一種基于紅外線(xiàn)發(fā)射裝置的紅外線(xiàn)遙控鍵盤(pán)設計

0. 引言

對于工業(yè)控制微機系統來(lái)說(shuō)輸入設備鍵盤(pán)幾乎是必不可少的。在按鍵數目較少時(shí),一般直接利用按鍵控制接口線(xiàn)的高低電平來(lái)表示,因此需要相應的接口支持,由于單片工業(yè)控制微機系統接口線(xiàn)數目有限,為了減少占用接口線(xiàn)常常采用一鍵定義多功能,但這又增加了軟件的復雜性;在按鍵數目較多時(shí),則大多采用動(dòng)態(tài)掃描的方式構成鍵盤(pán)矩陣,這種鍵盤(pán)雖然結構原理簡(jiǎn)單,驅動(dòng)程序易于設計,但是在具體實(shí)現時(shí)往往需要花很多的時(shí)間去設計印刷電路板、考慮面板布局,而且在硬件資源比較緊張時(shí),還要考慮擴充I/ O 口,從而使得電路變得越來(lái)越復雜。

2. 系統簡(jiǎn)介

本文介紹一種利用紅外線(xiàn)發(fā)射裝置作為工業(yè)控制計算機輸入鍵盤(pán)的接口原理和實(shí)現方法,該接口可以最大限度地減少對單片機系統的硬件資源要求,僅占用一根接口線(xiàn),在系統的面板上只需一個(gè)小的接收窗。整個(gè)接口由發(fā)射和接收兩部分組成。對于單片工業(yè)控制微機系統所需的按鍵數目少于30 時(shí),發(fā)射部分可以直接使用成品紅外遙控發(fā)射器,如果自行設計發(fā)射部分,則可以支持60個(gè)鍵左右,其中有兩鍵用于構成組合按鍵。接收部分的接口電路也非常簡(jiǎn)單,無(wú)需布線(xiàn),只要將成品模塊的輸出直接接到單片工業(yè)控制微機系統的任一I/ O 接口線(xiàn)即可,同時(shí)驅動(dòng)程序也易于設計。由于鍵盤(pán)采用無(wú)線(xiàn)方式,因此所構成的單片機可以方便地滿(mǎn)足一些需要遠距離控制的場(chǎng)合,以及一些特殊場(chǎng)合,例如:單片工業(yè)控制微機系統在一個(gè)密封的容器內,通過(guò)玻璃小窗進(jìn)行參數輸入或控制;單片工業(yè)控制微機周?chē)h(huán)境不適宜用戶(hù)近距離操作等。

3. 紅外線(xiàn)遙控鍵盤(pán)的硬件組成

由集成芯片PT2248構成的紅外線(xiàn)遙控鍵盤(pán)發(fā)射電路見(jiàn)圖1。00H~09H為數字鍵，0AH為復位鍵，0BH為取消鍵。

圖1 紅外線(xiàn)遙控鍵盤(pán)發(fā)射電路原理圖

紅外線(xiàn)遙控鍵盤(pán)發(fā)射電路采用脈時(shí)調制(PPM)方式，將遙控指令調制成脈沖序列，并驅動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去。遙控指令有12位碼組成，見(jiàn)表1。

表1 遙控指令格式

C1，C2，C3是用戶(hù)碼，在T1，T2，T3與CODE之間分別接二極管則分別代表C1，C2，C3為高電平“1”，不接二極管則代表低電平“0”，圖2中C1C2C2=111。D1，D2，D3，D4，D5，D6是發(fā)送的數據碼，鍵號與鍵碼的對應關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 鍵號與鍵碼的對應關(guān)系

PT2248遙控指令的波形正脈沖的占空比為1/4時(shí)代表“0”，正脈沖的占空比為3/4時(shí)代

表“1”見(jiàn)圖2。

圖2 遙控指令的波形圖

無(wú)論“0”還是“1”，發(fā)射時(shí)正脈沖被調制在38KHZ的載波上，載波的占空比為1/3，這樣有利于減少功耗。每個(gè)發(fā)送周期按 C1，C1，C2，H，S1，S2，D1，D2，D3，D4，D5，D6的次序串行發(fā)送，總長(cháng)度為48a，其中a為每位碼周期的1/4，其大小為：a=192/fosc秒=192/455KHE=0.422ms。按下00H~0BH中某個(gè)鍵時(shí)，輸出腳TXOUT發(fā)送兩個(gè)周期的12位碼，其間隔為 80a。由GL3276A構成的紅外線(xiàn)遙控鍵盤(pán)接收電路見(jiàn)圖3。

