万能学习型红外遥控器制作(毕业设计)

1、学号密级大学本科毕业论文万能学习型红外遥控器设计院（系）名 称： 专 业 名 称 ： 学 生 姓 名 ： 指 导 教 师 ：二九年五月BACHELORS DEGREE THESIS OF UNIVERSITYDesign of Universal IR Learning Remote ControllerCollege：Subject：Name：Directed by：May 2009摘要随着家用电器种类的增加和无线遥控产品的普及， 红外遥控器的使用频率越来越高，针对国内红外遥控学习技术成熟，但产品化程度低的特点，本文自主设计一种具有红外学习和触屏显示功能的红外遥控器，借此促进红外遥控学习技术

2、在国内市场的产品化推广。在红外解码方面， 传统方法采用单片机中断或者查询方式采集红外信号，环境不理想情况下可能需要多次解码，本文借助电脑辅助记录全波形，通过相关软件优化波形，解码一次即可成功；在红外发射方面，本文通过实验发现红外发射距离受载波占空比和红外二极管贯通电流影响，通过调试将38KHz 载波红外信号发射距离提高到 10 米；在红外接收方面，进行了红外干扰测试；在触屏校验方面， 通过实验获取触屏数据，利用 matlab 参数估计 lsqcurvefit函数求得校正参数， 解决了触屏漂移问题；在彩屏显示方面，将遥控器所有按键简化为方向键和确认键，虚拟数码管显示按键位置，避免了单片机片上资源

3、紧张的问题，此外，彩屏仅支持 16 位 R5G6B5格式数据，一张 176*220 图片占用 72. 6KB 空间，造成极大浪费，本文借此讨论了适合本系统的图片压缩技术，给出了一种具体的图片压缩格式。按照由简单到复杂的顺序， 本文先后制作了遥控接收解码装置、 遥控编码发射装置、万能学习型红外遥控器， 以 SAA3010遥控器作为典型代表 （遵循飞利浦 RC-5 编码协议），成功的实现了红外编解码、发射接收、按键触屏双输入、彩屏显示等基本功能，最终制作的万能学习型遥控器在功能上可以完全代替SAA3010遥控器。关键词： 红外学习；红外解码；单片机控制；声卡采样；触屏校验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目录第 1 章 绪论11.1选题的目的意义 1.1.2红外学习研究现状 2.1.3本文研究内容 3.第 2 章 红外遥控学习方案设计52.1设计目标及要求 5.2.2红外遥控方案设计 6.第 3 章 红外遥控解码学习103.1基本原理 1 03.1.1红外接收 1 03.1.2 ISP技术 1 0红外接收解码装置设计11RS232 串口红外接收板11带液晶显示的红外接收板 1. 23.2.3制作遥控矩阵表 1 33.3装置性能检测 1 53.3.1红外干扰测试 1 53.3.2红外解码测试 1 7第 4 章 红外遥控编码还原194.1基本原理 1 94.1.1红

12、外发射 1 94.1.2红外编码 1 94.1.3声卡采样 2 24.2红外编码发射装置设计2.34.3装置性能检测 2 5红外编码还原测试2.5红外发射距离测试2.7第 5 章 万能学习型红外遥控器实现285.1基本原理 2 8I5.1.1触屏校准 2.85.1.2彩屏显示 3 0 HYPERLINK l _TOC_250002 万能学习型遥控器实现3.116位 RGB 图片压缩3.1遥控仿真面板制作3.3红外编码还原实现 :. 3. 45.3系统性能检测 3 6 HYPERLINK l _TOC_250001 第六章总结展望386.1总结 3 86.2展望 3 9 HYPERLINK l

13、_TOC_250000 参考文献40II PAGE 40第 1 章 绪 论选题的目的意义上世纪八十年代初 ,日本率先在电视产品中使用了红外遥控技术,使用集成发射芯片来实现遥控码的发射 ,如东芝 TC9012,飞利浦 SAA3010 等,它的主要特点是 :遥控器内预置固定编码 ,一只遥控器只能控制单一型号的电器 1 。如图 1.1 所示:图 1.1遥控单一种类电器的遥控器随着电子技术的发展,家用电器越来越普遍 ,人们希望以一只遥控器遥控所有家用电器 ,多用遥控器产生了。它的主要特点是 : 遥控器内预置多套编码 ,可供用户选择,如图 1.2 所示:图 1.2可遥控多种家用电器的遥控器如今,随着嵌入

