基于ＭＳＰ４３０Ｆ１１０１的智能學習型紅外遙控器的設計

摘要：介紹了一款基于MSP430系列單片機的智能學習型紅外遙控器的設計方案，給出了該系統的硬件結構和軟件組成。在人們日常生活和工作中，這款紅外遙控器可以通過對任何紅外遙控設備編碼的學習、分析和記憶，以實現多個電器的統一管理。

關鍵詞：紅外遙控器；智能學習；單片機

中圖分類號：TN219文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)23-1016-03

Design of Intelligent-learning Infrared Remote Controller Based on MSP430F1101

SONG Zhu-hui1， SUN Fu-kang2， QI Peng2

(1.Anhui Personal Test Academy， Hefei 230022， China;2.Anhui Institute of Architecture and Industry，Hefei 230601， China)

Abstract: This paper introduces design of intelligent-learning infrared remote controller based on MSP430 microcontroller， and describes hardware structure and software of system. In daily living， through learning， analyzing， and storing infrared remote controller code， intelligent-learning infrared remote controller can archive to control several equipments.

Key words: infrared remote controller; intelligent-learning; microcontroller

1 引言

在現代化的社會里，隨著電子技術的日新月異，帶有紅外線遙控器的電氣化設備越來越普及。從熟悉的電視機、空調、DVD，到運用于工業生產的紅外線控制設備，紅外遙控器已經被廣泛的用于家庭和社會的各行各業。

在紅外線遙控器被大量使用的同時，它也給我們帶來了許多的麻煩。首先，常用的遙控器一般是和電器設備一一對應的。每一種電器設備都有各自的遙控器，一種遙控器僅僅可以遙控一種電器設備，所以在一般家庭中都存在多個遙控器。過多的遙控器在使用過程中容易造成混亂，給用戶的使用帶來不便。其次，紅外遙控器的長時間使用必然會造成遙控器按鍵不靈、電路損壞等等情況，更換遙控器也再所難免。在用戶單獨購買紅外遙控器時，許多電器化設備專用的紅外遙控器不僅不容易在市場上買到，而且價格昂貴。

本文將介紹一種基于MSP430F1101單片機的智能學習型紅外遙控器的設計方案。該遙控器可以學習、記錄數十種紅外遙控編碼，適合于普通家庭、機關單位和工廠用戶。

2 紅外線遙控器硬件組成和工作原理

普通的遙控器一般由形成遙控信號的微處理器芯片、晶體振蕩器、紅外發射驅動電路、紅外發光二極管以及鍵盤矩陣組成，如圖1所示。

微處理器芯片通過內部電路與外部的晶體振蕩器組成一個高頻振蕩器，產生高頻振蕩信號，此信號送入定時信號發生器后產生40KHz的正弦信號和定時脈沖信號。正弦信號送入微處理器內部的編碼調制器作為載波信號；定時脈沖信號送制掃信號發生器、鍵控輸入編碼器和指令編碼器作為這些電路的時間標準信號。當用戶按下遙控器鍵盤上的某一功能鍵時，相應于該功能按鍵的指令碼信號從指令編碼器中輸出，經過調制器調制在載波信號上，形成包含有功能信息的高頻脈沖串，由外部的發射驅動電路放大，推動紅外發光二極管發射出脈沖調制信號。

3 智能學習型紅外遙控器的設計

3.1 硬件組成

智能學習型遙控器在完成一般紅外遙控信號的發射任務外，還需要具備學習其他紅外遙控信號編碼的功能；同時，通過系統硬件和軟件的設計來實現系統的低功耗性能。

智能學習型遙控器由微處理器、紅外線發射電路、紅外線接收電路、鍵盤接口電路、液晶顯示屏和電源電路六個部分組成。其中，液晶顯示屏可根據需要選配。系統硬件結構組成如圖2所示。

3.1.1 微處理器

微處理器是智能學習型紅外遙控器的核心部分。系統的微處理器采用美國德州儀器公司生產的MSP430系列超低功耗單片機MSP430F1101。微處理器根據用戶的鍵盤命令，通過對紅外遙控編碼的查詢，完成紅外信號的發射功能。同時，系統可以學習任何一款遙控器的紅外編碼，并存儲在系統內部的FLASH或EEPROM存儲空間內。系統可以根據用戶的具體使用要求選配液晶顯示器，微處理器與液晶顯示器之間采用串行連接方式。

3.1.2 紅外信號發射電路

紅外信號發射電路由載波發生器、紅外發射驅動電路、紅外發光二極管組成。

微處理器采用32768Hz的晶振，因而，使用微處理器產生遙控器所需要的載波信號（38KHz或40KHz）是不可能實現的。本設計利用一片高速CMOS型的“與非”門74HC00來實現載波發生器，產生38KHz的載波信號，并將微處理器送來的紅外遙控編碼信號進行調制，通過驅動電路和紅外發光二極管發射出去。

