【正文】 射管，必須發(fā)出波長范圍在 940nm 左右的紅外光線，因?yàn)榧t外線接收器的接收二極管主要對這部分紅外光信號敏感，如果波長范圍不在此列，顯然無法達(dá)到控制之目的。不過，幾乎所有的紅外家電遙控器都遵循這一標(biāo)準(zhǔn)。正因?yàn)橛羞@一物理基礎(chǔ)，多合一遙控器才有可能做成。2. 遙控器發(fā)出一串編碼信號只需要持續(xù)數(shù)十毫秒的時間，大多數(shù)是十多毫秒 或一百多毫秒重復(fù)一次，一串編碼也就包括十位左右到數(shù)十位二進(jìn)制編碼，換言之，每一位二進(jìn)制編碼的持續(xù)時間或者說位長不過 2ms 左右，頻率只有 500Hz 這個量級，要發(fā)射更遠(yuǎn)的距離必需通過載波，將這些信號調(diào)制到數(shù)十千赫茲，用得最多的是 38KHz，大多數(shù)普通遙控器的載波頻率是所用的陶瓷振蕩器的振蕩頻率的 1/12，最常用的陶瓷振蕩器是455KHz 規(guī)格，故最常用的載波也就是 455KHz/12=，簡稱 38k 載波。此外還有480KHz（40k ）、440KHz（37k）、432KHz（36k）等規(guī)格，也有 200k 左右的載波，用于高速編碼。紅外線接收器是一體化的組件，為了更有針對性地接收所需要的編碼，就設(shè)計成以載波為中心頻率的帶通濾波器，只容許指定載波的信號通過。顯然這是多合一遙控器應(yīng)該滿足的第二個物理?xiàng)l件。不過，家用電器多用 38KHz，很多紅外線接收器也能很好地接收頻率相近的 40KHz 或 36KHz 的遙控編碼。3. 一個設(shè)備受控，除了滿足上面提到的兩個基本物理?xiàng)l件外，最重要的是變化多種多樣的當(dāng)然應(yīng)該是遙控器發(fā)出一串二進(jìn)制編碼信號了，這也是不同的遙控器不能相互通用的最主要原因。由于市場上出現(xiàn)成百上千的編碼方式并存，并沒有一個統(tǒng)一的國際標(biāo)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）14準(zhǔn)，只有各芯片廠商各自的標(biāo)準(zhǔn)，這也是模擬并替換各種原廠遙控器最大的難點(diǎn)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，很多公司開發(fā)家電設(shè)備的遙控子系統(tǒng)時還不采用通用的編碼芯片，而是用通用的單片機(jī)隨心所欲地自編一些編碼，這就使通用遙控的問題更加復(fù)雜化了。4. 采用同樣的編碼芯片，也不意味著可以通用，因?yàn)檫€有客戶碼?？蛻舸a設(shè)計的最初本意就是為了不同的設(shè)備可以相互區(qū)分互不干擾。最初芯片廠商會從全局考慮給不同的家電廠商安排不同的客戶碼以規(guī)范市場，例如錄像機(jī)和電視機(jī)就用不同的設(shè)備碼，給甲廠分配的設(shè)備碼和乙廠分配的設(shè)備碼就區(qū)分在不同的范圍內(nèi)。5. 采用同樣的編碼芯片、同樣的用戶碼下，也不能意味著一定可以通用，因?yàn)閷γ畲a的分配與使用上，仍然是沒有固定的模式可以遵循，遙控器編碼芯片簡單的支持?jǐn)?shù)十種命令碼，多的上千種，但遙控器往往只有數(shù)十個鍵，甚至只有幾個鍵，如何從中選取這數(shù)十個鍵，這些鍵如何分配使用，不同的系統(tǒng)設(shè)計師都自搞一套，這樣一來事情就更復(fù)雜化了。設(shè)計需考慮的問題是如何“同化” 不同遙控器發(fā)射信號之間的差異。遙控編碼方式涉及很多方面，首先是數(shù)字 0 和 1 的表示；其次是幀結(jié)構(gòu)（引導(dǎo)碼和結(jié)束碼，客戶碼和命令碼長度及發(fā)送方式）；再次是幀間結(jié)構(gòu)（僅發(fā)一次還是反復(fù)多次，多幀交替發(fā)送，幀間間隔變化）；最后是載波頻率，以 38KHz 居多，也有 40KHz 甚至 200KHz 等特殊載波。設(shè)計相應(yīng)電路和軟件時對上述諸多因素加以分析、歸納，將編碼特點(diǎn)用一串二進(jìn)制位表示出來形成設(shè)備碼，對應(yīng)于一個具體的遙控器。同一個設(shè)備碼下也就是同一個遙控器不同的按鍵則用命令碼來表示。