14、式的广泛应用 ,部分厂商推出了具备红外学习的遥控器 ,它的主要特点是 :遥控器内置一个动态编码库 ,具备红外学习功能 ,可由用户自主录入编码 , 如图 1.3 所示:图 1.3具备学习功能的遥控器通过对具备红外学习功能的遥控器进行市场调查,本文发现 : 国内红外遥控编码学习技术虽比较成熟 ,但产品化程度较低 ,市场推广不够 ,主要原因在于设计者对用户需求的调查不够全面 ,以致产品不够实用 ,性价比较低。从用户操作方便实用的角度出发 ,本文自主设计具备红外学习、彩屏虚拟遥控界面的万能学习型红外遥控器,借此促进红外遥控学习技术在国内市场的产品化推广。红外学习研究现状现有自主学习型红外遥控器 ,其核

15、心 MCU 主要有以下几种 :MCS-51 系列、Microchip PIC16 系列、Winbond W741 系列、Holtek HT48 系列以及 ARM(Advanced RISC Machines)系列。目前国内外比较成熟的产品主要有 :1、上海慧居智能电子的HJ-JYWC,它的主要特点为 :触屏按键组合输入；具有红外学习功能；具有载波频率识别功能 ,能准确识别各种复杂的红外代码2 ,如图 1.4所示:图 1.4上海慧居智能电子 HJ-JYWC2、BREMAX 公司的 NRC-304 网络多功能遥控器 ,它的主要特点为 :联机自学习、脱机自学习两种模式； 具有 USB 口,通过 IN

16、TERNET 登陆 BREMAX 公司网站 ,3搜寻并下载相应型号家电的遥控器编码 ,兼容各种品牌和型号,如图 1.5 所示:图 1.5 NRC-304网络多功能遥控器3、Sunwave 公司的 SRC 1600,它的主要特点为 :具有巨集设定功能 ,单一按键巨集设定可记忆多达 60 个指令；具备红外学习功能 ,具有 USB 接口,可预设遥控编4码和升级系统,如图 1.6 所示:图 1.6 SRC 16004、罗技 Harmony 1100, 它的主要特点为 :黑色铝合金外壳 ,3.5 英寸的触屏；用户可以根据具体情况添加或者删除屏幕上的功能键； 设备能通过 USB 连机,获取罗技在线数据库配

17、置文件 ,如图 1.7 所示:图 1.7罗技 1100以上产品对于对于电视、音响等使用专用的遥控芯片的家电遥控器( 内置NEC、飞利浦、东芝、或夏普等芯片 ),学习比较容易 ,但类似空调的红外设备 (同一按键编码与该按键按下次数和系统状态相关),学习效果欠佳 ,为此本文设计采用电脑辅助解码提高红外学习的准确度。本文研究内容本文设计的万能学习型红外遥控器要求在外观和功能上替代现有遥控器 ,涉及到红外编解码、红外发射接收、 MCU 控制、触屏显示、串口通信等技术 ,需要完成的研究内容主要包括 :1、红外编码协议的学习2、单片机红外解码的软硬件实现3、电脑红外解码辅助分析4、单片机控制液晶屏显示字符

18、图像5、单片机控制触屏操作6、单片机与 PC 串口通信。对照上述研究内容 ,本文的章节安排如下 :第 1 章:绪论,简要介绍红外遥控器的发展 ,说明选题的目的和意义； 通过产品介绍当前国内外关于红外学习技术的研究现状。第 2 章:学习型遥控器方案设计 ,介绍了系统设计需要完成的功能指标和技术指标,给出了系统设计的方案以及主要器件的选型。第 3 章:红外遥控解码学习 ,简要介绍了红外接收和单片机中断控制的原理,设计了两种红外接收解码装置 ,完成了红外解码学习的功能。第 4 章:红外遥控编码还原 ,简要介绍了红外发射、 编码协议和声卡采样的原理 ,设计了基于 STC89C52RC的红外编码发射装置

19、 ,完成了红外编码还原的功能。第 5 章:万能学习型红外遥控器实现 ,简要介绍了触屏校正、彩屏显示的原理 , 综合第二章、第三章的设计 ,新增了触屏显示操作功能 ,制作了万能学习型红外遥控器。第 6 章:结论,总结了本文的工作 ,指出了不足。第 2 章 红外遥控学习方案设计设计目标及要求本文设计的万能学习型红外遥控器要求能够实现红外编码学习和还原,其功能指标如表 2.1 所示:表 2.1功能指标表功能指标重要程度1红外编解码2红外发射接收3遥控编码表制作4彩屏显示5按键触屏操作6串口通信表 2.1 列举了六个主要功能指标， 其中红外编解码、 红外发射接受、 彩屏显示、按键操作均是从实用角度考虑

