【文章內容簡介】 的主要區(qū)別在于編碼方式的不同。為了要達到遠距離遙控，除了增加發(fā)射機的發(fā)射功率外，還采取了增加發(fā)射扇區(qū)的措施，并對接收機接收到的紅外控制信號進行了一定的聚焦處理，使達到接收機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)線有各種大電機設備，環(huán)境電磁輻射強，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。在綜合分析的基礎上，我們采用紅外線編碼方式設計，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、組裝進行的精心設計處理，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，可以實現(xiàn)一個控制發(fā)射機編碼控制多個控制點的目的，非常適合自動控制的各種場合，也可以應用于防盜報警等，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, 因其具有性能穩(wěn)定、使用方便以及成本低廉等特點,已經(jīng)在消費類電器中得到普遍的應用. 隨著對電器產(chǎn)品的智能化和使用便利性要求的進一步提高, 紅外遙控的應用已開始從其傳統(tǒng)的家用電器領域向智慧設備等新領域擴展。 由于集成電路制造工藝和設計水平的不斷提高,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)的要求進行了紅外遙控器控制系統(tǒng)的設計. 設計中脈沖信號調制采用了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) 實現(xiàn)系統(tǒng)能。 設計方案 方案一:該系統(tǒng)選取PT2248 作為構成發(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 內部己集成了38 kHz 的紅外載波振蕩及相應的數(shù)字脈碼調制電路,他的編碼方式采用脈位調制( PPM) ,將遙控指令編碼成脈沖序列,然后再調制以高頻信號,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 內部紅外載波振蕩周期的16 倍,即a = 16/(38 kHz) 。由于PT2248 采用了38 kHz 載波振蕩及脈碼調制電路,因而接收端采用頻率與之對應的MIMR1AA 紅外一體化接收解調器。MIM R1AA 對接收到的信號除了進行了放大、限幅、檢波,直至得到遙控指令的脈沖信號外,還對解調出的信號進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)。專用芯片設計制作紅外發(fā)射和接收，并實現(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)線有各種大電機設備，環(huán)境電磁輻射強，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。在綜合分析的基礎上，我們采用紅外線編碼方式設計，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、組裝進行的精心設計處理，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。因為方案二不僅設計起來便捷，在技術方面也遠超乎于方案一。 紅外發(fā)送系統(tǒng)的基本組成 整體結構 PT2248作為構成發(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，其內部已集成了38kHz的紅外載波振蕩及相應的數(shù)字脈碼調制電路。故在設計時，只需外接36的矩陣式按鍵、紅外發(fā)光二極管及其驅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載波振蕩及脈碼調制電路，因而接收端采用頻率與之相應的MIMRIAA紅外一體化接受解調器。而解調出來的基帶信號解碼則由CPLD來實現(xiàn)。PT2248的編碼方式采用脈位調制（PPM）方式來將遙控指令編碼成脈沖序列，然后再調制以高頻信號，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，還會對解調出的信號進行整形和反向輸出。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124a=48a。這樣，當按下遙控器的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是重復發(fā)送12位48a編碼的間隔時間，接收解調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、信號的調制及紅外發(fā)射四部分組成。每一部分既可由具有相應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簡便的。紅外發(fā)光二極管是一種NP結構成的注入電流型發(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。 紅外接收電路的設計接收解碼部分用CPLD通過VHDL實現(xiàn)，使用的CPLD為ALTERA公司的MAX7128SLC8415芯片。本紅外遙控解碼系統(tǒng)設計采用模塊化設計思想，具體模塊的劃分為：l 解碼控制、串行轉并行移位寄存器l 數(shù)據(jù)同步控制計數(shù)器l 譯碼器、誤碼辨別器l 輸出鎖存器l 蜂鳴驅動器l 按鍵消抖電路l 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、紅外接收解調器輸出和來自數(shù)據(jù)同步控制計數(shù)器的清零信號，三個輸出分別為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”，當收到3a的高電平1個a的低電平即為“1”，由此設計了這樣的一個狀態(tài)機，在每位數(shù)據(jù)到來時進入計數(shù)狀態(tài)，計數(shù)器在數(shù)據(jù)低電平時計數(shù)，通過判斷計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值可得知數(shù)據(jù)低電平的脈寬，從而實現(xiàn)“0”、“1”解碼. 本章小結本章是對紅外遙控控制系統(tǒng)做出了的設計，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。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)的串行二進制代碼，只是該脈沖是用調制過的載波表示的。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，設計人員通常利用紅外編碼譯碼專用芯片或者單片機研制各種紅外遙控系統(tǒng)，對各種電氣設備進行遙控。 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)一的國際標準，只是各芯片廠商事實上的標準，在自己的遙控器中使用自己指定的標準。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準成為后續(xù)很多廠家遵循或者模仿的標準，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，在整個碼型結構上還是遵循的老廠家的標準。隨著單片機技術的發(fā)展，很多公司使用通用單片機編碼然后通過紅外光調制后發(fā)射。本設計采用PT2248為編碼器，如圖41所示：圖41 PT2248表42 PT2248管腳說明K1～K6地址管腳，用于進行地址編碼 T1～T3數(shù)據(jù)輸入端，有一個“1”即為編碼發(fā)出 XX2晶振 TE編碼啟動端 VCC電源