代碼型遙控器用軟件的方式對這些統(tǒng)一的編碼進(jìn)行解釋，驅(qū)動一個個命令碼按指定設(shè)備碼格式加以“封裝”，形成所需要的遙控信號，達(dá)到控制家電的目的紅外遙控器具有性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟，容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制，智能儀器儀表，家用電器等方面應(yīng)用廣泛 [10]。通常紅外遙控使用專門配對編碼，解碼芯片，即某種解碼芯片只能識別某種編碼芯片的編碼，對其他型號的編碼芯片的編碼則不能識別，因此不同的遙控器沒有互換性，造成使用場合有多個遙控器，用戶深感不便。于是提出了利用單片機(jī)作為主控芯片，結(jié)合紅外遙控用戶碼的設(shè)置，自行設(shè)計編碼和解碼程序，實(shí)現(xiàn)一個遙控器控制多臺設(shè)備的方法。 紅外遙控器組成通用紅外遙控器由發(fā)射和接收兩大部分組成。發(fā)射部分：按鍵開關(guān)、控制芯片、紅外發(fā)射二極管發(fā)射信號等；青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）15接收部分：紅外接收二極管接收信號、光/電轉(zhuǎn)換放大電路、控制芯片、輸出控制。 紅外遙控器的框圖遙控 器操作 鍵盤S T C 8 9 C 5 4遙控器發(fā)射電路紅外接收電路1S T C 8 9 c 5 4單片機(jī)處理部分控 制輸出執(zhí)行E E P R O M存 儲部分紅外接收電路2S T C 8 9 c 5 4單片機(jī)處理部分控 制使出執(zhí)行E E P O R M存儲部分圖 37 設(shè)計總框圖 硬件電路設(shè)計紅外遙控系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括遙控器和接收控制器兩部分，由于一個遙控器控制多臺設(shè)備，所以接收控制器的個數(shù)隨控制對象的多少而定，形成如圖 37 所示的一對多的電路結(jié)構(gòu)圖。其中按鍵矩陣包含了所有被控設(shè)備的遙控按鍵，相同設(shè)備的遙控按鍵構(gòu)成一注，每組設(shè)置一個唯一的特征碼，當(dāng)這一組中任一按鍵被按下都會首發(fā)發(fā)射相同的用戶特征碼，當(dāng)發(fā)射的用戶碼與自身特征碼相同時，該接收器執(zhí)行相應(yīng)的控制程序，控制自身的裝置產(chǎn)生相應(yīng)的動作，而其他控制器不產(chǎn)生控制作用。 發(fā)射端硬件電路發(fā)射端采用具有 STC89C54 芯片作為控制中心，與鍵盤掃描電路和發(fā)射電路共同構(gòu)成?？紤]到按鍵較多，可采用矩陣式，這里采用 44 當(dāng)然，如果按鍵較多也可以采用88。發(fā)射端利用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）16信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過 口發(fā)送，經(jīng)三極管 8050 功率放大驅(qū)動紅外發(fā)射管 D1，其中鍵盤掃描和發(fā)射電路連接如圖 38 所示。其中 R1 取 1k，R2 取200Ω。 S8WPB401236957MHZ發(fā)KCpFuVNabfcgdeDY*.EALRTXGk圖 38 發(fā)射端電路 接收端硬件電路接收控制器的個數(shù)隨控制對象的多少而定。每個接收控制器都有一個 STC89SC4 芯片作為控制中心，與接收電路和各自的控制電路共同構(gòu)成。其中接收電路使用一體化紅外接收頭 HS0038，HS0038 工作頻率為 38KHZ，能對收到遙控信號進(jìn)行放大，檢波，整形，調(diào)制，得到 TTL 電平信號，在送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行相關(guān)控制程序，對外只有 3 個管腳：VSS、 GND 和 1 個脈沖信號輸出引腳，使用方便，性能可靠 [11]。控制電路隨著被控設(shè)備的不同而不同，但原理是一致的。圖 39 是其中的一個接收控制電路原理圖。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）17*abfgdeYpuFMZ圖 39 接收端電路青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）18四. 