20、设置的，遥控编码表和串口通信是从红外学习角度设计的。在系统功能实现的基础上 ,系统性能的优异需要通过设计指标来衡量,具体如表 2.2 所示:表 2.2设计指标表1设计指标解码类型预期RC-5 协议2解码准确率95%3红外发射距离8 米4载波发射频率38KHZ1KHz5编码还原误差1ms/T6触屏偏移量8 种8虚拟按键数目36 个表 2.2 列举了八个方面的设计指标，其中有硬件选型决定的有彩屏颜色种类， 其余均由软件编程决定。红外遥控方案设计基于功能 ,系统设计为三个单元 :1、遥控编码表制作单元 ;2、遥控编码表实现单元;3、遥控编码表检测单元。三个单元属于递进关系，如图2.1 所示:遥控编码

21、表制作单元遥控编码表实现单元遥控编码表检测单元图 2.1三大功能单元关系示意图1、遥控编码表制作遥控编码表制作分为外观提取和编码提取两个部分， 该单元设计如图 2.2 所示:遥控编码摄像头图像采集遥控面板制作表制外观提取模块作单元红外接收编码分析编码提取模块图 2.2遥控编码表制作单元结构图对照图 2.2,外观提取通过摄像头采集图像 ,通过 PC 处理,分离出按键图标；编码提取通过红外接收头接收 ,送至单片机解码 ,对于较为复杂的编码 ,也可以通过 PC 辅助分析波形 ,进行解码。最终制作的遥控编码表包括 :1、遥控器按键外观信息 ;2、遥控编码格式 ;3、按键遥控代码表。2、遥控编码表实现遥

22、控编码表实现分为外观和功能两个部分该单元设计如图2.3 所示:遥控编码按键操作表实系统状态现单元外观显示模块液晶显示按键操作红外编码红外发射红外发射模块图 2.3遥控编码表实现单元结构图对照图 2.3,外观虚拟采用触屏液晶 ,还原原有遥控器按键图像；功能模拟采用微处理器 ,通过程序控制发射红外信号。3、遥控编码表检测遥控编码表检测分为基于内容和基于功能的两种方法,该单元的设计如图2.4所示:遥控编码 红 外 接 收表检测单元 普 通 遥 控 板红外解码编码显示基于内容检测电视/ 空调操作对比万能遥控板基于功能检测图 2.4遥控编码表检测单元结构图对照图 2.4，从设计角度考虑 ,可采用基于内容

23、的检测方法 ,解析红外编码 ,检测结果以字符型显示编码格式；从用户的角度考虑,可采用基于功能的检测方法 ,采用现有设备 (如电视、空调 )直接接收红外信号 ,检测设备是否正常工作 ,具有一定的容错量。为配合硬件实现功能设计 ,系统实现和调试分三个制作的进行 ,即:1、基础制作 :红外接收解码装置 ,2、中级制作 :红外编码发射装置 ,3、高级制作 :万能学习型遥控器,如图 2.5 所示:遥控编码表制作单元遥控编码表实现单元遥控编码表检测单元高级制作： 万能学习型遥控板中级制作： 红外编码发射装置基础制作： 红外接收解码装置系统功能设计硬件实现图 2.5系统功能硬件实现将以上设计集中到一起 ,模

24、块化处理 ,如表 2.3 所示:表 2.3系统模块功能定义模块功能说明IR_RECIVEandSEND 红外发射接收模块74LS20_LED发光二极管驱动模块 ( 高低电平均可指示 )MCU_POWER单片机供电模块 (MAX:50ma)LCM_POWER彩屏( 带触摸) 供电模块 (MAX:60ma)WAVE2PC电脑声卡信号采集模块LCM176220 LCM真彩屏带触摸MCU0_IR单片机 0 红外编码发射模块MCU1_LCM单片机 1 遥控操作模块 (LCM 模块的显示和触屏、键盘操作 )MCU2_PC单片机 2 遥控电脑模块 ( 主解码验证 , 配合软件串口遥控pc)IR_KEY功能键

