萬能學習型紅外遙控器制作(畢業(yè)設計)

1、學號密級大學本科畢業(yè)論文萬能學習型紅外遙控器設計院（系）名 稱： 專 業(yè) 名 稱 ： 學 生 姓 名 ： 指 導 教 師 ：二九年五月BACHELORS DEGREE THESIS OF UNIVERSITYDesign of Universal IR Learning Remote ControllerCollege：Subject：Name：Directed by：May 2009摘要隨著家用電器種類的增加和無線遙控產(chǎn)品的普及， 紅外遙控器的使用頻率越來越高，針對國內紅外遙控學習技術成熟，但產(chǎn)品化程度低的特點，本文自主設計一種具有紅外學習和觸屏顯示功能的紅外遙控器，借此促進紅外遙控學習技術

2、在國內市場的產(chǎn)品化推廣。在紅外解碼方面， 傳統(tǒng)方法采用單片機中斷或者查詢方式采集紅外信號，環(huán)境不理想情況下可能需要多次解碼，本文借助電腦輔助記錄全波形，通過相關軟件優(yōu)化波形，解碼一次即可成功；在紅外發(fā)射方面，本文通過實驗發(fā)現(xiàn)紅外發(fā)射距離受載波占空比和紅外二極管貫通電流影響，通過調試將38KHz 載波紅外信號發(fā)射距離提高到 10 米；在紅外接收方面，進行了紅外干擾測試；在觸屏校驗方面， 通過實驗獲取觸屏數(shù)據(jù)，利用 matlab 參數(shù)估計 lsqcurvefit函數(shù)求得校正參數(shù)， 解決了觸屏漂移問題；在彩屏顯示方面，將遙控器所有按鍵簡化為方向鍵和確認鍵，虛擬數(shù)碼管顯示按鍵位置，避免了單片機片上資源

3、緊張的問題，此外，彩屏僅支持 16 位 R5G6B5格式數(shù)據(jù)，一張 176*220 圖片占用 72. 6KB 空間，造成極大浪費，本文借此討論了適合本系統(tǒng)的圖片壓縮技術，給出了一種具體的圖片壓縮格式。按照由簡單到復雜的順序， 本文先后制作了遙控接收解碼裝置、 遙控編碼發(fā)射裝置、萬能學習型紅外遙控器， 以 SAA3010遙控器作為典型代表 （遵循飛利浦 RC-5 編碼協(xié)議），成功的實現(xiàn)了紅外編解碼、發(fā)射接收、按鍵觸屏雙輸入、彩屏顯示等基本功能，最終制作的萬能學習型遙控器在功能上可以完全代替SAA3010遙控器。關鍵詞： 紅外學習；紅外解碼；單片機控制；聲卡采樣；觸屏校驗ABSTRACTWith

4、the kind of household appliances increased and the use of remote controller being more and more universal. Many people start to choose IR (Infra-red)remote-operated controller. But the market of IR (Infrared) learning remote controller is not as well as the technology in our country. In paper a desi

5、gn of IR learningremote-operated controller with touch screen is to be discussed to improve the production of IR learning technology.The traditional method for IR coding is collecting the IR signal through Interrupt mode or Query mode by single-chip microcomputer. In some condition this method needs

6、 repeat for many times. In paper, PC (Personal Computer) is used to record the whole wave and optimize the wave through software, which makes it easy to finish the decoding for one time; By experiment, the infrared emission distance is turned to be affected by the duty ratio of carrier wave and the

7、current of IR emitting diode. After debugging, the infrared emission distance is increased to 10 meters. The device is also tested by interfering signal. With the data of experiment and the function lsqcurvefitof matlab, the wandering of touch screen is settled by the corrected parameters. In color

8、display, every key is simplified by combination of Arrow keys、 Enter key and virtual digital tubes, which successfully solve the problem of wasting the resources ofsingle-chip microcomputer. Moreover, in system only BMP (R5G6B5) is supported, and the image size is 176*220(72. 6KB), which is too larg

9、e to AT89S52. So in paper, a new image compressed format is discussed and the definite format is given.From simple to complex, remote control receiver decoding device 、 remote control launcher coding device and universal IR learning remote controller are made . then, as a typical example as SAA3010

10、remote controller, the controller is vested functions asfollows: IR coding and decoding, launch and receive, keyboard and touch screen, and color display. The final version of design can replace SAA3010 remote controller in function.Key words: IR learning； IR decoding； MCU control ；sound card sampli

11、ng；TPcalibration目錄第 1 章 緒論11.1選題的目的意義 1.1.2紅外學習研究現(xiàn)狀 2.1.3本文研究內容 3.第 2 章 紅外遙控學習方案設計52.1設計目標及要求 5.2.2紅外遙控方案設計 6.第 3 章 紅外遙控解碼學習103.1基本原理 1 03.1.1紅外接收 1 03.1.2 ISP技術 1 0紅外接收解碼裝置設計11RS232 串口紅外接收板11帶液晶顯示的紅外接收板 1. 23.2.3制作遙控矩陣表 1 33.3裝置性能檢測 1 53.3.1紅外干擾測試 1 53.3.2紅外解碼測試 1 7第 4 章 紅外遙控編碼還原194.1基本原理 1 94.1.1紅

12、外發(fā)射 1 94.1.2紅外編碼 1 94.1.3聲卡采樣 2 24.2紅外編碼發(fā)射裝置設計2.34.3裝置性能檢測 2 5紅外編碼還原測試2.5紅外發(fā)射距離測試2.7第 5 章 萬能學習型紅外遙控器實現(xiàn)285.1基本原理 2 8I5.1.1觸屏校準 2.85.1.2彩屏顯示 3 0 HYPERLINK l _TOC_250002 萬能學習型遙控器實現(xiàn)3.116位 RGB 圖片壓縮3.1遙控仿真面板制作3.3紅外編碼還原實現(xiàn) :. 3. 45.3系統(tǒng)性能檢測 3 6 HYPERLINK l _TOC_250001 第六章總結展望386.1總結 3 86.2展望 3 9 HYPERLINK l

