收解碼部分用 CPLD 通過 VHDL 實(shí)現(xiàn)，使用的 CPLD 為 ALTERA 公司的 MAX7128SLC8415芯片。本紅外遙控解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，具體模塊的劃分 為： ? 解碼控制、串行轉(zhuǎn)并行移位寄存器 ? 數(shù)據(jù)同步控制計(jì)數(shù)器 ? 譯碼器、誤碼辨別器 ? 輸出鎖存器 ? 蜂鳴驅(qū)動器 ? 按鍵消抖電路 ? 按鍵譯碼器 模塊有三個輸入端，分別為 CLK 系統(tǒng)時鐘， DATAIN 數(shù)據(jù)輸入端 ,異步清零端 ，分別接有源晶振、紅外接收解調(diào)器輸出和來自數(shù)據(jù)同步控制計(jì)數(shù)器的清零信號，三個輸出分別為長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 DATAOUT 12 位并行解碼輸出、 CON 數(shù)據(jù)接收指示端、 READ 輸出鎖存器 DFF_PR 的觸發(fā)信號。該模塊把來自紅外接收解調(diào)器的信號解碼成“ 0”和“ 1”，通過移位寄存器把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成并行數(shù)據(jù)輸出，在接收數(shù)據(jù)其間 CON 間歇性地輸出高電平（此信號用處下文詳述），并在接收完十二位串行信號時 READ 輸出高電平，使 DFF_PR 在該信號的上升沿處更新觸發(fā)器的數(shù)據(jù)。根據(jù) ED5026 芯片“ 0”和“ 1”的編碼規(guī)則可知，接收端收到 1 個 a 時間的 低電平 3a 的高電平表示“ 0”，當(dāng)收到 3a 的高電平 1 個 a 的低電平即為“ 1”，由此設(shè)計(jì)了這樣的一個狀態(tài)機(jī)，在每位數(shù)據(jù)到來時進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)，計(jì)數(shù)器在數(shù)據(jù)低電平時計(jì)數(shù)，通過判斷計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)數(shù)值可得知數(shù)據(jù)低電平的脈寬，從而實(shí)現(xiàn)“ 0”、“ 1”解碼 . 本章小結(jié) 本章是對紅外遙控控制系統(tǒng)做出了的設(shè)計(jì)，其中分為紅外發(fā)送和紅外 接收系統(tǒng)的組成，包括紅外發(fā)送和接收電路的總體框圖以及框圖中各部分的 介紹，最后對鍵掃描電路做出了 說明。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 4 編碼 與 譯碼 遙控系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是一串編碼脈沖，也就是一組連續(xù)的串行二進(jìn)制代碼，只是該脈沖是用調(diào)制過的載波表示的。對于一般的遙控系統(tǒng)， 此串行碼由紅外接收頭解調(diào)后，作為微控制器的遙控輸入信號，由 CPU 完成對遙控指令的譯碼，設(shè)計(jì)人員通常利用紅外編碼譯碼專用芯片或者單片機(jī)研制各種紅外遙控系統(tǒng)，對各種電氣設(shè)備進(jìn)行遙控。 紅 外 遙 控的 編碼發(fā) 送 目前市場上有成百上千的編碼方式并存，沒有一個統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，只是各芯片廠商事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，在自己的遙控器中使用自己指定的標(biāo)準(zhǔn)。但由于早期的生產(chǎn)遙控芯片的廠家較少，主要集中在歐洲和日本，他們所使用的編碼標(biāo)準(zhǔn)成為后續(xù)很多廠家遵循或者模仿的標(biāo)準(zhǔn)，也就是說很多廠家生 產(chǎn)出自己的遙控器，但只是在脈沖寬度、數(shù)據(jù)位的個數(shù)上有一些變化，在整個碼型結(jié)構(gòu)上還是遵循的老廠家的標(biāo)準(zhǔn)。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，很多公司使用通用單片機(jī)編碼然后通過紅外光調(diào)制后發(fā)射。 本設(shè)計(jì)采用 PT2248為編碼器，如圖 41所示 ： V C COUTTECET3T2T1K6K1K2K3K4K5X1X2V S S 圖 41 PT2248 表 42 PT2248管腳說明 K1～ K6 地址管腳，用于進(jìn)行地址編碼 T1～ T3 數(shù)據(jù)輸入端，有一個“ 1”即為編碼發(fā)出 X X2 晶振 TE 編碼啟動端 VCC 電源正端 OUT 編碼 輸出 PT2248的特點(diǎn)： CMOS工藝制造，低功耗。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 外部元器件少。 RC振蕩電阻。 地址碼可達(dá) 531441以上。 應(yīng)用范圍： 車輛防盜系統(tǒng)。 家庭防盜系統(tǒng)。 遙控玩具。 其他電器遙控。 編碼 器由紅外遙控專用芯片 PT2248作為編碼及發(fā)送部分， PT2248最大可用作 18路紅外遙控系統(tǒng)的編碼，其內(nèi)部己集成了 38kHz的紅外載波振蕩及相應(yīng)的數(shù)字脈碼調(diào)制電路，只需外接3 6的矩陣式按鍵、紅外發(fā)光二極管及其驅(qū)動電路等少量元器件便可完成編碼發(fā)送的功能。 PT2248 組成的十八路遙控發(fā)送器其編碼規(guī) 則如下： （ 1）設(shè) a為一個時間單位，時間長度是 38kHz的 16個時鐘周期，即 a＝ 1247。 38kHz 16＝ 編碼是以串行形式發(fā)送的，在接收（ 38kHz解調(diào)器）接收到如下形式的 1位的編碼時分別表示 “0” 和 “1” ： （ 2） 遙控器的每個按鍵編碼由 12 位按以上編碼規(guī)則所代表的 “0”、 “1”組成，時間長度為48a，如下 所示： a 3a 3a a 1 個 a 的低電平， 3 個 a 的高電平表示編碼“ 0” 3 個 a 的低電平，一個 a的高電平表示編碼“ 1” 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 譯碼器的基本原理 紅外遙控 接受器的主要功能使用來接收來自紅外遙控 發(fā)送器的 發(fā)送 信號， 并對接收到的信號進(jìn)行放大、整形、直至從載波上解調(diào)出基帶信號，對于專用設(shè)備，還包括基帶信號的解碼過程。接收器的結(jié)構(gòu)功能很大程度上決定于發(fā)送器的結(jié)構(gòu)和對信號的處理方式。因而產(chǎn)生了專用的解碼芯片和自行設(shè)計(jì)的解碼芯片。 接收解碼部分用 CPLD通過 VHDL實(shí)現(xiàn)， 把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼通過解碼還原出發(fā)送端 的發(fā)送 數(shù)據(jù)。 具體模塊的劃分如下圖所示： 43 譯碼系統(tǒng)的描述 1. 數(shù)據(jù)同步控制計(jì)數(shù)器 由編碼規(guī)則可知，在接收編碼其間高電平 時間不會超過 3a，如果超過 3a則可判定為無編碼發(fā)送時間，在此時對狀態(tài)機(jī)及寄存器清零可獲得正確的數(shù)據(jù)同步。因此該計(jì)數(shù)器進(jìn)位信號作為解碼控制、串行轉(zhuǎn)并行移位