25、盘( 含上下左右和确定键共五个 )其中主要器材选型如表 2.4 所示:表 2.4主要器材选型表器件实物图单片机:AT89S52( 实际制作以STC89C52RC代替, STC89C52RC与 AT89S52引脚兼容)仿真器:RZ51 开发板仿真芯片:SST89E516RD触屏:2.0inch 176*220LCD驱动芯片 :R61503U触屏芯片:ET2046红外接收头 :SM0038第 3 章 红外遥控解码学习如方案设计所述 ,制作红外接收解码装置 ,该装置至少具有面向用户和设计者 的两种检测方法 ,能够完成采用 RC-5 编码协议遥控器 (SAA3010) 的红外接收和解码 , 要求基于用

26、户的检测方法简单直观 ,基于设计者的检测能准确显示解码数据格式。基本原理红外接收接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。最近几年不论是业余制作还是正式产品,大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种,如图 3.1所示:图 3.1常用红外一体化红外接收头成品红外接收头均有三只引脚 ,即 VDD(5V) 、GND 和 OUT。当红外接收头接收到 38KHZ 红外载波引脚 OUT 为低电平 ,否则为高电平 (5V),供单片机查询。红外遥控常用的载波频率为 38kHz,它是由专用编码芯片的晶振 (一般 455kHz)12 分频得到的。ISP技术ISP(In-System Programmi

27、ng)即在系统编程技术 ,指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码 ,而不需要从电路板上取下器件 ,已经编程的器件也可以用ISP 方式擦除或再编程。ISP 技术是未来发展方向 ,实现简单 ,一般做法是内部的存储器可以由上位机的软件通过串口来改写。对于单片机来讲可以通过SPI 或其它的串行接口接收上位机传来的数据并写入存储器中。所以将芯片焊接在电路板上,只要留出串口 ,就可以实现芯片内部存储器的改写 ,无须再取下芯片 ,ISP 革命性编程方式使得修改程序的容易程度接近仿真器。参考 STC89C52RC的 datasheet得, 到其 ISP 编程电路如图 3.2 所示:图 3.2 STC89

28、C52RC 单片机 ISP 编程电路ISP 技术的优势是不需要编程器就可以进行单片机的实验和开发,芯片可以直接焊接到电路板上 ,免去了调试时频繁地插入取出芯片带来的不便。红外接收解码装置设计RS232 串口红外接收板5仿效网络流行的 PC 遥控 DIY 制作,本文选取了电脑作为红外接收设备 (基于用户检测方法 )。首先对接收板的原理作简要介绍 ,RS232 串口红外接收板通过SM0038 接收红外信号,送至单片机 AT89C2051 的串口 RXD, 由软件通过查询采集红外信号进行解码,简单处理后通过串口送至 PC,PC软件 Grider3.2 收到解码信息按照预定义命令执行相应操作 (比如显

29、示音量、运行软件、关机等 )。RS232 串口红外接收板的电路设计如图3.3 所示:图 3.3 RS232 串口红外接收板电路图上述电路图有两点需要注意 :1、串口窃电 ,电脑串口被打开后 ,RS232 的 4 和 7 脚电平会发生变化 ,产生高于10的电压 ,通过整流二极管 D1 和 D2,采用电阻 R2 分压后得到 5.1V 的稳压(通过稳压二极管 D3 实现),再加上串口供电电流最大 20mA,基本满足供电要求。2、串口通信 ,单片机的串口一般使用TTL 正逻辑电平标准 ,其逻辑 1 电平是 5V, 逻辑 0 电平是 0V,而电脑串行口所使用的是 RS232C 的负逻辑电平标准 ,它的逻

30、辑 1 电平是 -3V -12V,逻辑 0 电平是+3V +12V。两者的电平范围相差很远 ,所以连接时需要用到电平转换电路 ,一般来说商业化的成品会用到 MAX232,DS275 等专用的RS232、TTL 电平转换集成电路 ,由于系统采用波特率为9600,要求不高 ,故依据经验使用小功率三极管搭建的电平转换电路 ,节约设计成本。RS232 串口红外接收板的软件流程如图3.4 所示:主程序INT0中断服务程序系统初始化关闭INT0中断开中断INT0开启800us定时中断定时溢出查询 P3.2P3.7置高电平解码信息记录是否完毕延时1s串口发送解码信息P3.7取反打开INT0中断图 3.4 R