13、_TOC_250000 參考文獻40II PAGE 40第 1 章 緒 論選題的目的意義上世紀八十年代初 ,日本率先在電視產(chǎn)品中使用了紅外遙控技術,使用集成發(fā)射芯片來實現(xiàn)遙控碼的發(fā)射 ,如東芝 TC9012,飛利浦 SAA3010 等,它的主要特點是 :遙控器內預置固定編碼 ,一只遙控器只能控制單一型號的電器 1 。如圖 1.1 所示:圖 1.1遙控單一種類電器的遙控器隨著電子技術的發(fā)展,家用電器越來越普遍 ,人們希望以一只遙控器遙控所有家用電器 ,多用遙控器產(chǎn)生了。它的主要特點是 : 遙控器內預置多套編碼 ,可供用戶選擇,如圖 1.2 所示:圖 1.2可遙控多種家用電器的遙控器如今,隨著嵌入

14、式的廣泛應用 ,部分廠商推出了具備紅外學習的遙控器 ,它的主要特點是 :遙控器內置一個動態(tài)編碼庫 ,具備紅外學習功能 ,可由用戶自主錄入編碼 , 如圖 1.3 所示:圖 1.3具備學習功能的遙控器通過對具備紅外學習功能的遙控器進行市場調查,本文發(fā)現(xiàn) : 國內紅外遙控編碼學習技術雖比較成熟 ,但產(chǎn)品化程度較低 ,市場推廣不夠 ,主要原因在于設計者對用戶需求的調查不夠全面 ,以致產(chǎn)品不夠實用 ,性價比較低。從用戶操作方便實用的角度出發(fā) ,本文自主設計具備紅外學習、彩屏虛擬遙控界面的萬能學習型紅外遙控器,借此促進紅外遙控學習技術在國內市場的產(chǎn)品化推廣。紅外學習研究現(xiàn)狀現(xiàn)有自主學習型紅外遙控器 ,其核

15、心 MCU 主要有以下幾種 :MCS-51 系列、Microchip PIC16 系列、Winbond W741 系列、Holtek HT48 系列以及 ARM(Advanced RISC Machines)系列。目前國內外比較成熟的產(chǎn)品主要有 :1、上?；劬又悄茈娮拥腍J-JYWC,它的主要特點為 :觸屏按鍵組合輸入；具有紅外學習功能；具有載波頻率識別功能 ,能準確識別各種復雜的紅外代碼2 ,如圖 1.4所示:圖 1.4上?；劬又悄茈娮?HJ-JYWC2、BREMAX 公司的 NRC-304 網(wǎng)絡多功能遙控器 ,它的主要特點為 :聯(lián)機自學習、脫機自學習兩種模式； 具有 USB 口,通過 IN

16、TERNET 登陸 BREMAX 公司網(wǎng)站 ,3搜尋并下載相應型號家電的遙控器編碼 ,兼容各種品牌和型號,如圖 1.5 所示:圖 1.5 NRC-304網(wǎng)絡多功能遙控器3、Sunwave 公司的 SRC 1600,它的主要特點為 :具有巨集設定功能 ,單一按鍵巨集設定可記憶多達 60 個指令；具備紅外學習功能 ,具有 USB 接口,可預設遙控編4碼和升級系統(tǒng),如圖 1.6 所示:圖 1.6 SRC 16004、羅技 Harmony 1100, 它的主要特點為 :黑色鋁合金外殼 ,3.5 英寸的觸屏；用戶可以根據(jù)具體情況添加或者刪除屏幕上的功能鍵； 設備能通過 USB 連機,獲取羅技在線數(shù)據(jù)庫配

17、置文件 ,如圖 1.7 所示:圖 1.7羅技 1100以上產(chǎn)品對于對于電視、音響等使用專用的遙控芯片的家電遙控器( 內置NEC、飛利浦、東芝、或夏普等芯片 ),學習比較容易 ,但類似空調的紅外設備 (同一按鍵編碼與該按鍵按下次數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)相關),學習效果欠佳 ,為此本文設計采用電腦輔助解碼提高紅外學習的準確度。本文研究內容本文設計的萬能學習型紅外遙控器要求在外觀和功能上替代現(xiàn)有遙控器 ,涉及到紅外編解碼、紅外發(fā)射接收、 MCU 控制、觸屏顯示、串口通信等技術 ,需要完成的研究內容主要包括 :1、紅外編碼協(xié)議的學習2、單片機紅外解碼的軟硬件實現(xiàn)3、電腦紅外解碼輔助分析4、單片機控制液晶屏顯示字符

18、圖像5、單片機控制觸屏操作6、單片機與 PC 串口通信。對照上述研究內容 ,本文的章節(jié)安排如下 :第 1 章:緒論,簡要介紹紅外遙控器的發(fā)展 ,說明選題的目的和意義； 通過產(chǎn)品介紹當前國內外關于紅外學習技術的研究現(xiàn)狀。第 2 章:學習型遙控器方案設計 ,介紹了系統(tǒng)設計需要完成的功能指標和技術指標,給出了系統(tǒng)設計的方案以及主要器件的選型。第 3 章:紅外遙控解碼學習 ,簡要介紹了紅外接收和單片機中斷控制的原理,設計了兩種紅外接收解碼裝置 ,完成了紅外解碼學習的功能。第 4 章:紅外遙控編碼還原 ,簡要介紹了紅外發(fā)射、 編碼協(xié)議和聲卡采樣的原理 ,設計了基于 STC89C52RC的紅外編碼發(fā)射裝置