紅外發射驅動電路可以使用簡單的S9013三極管即可實現。通過使用達林頓管或增加紅外發光二極管可以提高遙控信號發射距離，增加發射的可靠性。

3.1.3 紅外信號接收電路

紅外信號接收采用HS0038一體化紅外接收模塊。HS0038可以直接對紅外遙控信號進行解調，并將解調后的信號直接送給微處理器進行解碼和存儲。

3.1.4 鍵盤接口電路

遙控器鍵盤電路接口電路是用戶對遙控器進行操作的核心部分。鍵盤電路的設計方案有兩種：單鍵輸入式鍵盤和矩陣式鍵盤。單鍵輸入式鍵盤是指直接利用I/O端口線構成的單個按鍵電路。每個單鍵輸入式按鍵單獨占用一根I/O線，每根I/O線上的按鍵工作狀態不會影響其他I/O線的工作狀態。當按鍵數較多時單鍵電路占用口線也較多，為節省I/O口線，在按鍵數量較多時，一般采用矩陣式鍵盤。

為了更好的利用單片機的I/O端口資源，我們在這里采用了矩陣式鍵盤的設計方案。

3.1.5 電源電路

MSP430F1101、紅外發射和接收模塊的工作電壓為3V。因而，智能學習型萬能遙控器中仍可以使用2節5號或7號干電池，這給用戶的使用帶來了方便。同時，系統的電源電路僅需加入簡單的電解電容和瓷片電容進行電源濾波即可。

3.2 軟件設計

智能學習型紅外遙控器軟件系統由紅外信號發射、紅外信號接收、紅外信號壓縮和存儲、操作鍵盤驅動和系統初始化五個部分組成，如圖3所示。

3.2.1 紅外信號發射

微處理器根據用戶的鍵盤命令來查詢相應的遙控編碼，所有的遙控編碼均存儲在系統內的EEPROM內。編碼信號采用串行方式通過微處理器的I/O端口直接輸出至紅外驅動電路。

遙控編碼脈沖信號（以PPM碼為例）通常由引導碼、系統碼、系統反碼、功能碼、功能反碼等信號組成。引導碼也叫起始碼，由寬度為9ms的高電平和寬度為4.5ms的低電平組，用來標志遙控編碼脈沖的開始。系統碼也叫識別碼，它用來指示遙控系統的種類，以區別其他遙控系統，防止各種遙控系統的誤操作。功能碼也叫指令碼，它代表了相應的控制功能，接收機中的微控制器可根據功能碼的數值完成各種功能操作。系統反碼與功能反碼是系統碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對傳輸過程中是否產生差錯。

3.2.2 紅外信號的接收、壓縮和存儲

對未知編碼紅外信號進行學習時，紅外信號經HS0038解調后直接送微處理器進行處理。微處理器通過對定時器的控制完成對解調后的二進制脈沖碼進行脈寬的測量。對于PPM碼，脈沖寬度的寬和窄來分別代表二進制的1和0，系統根據該特性將時間數據轉換成對應的二進制編碼信息壓縮并存儲。微處理器與EEPROM之間采用I2C總線方式連接。

3.2.3 鍵盤接口的軟件實現

系統采用矩陣式鍵盤。為了實現系統的低功耗性能，減少微處理器的工作時間，系統采用中斷方式實現鍵盤的信號的采樣。鍵盤接口程序還應該通過軟件延時的方法解決鍵盤抖動問題。

3.2.4 微處理器低功耗模式的選擇

MSP430系列單片機特別強調低功耗性能，尤其適用于采用電池供電的長時間工作場合。MSP4301101A單片機有6種低功耗模式。在軟件編程時，我們可以根據設計的需要選擇合適的低功耗模式。我們在這里選用的是MSP4301101A單片機功耗最低的一種工作模式——低功耗模式4。當系統處于低功耗模式4的時候，單片機的CPU處于禁止狀態，DCO、MCLK、SMCLK、ACLK、直流發生器也都同樣被禁止，所有的振蕩器都停止了工作。

低功耗模式的選擇需通過相關寄存器的設置來實現，具體程序如下：

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;

TACTL=TASSEL0+TACLR;

_BIS_SR(CPUOFF);

4 結論

智能學習型紅外遙控器與普通的遙控器和萬能遙控器相比功能更多、性能更加優越，它可以學習任何一種遙控器的紅外編碼，并可以實現對多種紅外線設備的控制功能。在實際的應用中，智能學習型遙控器可以為人們的日常生活和工作帶來更多的方便，具有一定的使用價值。

參考文獻：

[1] 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機[M].北京:北京航天航空大學出版社，2004.

[2] 胡大可.MSP430系列單片機C語言程序設計與開發[M].北京:北京航天航空大學出版社，2004.

[3] 陳永甫.紅外線探測與控制電路[M].北京:人民郵電出版社，2004.