31、S232 串口红外接收板软件流程图带液晶显示的红外接收板带液晶显示的红外接收板的解码部分跟RS232 串口红外接收板大致相同 ,不同在于增加显示功能、更换单片机型号为AT89S52,显示部分采用型号为 12864 带汉字字库的液晶屏 (全屏最多可显示 4*8 个字符)。单片机 AT89S52 运行速度高 (可支持 24M 晶振),片上资源丰富 (8K 字节程序存储器 ,256 字节数据存储器 ),借助 P3_2 引脚接收红外信号 ,经过软件处理 ,分离出起始码、控制码、系统码、用户码 ,然后送显示。带液晶显示的红外接收板的硬件电路如图3.5 所示:图 3.5带液晶显示红外接收板电路图带液晶显示

32、的红外接收板的软件流程如图3.6 所示:主程序系统初始化：、计数器 T0设置、12864液晶初始化、外部中断设置开中断INT0下降沿有效中断检测： 等待红外触发INT0中断服务程序关闭INT0中断开启800us定时中断初始化接收区变量退出中断T0中断服务程序载入TH0 TL0读取遥控接收头状态接收完毕红外解码LCd显示编码重新开启 INT0中断退出中断图 3.6带液晶显示红外接收板软件流程图制作遥控矩阵表利用带液晶显示的红外接收板制作 ,本文解析 SAA3010 遥控器所有按键编码 ,制作了 SAA3010 遥控矩阵表 ,如表 3.1 所示:表 3.1 SAA3010遥控矩阵表按键起始控制系统

33、码指令码全码开关(2b)11(1b)1(5b)00000(6b)001100(14b)11100000001100静音1110000000110111100000001101111100000000001111000000000012111000000000101110000000001031110000000001111100000000011411100000000100111000000001005111000000001011110000000010161110000000011011100000000110711100000000111111000000001118111000000

34、01000111000000010009111000000010011110000000100101110000000000011100000000000单双1110000000101011100000001010调谐1110000001111011100000011110节目+1110000010000011100000100000节目-1110000010000111100000100001微调+1110000010101111100000101011微调-1110000010110011100000101100音量+1110000001000011100000010000存储111000

35、0010100111100000101001召回1110000000111111100000001111音量-1110000001000111100000010001爱好1110000000111011100000001110定时1110000010011011100000100110对比+1110000001110011100000011100色彩+1110000001010011100000010100亮度+1110000001001011100000010010录像1110000011100011100000111000对比-1110000001110111100000011101色彩-

36、1110000001010111100000010101亮度-1110000001001111100000010011电视1110000011111111100000111111以上编码信息均符合按照RC-5 协议,其中的控制码每按键一次 ,其值反转一次。装置性能检测装置性能检测之前 ,先给出两个装置的实物图 ,分别如图 3.7、图 3.8 所示:图 3.7 RS232 串口红外接收板图 3.8带液晶显示的红外接收板红外干扰测试由于遥控器多数时间用于室内,为此本文选择了带有日光灯的寝室作为测试环境,如图 3.9 所示:图 3.9测试环境以上测试环境中充满了红外辐射源 ,如日光灯、人体等 ,所以

37、必然造成红外接收受到干扰 ,借助串口调试工具 ,在遥控器没有工作的情况下 ,打开日光灯 ,并将手掌置于遥控接收头周围 ,串口接收情况如图 3.10 所示:图 3.10串口调试工具接收干扰信号按照 Grider32 的要求,单片机一次发送的数据为 6 个字节 ,其中前三个字节相同 ,后三个字节相同 ,故串口得到的干扰信号解码后得到数据如表3.2 所示:表 3.2干扰数据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数据的波动正是外界红外辐射源随机信号的体现,通过反复测试发现 ,人体对于接收的影响最大 ,处于三米外的日关灯只有在开启和关闭时刻产生干扰,处于0.5m 范围外的人体干扰基本可以忽略,为此遥控接收板使用时尽量远离人体 (2-3m),据此,将遥控作为发射装置 ,电脑串口接收情况如图3.11 所示:图 3.11串口调试助手接收遥控器信号接收的数据如表 3.3 所示:表 3.3正确数据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不难发现 ,接收的数据稳定性较好 ,没有干扰出现 ,这说明上述使用策略是有效的。红外解码测试从用户的角度考虑 ,本文选取 grider32 作为上位机软件 ,测试遥控接收有效性。Girder 是个能接收几乎任何计算机输入 (键盘、遥控器、网络等等 ),并利用这些信号来控制你的计算机 ,如千千静听、暴风影音或是关闭计算机。 Girder 能控制红外线接收装置、各种 serial(RS-232)装置等等。 Girder 操作界面如图 3.12 所示:图 3.12 gider3.2 界面按照测试要求对 SAA3010 遥控器部分按键进行预定义 ,如表 3.4 所示:表 3.4遥控器的部分按