19、 ,完成了紅外編碼還原的功能。第 5 章:萬能學習型紅外遙控器實現(xiàn) ,簡要介紹了觸屏校正、彩屏顯示的原理 , 綜合第二章、第三章的設計 ,新增了觸屏顯示操作功能 ,制作了萬能學習型紅外遙控器。第 6 章:結論,總結了本文的工作 ,指出了不足。第 2 章 紅外遙控學習方案設計設計目標及要求本文設計的萬能學習型紅外遙控器要求能夠實現(xiàn)紅外編碼學習和還原,其功能指標如表 2.1 所示:表 2.1功能指標表功能指標重要程度1紅外編解碼2紅外發(fā)射接收3遙控編碼表制作4彩屏顯示5按鍵觸屏操作6串口通信表 2.1 列舉了六個主要功能指標， 其中紅外編解碼、 紅外發(fā)射接受、 彩屏顯示、按鍵操作均是從實用角度考慮

20、設置的，遙控編碼表和串口通信是從紅外學習角度設計的。在系統(tǒng)功能實現(xiàn)的基礎上 ,系統(tǒng)性能的優(yōu)異需要通過設計指標來衡量,具體如表 2.2 所示:表 2.2設計指標表1設計指標解碼類型預期RC-5 協(xié)議2解碼準確率95%3紅外發(fā)射距離8 米4載波發(fā)射頻率38KHZ1KHz5編碼還原誤差1ms/T6觸屏偏移量8 種8虛擬按鍵數(shù)目36 個表 2.2 列舉了八個方面的設計指標，其中有硬件選型決定的有彩屏顏色種類， 其余均由軟件編程決定。紅外遙控方案設計基于功能 ,系統(tǒng)設計為三個單元 :1、遙控編碼表制作單元 ;2、遙控編碼表實現(xiàn)單元;3、遙控編碼表檢測單元。三個單元屬于遞進關系，如圖2.1 所示:遙控編碼

21、表制作單元遙控編碼表實現(xiàn)單元遙控編碼表檢測單元圖 2.1三大功能單元關系示意圖1、遙控編碼表制作遙控編碼表制作分為外觀提取和編碼提取兩個部分， 該單元設計如圖 2.2 所示:遙控編碼攝像頭圖像采集遙控面板制作表制外觀提取模塊作單元紅外接收編碼分析編碼提取模塊圖 2.2遙控編碼表制作單元結構圖對照圖 2.2,外觀提取通過攝像頭采集圖像 ,通過 PC 處理,分離出按鍵圖標；編碼提取通過紅外接收頭接收 ,送至單片機解碼 ,對于較為復雜的編碼 ,也可以通過 PC 輔助分析波形 ,進行解碼。最終制作的遙控編碼表包括 :1、遙控器按鍵外觀信息 ;2、遙控編碼格式 ;3、按鍵遙控代碼表。2、遙控編碼表實現(xiàn)遙

22、控編碼表實現(xiàn)分為外觀和功能兩個部分該單元設計如圖2.3 所示:遙控編碼按鍵操作表實系統(tǒng)狀態(tài)現(xiàn)單元外觀顯示模塊液晶顯示按鍵操作紅外編碼紅外發(fā)射紅外發(fā)射模塊圖 2.3遙控編碼表實現(xiàn)單元結構圖對照圖 2.3,外觀虛擬采用觸屏液晶 ,還原原有遙控器按鍵圖像；功能模擬采用微處理器 ,通過程序控制發(fā)射紅外信號。3、遙控編碼表檢測遙控編碼表檢測分為基于內容和基于功能的兩種方法,該單元的設計如圖2.4所示:遙控編碼 紅 外 接 收表檢測單元 普 通 遙 控 板紅外解碼編碼顯示基于內容檢測電視/ 空調操作對比萬能遙控板基于功能檢測圖 2.4遙控編碼表檢測單元結構圖對照圖 2.4，從設計角度考慮 ,可采用基于內容

23、的檢測方法 ,解析紅外編碼 ,檢測結果以字符型顯示編碼格式；從用戶的角度考慮,可采用基于功能的檢測方法 ,采用現(xiàn)有設備 (如電視、空調 )直接接收紅外信號 ,檢測設備是否正常工作 ,具有一定的容錯量。為配合硬件實現(xiàn)功能設計 ,系統(tǒng)實現(xiàn)和調試分三個制作的進行 ,即:1、基礎制作 :紅外接收解碼裝置 ,2、中級制作 :紅外編碼發(fā)射裝置 ,3、高級制作 :萬能學習型遙控器,如圖 2.5 所示:遙控編碼表制作單元遙控編碼表實現(xiàn)單元遙控編碼表檢測單元高級制作： 萬能學習型遙控板中級制作： 紅外編碼發(fā)射裝置基礎制作： 紅外接收解碼裝置系統(tǒng)功能設計硬件實現(xiàn)圖 2.5系統(tǒng)功能硬件實現(xiàn)將以上設計集中到一起 ,模

24、塊化處理 ,如表 2.3 所示:表 2.3系統(tǒng)模塊功能定義模塊功能說明IR_RECIVEandSEND 紅外發(fā)射接收模塊74LS20_LED發(fā)光二極管驅動模塊 ( 高低電平均可指示 )MCU_POWER單片機供電模塊 (MAX:50ma)LCM_POWER彩屏( 帶觸摸) 供電模塊 (MAX:60ma)WAVE2PC電腦聲卡信號采集模塊LCM176220 LCM真彩屏帶觸摸MCU0_IR單片機 0 紅外編碼發(fā)射模塊MCU1_LCM單片機 1 遙控操作模塊 (LCM 模塊的顯示和觸屏、鍵盤操作 )MCU2_PC單片機 2 遙控電腦模塊 ( 主解碼驗證 , 配合軟件串口遙控pc)IR_KEY功能鍵