智能紅外遙控器的軟件設(shè)計軟件設(shè)計就是本系統(tǒng)的大腦，控制芯片就是按照軟件命令執(zhí)行的。本設(shè)計的難點(diǎn)也是在軟件設(shè)計上，下面就把一些主要子程序介紹如下：其中包括鍵盤掃描、發(fā)射子程序、接收子程序、存儲子程序。本設(shè)計中使用的是 晶振。 編解碼約定與存儲智能紅外遙控器的軟件核心就是編解碼了，只有編解碼合理正確，才能進(jìn)行通信，才能談得上控制。 發(fā)射編碼部分紅外遙控信號是一連串的二進(jìn)制脈沖碼。為了使其在無線傳輸過程中免受其他紅外信號的干擾,通常都是先將其調(diào)制在特定的載波頻率上，然后再經(jīng)紅外發(fā)射二極管發(fā)射出去,稱為調(diào)制。本設(shè)計紅外遙控信號采用自定義編碼方式，由發(fā)送單片機(jī)來完成調(diào)制過程。因 HS0038 的紅外接收頻率為 38KHz，所以載波信號采用 38KHz 矩形波，周期 t=26us，載波信號由單片機(jī)產(chǎn)生?！?”用低電平的寬度為 26ms 相當(dāng)于 10 個 38KHz 脈沖寬度和高電平 26ms 相當(dāng)于 10 個 38KHz 脈沖寬度表示； “0”用低電平的寬度為 相當(dāng)于20 個 38KHz 脈沖寬度和高電平為 26ms 相當(dāng)于 10 個 38KHz 脈沖寬度表示。這樣發(fā)射時，只需將發(fā)射的“1”或“0”與 38KHz 載波信調(diào)制即可 [12]。如圖 41 所示。0 . 2 6 m s 0 . 2 6 m s‘ 1 ’ 的表示0 . 5 2 m s 0 . 2 6 m s‘ 0 ’ 的表 示圖 41 ‘0’， ‘1’的表示二進(jìn)制信號的調(diào)制如圖 42青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）19O 1 0A1 0 個脈沖2 0 個脈沖單個脈沖2 6 u sBC = A * B編 碼后的二進(jìn)制 信號調(diào)制后的二進(jìn)制信號（發(fā)送 ）圖 42 二進(jìn)制信號的調(diào)制幀結(jié)構(gòu)的定義：引導(dǎo)碼——用戶碼——控制碼——截止碼。在發(fā)送字節(jié)的開始先通過單片機(jī)發(fā)送 8 位數(shù)據(jù)（字節(jié)高位在前，地位在后），高四位表示用戶碼，低四位表示控制碼，最后發(fā)送 10 個脈沖的低電平作為傳輸結(jié)束。圖 42為紅外遙控數(shù)據(jù)幀格式。用戶碼是對每個接收系統(tǒng)的標(biāo)識，通過對用戶碼的檢驗(yàn)，每個遙控器按鍵只能被其中一個接收器識別，從而可能告知相應(yīng)設(shè)備，有效地防止了多個設(shè)備之間的串?dāng)_。由于有 4 位用戶碼，所以系統(tǒng)理論上可以控制 16 個設(shè)備。紅外遙控器發(fā)射程序由主程序，鍵盤掃描子程序及發(fā)射子程序 3 部分，發(fā)射主程序流程圖如圖 43，發(fā)射子程序流程圖如圖 44 所示。開始初始 化鍵盤掃 描 ，判 斷是否有 鍵 按下 ？判斷是否為選擇鍵？ Y調(diào)相應(yīng) 選擇鍵的發(fā)射 子程序 YNN發(fā)完？N結(jié)束 Y圖 43 發(fā)射主程序流程圖判斷是“ 0 ” 還是“ 1 ” ？調(diào)發(fā) 射 “ 1 ” 的子程 序 掉發(fā)射“ 0 ” 的子程 序開始發(fā)射位數(shù)減110發(fā)射完？N返回主 程 序 Y圖 44 發(fā)射子程序流程圖 接收解碼部分紅外線接收裝置則要濾除其他雜波，只青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）20接收該特定頻率的信號并將其還原成二進(jìn)制脈沖碼，也就是解調(diào)。一體化接收頭 HS0038的解調(diào)可理解為：接收到紅外脈沖時，輸出低電平，否則輸出高電平，顯然輸出的信號極性與發(fā)送信號的相反，所以解碼時要將接受到的信號經(jīng)過反向才能和發(fā)送信號編碼一致。當(dāng)接收端接收到表示傳輸開始的同步幀后，接手單片機(jī)進(jìn)入解碼過程，解碼采用軟件抽樣判決 [13]。從上升沿開始，以 15 個脈沖為判決門限，在門限時刻讀的低電平是，即可判定為編碼“1” ；在門限時刻讀的高電平時，即可判定為編碼“0” ，解碼 1 位后，需等到下一位的上升沿到來，在計數(shù) 15 個脈沖后，判斷讀得的電平時高還是低，進(jìn)行解碼。