42、键功能定义1234界面窗口居中界面窗口 位于左上角显示一张照片显示音量5678增加音量静音显示屏幕保护关闭显示测试的结果如图 3.13、图 3.14 所示:图 3.13静音显示图 3.14音量显示这说明装置成功的实现了遥控PC 操作,遥控接收板接收解码有效。第 4 章 红外遥控编码还原如方案设计所述 ,制作红外编码发射装置 ,该装置能够按照 RC-5 协议编码 ,并采用 38KHz 的载波将红外编码信号发射,要求发射距离至少五米, 载波频率可在37KHz-40KHz 内调节 ,发射的信号能被一体化红外接收头SM0038 有效接收。基本原理红外发射如图 4.1 所示,红外发射使用红外发光二极管。

43、它是一只特殊的发光二极管,内部材料不同于普通发光二极管,使用时控制信号通过三极管放大,控制红外二极管中通过的电流。当红外二极管两端施加一定电压,便发出红外线。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm 左右,外形与普通发光二极管相同 6 。图 4.1红外发射示意图红外编码现有的红外编码协议主要包括 :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。而当前应用最为广泛的为:NEC Protocol的 PWM( 脉冲宽度调制 ) 和 PhilipsRC-5 Protocol 的 PPM(脉冲位置调制 )6 。下面以这两种编码协议为例做介绍 :对于 NEC,其协议定义如下 :1、特征8 位地址和 8 位指令长度地址和命令的两次传输 (确保可靠性 )PWM 脉冲位置调制 ,以发射红外载波的占空比代表“0”和“ 1” 载波频率 38kHz位时间的 1.125ms 或 2.25ms2、位定义N

45、EC 协议采用 38KHZ 的红外载波进行脉冲位置调制 ,如图 4.2 所示:一个脉冲对应 560us 的连续载波 ,一个逻辑 1 传输需要 2.25ms(560s脉冲+1680us 低电平 ),一个逻辑 0 传输需要 1.125ms(560us脉冲+560us低电平 ),推荐载波占空比为 1/4或 1/3。图 4.2 NEC编码位定义3、数据格式图 4.3 显示了一个典型的 NEC 遥控指令构成 ,每条指令数据部分由同步码头、地址码、地址反码、控制码、控制反码构成。同步码包括一个9ms 高电平和一个4.5ms 的低电平 ,地址码、地址反码、控制码、和控制反码均是8 位数据格式 ,按照地位在前

46、高位在后的顺序发送 (图中地址码为 59 控制码为 16)。采用反码是为了增加传输可靠性 (用于接收端校验 ),可以忽略反码值 ,也可以发送 16 位数据。图 4.3 NEC编码数据格式4、连续按键发送波形按键一次发送一帧数据 (同步码、地址码、地址反码、控制码、控制反码 ),如果一帧数据发送完毕 ,按键仍然处于按下状态 ,则发射重复码 ,即连发码 (9ms 高电平+2.5ms低电平+0.56ms高电平组成 +97.94ms低电平 ),直到按键松开为止 ,如图 4.4 所示:图 4.4 NEC编码数据帧间结构对于 Philips RC-5,其协议定义如下 :1、特征5 位地址码和 6 位命令码

47、PPM 相位编码 (曼彻斯特编码 ),以发射载波的位置表示“ 0”和“ 1” 载波频率 38kHz恒定比特时间 1.778ms 2、位定义RC-5 协议采用 38KHZ 的红外载波进行相位调制 ,一个脉冲对应 889us 的连续载波 ,逻辑 0 传输需要 1.778ms(889us 脉冲 +889us 低电平 ), 逻辑 1 传输需要1.778ms(889us低电平 +889us 脉冲),波形如图 4.5 所示,推荐载波占空比 1/4 或 1/3。图 4.5 RC-5编码位定义3、数据格式图 4.6 显示了一个典型的 RC-5 遥控指令构成 ,每条指令数据部分由起始位 (2位)、控制码 (1