25、盤( 含上下左右和確定鍵共五個 )其中主要器材選型如表 2.4 所示:表 2.4主要器材選型表器件實物圖單片機:AT89S52( 實際制作以STC89C52RC代替, STC89C52RC與 AT89S52引腳兼容)仿真器:RZ51 開發(fā)板仿真芯片:SST89E516RD觸屏:2.0inch 176*220LCD驅動芯片 :R61503U觸屏芯片:ET2046紅外接收頭 :SM0038第 3 章 紅外遙控解碼學習如方案設計所述 ,制作紅外接收解碼裝置 ,該裝置至少具有面向用戶和設計者 的兩種檢測方法 ,能夠完成采用 RC-5 編碼協(xié)議遙控器 (SAA3010) 的紅外接收和解碼 , 要求基于用

26、戶的檢測方法簡單直觀 ,基于設計者的檢測能準確顯示解碼數(shù)據(jù)格式?；驹砑t外接收接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品,大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種,如圖 3.1所示:圖 3.1常用紅外一體化紅外接收頭成品紅外接收頭均有三只引腳 ,即 VDD(5V) 、GND 和 OUT。當紅外接收頭接收到 38KHZ 紅外載波引腳 OUT 為低電平 ,否則為高電平 (5V),供單片機查詢。紅外遙控常用的載波頻率為 38kHz,它是由專用編碼芯片的晶振 (一般 455kHz)12 分頻得到的。ISP技術ISP(In-System Programmi

27、ng)即在系統(tǒng)編程技術 ,指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼 ,而不需要從電路板上取下器件 ,已經(jīng)編程的器件也可以用ISP 方式擦除或再編程。ISP 技術是未來發(fā)展方向 ,實現(xiàn)簡單 ,一般做法是內部的存儲器可以由上位機的軟件通過串口來改寫。對于單片機來講可以通過SPI 或其它的串行接口接收上位機傳來的數(shù)據(jù)并寫入存儲器中。所以將芯片焊接在電路板上,只要留出串口 ,就可以實現(xiàn)芯片內部存儲器的改寫 ,無須再取下芯片 ,ISP 革命性編程方式使得修改程序的容易程度接近仿真器。參考 STC89C52RC的 datasheet得, 到其 ISP 編程電路如圖 3.2 所示:圖 3.2 STC89

28、C52RC 單片機 ISP 編程電路ISP 技術的優(yōu)勢是不需要編程器就可以進行單片機的實驗和開發(fā),芯片可以直接焊接到電路板上 ,免去了調試時頻繁地插入取出芯片帶來的不便。紅外接收解碼裝置設計RS232 串口紅外接收板5仿效網(wǎng)絡流行的 PC 遙控 DIY 制作,本文選取了電腦作為紅外接收設備 (基于用戶檢測方法 )。首先對接收板的原理作簡要介紹 ,RS232 串口紅外接收板通過SM0038 接收紅外信號,送至單片機 AT89C2051 的串口 RXD, 由軟件通過查詢采集紅外信號進行解碼,簡單處理后通過串口送至 PC,PC軟件 Grider3.2 收到解碼信息按照預定義命令執(zhí)行相應操作 (比如顯

29、示音量、運行軟件、關機等 )。RS232 串口紅外接收板的電路設計如圖3.3 所示:圖 3.3 RS232 串口紅外接收板電路圖上述電路圖有兩點需要注意 :1、串口竊電 ,電腦串口被打開后 ,RS232 的 4 和 7 腳電平會發(fā)生變化 ,產(chǎn)生高于10的電壓 ,通過整流二極管 D1 和 D2,采用電阻 R2 分壓后得到 5.1V 的穩(wěn)壓(通過穩(wěn)壓二極管 D3 實現(xiàn)),再加上串口供電電流最大 20mA,基本滿足供電要求。2、串口通信 ,單片機的串口一般使用TTL 正邏輯電平標準 ,其邏輯 1 電平是 5V, 邏輯 0 電平是 0V,而電腦串行口所使用的是 RS232C 的負邏輯電平標準 ,它的邏

30、輯 1 電平是 -3V -12V,邏輯 0 電平是+3V +12V。兩者的電平范圍相差很遠 ,所以連接時需要用到電平轉換電路 ,一般來說商業(yè)化的成品會用到 MAX232,DS275 等專用的RS232、TTL 電平轉換集成電路 ,由于系統(tǒng)采用波特率為9600,要求不高 ,故依據(jù)經(jīng)驗使用小功率三極管搭建的電平轉換電路 ,節(jié)約設計成本。RS232 串口紅外接收板的軟件流程如圖3.4 所示:主程序INT0中斷服務程序系統(tǒng)初始化關閉INT0中斷開中斷INT0開啟800us定時中斷定時溢出查詢 P3.2P3.7置高電平解碼信息記錄是否完畢延時1s串口發(fā)送解碼信息P3.7取反打開INT0中斷圖 3.4 R

31、S232 串口紅外接收板軟件流程圖帶液晶顯示的紅外接收板帶液晶顯示的紅外接收板的解碼部分跟RS232 串口紅外接收板大致相同 ,不同在于增加顯示功能、更換單片機型號為AT89S52,顯示部分采用型號為 12864 帶漢字字庫的液晶屏 (全屏最多可顯示 4*8 個字符)。單片機 AT89S52 運行速度高 (可支持 24M 晶振),片上資源豐富 (8K 字節(jié)程序存儲器 ,256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 ),借助 P3_2 引腳接收紅外信號 ,經(jīng)過軟件處理 ,分離出起始碼、控制碼、系統(tǒng)碼、用戶碼 ,然后送顯示。帶液晶顯示的紅外接收板的硬件電路如圖3.5 所示:圖 3.5帶液晶顯示紅外接收板電路圖帶液晶顯示