不過需要明白接收頭輸出信號與出入的關(guān)系正好相反。如圖 45 所示表示‘ 1 ’ 表 示‘ 0 ’ 表示‘ 1 ’紅外接收頭接收的 程序 （輸入 ）紅外接收頭接收頭解 調(diào)后 輸出的 波形圖 45 紅外接收頭的輸出接收完 1 幀后，接收單片機(jī)首先判斷接收到的用戶碼是否和自己的用戶碼一致，如果不一致，則放棄剛接受到的數(shù)據(jù)并做好下一次接收準(zhǔn)備；如果一致，則讀取剛接受到的控制碼，并調(diào)用相應(yīng)的控制程序，產(chǎn)生控制信號。紅外遙控器接收部分由主程序，信號解碼子程序和控制執(zhí)行子程序 3 部分組成，主程序負(fù)責(zé)初始化，不停地查詢有無紅外信號?？刂瞥绦騽t隨著各設(shè)備不同而不同。主程序和接收子程序流程圖如圖 46 和圖 47。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）21開始初始 化收到信 號 ?掉解 碼子程序調(diào)控 制子程序用戶碼 相 同 ?N Y Y圖 46 接收端流程圖開始有 引導(dǎo)碼？收 到信號8 位接收完成？返回主 程 序 Y YNN圖 47 接收子程序流程圖青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）22文中探討了以單片機(jī)位控制核心，采用軟件編程對紅外遙控信號進(jìn)行編碼，解碼設(shè)計從而實(shí)現(xiàn)遙控功能，從而實(shí)現(xiàn)握手功能，從而完成了一只遙控器可控制多臺設(shè)備。系統(tǒng)硬件電路簡單，工作穩(wěn)定可靠，易于擴(kuò)展受控設(shè)備，節(jié)約了資源。系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性和使用性，為新型遙控器材的研制做了有益的探索。 存儲部分在數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認(rèn)數(shù)據(jù)傳送的開始和結(jié)束。在 I2C 總線技術(shù)規(guī)范中，開始和結(jié)束信號（也稱啟動和停止信號）的定義如圖 48 所示。當(dāng)時鐘線 SCL 為高電平時，數(shù)據(jù)線 SDA 由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開始 ”信號；當(dāng) SCL 線為高電平時，SDA線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y(jié)束”信號。開始和結(jié)束信號都是由主器件產(chǎn)生。在開始信號以后，總線即被認(rèn)為處于忙狀態(tài)；在結(jié)束信號以后的一段時間內(nèi)，總線被認(rèn)為是空閑的。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）23圖 48 開始與結(jié)束時序圖I2C 總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在 I2C 總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)是用來選擇從器件地址的，其中前 7 位為地址碼，第 8 位為方向位(R/W)。方向位為“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件中；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開始信號后，系統(tǒng)中的各個器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進(jìn)行比較，如果其與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第 8 位(R/W)確定 [14]。在 I2C 總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個字節(jié)必須為 8 位，而且每個傳送的字節(jié)后面必須跟一個認(rèn)可位（第 9 位） ，也叫應(yīng)答位（ACK） 。每次都是先傳最高位，通常從器件在接收到