48、位)、地址码(5 位)、控制码(6 位)构成,剩余为低电平空闲位。其中地址码和控制码采用高位在前、地位在后的发送顺序(图中地址码为 5 控制码为 35), 总发送时间 64 位,按键不放则重复发送波形 ,控制位随按键按下取反操作 (用于识别多次按下 )。图 4.6 RC-5编码数据格式4、连续按键发送波形按键一次发送一帧数据 (起始位、控制码、地址码、控制码 ),如果一帧数据发送完毕,按键仍然处于按下状态 ,则重复发送一帧数据 ,直到按键松开为止 ,如图 4.7 所示:图 4.7 RC-5编码数据帧间结构以上详细介绍了两种编码协议 ,本文遵循飞利浦 RC-5 协议 ,选用 SAA3010 进行

49、测试。声卡采样电脑声卡有两个模拟输入接口 ,Line In和麦克风 ;有一个声音输出 LineOut,即Speeker。两个输入口都可以用作虚拟示波器的输入。但是由于声卡的输入端与内部放大器之间存在一个耦合电容,限制了直流及低频信号的通过 ,所以,声卡示波器只能采集交流信号。最简单的输入连接就是直接将被测信号连到声卡的线路输入口或话筒输入口,如图 4.8 所示。声卡通常只允许不超过 3V 的电压输入 (取决于声卡 )7 。图 4.8最简单的输入连接为了避免过大的电压进入声卡 ,可采用图 4.9 所示的限压电路。两个串联的硅二极管将输入电压钳制在 26.5=1.3(V)左右。如果声卡的模 /数转

50、换满程范围因此受到限幅影响 ,则可多串联一个硅二极管以将输入电压钳制在36.5=1.95(V)左右。图 4.9具有简单过压保护的输入连接方式据此本文设计了声卡采集探头 ,其电路设计如图 4.10 所示:图 4.10声卡采集探头电路图本文选用的电脑声卡AD 采样参数如表 4.1 所示:表 4.1声卡 AD 采样典型参数采样率192KHz、96KHz、88.2KHz、64KHz、48KHz、44.1KHz、32KHz、22.05KHz、16KHz、11.025KHz、8KHz、6KHz声道单声道、立体声采样精度8 位、16 位、32 位声卡信号采集后 ,利用虚拟示波器软件便可得到输入波形,本文采用

51、了两种的虚拟示波器 :1、Multi Instrument(万用仪 )3.1,2、双龙电子的虚拟仪器亮),分别如图 4.11、图 4.12 所示:V0.94( 严宇图 4.11 Multi Instrument(万用仪 )3.1图 4.12双龙电子的虚拟仪器 V0.94红外编码发射装置设计红外编码发射装置采用单片机AT89C2051 获取按键状态 (每个按键对应一个指令编码 ,RD-5 协议中的起始码 ,控制码,系统码由系统指定 ),按键被按下后 ,单片机获取其向量号 ,查询对应编码 ,然后通过软件延时产生 38KHz 载波通过引脚 P3_2 发射。其硬件设计如图 4.13 所示:图 4.13

52、红外编码发射装置电路图上述电路图中的红外发射电路需要注意,当引脚 P3_2(IR_out)为高电平时 ,PNP 三极管 9013 截止,红外二极管不工作 ,不发射红外信号 ,当引脚 P3_2(IR_out)为高低电平时,PNP三极管 9013 导通,红外二极管正向导通 ,发射红外信号 ,红外发射距离受三极管的电流放大倍数、发射载波的占空比、载波的频率等多方面的因素共同决定。红外编码发射装置的软件流程如图4.14 所示:主程序IR_send服务系统初始化读取按键向量延时100msN查找按键编码放入数组IR （14位）i=0是否有键按下NY去抖动检测Y调用函数IR_sendIRi=1Y发送逻辑 1

53、： 889us低电平+889us30KHZ载波i+1=14i+N发 送 逻 辑 0： 889us30KHZ载波+889us低电平NY按键仍然按下N退出图 4.14红外编码发射装置软件流程图装置性能检测在装置性能检测之前 ,先给出红外编码发射装置实物图,如图 4.15 所示:图 4.15红外编码发射装置(其中 :1、红外发射 ,2、声卡探头 ,3、单片机 ,4、按键 ,5、红外接收部分 )红外编码还原测试本文声卡采样选用 192KHz 、单声道、8 位采样精度 ,利用自制的电脑声卡采集探头和虚拟示波器软件 ,对装置进行了四个方面的测试 ,分别如下 :1、波形对比 ,如图 4.16、图 4.17