32、的紅外接收板的軟件流程如圖3.6 所示:主程序系統(tǒng)初始化：、計數(shù)器 T0設置、12864液晶初始化、外部中斷設置開中斷INT0下降沿有效中斷檢測： 等待紅外觸發(fā)INT0中斷服務程序關閉INT0中斷開啟800us定時中斷初始化接收區(qū)變量退出中斷T0中斷服務程序載入TH0 TL0讀取遙控接收頭狀態(tài)接收完畢紅外解碼LCd顯示編碼重新開啟 INT0中斷退出中斷圖 3.6帶液晶顯示紅外接收板軟件流程圖制作遙控矩陣表利用帶液晶顯示的紅外接收板制作 ,本文解析 SAA3010 遙控器所有按鍵編碼 ,制作了 SAA3010 遙控矩陣表 ,如表 3.1 所示:表 3.1 SAA3010遙控矩陣表按鍵起始控制系統(tǒng)

33、碼指令碼全碼開關(2b)11(1b)1(5b)00000(6b)001100(14b)11100000001100靜音1110000000110111100000001101111100000000001111000000000012111000000000101110000000001031110000000001111100000000011411100000000100111000000001005111000000001011110000000010161110000000011011100000000110711100000000111111000000001118111000000

34、01000111000000010009111000000010011110000000100101110000000000011100000000000單雙1110000000101011100000001010調諧1110000001111011100000011110節(jié)目+1110000010000011100000100000節(jié)目-1110000010000111100000100001微調+1110000010101111100000101011微調-1110000010110011100000101100音量+1110000001000011100000010000存儲111000

35、0010100111100000101001召回1110000000111111100000001111音量-1110000001000111100000010001愛好1110000000111011100000001110定時1110000010011011100000100110對比+1110000001110011100000011100色彩+1110000001010011100000010100亮度+1110000001001011100000010010錄像1110000011100011100000111000對比-1110000001110111100000011101色彩-

36、1110000001010111100000010101亮度-1110000001001111100000010011電視1110000011111111100000111111以上編碼信息均符合按照RC-5 協(xié)議,其中的控制碼每按鍵一次 ,其值反轉一次。裝置性能檢測裝置性能檢測之前 ,先給出兩個裝置的實物圖 ,分別如圖 3.7、圖 3.8 所示:圖 3.7 RS232 串口紅外接收板圖 3.8帶液晶顯示的紅外接收板紅外干擾測試由于遙控器多數(shù)時間用于室內,為此本文選擇了帶有日光燈的寢室作為測試環(huán)境,如圖 3.9 所示:圖 3.9測試環(huán)境以上測試環(huán)境中充滿了紅外輻射源 ,如日光燈、人體等 ,所以

37、必然造成紅外接收受到干擾 ,借助串口調試工具 ,在遙控器沒有工作的情況下 ,打開日光燈 ,并將手掌置于遙控接收頭周圍 ,串口接收情況如圖 3.10 所示:圖 3.10串口調試工具接收干擾信號按照 Grider32 的要求,單片機一次發(fā)送的數(shù)據(jù)為 6 個字節(jié) ,其中前三個字節(jié)相同 ,后三個字節(jié)相同 ,故串口得到的干擾信號解碼后得到數(shù)據(jù)如表3.2 所示:表 3.2干擾數(shù)據(jù)D7 D7 D7 FC FC FCC7 C7 C7 F8 F8 F8 E3 E3 E3 FE FE FEE3 E3 E3 FC FC FC F1 F1 F1 FE FE FEF1 F1 F1 FE FE FE CF CF CF F

38、8 F8 F8CF CF CF F8 F8 F8 E7 E7 E7 FC FC FCC7 C7 C7 FC FC FC E3 E3 E3 FE FE FEE3 E3 E3 FE FE FE 8F 8F 8F F1 F1 F1E3 E3 E3 FC FC FC C7 C7 C7 F8 F8 F8E3 E3 E3 FE FE FE E3 E3 E3 FC FC FC8F 8F 8F F1 F1 F1 F1 F1 F1 FE FE FEC7 C7 C7 F8 F8 F8 8F 8F 8F F1 F1 F1E3 E3 E3 FC FC FC C7 C7 C7 F8 F8 F8F1 F1 F1 FE F

39、E FE E3 E3 E3 FC FC FC8F 8F 8F F1 F1 F1 F1 F1 F1 FE FE FEC7 C7 C7 FE FE FE 8F 8F 8F F9 F9 F9數(shù)據(jù)的波動正是外界紅外輻射源隨機信號的體現(xiàn),通過反復測試發(fā)現(xiàn) ,人體對于接收的影響最大 ,處于三米外的日關燈只有在開啟和關閉時刻產(chǎn)生干擾,處于0.5m 范圍外的人體干擾基本可以忽略,為此遙控接收板使用時盡量遠離人體 (2-3m),據(jù)此,將遙控作為發(fā)射裝置 ,電腦串口接收情況如圖3.11 所示:圖 3.11串口調試助手接收遙控器信號接收的數(shù)據(jù)如表 3.3 所示:表 3.3正確數(shù)據(jù)55 55 55 D2 D2 D25