圖3 紅外線(xiàn)遙控鍵盤(pán)接收電路原理圖

當紅外線(xiàn)線(xiàn)遙控鍵盤(pán)接收電路工作時(shí)，接收管PH302B接收到帶有載頻為38KHZ的遙控指令的紅外線(xiàn)信號后，進(jìn)行放大，限幅和檢波，檢出遙控指令的脈沖包絡(luò )，濾去38KHZ載頻，得到遙控指令的脈沖信號，整形并反向后由OUT輸出，將GL3276A的OUT經(jīng)74LS14施密特觸發(fā)器整形，最終得到遙控指令的理想的反向脈沖信號。得到的遙控指令的反向脈沖信號的波形正脈沖的占空比為1/4代表“1”，正脈沖的占空比為3/4代表“0”，見(jiàn)圖 4。圖4 遙控指令的反向脈沖信號的波形圖

4. 紅外線(xiàn)遙控鍵盤(pán)的軟件設計

將GL3276A的OUT輸出信號經(jīng)74LS14兩級施密特反向器整形后與89C51的P3.2(/INTO)相連，由于每位碼都以4a為周期，每位的起始總是由高電平到低電平，因此解碼的過(guò)程可用每位碼的起始邊沿作為/INTO的中斷請求信號，中斷響應后關(guān)/INTO中斷，然后延時(shí)a/2，由P3.2對紅外線(xiàn)遙控接收電路的輸出信號進(jìn)行采樣，再延時(shí)a，分別在3a/2，5a/2，7a/2時(shí)刻進(jìn)行采樣，波形與采樣時(shí)刻的對應關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 波形與采樣時(shí)刻的對應關(guān)系

由圖5可見(jiàn)接收到的“0”由‘低高高高’組成，“1”由‘低低低高’組成，當7a/2時(shí)刻采樣完成后開(kāi)/INTO中斷，為下一位碼的采樣作準備，直到/INTO中斷24次(兩個(gè)周期的串行12位碼)。中斷服務(wù)子程序開(kāi)始預置樣碼0FH，分別在a/2，3a/2，5a/2，7a/2時(shí)刻由 P3.2對紅外遙控接收電路的輸出信號進(jìn)行采樣，如果是高電平保持樣碼不變，如果是低電平樣碼相應位置0，最后將樣碼存入指定的RAM單元。

遙控鍵盤(pán)的可靠性是軟硬件設計中重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。在硬件上，將GL3276A的OUT經(jīng)74LS14施密特整形，以提高抗干擾能力。在軟件上要正確的解碼，必須從每位碼的起始位開(kāi)始接收，本設計中，PT2248發(fā)送的遙控指令的起始碼為用戶(hù)碼C1C2C3=111，因為P3.2接收到的“1”由 ‘低低低高’組成，因此接收到的碼應為三個(gè)“0001”，若不是，本次接收無(wú)效。其次，為了防止接收誤碼，應對前后兩次接收的兩個(gè)周期的12位串行碼進(jìn)行一致性比較，若相同則與鍵碼表中的鍵碼進(jìn)行比較，找出相應的鍵號，否則本次接收無(wú)效。解碼程序流程圖見(jiàn)圖6.

圖6 解碼程序流程圖

5. 結束語(yǔ)

本文介紹了一種利用紅外遙控器作為單片機輸入鍵盤(pán)的接口原理和方法，構思巧妙，結構合理，成本低廉，我們已經(jīng)成功地利用該接口方式實(shí)現了單片機鍵盤(pán)的無(wú)線(xiàn)式操作。文中以PT2248集成芯片作為發(fā)射部分,對于其他類(lèi)型發(fā)射芯片,此接口原理仍然適用,只需相應修改中斷服務(wù)程序即可。如果單片機系統有多余的外中斷資源,可將接收到的信號輸入至中斷引腳,利用外中斷與定時(shí)器結合,則可減少接收處理時(shí)對CPU 時(shí)間的占用。利用此技術(shù)，我們在“智能型牛奶質(zhì)量快速檢測儀研制”項目上得到了很好的應用。

遙控技術(shù)經(jīng)歷了有線(xiàn)遙控、無(wú)線(xiàn)電波遙控，現今的紅外遙控,技術(shù)已相當成熟,功能越來(lái)越強,運行越來(lái)越穩定,應用越來(lái)越廣泛。先進(jìn)的遙控技術(shù)配合單片機運用到工業(yè)控制中去,那么,控制系統的操作將變得更容易、更快捷、更方便、更安全。

參考 文 獻

[1] 陳明螢　 8051單片機課程設計? 清華大學(xué)出版社 2004

[2] 求是科技　 單片機典型模塊設計實(shí)例導航 人民郵電出版社 2004

[3]李建華著(zhù)《實(shí)用遙控器原理與制作》，人民郵電出版社，1996。

[4]鄭鳳翼著(zhù)《彩色電視機遙控系統原理與維修》，人民郵電出版社，1997。

[5]樊昌信、張浦詡、徐炳祥、吳成柯著(zhù)《通訊原理》，國防工業(yè)出版社，2001。

[6]王亭著(zhù)《彩電遙控器的單片機解碼技術(shù)》，電子工業(yè)出版社，1997。