54、所示:图 4.16 SAA3010遥控器发射红外信号波形图 4.17红外编码发射装置发射信号波形2、载波对比 ,如表 4.2 所示:SAA3010 遥控器载波波形红外编码发射装置载波波形3、时间对比 ,如表 4.3 所示:表 4.3 MultiInstrument 实测数据对比4、红外接收滤波对比 ,如图 4.18、图 4.19 所示:图 4.18解码 SAA3010 遥控信号图表 4.2 38KHz载波对比型号周期位时间SAA3010遥控器107.4568ms1.6679ms红外编码发射装置108.1371ms1.7233ms图 4.19解码红外编码发射装置遥控信号图通过上述四个方面的对比

55、,不难发现 ,红外编码发射装置基本完成了红外发射任务,一体化红外接收头能有效接收 ,但在精度上还有待提高。红外发射距离测试除此,本文还研究了载波占空比对红外发射距离的影响,由 RC-5 协议编码格式和单片机的工作频率 ,可以得到不同占空比时的时间参数 ,如表 4.4 所示:表 4.4软件延时对照表载波周期26.37826431us载波频率37.91000000KHZ单片机晶振24.00000000MHZ机器周期0.50000000 us1/2 占空比T1 13.18913216近似机器周期数13.00000000usT2 13.18913216us近似机器周期数13.000000001/3 占

56、空比T1 8.79275477us近似机器周期数9.00000000T2 17.58550954us近似机器周期数17.000000001/4 占空比T1 6.59456608us近似机器周期数6.00000000T2 19.78369823近似机器周期数20.00000000us以表 4.1 作为参考 ,通过软件延时 ,得到不同占空比与红外发射距离测试数据如表 4.5 所示:表 4.5占空比与红外发射距离测试数据载波占空比发射距离1/4高电平+3/4低电平10-20cm1/3高电平+2/3低电平10-20cm1/2高电平+1/2低电平40-50cm3/4高电平+1/4低电平8-10M在载波频

57、率和贯通电流 (通过二极管的电流 )固定前提下 ,红外发射距离主要受载波占空比影响 ,占空比中高电平占有的比例越大 ,发射的功率越高 ,发射的距离越远。实际设计时也要充分考虑电源供电 ,在发射距离和电源消耗之间折中。第 5 章 万能学习型红外遥控器实现如方案设计所述 ,制作万能学习型红外遥控器 ,该遥控器至少具有红外编码学习和还原功能 ,采用触屏和按键两种方式操作 ,彩色液晶屏显示 ,能够替代 SAA3010 遥控器使用。基本原理触屏校准触屏操作处于绝对坐标系统 (与当前位置坐标相关 )。操作触摸屏时 ,触点坐标通过 AD 采样得到 ,同一点触摸多次采样数据会有偏差 ,这是触摸屏经常出现的问题

58、 : 漂移。对于触屏漂移最有效的办法是: 系统启动后 ,进入应用程序前 ,执行校准程序,LCD中的点坐标是以像素为单位 ,触屏中读出的是点的物理坐标 ,由触屏坐标系到 LCD 坐标系的转化公式如下 :变量说明如表 5.1 所示:Xt = Kx Xl+ Ax Yt = Ky Yl+ Ay表 5.1变量列表变量说明Xt触摸采样获得的横坐标Kx:X 方向比例因子Xl:LCD的横坐标Ax:X 方向偏移量Yt:触摸采样获得的纵坐标Ky:Y 方向比例因子Yl:LCD的纵坐标Ay:Y 方向偏移量触屏校准的过程就是使用待定系数法确定XY 方向的比例因子和偏移量 ,实验过程如下 :1、在 LCD 屏上显示四个定

59、点 ,这四个定点的像素坐标分别为 :0(1,1)、1(1,176)、2(220,1)、3(220,176)。如图 5.1 所示:图 5.1触屏测试点选取示意图2、触屏得到定点的触屏坐标 ,如表 5.2 所示:表 5.2触屏测试数据列表0 xy1xy2xy3xy21835903829357342252437945012423500383735804225253816520255356938653576422600373051324135603848357441952337315172703552384435923645243757499249353438403602424524374152023

60、53558381336133685393731516228356038443592398523377051021535853820360142247037825032113573381035944215243786509280358238303601417522376551624335383837358939451937845093、采用待定系数法确定触屏参数 ,本文利用 matlab 参数估计 lsqcurvefit 函数求得校正参数如表 5.3 所示,同时更新默认参数 ,达到校准目的 :表 5.3触屏校正参数Kx20.17045Ax250Ky13.90909Ay516彩屏显示计算机表示颜色