40、5 55 55 B2 B2 B255 55 55 D2 D2 D255 55 55 B2 B2 B255 55 55 D3 D3 D355 55 55 B3 B3 B355 55 55 D3 D3 D355 55 55 B3 B3 B355 55 55 AB AB AB55 55 55 B4 B4 B455 55 55 AB AB AB55 55 55 B4 B4 B455 55 55 AC AC AC55 55 55 B5 B5 B555 55 55 AC AC AC55 55 55 B5 B5 B555 55 55 AC AC AC55 55 55 CA CA CA55 55 55 AD

41、AD AD不難發(fā)現(xiàn) ,接收的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好 ,沒有干擾出現(xiàn) ,這說明上述使用策略是有效的。紅外解碼測試從用戶的角度考慮 ,本文選取 grider32 作為上位機軟件 ,測試遙控接收有效性。Girder 是個能接收幾乎任何計算機輸入 (鍵盤、遙控器、網(wǎng)絡等等 ),并利用這些信號來控制你的計算機 ,如千千靜聽、暴風影音或是關閉計算機。 Girder 能控制紅外線接收裝置、各種 serial(RS-232)裝置等等。 Girder 操作界面如圖 3.12 所示:圖 3.12 gider3.2 界面按照測試要求對 SAA3010 遙控器部分按鍵進行預定義 ,如表 3.4 所示:表 3.4遙控器的部分按

42、鍵功能定義1234界面窗口居中界面窗口 位于左上角顯示一張照片顯示音量5678增加音量靜音顯示屏幕保護關閉顯示測試的結果如圖 3.13、圖 3.14 所示:圖 3.13靜音顯示圖 3.14音量顯示這說明裝置成功的實現(xiàn)了遙控PC 操作,遙控接收板接收解碼有效。第 4 章 紅外遙控編碼還原如方案設計所述 ,制作紅外編碼發(fā)射裝置 ,該裝置能夠按照 RC-5 協(xié)議編碼 ,并采用 38KHz 的載波將紅外編碼信號發(fā)射,要求發(fā)射距離至少五米, 載波頻率可在37KHz-40KHz 內調節(jié) ,發(fā)射的信號能被一體化紅外接收頭SM0038 有效接收?；驹砑t外發(fā)射如圖 4.1 所示,紅外發(fā)射使用紅外發(fā)光二極管。

43、它是一只特殊的發(fā)光二極管,內部材料不同于普通發(fā)光二極管,使用時控制信號通過三極管放大,控制紅外二極管中通過的電流。當紅外二極管兩端施加一定電壓,便發(fā)出紅外線。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm 左右,外形與普通發(fā)光二極管相同 6 。圖 4.1紅外發(fā)射示意圖紅外編碼現(xiàn)有的紅外編碼協(xié)議主要包括 :ITT Protocol 、JVC Protocol 、NEC Protocol 、Nokia NRC17 Protocol、Sharp Protoco、l Sony SIRC Protocol、Philips RC-5 Protocol、Philips RC-6 Protocol

44、、Philips RC-MM Protocol 、Philips RECS-80 Protocol 、RCA Protocol、X-Sat Protocol。而當前應用最為廣泛的為:NEC Protocol的 PWM( 脈沖寬度調制 ) 和 PhilipsRC-5 Protocol 的 PPM(脈沖位置調制 )6 。下面以這兩種編碼協(xié)議為例做介紹 :對于 NEC,其協(xié)議定義如下 :1、特征8 位地址和 8 位指令長度地址和命令的兩次傳輸 (確?？煽啃?)PWM 脈沖位置調制 ,以發(fā)射紅外載波的占空比代表“0”和“ 1” 載波頻率 38kHz位時間的 1.125ms 或 2.25ms2、位定義N

45、EC 協(xié)議采用 38KHZ 的紅外載波進行脈沖位置調制 ,如圖 4.2 所示:一個脈沖對應 560us 的連續(xù)載波 ,一個邏輯 1 傳輸需要 2.25ms(560s脈沖+1680us 低電平 ),一個邏輯 0 傳輸需要 1.125ms(560us脈沖+560us低電平 ),推薦載波占空比為 1/4或 1/3。圖 4.2 NEC編碼位定義3、數(shù)據(jù)格式圖 4.3 顯示了一個典型的 NEC 遙控指令構成 ,每條指令數(shù)據(jù)部分由同步碼頭、地址碼、地址反碼、控制碼、控制反碼構成。同步碼包括一個9ms 高電平和一個4.5ms 的低電平 ,地址碼、地址反碼、控制碼、和控制反碼均是8 位數(shù)據(jù)格式 ,按照地位在前

46、高位在后的順序發(fā)送 (圖中地址碼為 59 控制碼為 16)。采用反碼是為了增加傳輸可靠性 (用于接收端校驗 ),可以忽略反碼值 ,也可以發(fā)送 16 位數(shù)據(jù)。圖 4.3 NEC編碼數(shù)據(jù)格式4、連續(xù)按鍵發(fā)送波形按鍵一次發(fā)送一幀數(shù)據(jù) (同步碼、地址碼、地址反碼、控制碼、控制反碼 ),如果一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢 ,按鍵仍然處于按下狀態(tài) ,則發(fā)射重復碼 ,即連發(fā)碼 (9ms 高電平+2.5ms低電平+0.56ms高電平組成 +97.94ms低電平 ),直到按鍵松開為止 ,如圖 4.4 所示:圖 4.4 NEC編碼數(shù)據(jù)幀間結構對于 Philips RC-5,其協(xié)議定義如下 :1、特征5 位地址碼和 6 位命令碼

