基于MSP430F149的無(wú)線(xiàn)遙控教鞭設計方案

傳統教學(xué)中， 教師以黑板和粉筆為最主要的教學(xué)用具， 這種教學(xué)手段單一， 課堂效率低， 不能激起學(xué)生學(xué)習的興趣。多媒體輔助教學(xué)模式的興起， 彌補了傳統教學(xué)的不足， 在實(shí)際操作中教師在進(jìn)行多媒體演示時(shí)， 要不時(shí)地進(jìn)行鼠標操作， 使之不得不中斷與學(xué)生的互動(dòng)。無(wú)線(xiàn)遙控教鞭是一個(gè)很好的解決方案。

　　1 系統框架

　　整個(gè)系統由發(fā)射電路、接收電路和計算機軟件三部分組成。發(fā)射部分， 即手持教鞭部分， 以日本NEC 的uPD6121G 為控制核心。首先， 當按下按鍵后， 掃描鍵盤(pán)得到遙控碼， 不同的鍵值對應不同的編碼信息， 此鍵值信息代表著(zhù)向計算機中演示的軟件PowerPoint 發(fā)送的控制命令， 然后將此編碼信息經(jīng)調制后由紅外發(fā)光管向外發(fā)射。接收部分的控制核心為T(mén)I 公司推出的低功耗MSP430 單片機， 主要完成發(fā)射端傳送來(lái)的紅外調制信息的接收和解碼操作， 將解析出的控制命令信息經(jīng)串口轉USB 接口傳送至計算機， 此硬件模塊可直接插在計算機的USB 接口中， 直接由USB 接口供電； 計算機中的上位機軟件采用C# 編寫(xiě)， 使用Microsoft Studio 2005 自帶的SerialPort 組件。SerialPort 對象接收到數據時(shí)， 將在輔助線(xiàn)程上引發(fā)DataReceived 事件。處理此事件， 得到從串口發(fā)送來(lái)的控制命令數據信息， 實(shí)現控制多媒體演示軟件PowerPoint 的目的。系統框架如圖1 所示。


　　2 硬件系統

　　2.1 紅外遙控發(fā)射模塊

　　通用紅外遙控發(fā)射電路由編/解碼專(zhuān)用集成電路芯片uPD6121G 進(jìn)行控制操作，發(fā)射部分包括鍵盤(pán)矩陣、編碼調制、LED 紅外發(fā)送器等部分。電路原理圖如圖2 所示。

日本NEC 公司的uPD6121G 組成發(fā)射電路的編碼原理描述如下， 當發(fā)射器按鍵按下后， 即有遙控碼發(fā)出， 所按的鍵不同遙控編碼也不同， 具有以下特征： 采用脈寬調制的串行碼， 以脈寬為0.565 ms 、間隔0.56 ms 、周期為1.125 ms 的組合表示二進(jìn)制的“0” ； 以脈寬為0.565 ms 、間隔1.685ms 、周期為2.25 ms 的組合表示二進(jìn)制的“1”， 其波形如圖3 所示。

上述“0” 和“1” 組成的32 bit 二進(jìn)制碼， 經(jīng)38 kHz 的載頻進(jìn)行二次調制以提高發(fā)射效率， 達到降低電源功耗的目的。然后再通過(guò)紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線(xiàn)向空間發(fā)射， 如圖4 所示。

由圖可知， 遙控編碼是連續的32 bit 二進(jìn)制碼組， 其中前16 bit 為用戶(hù)地址和地址反碼， 防止不同機型互相干擾， 后16 bit 為用戶(hù)操作碼和操作反碼， 也可以稱(chēng)為功能碼。本次設計就采用此種紅外遙控。

　　2.2 紅外遙控接收模塊

　　接收電路使用一體化紅外接收頭HS0038 ， 接收紅外信號頻率為38 kHz ， 接收距離可達35 m。它能將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身， 并且輸出可以讓單片機識別的TTL 信號， 這樣大大簡(jiǎn)化了接收電路的復雜程度和電路的設計工作， 方便使用。其與單片機連接原理圖如圖5 所示， 由單片機采集紅外遙控命令并在內部完成解碼工作。


2.3 基于PL2302 的串口轉USB 接口模塊

　　由于RS232 標準串行接口已逐漸在電腦主板中淘汰， 為了充分利用USB 接口即插即用的特點(diǎn)， 本設計采用了PL2303 芯片實(shí)現了RS232 與USB 接口的轉換， 省去了RS232 電平以TTL 電平的裝換。用PL2303 實(shí)現的USB 轉串口的電路如圖6 所示。


　　3 軟件系統

　　3.1 單片機系統軟件

　　單片機采用TI 的低功耗MSP430F149 為控制核心，其主要功能是解碼紅外遙控器發(fā)送來(lái)的信號和驅動(dòng)液晶顯示。其中解碼紅外遙控信號是實(shí)現本設計的關(guān)鍵，紅外接收電路的信號輸出接到單片機的外部中斷0 上，當單片機接收到信號后進(jìn)入中斷函數， 首先判斷是否為引導碼， 如果是則進(jìn)入解碼程序， 否則丟棄。解碼程序通過(guò)精確的延時(shí)函數， 判斷每個(gè)發(fā)送過(guò)來(lái)的每一位為0 還是1， 并把數據保存到date 數組中， 其中date ［0］ 保存地址碼，date ［1］ 中保存地址反碼，date ［2］ 中保存數據碼，date［3］ 保存數據反碼。解碼的流程圖如圖7 所示。

圖7 系統軟件流程圖

　　3.2 上位機軟件

　　上位機軟件采用C# 編寫(xiě)， 使用Microsoft Studio 2005自帶的SerialPort 組件。SerialPort 對象接收到數據時(shí)， 將在輔助線(xiàn)程上引發(fā)DataReceived 事件。處理此事件， 得到從串口發(fā)送來(lái)的數據， 并給計算機發(fā)送相應的命令。

　　本軟件界面人性化， 用戶(hù)在設置過(guò)程中有簡(jiǎn)單的操作提示， 使得人機對話(huà)更為簡(jiǎn)單， 當設置完成后可以讓程序隱藏到后臺運行。小軟件還有漂亮的皮膚界面， 上位機軟件截圖和軟件的工作流程如圖8 所示。

本設計以MSP430F149 單片機為控制核心， 所設計的遙控教鞭功耗低， 僅須兩節電池供電； 命令接收采用USB 接口， 其供電可直接通過(guò)計算機取電。工作時(shí)， 只要打開(kāi)控制軟件和PPT 演示軟件， 其操作就可通過(guò)手執部分隨意控制， 可方便地應用于教學(xué)、會(huì )議室等需演示的場(chǎng)合。