47、PPM 相位編碼 (曼徹斯特編碼 ),以發(fā)射載波的位置表示“ 0”和“ 1” 載波頻率 38kHz恒定比特時間 1.778ms 2、位定義RC-5 協(xié)議采用 38KHZ 的紅外載波進行相位調制 ,一個脈沖對應 889us 的連續(xù)載波 ,邏輯 0 傳輸需要 1.778ms(889us 脈沖 +889us 低電平 ), 邏輯 1 傳輸需要1.778ms(889us低電平 +889us 脈沖),波形如圖 4.5 所示,推薦載波占空比 1/4 或 1/3。圖 4.5 RC-5編碼位定義3、數(shù)據(jù)格式圖 4.6 顯示了一個典型的 RC-5 遙控指令構成 ,每條指令數(shù)據(jù)部分由起始位 (2位)、控制碼 (1

48、位)、地址碼(5 位)、控制碼(6 位)構成,剩余為低電平空閑位。其中地址碼和控制碼采用高位在前、地位在后的發(fā)送順序(圖中地址碼為 5 控制碼為 35), 總發(fā)送時間 64 位,按鍵不放則重復發(fā)送波形 ,控制位隨按鍵按下取反操作 (用于識別多次按下 )。圖 4.6 RC-5編碼數(shù)據(jù)格式4、連續(xù)按鍵發(fā)送波形按鍵一次發(fā)送一幀數(shù)據(jù) (起始位、控制碼、地址碼、控制碼 ),如果一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢,按鍵仍然處于按下狀態(tài) ,則重復發(fā)送一幀數(shù)據(jù) ,直到按鍵松開為止 ,如圖 4.7 所示:圖 4.7 RC-5編碼數(shù)據(jù)幀間結構以上詳細介紹了兩種編碼協(xié)議 ,本文遵循飛利浦 RC-5 協(xié)議 ,選用 SAA3010 進行

49、測試。聲卡采樣電腦聲卡有兩個模擬輸入接口 ,Line In和麥克風 ;有一個聲音輸出 LineOut,即Speeker。兩個輸入口都可以用作虛擬示波器的輸入。但是由于聲卡的輸入端與內部放大器之間存在一個耦合電容,限制了直流及低頻信號的通過 ,所以,聲卡示波器只能采集交流信號。最簡單的輸入連接就是直接將被測信號連到聲卡的線路輸入口或話筒輸入口,如圖 4.8 所示。聲卡通常只允許不超過 3V 的電壓輸入 (取決于聲卡 )7 。圖 4.8最簡單的輸入連接為了避免過大的電壓進入聲卡 ,可采用圖 4.9 所示的限壓電路。兩個串聯(lián)的硅二極管將輸入電壓鉗制在 26.5=1.3(V)左右。如果聲卡的模 /數(shù)轉

50、換滿程范圍因此受到限幅影響 ,則可多串聯(lián)一個硅二極管以將輸入電壓鉗制在36.5=1.95(V)左右。圖 4.9具有簡單過壓保護的輸入連接方式據(jù)此本文設計了聲卡采集探頭 ,其電路設計如圖 4.10 所示:圖 4.10聲卡采集探頭電路圖本文選用的電腦聲卡AD 采樣參數(shù)如表 4.1 所示:表 4.1聲卡 AD 采樣典型參數(shù)采樣率192KHz、96KHz、88.2KHz、64KHz、48KHz、44.1KHz、32KHz、22.05KHz、16KHz、11.025KHz、8KHz、6KHz聲道單聲道、立體聲采樣精度8 位、16 位、32 位聲卡信號采集后 ,利用虛擬示波器軟件便可得到輸入波形,本文采用

51、了兩種的虛擬示波器 :1、Multi Instrument(萬用儀 )3.1,2、雙龍電子的虛擬儀器亮),分別如圖 4.11、圖 4.12 所示:V0.94( 嚴宇圖 4.11 Multi Instrument(萬用儀 )3.1圖 4.12雙龍電子的虛擬儀器 V0.94紅外編碼發(fā)射裝置設計紅外編碼發(fā)射裝置采用單片機AT89C2051 獲取按鍵狀態(tài) (每個按鍵對應一個指令編碼 ,RD-5 協(xié)議中的起始碼 ,控制碼,系統(tǒng)碼由系統(tǒng)指定 ),按鍵被按下后 ,單片機獲取其向量號 ,查詢對應編碼 ,然后通過軟件延時產(chǎn)生 38KHz 載波通過引腳 P3_2 發(fā)射。其硬件設計如圖 4.13 所示:圖 4.13

52、紅外編碼發(fā)射裝置電路圖上述電路圖中的紅外發(fā)射電路需要注意,當引腳 P3_2(IR_out)為高電平時 ,PNP 三極管 9013 截止,紅外二極管不工作 ,不發(fā)射紅外信號 ,當引腳 P3_2(IR_out)為高低電平時,PNP三極管 9013 導通,紅外二極管正向導通 ,發(fā)射紅外信號 ,紅外發(fā)射距離受三極管的電流放大倍數(shù)、發(fā)射載波的占空比、載波的頻率等多方面的因素共同決定。紅外編碼發(fā)射裝置的軟件流程如圖4.14 所示:主程序IR_send服務系統(tǒng)初始化讀取按鍵向量延時100msN查找按鍵編碼放入數(shù)組IR （14位）i=0是否有鍵按下NY去抖動檢測Y調用函數(shù)IR_sendIRi=1Y發(fā)送邏輯 1

53、： 889us低電平+889us30KHZ載波i+1=14i+N發(fā) 送 邏 輯 0： 889us30KHZ載波+889us低電平NY按鍵仍然按下N退出圖 4.14紅外編碼發(fā)射裝置軟件流程圖裝置性能檢測在裝置性能檢測之前 ,先給出紅外編碼發(fā)射裝置實物圖,如圖 4.15 所示:圖 4.15紅外編碼發(fā)射裝置(其中 :1、紅外發(fā)射 ,2、聲卡探頭 ,3、單片機 ,4、按鍵 ,5、紅外接收部分 )紅外編碼還原測試本文聲卡采樣選用 192KHz 、單聲道、8 位采樣精度 ,利用自制的電腦聲卡采集探頭和虛擬示波器軟件 ,對裝置進行了四個方面的測試 ,分別如下 :1、波形對比 ,如圖 4.16、圖 4.17

54、所示:圖 4.16 SAA3010遙控器發(fā)射紅外信號波形圖 4.17紅外編碼發(fā)射裝置發(fā)射信號波形2、載波對比 ,如表 4.2 所示:SAA3010 遙控器載波波形紅外編碼發(fā)射裝置載波波形3、時間對比 ,如表 4.3 所示:表 4.3 MultiInstrument 實測數(shù)據(jù)對比4、紅外接收濾波對比 ,如圖 4.18、圖 4.19 所示:圖 4.18解碼 SAA3010 遙控信號圖表 4.2 38KHz載波對比型號周期位時間SAA3010遙控器107.4568ms1.6679ms紅外編碼發(fā)射裝置108.1371ms1.7233ms圖 4.19解碼紅外編碼發(fā)射裝置遙控信號圖通過上述四個方面的對比

55、,不難發(fā)現(xiàn) ,紅外編碼發(fā)射裝置基本完成了紅外發(fā)射任務,一體化紅外接收頭能有效接收 ,但在精度上還有待提高。紅外發(fā)射距離測試除此,本文還研究了載波占空比對紅外發(fā)射距離的影響,由 RC-5 協(xié)議編碼格式和單片機的工作頻率 ,可以得到不同占空比時的時間參數(shù) ,如表 4.4 所示:表 4.4軟件延時對照表載波周期26.37826431us載波頻率37.91000000KHZ單片機晶振24.00000000MHZ機器周期0.50000000 us1/2 占空比T1 13.18913216近似機器周期數(shù)13.00000000usT2 13.18913216us近似機器周期數(shù)13.000000001/3 占

56、空比T1 8.79275477us近似機器周期數(shù)9.00000000T2 17.58550954us近似機器周期數(shù)17.000000001/4 占空比T1 6.59456608us近似機器周期數(shù)6.00000000T2 19.78369823近似機器周期數(shù)20.00000000us以表 4.1 作為參考 ,通過軟件延時 ,得到不同占空比與紅外發(fā)射距離測試數(shù)據(jù)如表 4.5 所示:表 4.5占空比與紅外發(fā)射距離測試數(shù)據(jù)載波占空比發(fā)射距離1/4高電平+3/4低電平10-20cm1/3高電平+2/3低電平10-20cm1/2高電平+1/2低電平40-50cm3/4高電平+1/4低電平8-10M在載波頻

57、率和貫通電流 (通過二極管的電流 )固定前提下 ,紅外發(fā)射距離主要受載波占空比影響 ,占空比中高電平占有的比例越大 ,發(fā)射的功率越高 ,發(fā)射的距離越遠。實際設計時也要充分考慮電源供電 ,在發(fā)射距離和電源消耗之間折中。第 5 章 萬能學習型紅外遙控器實現(xiàn)如方案設計所述 ,制作萬能學習型紅外遙控器 ,該遙控器至少具有紅外編碼學習和還原功能 ,采用觸屏和按鍵兩種方式操作 ,彩色液晶屏顯示 ,能夠替代 SAA3010 遙控器使用?；驹碛|屏校準觸屏操作處于絕對坐標系統(tǒng) (與當前位置坐標相關 )。操作觸摸屏時 ,觸點坐標通過 AD 采樣得到 ,同一點觸摸多次采樣數(shù)據(jù)會有偏差 ,這是觸摸屏經(jīng)常出現(xiàn)的問題

58、 : 漂移。對于觸屏漂移最有效的辦法是: 系統(tǒng)啟動后 ,進入應用程序前 ,執(zhí)行校準程序,LCD中的點坐標是以像素為單位 ,觸屏中讀出的是點的物理坐標 ,由觸屏坐標系到 LCD 坐標系的轉化公式如下 :變量說明如表 5.1 所示:Xt = Kx Xl+ Ax Yt = Ky Yl+ Ay表 5.1變量列表變量說明Xt觸摸采樣獲得的橫坐標Kx:X 方向比例因子Xl:LCD的橫坐標Ax:X 方向偏移量Yt:觸摸采樣獲得的縱坐標Ky:Y 方向比例因子Yl:LCD的縱坐標Ay:Y 方向偏移量觸屏校準的過程就是使用待定系數(shù)法確定XY 方向的比例因子和偏移量 ,實驗過程如下 :1、在 LCD 屏上顯示四個定

59、點 ,這四個定點的像素坐標分別為 :0(1,1)、1(1,176)、2(220,1)、3(220,176)。如圖 5.1 所示:圖 5.1觸屏測試點選取示意圖2、觸屏得到定點的觸屏坐標 ,如表 5.2 所示:表 5.2觸屏測試數(shù)據(jù)列表0 xy1xy2xy3xy21835903829357342252437945012423500383735804225253816520255356938653576422600373051324135603848357441952337315172703552384435923645243757499249353438403602424524374152023

60、53558381336133685393731516228356038443592398523377051021535853820360142247037825032113573381035944215243786509280358238303601417522376551624335383837358939451937845093、采用待定系數(shù)法確定觸屏參數(shù) ,本文利用 matlab 參數(shù)估計 lsqcurvefit 函數(shù)求得校正參數(shù)如表 5.3 所示,同時更新默認參數(shù) ,達到校準目的 :表 5.3觸屏校正參數(shù)Kx20.17045Ax250Ky13.90909Ay516彩屏顯示計算機表示顏色